論地下金屬礦山地質工程災害與安全防治

馬壯 龔宇同 杜振斐

摘 要：分析了國內礦山工程地質災害的現(xiàn)狀與類型，并在此基礎上提出了其控制與治理措施。實踐表明，實行以預防為主的控制方針，可有效地預防工程地質災害的發(fā)生。

關鍵詞：金屬礦山;地質工程;災害;安全;防治

伴隨著國家經濟發(fā)展對礦產品需求量的增大，市場經濟條件下形成了對國有礦山企業(yè)的沖擊，個別礦山片面追求經濟效益，對安全管理和環(huán)境保護意識淡化，導致大多數(shù)礦山存在各種地質災害隱患問題，使礦山生產環(huán)境不斷惡化，礦山安全事故的潛在隱患不斷增多，給國家、企業(yè)以及個人造成極大的財產損失，嚴重制約了國民經濟和礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

一、國內金屬礦山主要工程災害分析

尤其是有色金屬和黃金礦山，礦山工程地質災害是導致礦山安全事故的主要內因。其災害主要是指因開采引起礦山地應力重新分布，導致巖移和巖體破壞等災變狀況。這些災害隱患可通過礦山巖石力學工程設計和礦山安全監(jiān)控與防治技術消除。但金屬礦山的地質條件惡劣、地壓災害隱患大、影響因素復雜。礦床地質構造、地應力環(huán)境條件、巖層軟弱帶、巖體裂隙、地下水、地熱以及開挖影響等諸多方面均相互制約著采礦工程和圍巖的穩(wěn)定性。金屬礦山由地壓引起的地質災害類型主要有：

（1）采場冒頂。冒頂災害事故最為普遍，也是事故率最高的災害之一，包括巖層脫落、塊體冒落、不良地層塌落，未及時支護處理以及由于采礦和地質結構引起的各種垮塌。特別是礦巖穩(wěn)定性差的難采礦體及軟弱夾層，易發(fā)生較大規(guī)?？迓?，引起采場和巷道冒頂事故。

（2）地表沉降、塌陷。由于淺部空區(qū)或較大范圍的采動影響，在近地表的巖移活動中有可能對地表建筑和道路等構成一定危害，有些甚至引起山體滑移。地表塌陷在金屬礦較為普遍，大面積頂板冒落和巖體移動，引起地表塌陷，由于采空區(qū)的突發(fā)性崩塌，采空區(qū)突然垮塌的高速氣浪和沖擊波不僅會造成人員傷亡和設備破壞，還會產生巨大的地震波、空氣沖擊波等災害。

（3）深部巖爆。礦山進入1 000 m以下深部開采后，高應力條件下的硬巖層通常會發(fā)生巖爆。隨著我國采礦工業(yè)的發(fā)展，部分20世紀六七十年代建設的礦山相繼進入深部開采，一些新建礦山采礦深度較大。深部開采常伴有巖爆聲和巖石彈射現(xiàn)象，井巷工程嚴重破壞，給生產造成危害，同時出現(xiàn)高溫、地熱等工作環(huán)境。

（4）地下水穿透和突發(fā)涌水。我國礦山地下水災害非常嚴重，其主要表現(xiàn)形式為突水淹井、海水入侵、地下水水位下降、產生井下泥石流、引起地面塌陷等。我國有許多礦山和水文地質條件很復雜，采礦過程中必須對地下水進行疏干排水，甚至要深降強排，由此引發(fā)了一系列的地質環(huán)境問題，給礦山生產帶來許多災害。

二、礦山工程地質災害控制與治理

1.設計采用合理、科學的采礦方法

設計前應了解采場地壓的顯現(xiàn)特點及采場地壓的活動規(guī)律，結合礦體的開采條件，進行類比分析找出安全可靠的開采方法。礦體的開采大體分壁式和房柱式開采，設計前應了解采場地壓的顯現(xiàn)特點及活動規(guī)律，結合礦體的開采條件，進行類比分析找出安全可靠的開采方法。

