礦山地質災害成災機理與防治技術應用

丁麗萍，張 勇

（江蘇省地質礦產局第三地質大隊，江蘇 鎮江 212000）

礦山地質結構相當復雜，其具有廣泛的礦產資源，開采范圍相當廣泛。社會經濟快速發展，我國對礦產資源的需求量與日俱增，給礦山開采工作的開展帶來很大的挑戰，尤其是地質災害頻繁發生。為了防治礦山地質災害，本文結合實際情況探討地質災害的防治對策，為保障礦山安全生產提供良好的條件。

1 礦山地質災害主要類型

1.1 巖體變形

開采礦山時可能導致巖土體發生運動，甚至可能面臨局部鏤空的問題。局部巖土體存在承載能力改變的問題。若上部巖土體荷載能力超標，會增加巖土體變形的概率，且其變形之后還可能破壞土體結構，增加變形災害的發生率[1]。通常情況下，比較常見的巖土體變形災害有幾種：一是滑坡巖崩。若開采礦山時過量開采，很有可能出現采剝失調，這一問題比較突出的特點就是邊坡斜度較大，破壞巷道整體應力結構，若應力無法支撐上部巖土體，又或者傾斜角太大導致巖土體受到影響，同樣可能發生巖崩或者是滑坡的問題。二是地震災害。地震的產生一定程度上與地殼運動有關，且該地質災害發生之前可以將坑內巖爆當做主要的地震現象。通常情況下，若不規范開采礦山，很有可能導致坑內巖爆問題惡化為地震災害。此類災害震源很淺，但整體影響面相當廣泛，較大程度上破壞了開采井與開采巷道，還有可能導致其他災害。三是坑內巖爆。巖土體變形過程中危害性較大的就是坑內巖爆，開采工作逐步深入，加劇了巖土體運動速度，降低了巖土體局部對抗地殼運動的抵抗力，地殼運動過程中采空區產生擠壓應力，由此產生巖體碎塊。碎塊噴發時很有可能掉落到礦山開采人員身上，威脅開采人員的生命安全。

1.2 地下水位變化

我國地質環境比較復雜，地下存在的暗流、河道較多。通常情況下，地下水體不會發生很大的變化，但開采礦山時易導致地下水位受到影響，情況嚴重時還有可能引發因地下水位變化導致的災害[2]。一是污染水質。礦山開采時可能產生很多的廢水與廢料，若沒有直接處理直接排放，很有可能導致其沿著河流或地下水流向江河湖海，污染水質。二是地下水流入開采巷道。開采礦山的環境比較復雜，開采的過程中更容易遇到地下水體，因此需要工作人員開采之前科學預估地下水體，尤其要了解其規模與走向。然而地下水體相當復雜，評估期間錯誤發生率較高，容易增加地下水流入開采巷道中，威脅開采人員的生命安全。三是泥沙堵塞礦坑。若地下水進入巷道，不僅大量泥沙涌入，而且在此影響下水體在帶動下更容易在最短的時間內堆積，堵塞了礦坑，因而水流無法流出巷道。

2 礦山地質災害的特點

2.1 污染性

礦山開采過程中發生的地質災害與普通地質災害比較污染性比較嚴重，這是因為開采礦產的過程中含有重金屬元素，如：廢石、貧礦、肥礦渣等等。一旦發生地質災害很有可能導致廢棄物流入河流，對水質污染產生較大的危害。

2.2 人為性

礦山開采屬于大規模的人為活動，人為因素同樣可能引發地質災害。若開采礦山地質時溝谷中堆積較多的雜物與廢土，溝床縱坡降比很有可能增加，若其增加很有可能引發地質災害，增加地質災害風險發生率。若無節制開采地下水，很有可能破壞植被，造成嚴重水土流失的問題；若采空區與邊坡開采不夠科學，同樣可能引發地質災害。

2.3 頻發性

若發生地質災害，運走了溝谷內的廢渣、雜物與廢石，無法在短期內構成物源，理論上不會產生地質災害。但因為開采礦山的過程是循序漸進的，在此期間很有可能再次產生廢石廢渣。受到廢渣土渣比較松散的影響，無法提高外力沖擊力，很容易在短期內造成二次災害。

2.4 可控性

雖然礦山地質災害具有很大的破壞性，但是其并不是不可控的，需要技術人員從源頭上對地質災害發生的原因進行控制。同時，開采礦山期間還要做好廢棄物的堆放，讓山體穩定性得以維持，有效規避地質災害發生率。

