礦山地質(zhì)災(zāi)害防治策略及地質(zhì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題分析

劉玉明 楊 琳 湯江平

湖北省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊(duì) 湖北 襄陽(yáng) 441000

礦山地質(zhì)災(zāi)害，指在礦山開采過(guò)程中發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，如滑坡、塌陷、地面沉降等。這些災(zāi)害不僅對(duì)礦工的生命安全構(gòu)成威脅，還會(huì)對(duì)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和人民財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。因此，礦山地質(zhì)災(zāi)害防治策略的制定以及地質(zhì)環(huán)境保護(hù)顯得尤為重要。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害類型

1.1 塌陷

由于長(zhǎng)期開采導(dǎo)致地下巖層塌陷或地表地貌坍塌，使得地面出現(xiàn)凹陷或坑洼的現(xiàn)象。塌陷不僅會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)的地面沉降，還會(huì)給周邊環(huán)境和建筑物帶來(lái)嚴(yán)重影響。在礦山開采過(guò)程中，大量的巖石和土壤被開采出來(lái)，導(dǎo)致地下空洞的形成。隨著時(shí)間的推移，地下空洞逐漸擴(kuò)大，巖層逐漸塌陷。這種塌陷通常會(huì)以地面凹陷或坑洞的形式顯現(xiàn)出來(lái)[1]。

1.2 滑坡

滑坡是一種常見的礦山地質(zhì)災(zāi)害類型，在采礦活動(dòng)中，地下巖石的物理和力學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而引起較大的應(yīng)力差異，導(dǎo)致地下巖石體從高處向低處滑動(dòng)?；驴赡軐?dǎo)致采礦設(shè)備和設(shè)施的損毀，從而造成生產(chǎn)停頓和經(jīng)濟(jì)損失。滑坡還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重影響，滑坡過(guò)程中，大量巖石和土壤會(huì)被剝離并堆積在滑坡區(qū)域，導(dǎo)致地表高度變化和植被破壞[2]?；驴赡軐?dǎo)致土壤侵蝕和水土流失，進(jìn)而污染河流和水源，影響水質(zhì)和水資源的可持續(xù)利用。

1.3 地裂縫

地裂縫是礦山地質(zhì)災(zāi)害中較為常見的一種現(xiàn)象，它是指地表出現(xiàn)垂直或傾斜、具有一定寬度、長(zhǎng)度、深度的裂紋。這些裂紋多出現(xiàn)在巖體、土壤和沉積層中，常常在地下水位下降、地下工程施工、地面沉降等多種因素的作用下形成。礦山開采是導(dǎo)致地裂縫形成的重要原因之一，礦山開采過(guò)程中，由于地下礦體的采掘，會(huì)導(dǎo)致地下水位下降，進(jìn)而引發(fā)地裂縫[3]。

1.4 崩塌

崩塌是指礦山地表或地下巖體在重力作用下，產(chǎn)生突然的、快速的向下傾倒、崩潰的現(xiàn)象。崩塌主要發(fā)生在礦山的新鮮暴露面，特別是垂直或近于垂直的硬弱結(jié)構(gòu)面，這種現(xiàn)象在地下開采的礦山中更為常見。崩塌可能發(fā)生在礦體的頂板或底板，也可能發(fā)生在礦柱的薄弱地方[4]。

1.5 泥石流

泥石流是一種常見的礦山地質(zhì)災(zāi)害，它發(fā)生在山區(qū)或者有大量松散物質(zhì)的地區(qū)。泥石流是由降水或融雪引起的，這些水流會(huì)使松散的土和石頭滑動(dòng)，形成一種泥和石頭的混合物。泥石流會(huì)沿著山谷或斜坡流動(dòng)，對(duì)周圍的土地和建筑物造成嚴(yán)重的破壞[5]。在山區(qū)，由于地形變化大，坡度陡峭，很容易形成泥石流。特別是在夏季，大量降雨會(huì)使土地變得濕潤(rùn)，更容易發(fā)生泥石流。地質(zhì)條件也會(huì)影響泥石流的發(fā)生，如果地下有大量的巖石或土壤松散物質(zhì)，就會(huì)增加發(fā)生泥石流的風(fēng)險(xiǎn)。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害防治

2.1 預(yù)防與治理塌陷

控制開挖量是預(yù)防塌陷災(zāi)害的基本措施之一，礦山開采時(shí)，需要考慮到地下巖層的穩(wěn)定性，合理確定開采量，避免過(guò)度開挖導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境破壞和巖層塌陷的發(fā)生[6]。針對(duì)不同礦山類型和地質(zhì)條件，制定科學(xué)合理的開采方案，選擇適當(dāng)?shù)拈_采方式，減少地下空洞的形成，降低塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。加強(qiáng)地面支護(hù)也是預(yù)防塌陷災(zāi)害的重要手段之一。在礦山開采過(guò)程中，可以通過(guò)安裝支撐體系、注漿固結(jié)等方法，加強(qiáng)巖層的固結(jié)性和承載能力，減少巖層的變形和塌陷，確保地下工作面的安全穩(wěn)定。

