露天礦山開采及地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)分析

摘要：露天礦山開采常伴隨崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害不僅對礦山正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重干擾，導(dǎo)致開采作業(yè)中斷、設(shè)備損壞和人員傷亡等直接損失，還對周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生長期、深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。結(jié)合露天礦山開采工藝流程和邊坡穩(wěn)定性控制方法，剖析露天礦山地質(zhì)災(zāi)害成因，提出露天礦山地質(zhì)災(zāi)害防治策略?？傮w來看，要堅持預(yù)防為主、防治結(jié)合，推動露天礦山開采的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：露天礦山；開采；地質(zhì)災(zāi)害；防治

中圖分類號：TD167；X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-00-03

Analysis on open-pit mining and geological hazard prevention and Control technology

LUO Guangzhi

（The Second Engineering Survey Institute Co.， Ltd.， Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources， Zunyi 563000， China）

Abstract： Open-pit mining is often accompanied by geological hazards such as collapses， landslides and mudslides， and geological hazards not only cause serious disruptions to normal mining operations， resulting in direct losses such as mining interruptions， equipment damage， and personnel casualties， but also have long-term and far-reaching negative impacts on the surrounding ecological environment. Combining the mining process and slope stability control methods of open-pit mines， the causes of geological hazards in open-pit mines are analyzed， and the prevention and control strategies are proposed for geological hazards in open-pit mines. Overall， it is necessary to adhere to the principle of prevention first and combining prevention and control， and promote the sustainable development of open-pit mining.

Keywords： open-pit mines; mining; geological hazards; prevention and control

露天礦山開采是資源開發(fā)的重要手段，通過穿孔、爆破、采裝和運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜工序，將深埋于地下的礦產(chǎn)資源挖掘出來并進(jìn)行加工利用。然而，隨著開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大和開采深度的持續(xù)增加，露天礦山面臨嚴(yán)峻的地質(zhì)災(zāi)害挑戰(zhàn)。崩塌、滑坡和泥石流等災(zāi)害可能破壞周邊的植被，污染土壤和水體，進(jìn)而影響區(qū)域生態(tài)平衡和生物多樣性。因此，有必要針對性地制定并實(shí)施有效的防治措施，實(shí)現(xiàn)露天礦山開采與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 露天礦山開采工藝流程

1.1 穿孔作業(yè)

綜合考慮礦山地質(zhì)條件、巖石特性等因素，精準(zhǔn)選用合適的穿孔設(shè)備。牙輪鉆機(jī)適用于中硬以上的巖石，其鉆孔直徑較大，能滿足大規(guī)模爆破需求。潛孔鉆機(jī)則在中小型礦山或復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域有較好的適用性，可靈活調(diào)整鉆孔角度與深度。鉆孔布局與參數(shù)設(shè)定直接影響后續(xù)爆破效果，需要綜合考慮礦巖的節(jié)理裂隙、硬度分布等因素，以確保爆破能量均勻分布，實(shí)現(xiàn)高效破碎。

1.2 爆破作業(yè)

炸藥選擇、裝藥量計算以及起爆方式設(shè)計均需要嚴(yán)格遵循巖石力學(xué)與爆破工程學(xué)原理。合理的爆破參數(shù)能夠使礦巖按照預(yù)定方向破碎、拋擲，減少大塊率，提高采裝效率。同時，現(xiàn)代爆破技術(shù)注重對爆破振動、飛石等有害效應(yīng)的控制，采用微差爆破、預(yù)裂爆破等先進(jìn)工藝，降低對周邊環(huán)境與邊坡穩(wěn)定性的影響。

1.3 采裝作業(yè)

采裝作業(yè)依賴電鏟、液壓挖掘機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備，鏟斗容量、挖掘力與作業(yè)范圍需要與礦山規(guī)模、礦巖性質(zhì)相匹配。操作人員需要熟練掌握設(shè)備的操作技巧，根據(jù)礦堆形狀、高度等靈活調(diào)整挖掘角度與力度，確保高效、安全地將破碎后的礦巖裝入運(yùn)輸車輛。

