露天礦山開(kāi)采及地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)

王文澤

（中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司，北京 100000）

0 引言

我國(guó)對(duì)于資源的需求量比較大，所以在礦山露天開(kāi)采時(shí)也不斷提高開(kāi)采效率，采用科學(xué)的開(kāi)采技術(shù)和工藝。現(xiàn)階段，雖然礦山露天開(kāi)采技術(shù)有所提升，但在相關(guān)技術(shù)應(yīng)用與管理中仍存在一定問(wèn)題，在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題依舊較為突出。過(guò)度的開(kāi)發(fā)使得礦山周?chē)鷳B(tài)系統(tǒng)遭到破壞，為有效減小地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率與環(huán)境污染，應(yīng)當(dāng)積極開(kāi)展治理工作。

1 露天礦山開(kāi)采技術(shù)

1.1 爆破技術(shù)

礦井開(kāi)挖中涉及很多的新工藝，其中爆破作業(yè)技術(shù)就包括在其中，而爆炸破碎技術(shù)的使用范圍也相當(dāng)廣泛，在擠壓、微差爆破等工藝中也都出現(xiàn)，而這種新工藝技術(shù)的產(chǎn)生和大規(guī)模使用成功克服了以往所面臨的困難問(wèn)題，如難爆巖體的破裂問(wèn)題和炸藥破碎減震問(wèn)題等。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日趨成熟，一些新型的火藥與爆破工具也層出不窮，并且還在不斷地更新與換代中。

1.2 露天礦山采剝工藝

礦體上部有很厚的覆蓋層，正式開(kāi)采前需要徹底清除上面的雜草與樹(shù)根，并將其運(yùn)送到排土場(chǎng)統(tǒng)一堆放，然后使用挖掘機(jī)把覆蓋層的黏土直接鏟除?？梢圆捎脻摽足@機(jī)鑿巖，礦體和巖石包裹體采用中深孔鉆爆。爆破后的礦石，可以用挖掘機(jī)裝入自卸汽車(chē)或輸送帶，運(yùn)出礦區(qū)進(jìn)行加工。結(jié)合實(shí)際開(kāi)采中容易存在的有害因素及危險(xiǎn)，制訂有效的安全技術(shù)舉措，有效解決可能危及露天開(kāi)采安全生產(chǎn)的隱患。

1.3 排土技術(shù)

排土工藝對(duì)露天礦山非常關(guān)鍵，它不但直接關(guān)系到企業(yè)產(chǎn)量和面積的擴(kuò)大，并且同時(shí)還直接關(guān)系到交通、排土等工藝過(guò)程的效率。排土技術(shù)主要通過(guò)土地開(kāi)拓方式或交通方法確定，而利用排土場(chǎng)的特性就可以衡量礦山企業(yè)是不是能夠長(zhǎng)時(shí)間實(shí)施露天開(kāi)采作業(yè)。而露天礦利用動(dòng)力裝備實(shí)現(xiàn)排土施工的，主要是因?yàn)樵摷夹g(shù)設(shè)備在施工上具有機(jī)動(dòng)靈活、爬坡特性較好的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，適合于任何地質(zhì)條件，也可以堆設(shè)為各種坡形和平原形排土場(chǎng)。也因?yàn)槠渑磐辆€(xiàn)路的施工速度相對(duì)快、投入較少、易于維護(hù)，排土施工方式與排土場(chǎng)的操作和保養(yǎng)也就相對(duì)地比較簡(jiǎn)便。在礦井的各種排土開(kāi)挖活動(dòng)中，一般是使用比較靈活、機(jī)械化的各種排土方法，其中既包括了單臺(tái)階式排土方法，也含有了多臺(tái)階式的分層排土方法。一般條件下，根據(jù)勘探線(xiàn)的規(guī)模，可分別安排一輛推土機(jī)或配備一輛新型自動(dòng)化車(chē)輛實(shí)施排土[1]。對(duì)于露天礦山的施工排土方式和施工排土場(chǎng)危害防治技術(shù)的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)重要方面：①施工中采用了效能較高的排土裝置，增加了施工排土強(qiáng)度。②繼續(xù)擴(kuò)大了建筑單位的建設(shè)用地總體規(guī)模和建設(shè)體積，并增加了材料堆放面積和構(gòu)筑物堆設(shè)高度，降低了排土場(chǎng)的建設(shè)面積。③對(duì)全部排土場(chǎng)地全部實(shí)施了復(fù)墾，有效降低了污染。

1.4 邊坡處理技術(shù)