2.2 預(yù)防與治理滑坡

通過(guò)采集地質(zhì)樣本并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，可以了解地下巖石的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、穩(wěn)定性等方面的信息。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以識(shí)別出潛在的滑坡危險(xiǎn)區(qū)域。在選擇開采區(qū)域時(shí)，應(yīng)盡量避免這些危險(xiǎn)區(qū)域，以減少滑坡的潛在風(fēng)險(xiǎn)。除了地質(zhì)調(diào)查外，礦山企業(yè)還應(yīng)建立定期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)安裝監(jiān)測(cè)儀器和傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)地下巖石體的變化情況。監(jiān)測(cè)儀器可以記錄巖體的位移、應(yīng)力和壓力等數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，如位移速度加快或壓力增大，就可以及時(shí)預(yù)警并采取相應(yīng)的防護(hù)和控制措施[7]。

2.3 預(yù)防與治理地裂縫

地裂縫的預(yù)防措施主要包括以下幾個(gè)方面：加強(qiáng)采礦活動(dòng)的監(jiān)管和管理，禁止非法采礦和過(guò)度開采，保護(hù)地下水資源，防止地下水位下降過(guò)快。在采礦工程中，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，如地基加固、地面沉降控制等，以防止地裂縫的形成[8]。在治理地裂縫方面，主要有以下幾種方法：對(duì)于較小的地裂縫，可以采用填充法，即用水泥、砂石等材料填充裂縫，使其變得堅(jiān)固。對(duì)于較大的地裂縫，可以采用注漿法，即用高壓設(shè)備將水泥漿或其他化學(xué)漿注入裂縫中，使其變得堅(jiān)固。對(duì)于嚴(yán)重的地裂縫，可以采用錨索加固法，即在裂縫兩側(cè)打入錨桿，通過(guò)錨索將其連接起來(lái)，以達(dá)到加固的目的。

2.4 預(yù)防與治理崩塌

預(yù)防崩塌的關(guān)鍵在于減少或消除引發(fā)崩塌的因素，同時(shí)增強(qiáng)巖體的穩(wěn)定性。在開采過(guò)程中，采用合適的開采順序和開采方法，以減少應(yīng)力變化對(duì)巖體的影響。開挖地下洞室時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)和加固措施，以防止巖體松動(dòng)。在容易發(fā)生崩塌的區(qū)域，設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)崩塌的跡象[9]。在治理崩塌時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況采取合適的措施。對(duì)于小規(guī)模的崩塌，可以采用清理和加固的方法。對(duì)于大規(guī)模的崩塌，可能需要采取更復(fù)雜的工程措施，如擋墻、錨索等。對(duì)于因地下水變化引起的崩塌，應(yīng)采取有效的排水措施。

2.5 預(yù)防與治理泥石流

針對(duì)泥石流的預(yù)防，可以從以下幾個(gè)方面入手：提高對(duì)泥石流的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)山區(qū)地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，合理規(guī)劃和管理土地資源，保護(hù)和恢復(fù)植被，以維護(hù)山體的穩(wěn)定性[10]。在礦山開采過(guò)程中，嚴(yán)格控制采剝總量，減少棄土棄石等松散堆積物的形成，同時(shí)采取工程措施，如設(shè)置攔渣擋墻、排水溝等。在泥石流發(fā)生后，常用的治理措施包括：修導(dǎo)流槽等，以防止泥石流繼續(xù)流動(dòng)?；謴?fù)和改善泥石流發(fā)生區(qū)域的環(huán)境，如植樹造林等，以減少水土流失，增強(qiáng)土壤的持水能力。

3 十堰市茅箭區(qū)朝北溝采石場(chǎng)礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程

3.1 工程概況

湖北省十堰市茅箭區(qū)朝北溝有5個(gè)用于建筑的輝綠巖礦，共處理300多公頃，對(duì)礦山進(jìn)行綜合整治，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。為了維護(hù)城市的生態(tài)，也為了響應(yīng)社會(huì)各界關(guān)注的礦山開采問(wèn)題，2008年十堰市確定5座礦山逐漸關(guān)閉。近幾十年來(lái)，由于長(zhǎng)期的采礦活動(dòng)，導(dǎo)致了礦山資源的大量采掘，使得礦山的植被遭到嚴(yán)重的損害，從而導(dǎo)致了礦山的生態(tài)惡化。在高陡邊坡上，堆積物在崩塌，滑坡，泥石流等危害性較大；這些現(xiàn)象不僅會(huì)導(dǎo)致城市用地的大量閑置，而且會(huì)嚴(yán)重地影響到城市的景觀效果，還會(huì)對(duì)居民的人身健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅[11]。