1.4 運(yùn)輸作業(yè)

根據(jù)礦山地形、運(yùn)輸距離與運(yùn)輸量規(guī)劃合理的運(yùn)輸路線，選擇合適的運(yùn)輸工具。對于長距離、大運(yùn)量的運(yùn)輸，膠帶輸送機(jī)具有高效、穩(wěn)定的優(yōu)勢；載重卡車則在靈活性與適應(yīng)性方面表現(xiàn)突出，可在復(fù)雜地形條件下完成運(yùn)輸任務(wù)。整個開采工藝流程各環(huán)節(jié)緊密相連，相互影響，任一環(huán)節(jié)的技術(shù)失誤都可能導(dǎo)致開采效率低下、成本增加，甚至引發(fā)安全與地質(zhì)災(zāi)害問題[1]。

2 露天礦山邊坡穩(wěn)定性控制方法

影響露天礦山邊坡穩(wěn)定性的因素眾多且復(fù)雜，在地質(zhì)構(gòu)造方面，斷層、節(jié)理裂隙等會破壞巖體的完整性，為巖體滑動提供潛在的弱面。當(dāng)巖石強(qiáng)度較低或遇水后強(qiáng)度顯著降低時，邊坡失穩(wěn)風(fēng)險大幅增加，臺階高度、坡面角和開采深度等開采參數(shù)也對邊坡穩(wěn)定性有關(guān)鍵影響。

為了有效控制邊坡穩(wěn)定性，在邊坡設(shè)計階段，依據(jù)地質(zhì)勘察資料，運(yùn)用極限平衡法、數(shù)值模擬法等進(jìn)行穩(wěn)定性分析，科學(xué)確定合理的臺階高度、坡面角等參數(shù)。對于堅硬巖石，臺階高度可適當(dāng)增大，坡面角可相對較陡；對于軟弱巖石，要適當(dāng)降低臺階高度并放緩坡面角。在邊坡監(jiān)測環(huán)節(jié)，采用全站儀、全球定位系統(tǒng)接收機(jī)等高精度的測量儀器，對邊坡表面位移進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時利用鉆孔傾斜儀等監(jiān)測內(nèi)部巖體的位移變化。通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)邊坡變形的異常趨勢，以便采取相應(yīng)措施[2]。若監(jiān)測到邊坡位移速率加快，則采取錨索支護(hù)加固措施，通過錨索的錨固力增加巖體的抗滑力，或采用擋土墻阻擋巖體下滑。

3 露天礦山地質(zhì)災(zāi)害成因

露天礦山地質(zhì)災(zāi)害成因可以分為兩類，即地質(zhì)因素和人為活動。

3.1 節(jié)理裂隙與崩塌

巖石的節(jié)理裂隙作為巖體的薄弱部位，顯著改變巖體的力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)完整性。在風(fēng)化作用下，節(jié)理裂隙為風(fēng)化營力提供侵入通道，加速巖石風(fēng)化，使得巖石強(qiáng)度逐漸降低。隨著時間推移，在重力的持續(xù)作用下，巖石沿節(jié)理裂隙面發(fā)生剪切滑移。當(dāng)節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀與邊坡面的傾向相近且傾角小于邊坡坡度角時，巖石塊體便具備沿裂隙面滑移的有利空間條件。在暴雨沖刷、地震動荷載作用下，裂隙中的充填物可能被沖刷或振落，進(jìn)一步削弱巖體的抗滑力，誘發(fā)崩塌災(zāi)害。

3.2 地層結(jié)構(gòu)與滑坡

地層中，軟弱夾層的巖性通常為黏土巖、頁巖或破碎帶物質(zhì)等，具有強(qiáng)度低、抗剪能力差的特性。當(dāng)露天礦山進(jìn)行開挖作業(yè)時，邊坡巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，原本處于平衡狀態(tài)的地層結(jié)構(gòu)受到擾動。在重力作用下，上部巖體產(chǎn)生沿軟弱夾層滑動的剪切力，而軟弱夾層力學(xué)性質(zhì)薄弱，難以承受較大的剪切應(yīng)力，容易發(fā)生塑性變形乃至破壞。降雨也會使地層中的孔隙水壓力上升，降低巖體之間的有效正應(yīng)力，從而削弱巖體的抗滑力。爆破振動會瞬間改變巖體的應(yīng)力狀態(tài)，為滑坡提供觸發(fā)動力。