首先，就是保護(hù)處理技術(shù)的使用，在邊坡工程建設(shè)中較為普遍的情況是塌方現(xiàn)象，施工人員就必須首先對(duì)事故的高發(fā)地段進(jìn)行防護(hù)處理，把一定范圍內(nèi)的渣砂徹底清除，然后再重新設(shè)計(jì)防護(hù)擋墻實(shí)施保護(hù)，該保護(hù)擋墻通常由錨桿鋼筋捆扎以及大直徑鋼筋所構(gòu)成。其次，是緊急處置手段的運(yùn)用。工程技術(shù)人員首先要全面了解邊坡施工的常見(jiàn)事故類(lèi)型，一旦產(chǎn)生了突發(fā)事件，必須要迅速判斷現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)生狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)發(fā)生事件的邊坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣調(diào)查，以確定其物質(zhì)成分、巖體性質(zhì)和土層厚度等，從而更正確地預(yù)測(cè)滑坡參數(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)的安全運(yùn)行奠定了理論基礎(chǔ)。最后，對(duì)控制參數(shù)的正確控制[2]。

1.5 防排水技術(shù)

露天礦區(qū)是完全裸露在大自然當(dāng)中的，并且在露天的狀況下完成所有的生產(chǎn)工作，露天礦區(qū)受自然環(huán)境影響較大，而且一旦遇到雨季就很有可能造成整個(gè)礦區(qū)生產(chǎn)操作的全部停機(jī)，為防止此類(lèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)，就需要對(duì)相應(yīng)的防排水技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。這種技術(shù)關(guān)鍵是通過(guò)布設(shè)截水溝或防洪堤等方式，阻隔、疏導(dǎo)礦區(qū)采礦之外的匯水或者徑流速度水，相應(yīng)的防排水措施也不僅是用來(lái)起到保證山洪暴發(fā)峰值時(shí)洪水可以順暢流出的目的，還可以避免地表水流進(jìn)采礦范圍作業(yè)面中去，從而造成了麻煩。

2 露天礦山開(kāi)采過(guò)程中的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型

露天礦山開(kāi)采需大規(guī)模剝離地表土壤與巖層，并直接破壞區(qū)域原有的巖石結(jié)構(gòu)，形成全新的開(kāi)采斷面，區(qū)域邊坡角度變大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大幅上升，因此，分析露天礦山開(kāi)采工作實(shí)際，其地質(zhì)災(zāi)害主要有巖石崩塌、滑坡、泥石流等。

2.1 泥石流

露天礦山開(kāi)采會(huì)徹底破壞區(qū)域原有的地表結(jié)構(gòu)，區(qū)域地貌特征大規(guī)模改變，原有的地質(zhì)平衡被打破。隨著開(kāi)采工作的不斷進(jìn)行，地貌被破壞面積不斷擴(kuò)大，區(qū)域整體的保水能力持續(xù)下滑，一旦遭遇強(qiáng)降水天氣，短時(shí)大量地表水將會(huì)沿著山體表面沖刷而下。開(kāi)采環(huán)節(jié)產(chǎn)生的固體廢棄物被堆放在山體表面，抑或是堆放在山溝位置，這些破碎的廢棄物很可能被匯聚而來(lái)的地表水沖走，最終形成露天礦區(qū)泥石流。此外，礦山開(kāi)挖后因開(kāi)采工作的特性，經(jīng)常會(huì)形成三面環(huán)山、前緣地形開(kāi)闊且周邊山體陡峭的地貌特征，這種地貌很容易造成降水匯集，大量自然降水匯集到相對(duì)狹窄的區(qū)域，沖刷能力大幅提高，礦區(qū)各類(lèi)固體廢棄物順山勢(shì)而下，破壞力與危險(xiǎn)系數(shù)直線(xiàn)上升。

2.2 巖石崩塌

露天礦山開(kāi)采需要對(duì)巖石進(jìn)行切割、爆破，此外開(kāi)采環(huán)節(jié)為提高效率，減少開(kāi)挖量，實(shí)際開(kāi)挖坡度通常在80°以上，邊坡位置沒(méi)有按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置為臺(tái)階結(jié)構(gòu)，而是直接形成高且陡的大邊坡。如果礦產(chǎn)分布角度與作業(yè)斷面邊坡角度處于相反或相切狀態(tài)，則邊坡巖層卸荷裂隙發(fā)育，巖層穩(wěn)定性急劇下滑，如果遭遇大規(guī)模降水、地震抑或是礦山爆破，這一作業(yè)區(qū)域的楔形體將向下滑動(dòng)，巖層結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步破壞，最終出現(xiàn)大面積巖石崩塌現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的人身安全[3]。

