露天礦場施工中地質災害危險性評估技術研究

目前，在我們的生產(chǎn)生活當中，礦產(chǎn)資源起著一個十分重要的作用，已經(jīng)成為十分關鍵的全球性戰(zhàn)略資源。礦山開采到的礦物廣泛應用于化工和通信等領域，是必不可少的工藝材料。人類對礦山資源的需求量不斷的增加，礦床開采的規(guī)模也逐漸增大，但是目前存在的問題就是礦產(chǎn)開采力度過大和不合理的開采方式導致地質災害頻發(fā)。近年來礦山施工中地質災害評估技術逐漸發(fā)展起來，解決礦產(chǎn)資源過度開采與環(huán)境安全之間的矛盾的關鍵就在于地質災害評估技術的研發(fā)和應用推廣

。因此，可以通過對地質災害評估技術的研究，根據(jù)礦山施工中的實際情況，站在環(huán)境安全的角度上去探索露天礦場中施工的地質災害評估技術和其防治措施研究。

1 露天礦場施工的基本情況

露天礦場是指在地表直接進行剝離和采礦的工作場所，露天礦場施工是現(xiàn)在中國礦產(chǎn)開采主要的施工形式（圖1）。露天礦廠施工一旦遇到暴雨天氣十分容易發(fā)生泥石流、滑坡等自然災害

。一旦地質災害發(fā)生就會對礦區(qū)下游的環(huán)境和居民的正常生活和人生財產(chǎn)造成難以磨滅的危害。因此在露天礦場施工之前一定要提前調查清楚礦區(qū)周圍的土壤質地、土壤粘性、地質礦層和氣候特征，只有這樣才能夠保證礦產(chǎn)資源的正常開發(fā)和施工人員的安全問題。

從信息論的角度來看，績效評估的過程就是一個信息流從信息搜集、篩選到加工、輸出、反饋的過程?？冃гu估結果的有效性取決于信息的真實性和準確性。信息數(shù)量不足，不能全面反映評價對象的全貌;信息質量失真，則會造成評估結果的失誤。因此，要提高績效評估的科學性和準確性，必須要有充裕、準確的信息來源作為保證。政府主管部門要發(fā)揮主導作用，積極推進高校信息公開工作，高校內部也要高標準建設信息管理系統(tǒng)。

2 地質災害危險性現(xiàn)狀和分級標準

2.1 露天礦場的地質災害的危險性現(xiàn)狀

露天礦山開發(fā)后因為廢棄礦物造成廢棄物堆積，污染土壤污染環(huán)境。對于排土場的保護措施基本都是利用大型的防護網(wǎng)進行簡單的遮蓋，一旦發(fā)生大暴雨的情況，這種防治措施是完全不夠的。露天礦場開采施工過程之中最容易發(fā)生的地質災害就是滑坡災害?；聻暮κ侵笌r體或土體在重力作用下整體順坡下滑造成的災害。同崩塌相比較，二者都是斜坡失穩(wěn)現(xiàn)象，并具有類似的形成條件和分布規(guī)律，但它們的形成過程和形態(tài)特征又有顯著的區(qū)別。崩塌體已經(jīng)脫離母體，發(fā)生的垂直位移量遠大于水平位移量，而滑坡體則很少完全脫離母體，總有一部分殘留并有序排列在滑床上，而且其水平位移一般大于垂直位移量。崩塌形成的碎屑物零亂無序，而滑坡體在一定程度上保存原有巖層土體層序和結構，其表面出現(xiàn)不同方向的裂縫

。由于滑坡體本身條件十分復雜，礦場周邊的排水系統(tǒng)如果設置不合理，就會導致滑坡泥石流的災害發(fā)生?，F(xiàn)在很多礦場的排水系統(tǒng)都存在一定的問題，雨水一旦落到地面上，很難順利的排出去。另外就是礦區(qū)施工場地當中的邊坡安全等級比較差，邊坡一旦質量不夠好，就會出現(xiàn)地質災害現(xiàn)象。當大暴雨發(fā)生的時候，露天礦場坑底就會出現(xiàn)大量的積水，進而對礦區(qū)道路也造成嚴重的影響。