3.3 人為活動

爆破作業(yè)是露天礦山開采的常用手段，炸藥爆炸瞬間釋放巨大能量，以地震波形式在巖體中傳播，當(dāng)振動強(qiáng)度超過巖體的抗拉、抗剪極限時，巖體內(nèi)部的節(jié)理、裂隙就會擴(kuò)展延伸甚至產(chǎn)生新裂縫，導(dǎo)致巖體完整性受損，強(qiáng)度大幅降低[3]。

4 露天礦山地質(zhì)災(zāi)害防治策略

露天礦山主要有3種地質(zhì)災(zāi)害，即崩塌、滑坡和泥石流，不同地質(zhì)災(zāi)害的防治策略存在一定差異。

4.1 崩塌防治技術(shù)

4.1.1 工程防護(hù)措施

擋石墻的設(shè)計與建造有嚴(yán)格的技術(shù)要求，常見的是重力式擋石墻，其基礎(chǔ)深度需要根據(jù)地質(zhì)條件確定，一般要求至少嵌入穩(wěn)定基巖0.5 m。墻身高度依據(jù)崩塌體可能的滑落高度設(shè)計，通常為2～5 m。墻體厚度為0.5～1.5 m，采用混凝土或漿砌石材料，抗壓強(qiáng)度需要超過30 MPa，以有效阻擋崩塌石塊。

4.1.2 綜合防治手段

截水溝通常設(shè)置在崩塌體上方邊緣，距離坡頂3～5 m，溝底寬度為0.3～0.5 m，深度為0.4～0.6 m，縱坡比不小于0.5%，以便有效攔截山坡地表水。地下水排水孔直徑多為50～100 mm，深度依據(jù)地下水位確定，一般為5～10 m，間距為2～3 m，可降低地下水對崩塌體的影響。

4.2 滑坡防治技術(shù)

在水害治理措施中，防洪截水溝的截面尺寸依據(jù)匯水面積而定。一般情況下，當(dāng)匯水面積在1 km2以內(nèi)時，截水溝底寬可為0.5～1.0 m，深度為0.6～1.0 m，縱坡坡度不小于3‰，以有效攔截滑坡區(qū)外的地表水，防止其大量涌入滑坡區(qū)[4]。在支擋工程中，擋土墻的基礎(chǔ)埋深需要達(dá)到2 m，墻高依據(jù)滑體推力和地形而定，多在3～8 m。墻體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級不低于C25?？够瑯兜臉稄揭话銥?～3 m，樁長為10～30 m，樁間距為3～6 m，根據(jù)滑體規(guī)模和力學(xué)特性合理設(shè)置，提供強(qiáng)大的抗滑阻力。

4.3 泥石流防治技術(shù)

4.3.1 減少尾礦排放量

優(yōu)化開采工藝，將開采分層厚度由傳統(tǒng)的10 m降低至5 m，精準(zhǔn)地分離礦石與廢石，使廢石混入率降低30%。穿孔爆破環(huán)節(jié)，對鉆孔進(jìn)行精確定位，合理設(shè)計爆破參數(shù)。采用數(shù)碼電子雷管精確控制起爆時間，使爆破的礦石破碎度更均勻，大塊率低于5%，從而減少二次破碎產(chǎn)生的廢渣量。采用先進(jìn)的選礦技術(shù)，高效分選礦石，對于特定的金屬礦石，選礦回收率可超過90%，礦石利用率顯著提高，尾礦品位低于0.5%，尾礦排放量大大減少。