2.3 滑坡

巖石礦山開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)挖作業(yè)量十分龐大，礦區(qū)表面的土壤以及巖石等被大面積剝離，覆蓋層的前端會(huì)被掏空，伴隨著開(kāi)采工作的持續(xù)進(jìn)行，未作業(yè)區(qū)域的表土層因其結(jié)構(gòu)較為松散，很容易沿著巖土結(jié)合面下滑，輕則出現(xiàn)開(kāi)采作業(yè)面表面垮塌，嚴(yán)重時(shí)，大面積表土層向下滑落，山體滑坡將在極短時(shí)間內(nèi)威脅到整個(gè)采礦區(qū)域人民群眾的生命與財(cái)產(chǎn)安全。露天礦山開(kāi)采作業(yè)將會(huì)產(chǎn)生大量礦渣與碎石，如果這些廢棄物未能得到妥善處理，在礦區(qū)隨意堆放，堆積體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性將會(huì)持續(xù)下滑。此外，堆積體表面未能得到有效保護(hù)，自然降水滲入其中，進(jìn)一步影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，一旦出現(xiàn)震動(dòng)，抑或是上層重量超出結(jié)構(gòu)承受極限，就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的滑坡災(zāi)害。

3 露天礦山開(kāi)采及地質(zhì)災(zāi)害防治措施

3.1 嚴(yán)格管理責(zé)任

露天礦實(shí)際開(kāi)采不但要嚴(yán)格遵守安全管理計(jì)劃要求施工，也需要進(jìn)一步提升對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采礦的安全管理水平，并預(yù)估判斷現(xiàn)場(chǎng)中潛在的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)合理舉措將風(fēng)險(xiǎn)消滅在萌芽狀態(tài)，同時(shí)要嚴(yán)格考核管理者各項(xiàng)能力，綜合評(píng)估正常實(shí)施的露天采礦工作，重視能夠完善之處，努力將其做到最好。此過(guò)程中，管理人員需要自我反省，在哪些方面可以盡善盡美，進(jìn)而最大程度地實(shí)現(xiàn)采礦作業(yè)效率及管理人員專(zhuān)業(yè)水平的提升。此外，想要使管理者有效貫徹執(zhí)行安全管理工作，可與各采礦方簽訂合同，確保各方嚴(yán)格執(zhí)行安全管理計(jì)劃。通過(guò)合同約束管理人員和其他人員的行為，并利用責(zé)任到人的分配方式，督促各部門(mén)人員按照安全生產(chǎn)制度，把安全管理目標(biāo)落實(shí)，保證生產(chǎn)工作的安全。

3.2 邊坡穩(wěn)定預(yù)防安全措施

對(duì)采場(chǎng)可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)做以下防范以及安全措施。①采用自上而下的臺(tái)階開(kāi)采.在最終邊坡設(shè)安全平臺(tái)清掃平臺(tái)寬，采取采剝并舉，剝離先行的原則。②在開(kāi)采過(guò)程中，定期檢查邊坡。清理邊坡上的危石、浮石，對(duì)危險(xiǎn)地帶應(yīng)及時(shí)采取維護(hù)措施。應(yīng)定期對(duì)最終臺(tái)階進(jìn)行檢查，不穩(wěn)定地段在暴雨過(guò)后及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)處理，報(bào)告有關(guān)主管部門(mén)。③在最終邊坡的安全、清掃平臺(tái)上設(shè)置排水溝，將大氣降水及滲透裂隙水匯集后集中排出，防止雨水、裂隙水等對(duì)邊坡的沖刷，起到保護(hù)邊坡穩(wěn)定的作用[4]。

3.3 崩塌災(zāi)害防治

露天礦區(qū)礦山崩塌災(zāi)害防治工作的重點(diǎn)在于對(duì)潛在崩塌體的加固。礦山開(kāi)采企業(yè)應(yīng)建立專(zhuān)業(yè)的地質(zhì)災(zāi)害防治團(tuán)隊(duì)，針對(duì)潛在的崩塌體進(jìn)行全面排查，全面消除區(qū)域崩塌隱患，避免礦山崩塌而影響人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。依照當(dāng)前露天礦山的開(kāi)采作業(yè)特征，崩塌體可分為3 種規(guī)模。如果是規(guī)模較小的潛在危險(xiǎn)源，工程團(tuán)隊(duì)可對(duì)其進(jìn)行鑿除作業(yè)，提前清理，避免崩塌體掉落影響到開(kāi)采工作。如果是規(guī)模中等的潛在崩塌體，開(kāi)采企業(yè)可在合適位置設(shè)置落石平臺(tái)或防護(hù)網(wǎng)等安全保障措施，崩塌體在崩落時(shí)受到這些防護(hù)體系的阻擋，沖擊力被削弱，進(jìn)而避免出現(xiàn)區(qū)域大面積持續(xù)崩塌的現(xiàn)象。如果崩塌體規(guī)模較大，常規(guī)工程手段無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成清除，且各類(lèi)防護(hù)工作也不能形成有效保障，開(kāi)采企業(yè)應(yīng)采取定向爆破的方式，提前解決崩塌隱患。