3.2 礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題及危害

3.2.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患及危害

（1）巖質(zhì)邊坡崩塌、滑坡

礦區(qū)有3個(gè)采石場(chǎng)，由于長(zhǎng)期的采掘，造成了一系列大小不一的巖石高邊坡。該斜坡地層以晉寧期輝綠巖為主，多呈塊狀結(jié)構(gòu)，在構(gòu)造和爆破松散作用下，受到風(fēng)化和溶蝕作用，開挖面上地表巖體破裂，以軟弱的活石和危巖為主。斜坡的高程從50m～110m不等，最大的可以達(dá)到130m，斜坡的坡度從50～80°不等，大多是一級(jí)的陡立斜坡。斜坡的構(gòu)造節(jié)理、斷裂非常發(fā)達(dá)，表面巖石疏松。該區(qū)坡面坡度大，坡面有大量的活石和危險(xiǎn)巖石，在降雨季節(jié)，滑坡和落石現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。由于采石場(chǎng)的巖石邊坡大多遠(yuǎn)離人們的居住地，通常只有極少數(shù)的落石、滾石或山崩對(duì)居住地構(gòu)成了一定的危害，而對(duì)附近活動(dòng)的人影響則更大。在以后的礦區(qū)公園項(xiàng)目開發(fā)中，如果不能完全清除斜坡上的危險(xiǎn)，將會(huì)對(duì)旅游者的人身安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。

（2）廢渣邊坡滑坡

由于長(zhǎng)年累月的開采，在礦區(qū)五個(gè)采石場(chǎng)的平臺(tái)和斜坡上，積累了許多由礦山剝離下來(lái)的土石和廢料等，從而構(gòu)成了一個(gè)巨大的廢渣堆邊坡，占地面積大約為8.85×104m2，堆積方大約為13.28×104m3。垃圾堆場(chǎng)的整體斜率為25-40°，堆場(chǎng)的組成以碎石子和少量的粘土為主，堆場(chǎng)的構(gòu)造較為疏松，以部分崩塌為主要特征。治理區(qū)東部的垃圾堆場(chǎng)緊鄰著爬山道路，一旦垃圾堆場(chǎng)的坡面變形、失穩(wěn)，將會(huì)給過(guò)往的行人和交通帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。如果不及時(shí)處理，在以后的礦區(qū)公園項(xiàng)目開發(fā)中，將會(huì)給旅游者的人身和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的危害。

3.2.2 地形地貌景觀破壞及危害

礦區(qū)靠近武當(dāng)路復(fù)線，由于長(zhǎng)期的采礦，巖層的剝離、地表的破壞、垃圾的堆積，導(dǎo)致山上的植物幾乎全部被破壞，大量的石頭暴露在空氣中，與周圍的天然植物形成了強(qiáng)烈的反差，不僅對(duì)十堰市的形象造成了很大的破壞，而且還給十堰的發(fā)展造成了很大的阻礙。礦山開采對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，使原有的地表形態(tài)發(fā)生了明顯的變化，從而造成了不良的視覺效果。

3.2.3 土地壓占與破壞及危害

礦山開采造成廢渣場(chǎng)壓占土地、遺棄工業(yè)場(chǎng)地壓占土地以及非法亂建等。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在礦區(qū)壓占土地資源總計(jì)大約有67027m2，這就導(dǎo)致了土地資源的巨大浪費(fèi)。區(qū)域內(nèi)的違章建設(shè)，造成了建筑、公路的凌亂，以及大量的生產(chǎn)、生活廢棄物堆積如山。由于礦區(qū)采礦產(chǎn)生的廢料，占用了大片的耕地，并在暴雨之后發(fā)生了小規(guī)模的崩塌，甚至發(fā)生了山體滑坡，導(dǎo)致坡腳區(qū)民區(qū)溝渠淤積，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐恼Ｉa(chǎn)生活。

3.3 環(huán)境治理及生態(tài)恢復(fù)措施

根據(jù)治理區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、邊坡基本特征、分布形態(tài)，結(jié)合地方政府和意見，礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理方案主要為：坡面削方+坡面整形+場(chǎng)地平整+擋土墻工程+截（排）水溝+高次團(tuán)粒噴播綠化+覆土綠化+溝渠道路修復(fù)工程+監(jiān)測(cè)工程。