4.3.2 加強(qiáng)廢棄物管理

依據(jù)廢棄物的性質(zhì)差異進(jìn)行嚴(yán)格分類，將廢石按照硬度、粒徑分類，硬度較高、粒徑較大的廢石可用于修筑礦山道路基礎(chǔ)或擋土墻等工程結(jié)構(gòu)，其利用率可達(dá)40%。對于尾礦砂，根據(jù)其化學(xué)成分和顆粒級配分類存放，部分可作為建筑材料原料進(jìn)行再利用。不同類型廢棄物存放區(qū)域設(shè)置隔離帶，隔離帶寬度一般為2～3 m，采用混凝土或夯實(shí)土構(gòu)筑，防止不同廢棄物相互混雜而影響后續(xù)利用與管理。對于廢石堆放場，根據(jù)堆積速度和規(guī)模，每3～6個月進(jìn)行一次整理，清理散落的碎石和泥土，保持堆放場表面的平整度，減少雨水沖刷形成泥石流的風(fēng)險[5]。尾礦庫每月進(jìn)行一次巡檢與清理，及時清除庫內(nèi)積水和淤泥，防止尾礦壩潰壩引發(fā)泥石流。在清理過程中，采用大型裝載機(jī)和運(yùn)輸車輛，裝載機(jī)的鏟斗容量一般為3～5 m3，運(yùn)輸車輛載重為20～30 t，完成廢棄物的高效清理與轉(zhuǎn)運(yùn)。

4.3.3 溝道防護(hù)與預(yù)警

在溝道防護(hù)措施中，攔擋壩壩高通常依據(jù)溝道地形與泥石流流量確定，一般在5～15 m。壩體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，混凝土強(qiáng)度等級不低于C30，能承受泥石流峰值流量下的沖擊力。壩體基礎(chǔ)需要深埋于穩(wěn)定基巖中，深度不少于3 m，確保壩體穩(wěn)固。排導(dǎo)槽的設(shè)計必須注重縱坡坡度與寬度，縱坡坡度一般在3%～8%，寬度根據(jù)泥石流流量確定，一般為3～8 m，這樣能有效引導(dǎo)泥石流按預(yù)定方向排泄，減少其對周邊區(qū)域的沖擊與破壞。露天礦山溝道可以設(shè)置攔擋壩，阻擋泥石流中的巨石，保護(hù)下游的礦山設(shè)施，排導(dǎo)槽使泥石流快速通過，避免在溝道內(nèi)淤積。在預(yù)警系統(tǒng)方面，監(jiān)測指標(biāo)的選取與預(yù)警閾值的設(shè)定是核心，降雨量監(jiān)測采用高精度雨量傳感器，當(dāng)1 h降雨量超過50 mm或者24 h降雨量超過150 mm時，觸發(fā)預(yù)警信號，因為這類降雨強(qiáng)度易引發(fā)泥石流。在溝道內(nèi)設(shè)置泥位計監(jiān)測泥位變化，當(dāng)泥位上升速度超過1.0 m/min時，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警。

5 結(jié)論

露天礦山開采中，地質(zhì)災(zāi)害問題不容忽視，合理運(yùn)用開采技術(shù)是礦山高效安全運(yùn)營的前提。地質(zhì)災(zāi)害成因涵蓋地質(zhì)與人為因素，節(jié)理裂隙、地層結(jié)構(gòu)缺陷以及爆破振動等均可能誘發(fā)災(zāi)害?；诖?，露天礦山要因地制宜，科學(xué)施策，有效防治崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害?？傮w來說，要堅持預(yù)防為主、防治結(jié)合，提升作業(yè)人員的安全生產(chǎn)意識和環(huán)境保護(hù)意識，有效消除地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，保護(hù)露天礦山生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色安全開采，助力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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5 張 赫，孫 巖.露天礦山地質(zhì)災(zāi)害成因與防治[J].礦業(yè)工程，2015（6）：45-47.

收稿日期：2024-12-09

作者簡介：羅光治（1996—），男，貴州遵義人。研究方向：地質(zhì)災(zāi)害防治。