3.4 做好礦山生態(tài)恢復(fù)，加大礦區(qū)復(fù)墾種植的力度

相關(guān)部門(mén)需要結(jié)合地質(zhì)環(huán)境治理和采礦權(quán)，對(duì)各種調(diào)控手段加以利用，督促企業(yè)在礦山開(kāi)采期間把地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理工作做好，從而落實(shí)資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)工作。一方面，在露天礦山開(kāi)采期間，需要具備良好的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，提升土地復(fù)墾方面的責(zé)任感，以此確保在開(kāi)采期間把土地復(fù)墾的準(zhǔn)備工作做好。另一方面，要對(duì)恢復(fù)生態(tài)環(huán)境和土地復(fù)墾的技術(shù)加以利用，重點(diǎn)研究礦區(qū)生態(tài)治理，以此有效提升礦山地質(zhì)環(huán)境的治理效率。同時(shí)，要結(jié)合不同地域和類(lèi)型的礦區(qū)，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展原則，提升耕地?cái)?shù)量，平衡區(qū)域內(nèi)耕地占補(bǔ)。

3.5 采用礦山地面減沉技術(shù)

礦山開(kāi)采過(guò)程中需要建設(shè)大規(guī)模的巷道，而在完成開(kāi)采工作以后，這些區(qū)域就會(huì)形成采空區(qū)，如果沒(méi)有對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行有效的回填處理，很容易破壞周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境。因此，為了能夠盡量減少采礦區(qū)域引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，通常會(huì)選擇使用地面減沉技術(shù)進(jìn)行治理，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，地面減沉技術(shù)主要就是對(duì)采礦區(qū)域進(jìn)行填充，通常會(huì)選擇尾礦、沙或者廠沙爐渣等材料進(jìn)行回填處理，盡量減少地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生有效降低礦產(chǎn)開(kāi)采活動(dòng)，對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的破壞。對(duì)于礦山地質(zhì)來(lái)說(shuō)，如果出現(xiàn)地面沉降現(xiàn)象，必然會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生破壞，例如遇到降水天氣就會(huì)對(duì)地面形成沖刷作用，進(jìn)而破壞周?chē)耐寥澜Y(jié)構(gòu)，很有可能會(huì)引發(fā)水土流失或者泥石流等災(zāi)害，而使用地面減沉技術(shù)能夠有效減少沉降現(xiàn)象的產(chǎn)生，更好地保護(hù)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境，進(jìn)而降低地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的概率[5]。

3.6 做好地質(zhì)調(diào)查，建立地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)

要對(duì)地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)與實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)先了解，對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行明確，并全面調(diào)查礦區(qū)水文地質(zhì)工程實(shí)施期間容易發(fā)生的問(wèn)題。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，利用信息技術(shù)建立地質(zhì)環(huán)境綜合信息系統(tǒng)。首先，在地質(zhì)調(diào)查期間，應(yīng)明確礦區(qū)地下水含水巖體結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)水文地質(zhì)參數(shù)以及各項(xiàng)參數(shù)信息重新進(jìn)行界定，從而使地下水資源評(píng)價(jià)工作有效落實(shí)。其次，要想把可靠的參考依據(jù)提供給地下水資源的開(kāi)發(fā)利用，要詳細(xì)劃分地下水系統(tǒng)，并全面評(píng)價(jià)地下水補(bǔ)排情況以及水資源開(kāi)發(fā)利用情況。此外，要總結(jié)區(qū)分地下水的化學(xué)特征和土質(zhì)物理特征等方面，建設(shè)應(yīng)急水源區(qū)域，有利于應(yīng)急供水用水。另一方面，要區(qū)分巖體工程地質(zhì)，對(duì)巖體地質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。還要對(duì)礦區(qū)水文地質(zhì)問(wèn)題的類(lèi)型以及地質(zhì)分布特征進(jìn)行明確，并采取針對(duì)性的防治措施。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，與地下開(kāi)采工作相比，露天開(kāi)采生產(chǎn)管理工作的原理比較簡(jiǎn)單，因此，多數(shù)露天開(kāi)采單位在開(kāi)采期間不夠重視地質(zhì)災(zāi)害的防治工作。與此同時(shí)，在露天礦山開(kāi)采期間，極有可能會(huì)出現(xiàn)崩塌以及滑坡等情況，不僅會(huì)對(duì)開(kāi)采工作進(jìn)度造成一定阻礙，還對(duì)開(kāi)采人員的生命安全產(chǎn)生了一定威脅。露天開(kāi)采單位應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境以及企業(yè)情況，做好地質(zhì)災(zāi)害防治工作，深入分析開(kāi)采過(guò)程中的各種影響因素，制定針對(duì)性的解決措施，以此確保露天開(kāi)采工作的順利進(jìn)行。