3 礦山地質災害發生的原因

3.1 主觀原因

3.1.1 開采不節制

礦山企業為了提高經濟效益，通常存在擴大規模生產的問題。不少管理者過于重視企業經濟效益，以為可以通過其提高企業競爭能力，忽略了長遠利益，具體表現為重眼前利益，輕環境保護與企業管理，不節制地開采礦產資源，破壞了自然環境。過度開采礦山地質災害導致山體穩定性受到影響，地質災害風險指數顯著提升，破壞了水文環境，增加了地質災害發生率。

3.1.2 違規開采

企業違規開采是造成礦山地質災害與安全事故的主要原因。部分礦山企業更重視經濟利益忽略安全問題，甚至存在為了降低投資成本采購二手設備，設備落后，滿足不了當前時期開采礦產資源的要求。還有的企業使用了落后與老舊的設備，無法確保礦山開采的安全性。因為企業管理模式與管理理念相當落后，不重視有效管理施工團隊，施工人員安全意識不強，安全防護措施不到位，沒有嚴格按照相關要求開采施工，安全隱患較大。

3.1.3 不科學開采

我國為了確保礦山行業安全、持續與健康發展，積極探索科學合理的開采方法，保證安全開采的前提下提高開采效率，提高企業經濟效益。然而近年來我國礦產資源的開采方法科學性不足，具體表現為嚴重破壞自然資源與生態環境，無法解決這一根本性的問題。

3.2 客觀原因

3.2.1 地表壓力失衡

我國礦山企業施工中“長臂式”是常用的施工方法。因為礦產資源存在于山體內部與地下，開采期間需要將大量的地表土壤挖掘出來，挖掘土壤后直接在周邊堆積，容易增加周邊松散層的土壤厚度，壓力失衡的問題比較常見，由此發生了地表裂縫，導致礦區內部面臨踩空坍塌的問題。我國東北區域固體礦產區具有豐富的地下水資源，地表水位很顯然超過平均水準線，若存在壓力失衡的問題，容易導致該地地表水成為湖泊。而西北地區缺乏水資源，一旦礦區周邊面臨地表水壓力失衡問題，增加水資源匱乏問題的發生率，地表裂縫問題更為突出[3,4]。結合相關數據可知，若礦區周邊面臨地表塌陷與裂縫問題，該問題與隨意堆積土壤問題導致的地表壓力失衡有很大的聯系。一般情況下，塌陷地表中耕地大約占比43%，給當地農業發生造成很大的影響，導致人們的生活質量顯著降低。目前，我國越來越多的需求煤炭與金屬能源，逐步增加了礦產開采量，地表塌陷與地表裂縫問題愈加顯著，除了導致地質災害之外還面臨相當嚴重的生態破壞問題。

3.2.2 地下水徑流變化

開采礦山時通常需要挖掘到地底，一定程度上影響了地下水的流動性。雖然各個礦區有著不同的礦層構成成分，但是阻隔了地下水。為了提高地下礦產開采的安全性，工作人員應在開采前將地下水抽干，為順利做好采礦施工奠定基礎。然而礦山開采工作的持續深入，相應地減少了地下水兩側的隔離物，增加了地下水自由流動的空間，出現地下水和礦物融合的問題。開采礦山的后期爆破施工產生的動能較多，讓本身穩定性不足的地下水層跟著爆炸發生動蕩，導致礦區頂板結構開裂，還有可能存在嚴重塌陷的問題。此時無法通過隔離帶做好地下水的阻隔工作，礦洞中融入了大量地下水后淹沒礦區。地下水位發生變化，增加了地表水流速度，采礦形成的巖體裂縫除了無法在壓力下就近排放之外還容易導致直接向礦洞內排水。此時，阻斷了河道中的水流來源，減少了徑流量，在采礦工作深化推進中降低了地下水的推動力與阻隔力，甚至容易出現地表徑流量較小的河流完全斷流。

3.2.3 破壞含水層結構

因為采礦施工必然導致礦山地質環境遭受破壞，礦山含水層受到的影響最大。含水層在采礦活動不斷深入的今天更容易受到影響，破壞了水層整體結構，由此引發了地面塌陷問題。含水層結構破壞具體可以表現在三點：一是拓寬了導水裂隙后礦井中滲入了含水層。二是礦井建設時充分暴露了含水層。三是含水層可以通過裂隙進入采空區，由此引發板底突水的問題。上述因素影響下阻礙了礦山覆巖發育，含水層滲透速度明顯加快。同時，巖層貫穿后容易導致地表塌陷與拉伸裂隙的問題，塌陷區域內積水對施工安全產生很大的影響。破壞了含水層結構后還可能導致儲蓄型排水的問題，形成了地下水降水漏斗，增加了漏斗面積，嚴重破壞礦山內部結構，無法提高礦山的穩定性，增加了滑坡與坍塌地質災害發生率。