2.采用適當?shù)闹ёo方式

采場地壓災害的防治措施包括工程界廣泛使用的支護手段，在“圍巖-支護”共同耦合作用的指導下，先后產生了噴射混凝土、噴錨、錨索、擋墻、注漿加固、錨噴網(wǎng)加注漿支護等支護手段。實踐表明，各種復雜的工程地質以及不正確的井巷支護方式是導致井巷失穩(wěn)的主要原因，從而間接引發(fā)了礦山事故中發(fā)生率最高的冒頂片幫事故。因此，為了保證井下安全施工，就需要采取正確的支護方式去改善井巷的穩(wěn)定條件。實際工程中，各礦山規(guī)模要從地質條件出發(fā)，在考慮支護工程類型、圍巖特性及影響井巷穩(wěn)定性因素的基礎上，選擇合適及安全的支護方式。

3.礦山充填新技術

礦山充填新技術可以充分利用礦山尾礦和廢石，使回采空間隨礦石的采出而被充填，能保護圍巖不發(fā)生塌陷、消除或減少尾礦庫，實現(xiàn)采礦工業(yè)安全生產與環(huán)境協(xié)調發(fā)展。包括高濃度全尾礦、赤泥、廢石水泥漿和廢石砂漿膠結充填技術等礦山充填新技術。該技術實現(xiàn)了充填作業(yè)全盤機械化和管道化，大幅降低了工人的勞動強度，而且為礦山機械化和自動化奠定了基礎，具有充填效率高、充填體水泥用量少、充填成本低和充填料濃度高等特點，解決各種開采條件、開采規(guī)模和不同地域的金屬礦山膠結充填技術難題。

4.微震監(jiān)測系統(tǒng)

礦山微震監(jiān)測技術的應用已有數(shù)十年的歷史，國外目前已進入了廣泛應用階段，國內也已在少數(shù)礦山投入應用。微震監(jiān)測設備正朝高集成性、小體積、多通道、提高探頭靈敏性等方向發(fā)展。目前已有16、32、48和64通道的設備投入使用。在數(shù)據(jù)采集與存儲、波形識別、排除噪聲等方面取得了較大進展，特別是在波形識別上可區(qū)別不同類型的波（如P波、S波、噪聲等），為提高有用信號的可靠性提供了保障。

5.建立以人為本的安全管理體制

在安全管理工作中，除有正確的管理方法、先進的技術水平、可靠的安全措施、穩(wěn)定的工作環(huán)境外，更重要的是人的工作。首先對職工隊伍進行素質教育，舉辦安全生產培訓班，提高職工的安全意識，并把安全教育活動引入生產中。在學習國內外先進經驗之后探討本單位的經驗教訓，使安全與生產技術同步發(fā)展，明確責任制，以制為綱搞好安全生產，開展多方面的安全活動。在礦山采掘安全管理中，搞好系統(tǒng)安全管理，在長期的生產過程中不斷探討、摸索規(guī)律，使管理體制更加完善有效。

三、結語

隨著采礦技術的發(fā)展，一些難采礦體相繼恢復開采，采場采準工程向深部和地質條件差的方向延伸，要求對采場地壓的分析、控制更準確，并可對采場地壓災害進行預測、預報。為此，應根據(jù)我國礦山自身的特點與實情，廣泛利用國內外處理地質災害的最新成果，通過現(xiàn)代先進的交叉學科理論研究，如工程地質學、巖石力學、礦山環(huán)境與安全的有關學科系統(tǒng)的有機結合，提出系統(tǒng)的技術方法，利用現(xiàn)代科學技術成果，采取適當?shù)墓こ痰刭|災害控制技術、控制措施和控制工程，實行“預防為主”的控制方針，可做到防患于未然。

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作者簡介：

馬壯，（1988～ ），男，山東菏澤人，北京科技大學碩士，北京國信安科技術有限公司助理工程師，主要研究方向：礦山安全技術服務。