2.2 露天礦場地質災害危險性評估的分級標準

2.2.1 地質危險性大的露天礦場分級

今年71歲的蘆廷元，是一名退離休黨員干部，四十三年前的現(xiàn)在，他正是一名風華正茂剛走出學校門的青年。一個偶然的機會，他跟隨一個回老家探親的親戚來新疆游玩，那時正是國家三年自然災害的最后年頭，看到兵團的農(nóng)場一派生機盎然的景象，平整的條田，筆直的林帶，四通八達的道路，機械化生產(chǎn)的模式，給他留下了深刻印象，他當時就產(chǎn)生了留疆的念頭，而后被分配到農(nóng)四團八連工作。

種籽衣經(jīng)粉碎機粉碎，過 40目篩[11]，精確稱取種籽衣粉末。按料液比1：20（W/V）加入60%（V/V）乙醇溶劑，進行超聲波輔助提取，提取溫度 60 ℃，功率300 W，時間90 min[11]。離心（4000 r/min，20 min），分離提取液，殘渣復提一次，合并兩次提取液。

國土資源部對于露天礦場施工環(huán)境要求和環(huán)境保護都有明確的規(guī)定，主要包含以下三個方面：首先，在前期的露天礦場施工基本環(huán)境因素調查當中，礦產(chǎn)資源開采作業(yè)中會造成的地面坍塌、崩塌、地裂縫、地層塌陷、含水層破壞和基本地貌景觀破壞調查工作必須包含。其次，礦山開采種類的不同、礦山開采流程的復雜程度和采礦中用到的化學用品都會影響到地質災害評估的實際內容。最后，必須要將保護露天礦場環(huán)境作為主要目標，也就是將露天礦場環(huán)境中的人、植物、土壤作為評估主體。

“等等，我想起來了，給我個機會……”話音剛落，他腳下的地板“倏”的一聲消失了，又一陣火光躥了上來，他甚至沒有來得及發(fā)出任何慘叫，就跌了下去。

露天礦場也有地質災害危險系數(shù)比較小的，這種區(qū)域屬于地質條件穩(wěn)定、水土流失情況很少發(fā)生。這種區(qū)域一般情況下采礦層數(shù)只有一層，并且區(qū)域內上覆巖層和土層的厚度都是已經(jīng)遠遠超過七十米。由于其地質條件穩(wěn)定，并沒有發(fā)生泥石流和滑坡的條件。這種地域特征的區(qū)域可以劃分為危險等級小的露天礦場。

3 露天礦場施工中地質災害危險性技術的思路和評估要求

3.1 露天礦場施工中地質災害危險性技術的思路

露天礦場現(xiàn)狀調查、地質災害預測評估以及在綜合性評估這三個方面的分析是露天礦場施工中地質災害危險性技術的主要內容。

地質巖心鉆探技術是指使用專業(yè)的鉆頭在巖石和礦土上進行鉆孔，進而提取取樣目標物當中的有效成分。這種技術的優(yōu)點就是能夠保證樣本結構完整性。只有利用最新的勘察技術才能夠保證露天礦場施工中達到最準確的地質勘察結果，幫助進行地質災害危險等級評估工作。地質巖心鉆探過程當中使用的鉆孔40mm左右的孔徑，當然也會按照實際情況合理調整不同孔徑鉆頭，進而滿足不同危險性評估的技術需求。巖心鉆探其實就是在不同地層環(huán)境當中提取不同深度的巖石樣本，對樣本進行技術測定。其研究結果對露天礦場的地質災害危險性性評估具有十分重要的指導作用。

3.2 地質災害危險性評估技術的強調

陜北地區(qū)有很多的礦山開采區(qū)域，經(jīng)常出現(xiàn)大面積地陷和水土流失的情況。這主要是因為陜北黃土高原本身就屬于風沙地貌區(qū)，黃土質地本身就比較疏松，露天礦場開采十分容易破壞其中的組織結構進而發(fā)生地質災害。一般情況之下，露天礦場開采的厚度如果超過七十米都不會出現(xiàn)較大的危害。因為這個地區(qū)的土層和上覆巖層都相對比較堅固和厚實。還有就是人口因素也是地質災害評估當中一個十分重要的影響因素。