4 礦山地質災害防治技術的應用

4.1 坍塌防治

坍塌的防治可以從主動與被動兩個方面著手：一方面，主動措施。削弱處理高危坡體，在此工作開展之前應提高巖體斜坡的穩定性，確保其可以承受相應的施工。若在斜坡上做好高危巖體的開挖工作，確定傾斜角開挖深度、開挖位置時需要以危巖巖體傾斜角為依據。同時，保證爆破使用量達到坡體削坡體積，避免因過度爆破面臨更為嚴重的地質災害。削坡處理除了讓高危斜坡風險得以降低之外還有利于做好斜坡體荷載的減輕工作。削坡處理后暴露了礦山表面與新鮮的巖體，斜坡穩定性更高，保障工作人員清除危巖的工作期間的生命安全。若使用機械設備做好危石、孤石與浮石等工作，為了提高其安全性，很有必要在采礦中斷與間歇期兩個不同時間段進行。同時，盡量對開采活動進行控制，平衡巖體結構，提高荷載強度。另一方面，被動措施。技術人員應在礦山的坡腳位置做好落石槽的開挖工作，確保落石槽的廣度與深度均可以容納因不當防護產生的落石。設計時應確?？梢酝耆珜⒙涫瘮r截在保護區域以外。若客觀條件對該工作產生限制，技術人員可以結合實際需要做好落石槽寬度與深度的增加工作?？傊?，必須全面發揮落石槽的功能。因為無法準確地預測坍塌的頻率與規模，技術人員可以在機械設備的布置、設計礦山施工時預留安全的避讓空間。

4.2 滑坡防治

因為雨水沖刷和滑坡二者是同時存在的?；逻€可能受到礦石淺層地質的影響。為了有效預防滑坡災害，技術人員可以采取的措施有導滑設施修建、挖除淺層滑坡，讓滑坡形成的問題得到消除，做好滑坡滑動方向的調整工作；加大力度修建排水溝與截水溝；修建盲溝與滲溝，做好地下水的排導工作；做好擋水墻與護坡的修建，削弱雨水的沖刷度。雨水對滑坡造成很大的破壞，技術人員修建排水設施時還要通過其他措施做好滑坡控制工作。技術人員可以在治理初期借助成本不高的臨時排水設施治理，并將水泥或粘土填充在滑體的后緣，將聚乙烯布覆蓋在其表面。治理后期技術人員可以建設永久性的排水設施，建設防滲設施時可以在滑坡形狀建設，避免滑坡區域滲入地表水。

4.3 泥石流防治

因為礦山開采的建筑與線路都是固定的，因此很有必要應用一定的工程措施防治泥石流。若發生泥石流地質災害，很有必要做好引流工程建設工作，開設引水渠與截流壩，確保泥石流的支溝與上游都可以被引入到主河流。為了對泥石流的規模進行控制，很有必要使用導流的方法有效降低主溝構成的動力條件與水量，最大程度將泥石流的影響范圍控制到最小。

此外，做好水流排導設施的建設，比如：設置明洞渡槽與急流槽，確保泥石流可以順利地流入礦山。稍微控制了泥石流之后可以將攔粗排細與上攔下排兩種防治方法結合。在泥石流中的上游選擇合適的位置做好鋼筋混凝土攔沙壩的修建工作，適當將壩上游侵蝕基準面抬高，避免存在溝道下切的問題，且可以有效地阻擋泥石流。同時，合理利用攔擋建筑物對泥石流的方向進行控制，避免泥石流破壞重要區域與重要設施。

總之，對泥石流災害進行處理時很有必要統籌規劃與總體布局，基于實際情況采取科學合理的預防措施，促進防災工作更可行且更具經濟性。

4.4 地面塌陷防治

首先，在開采礦山前需要做好開采方案的制定工作，確保有充足的安全礦柱留置于采空區，確保安全支護到位，做到開采與支護同步進行。其次，對于礦山，特別是金屬礦山，由于采礦而引發的地表崩塌通常是由于采空區引發塌陷所導致而成。在開采金屬礦山中通常都是不充分開采的類型，加上地表沉降、地質條件等有著隨機性、規律性、居于性以及突發性等特點，所以極易出現地表沉降以及崩塌。停止開采礦山后需要開展充填復墾工作，將礦區周邊的廢土、礦渣等充分利用起來并對采空塌陷區域實施充填與復墾工作。

5 結語

綜上可知，地質災害類型相當多樣。為了提高礦山地質災害防治效率，本文從坍塌防治、滑坡防治、泥石流防治的不同角度探討，希望可以為礦山企業的良性發展提供借鑒。