3.3.1 坡面削方

對(duì)采場(chǎng)的邊坡進(jìn)行了修整，并將邊坡上的危石、活石和滑坡等進(jìn)行了清理。在該地區(qū)，除了楔形邊坡，其他的邊坡經(jīng)修整處理后，各邊坡的坡率均為1:0.84。將坡面起伏控制在20cm之內(nèi)，對(duì)凸起巖體，其基巖面不能有倒傾或垂直坡面，其巖面傾角與坡度大致相同，并可依據(jù)削后的巖石特征，對(duì)馬道寬度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.3.2 場(chǎng)地平整

采用“削高填洼、劃方整平”的方法，對(duì)場(chǎng)地平整。整理出來(lái)的土地地塊輪廓以實(shí)際形狀為依據(jù)，對(duì)其進(jìn)行了修邊，并盡可能將其變成了圓形或規(guī)整的狀態(tài)。在對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整理和回填的時(shí)候，要按層次進(jìn)行填充，當(dāng)使用碾壓機(jī)械進(jìn)行夯實(shí)時(shí)，通常每個(gè)層次30cm，并且夯實(shí)的密實(shí)度不低于90%。在基坑開挖后，應(yīng)預(yù)留適當(dāng)?shù)呐潘甭?，其斜率不得低?‰。底盤平整至+350～369m，邊坡BP8山頂削方平整至+390m，形成觀景平臺(tái)。

3.3.3 擋土墻工程

擋墻主要沿邊坡坡腳設(shè)置，擋土墻為漿砌塊石，塊石的抗壓強(qiáng)度必須在40MPa以上，用M10灰泥砌成。沿墻走向每隔15m設(shè)置一條伸縮縫，自墻頂做到基底，縫寬20mm，縫內(nèi)采用瀝青麻絲或?yàn)r青杉木板填充。為排除墻后積水，在距地面高0.3m墻體上設(shè)置泄水孔，泄水孔直徑75mm，水平間距3.0m，泄水管處設(shè)置0.3×0.3×0.3m厚濾水層，并采用土工布或?yàn)V網(wǎng)進(jìn)行包扎。

3.3.4 截（排）水溝

排水溝設(shè)置在坡頂及坡腳處，各溝段的斷面初步考慮為矩形斷面，依據(jù)排水溝的截、排水的功能和所處地形的不同，設(shè)計(jì)水面的超高安全高度按0.1～0.2m考慮。排水溝采用矩形，A型排水溝尺寸為0.5×0.6m，B型排水溝尺寸為0.4×0.5m。截（排）水溝采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

3.3.5 坡面綠化

綠化工程主要包含高次團(tuán)粒噴播、覆土綠化兩種綠化方式，其中高次團(tuán)粒噴播用于巖質(zhì)邊坡綠化、覆土綠化用于廢渣堆邊坡綠化、底盤綠化及擋土墻后側(cè)綠化。

高次團(tuán)粒噴播用于巖質(zhì)邊坡綠化、覆土綠化用于廢渣堆邊坡綠化、底盤綠化及擋土墻后側(cè)綠化，主要采用經(jīng)特殊生產(chǎn)工藝制成的客土材料，加入植物的種子，并添加許多必要的其他材料，通過(guò)噴播、機(jī)械或人工作業(yè)的方式制成最適于植物生長(zhǎng)的土壤培養(yǎng)基，適于植物生長(zhǎng)。

覆土綠化主要沿平整后的底盤、廢渣堆以及各擋土墻內(nèi)側(cè)進(jìn)行布置。擋土墻內(nèi)進(jìn)行覆土綠化，按照當(dāng)?shù)厣锷L(zhǎng)習(xí)性栽植常綠灌木、藤類植物及草本植物，灌木以高桿女貞、紅葉石楠為主草本植物主要播撒狗牙根、百喜草、金雞菊等。

3.3.6 道路修復(fù)

對(duì)朝北溝區(qū)北部的山路進(jìn)行修繕，縱向坡度沿舊路行走的道路，應(yīng)盡可能保留原來(lái)的縱向坡度，并盡可能地避免因開挖而造成的對(duì)自然地貌的損害。在有可能的情況下，對(duì)已挖過(guò)山的道路，可以采取放慢縱坡的措施，同時(shí)要注意防止道路上的積水，以確保道路的暢通。道路修復(fù)要根據(jù)其所在的地點(diǎn)以及狀況來(lái)進(jìn)行，在設(shè)計(jì)的道路寬度超過(guò)6.5m的情況下，要考慮車輛行駛。

4 結(jié)束語(yǔ)

礦山地質(zhì)災(zāi)害防治策略及地質(zhì)環(huán)境保護(hù)工作是確保礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的治理，能夠降低礦山事故的發(fā)生率，保障人員安全和礦產(chǎn)資源的有效利用，并為未來(lái)礦業(yè)發(fā)展提供良好的地質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)。