4 地質災害危險性評估技術

4.1 露天礦場地質災害的危險性評估范圍確定技術

如何進行露天礦場的礦山地質災害危險性評估，這是目前礦山安全管理之中十分重要的一個問題。設置地質災害評估范圍受限需要調查清楚礦區(qū)計劃中采礦用地的范圍，根據(jù)作用功能的不同對礦區(qū)范圍內的土地進行分級。首先從礦區(qū)的外部邊緣進行擴散，劃定一個具體的擴散范圍，然后對這個范圍內部的地質、地貌和氣候條件進行相關的調查。在遇到比較特殊的地理環(huán)境的時候，就需要地質災害評估相關人員根據(jù)具體的實際情況進行潛在危險區(qū)和危險區(qū)的劃分。一般情況之下，露天開采的礦井中比較容易發(fā)生的地質災害包括地裂、滑坡、崩塌、地陷、地下水透水和瓦斯爆炸，另外就是礦井邊坡穩(wěn)定性不好也是十分容易造成地質災害的發(fā)生的。因此工作人員需要計算精確邊坡的潛在災害發(fā)生范圍，并且對這個范圍內外區(qū)域進行適宜的地質災害危險等級劃分。

露天礦場周圍的溝谷區(qū)域由于其地勢問題是最容易發(fā)生地質災害的，尤其是在溝谷發(fā)生滑坡（圖2）和泥石流等地質災害，造成很大的危害。溝谷地區(qū)的土地一般沙漠化比較嚴重，土質疏松極其容易受到雨水沖刷形成泥石流，進而對當?shù)鼐用竦恼Ｉ詈腿松戆踩斐蓢乐氐奈：?。另外就是溝谷地區(qū)由于其坡地較陡的條帶狀地形，十分容易受到重力作用的影響，促進雨水的沖刷作用，一旦造成滑坡和泥石流就會是十分嚴重的情況

。還有就是礦層厚度和礦層的層數(shù)也是評定地質災害危險性等級的一個影響因素。一旦露天礦場施工中開采的礦層層數(shù)達到兩層并且開采的礦層厚度提高到十米之上，地質危險系數(shù)就會急劇增加，進而對露天礦場施工中的工人人身安全造成嚴重的威脅。另外，也會增加瓦斯爆炸、礦山自燃和礦山突水事故的發(fā)生。

2.2.3 地質危險性小的露天礦場分級

在石油開采過程中，抽油機是主要的采油設備，對于抽油機來說，抽油機載荷利用率是決定抽油機井能耗水平高低的重要影響因素之一，抽油機載荷利用率是指抽油機實際懸點最大載荷與抽油機銘牌最大載荷之比。抽油機載荷利用率過高，容易造成抽油機使用壽命降低；抽油機載荷利用率過低，容易造成高耗能生產(chǎn)。為了降低抽油機在運轉過程中的能耗，延長抽油機的使用壽命，有必要對抽油機井的合理載荷利用率進行優(yōu)化分析。

4.2 露天礦場地質勘察技術

根據(jù)這個思路的指導對露天礦場施工中的場地進行適宜性評估，進而幫助礦山進行更安全、科學和有效的防治措施。地質災害危險性評估的主要思路就是首先通過搜集現(xiàn)有紙質版、電子版資料，將搜集不到的數(shù)據(jù)和需要進行詳細調查的內容確定下來，安排專業(yè)的地質資源勘察人員進行實地調研，保證地質災害評估的準確性。在進行實地調研之前，工作人員要利用好現(xiàn)有的技術設備，開展綜合全面的地質勘察工作為地質災害危險性等級評估作有力支撐。一般情況下載地質災害危險性等級評估工作的時候是采用1：5000比例尺的地圖標準去繪制，然后利用GIS技術將實地調研資料、RS技術、GPS技術獲取到的數(shù)據(jù)、利用無人機技術建立起來的三維模型和灰色聚類法進行綜合分析，合理的判斷地質災害發(fā)生的范圍，進而設計出完善的防治方案。同時也需要對露天礦場施工中人員和周圍居民情況進行一般調查，防治人為因素影響過大。

4.3 露天礦場地質災害評估中3S技術的應用

露天礦場施工中的地質災害評估主要是綜合的分析地質災害活動和其條件是否滿足。判定的主要依據(jù)是露天礦區(qū)周圍地質災害活動的強度和密度，礦區(qū)施工所在的位置和往年災害發(fā)生的概率。

2.2.2 地質危險性中的露天礦場分級

近年來，3S技術應用在中國環(huán)境治理和監(jiān)測方面起到至關重要的作用，尤其礦區(qū)的地質災害風險評估工作技術已經(jīng)十分成熟，廣泛應用于市場當中。3S技術包含地理信息系統(tǒng)技術（GIS）、遙感技術（RS）、全球定位系統(tǒng)技術（GPS）,這三種技術是可以有機的結合在一起的。其中GPS技術和RS技術相當于眼睛，GIS技術相當于大腦，智能的分析GPS和RS技術所得到的地理信息，然后將這些信息和區(qū)域實際情況進行綜合分析，進而促進地質災害評估的順利進行。GPS主要是為了對于地理事物進行精確的實時定位，方便地質環(huán)境工作可以形成點到線到面的三維空間監(jiān)測模式。目前中國的GPS主要是依靠我國自主研發(fā)的北斗定位系統(tǒng)。RS技術是利用衛(wèi)星遙感進行大面積的實時動態(tài)監(jiān)測，屬于地理學上的一個重大突破。目前遙感技術正在朝著多光譜、高光譜、多時相、商業(yè)化和高分辨率的方向進行發(fā)展。尤其是高光譜技術已經(jīng)可以成功的反演預測出土壤的質地，未來應用于露天礦區(qū)土壤質地的觀測是很有潛力的。GIS屬于一個綜合各種地理信息數(shù)據(jù)去進行地質災害風險評估的工具，其精度也是很高的，能夠有效的保證地質災害風險評估的質量。利用好3S技術，能夠有效的促進地質災害風險評估的質量。

4.4 露天礦場灰色聚類技術

露天礦場施工當中有很多地質、環(huán)境、氣候和人為因素會影響到施工的正常進行，最嚴重的就是地質災害的發(fā)生?；疑垲惣夹g就是將露天礦山施工中所有的影響因素都整合起來，進行危險等級的評估和劃定?；疑垲惣夹g最重要的就是聚類的指標和對象，這些數(shù)據(jù)的確定是地質災害評估準確性的保障?；疑垲惖膶ο缶褪锹短斓V場中的地質災害威脅，這種技術就是將各種聚類的指標確定下來，然后對聚類數(shù)據(jù)進行灰類歸納，進而通過技術計算得出聚類對象各自的類別歸屬。還有在地質災害危險評估當中會將露天礦場地質災害評估數(shù)據(jù)和單因子指數(shù)進行對比，進而對某一個區(qū)域的植被和地質環(huán)境情況進行監(jiān)測和分析，然后將對其進行地質災害評估?；疑垲惣夹g的有點就是將影響因素都作為研究對象，科學綜合的分析某一個區(qū)域的地質災害危險等級。

4.5 三維模型要遙感解譯技術

無人機技術當前已經(jīng)成為地質勘察工作中必備的儀器，其使用可以很好的節(jié)省人力，并且其精度高于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)。利用無人機搭載各種鏡頭可以實現(xiàn)區(qū)域地質三維模型的構建，對三維模型進行遙感解譯能夠實現(xiàn)很多技術工作。在露天礦山利用無人機和地面環(huán)境信息的傳達建立起來的三維遙感模型在露天礦場地質災害危險性評估中是有很大的應用潛力的。

Glamis Gold是一家加拿大的冶金公司, 公司位于美國中部和北部地區(qū)，該公司申請獲得了一處位于加利福尼亞州境內的聯(lián)邦礦產(chǎn)所有權。在該礦產(chǎn)所在區(qū)域內有一條 “尋夢之路”，這條“尋夢之路”對印第安土著具有重大意義，Quechan 族人一年數(shù)次地在此進行著古老的祭奠儀式，部落族人的葬禮也在這條路上舉行。這條“尋夢之路”寄托著Quechan族人的信仰和文化傳承，對該部落的族人有著高度宗教文化特征或象征意義。[注]參見NAFTA, Glamis Gold Ltd. v. United States of America, Award, June 8, 2009.

利用無人機的近距離拍攝技術可以很好的將露天礦場施工當中的道路、攔土壩、排土場、道路、泥石流、工地簡易房子和崩塌等地物特征識別出來。利用無人機拍攝是數(shù)據(jù)，結合三維模型生成軟件可以實現(xiàn)對某一個地理區(qū)域的多個角度范圍進行360度監(jiān)測觀察。三維模型是支持對地理環(huán)境記性正視和側視的，能夠完全滿足地質災害評估和治理措施設計的需求的。

5 結語

目前，露天礦場的開采已經(jīng)造成很多的地質災害問題，值得社會關注。高新技術的發(fā)展為露天礦場施工中的地質災害危險性評估工作帶來了前所未有的機會，我們應當努力利用好當下高新技術為礦山治理措施的制定提供有力的依據(jù)。雖然現(xiàn)在的露天礦場施工中地質災害風險評估技術已經(jīng)展現(xiàn)了其良好的效能，但是環(huán)境和開采都在不斷的變化，我們需要不斷研發(fā)新的技術和方法為其服務。

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