礦山地質災害隱患形成原因及防治規(guī)劃

潘進兵，華 勇，陳建民

（云南地礦地質工程有限公司，云南 昆明 650041）

近些年，礦區(qū)地質災害問題頻發(fā)，在資源枯竭礦區(qū)更加嚴重。礦區(qū)地質災害既影響到了礦區(qū)正常的開采工作，又會制約工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展。嚴重的情況下，還會產(chǎn)生一些次生地質環(huán)境問題，導致社會出現(xiàn)重大經(jīng)濟損失。所以，探究礦山地質災害隱患的防治措施是非常有必要的。

1 礦山地質災害隱患

礦山地質災害隱患與普通地質災害有一定區(qū)別，主要誘因是人類頻繁采礦，這個過程可能會破壞當?shù)氐牡刭|環(huán)境，影響到周圍生態(tài)，可能會出現(xiàn)一系列的礦山地質災害。當前已知的地質災害共有12個類型，46個種類，礦山地質災害就包含在其中。近些年，礦產(chǎn)資源需求量越來越大，開采量越來越大，礦山開采活動越發(fā)頻繁。開采范圍也越來越廣，出現(xiàn)礦山地質災害的幾率也越來越高，這直接影響到了礦業(yè)的長遠發(fā)展，所以必須及早采取防護措施，將這些地質災害隱患扼殺在萌芽中。

2 礦山地質災害隱患類型及形成原因

防治礦山地質災害隱患的第一步就是了解這些地質災害的種類構成，把握具體的形成原因。之后，結合實際經(jīng)驗，做出科學分析，才能提出具體的防治措施，才能真正的解決這些隱患問題。據(jù)此，本文將針對礦山地質災害常見的隱患類型進行分析，探討這些災害的形成原因。

2.1 礦坑涌水

在各種常見的礦山地質災害中，礦坑涌水比較常見。這種災害突發(fā)性強，難以及時預防，一旦發(fā)生就會造成嚴重后果。之所以會出現(xiàn)這種災害，與礦工作業(yè)操作失誤、操作錯誤有很大的關聯(lián)。在生產(chǎn)階段，工作人員沒有準確估計出最終的礦坑涌水量。在開采時，工作人員沒有考慮打穿作業(yè)可能會穿透斷水層的問題。如果在開采時遇到了蓄水溶洞、地下暗河，就會有大量的地下水涌入，引發(fā)嚴重水災。礦道在短時間內(nèi)會被完全淹沒，內(nèi)部的工作人員也會直接受到生命威脅。溶洞內(nèi)部的泥沙和巖屑也會隨著地下水快速涌入，這些泥沙可能會覆蓋機器，導致機器無法正常使用，給后續(xù)的開采工作帶來較大影響[1]。

2.2 地面塌陷

就現(xiàn)實情況來看，大部分礦山的地質條件都比較薄弱，山體大，地形起伏大。在礦采工作不斷深入的同時，會破壞礦區(qū)原有的地質穩(wěn)定性，讓原本就比較脆弱的礦山變得岌岌可危。地表巖層、土體就會在人為作用下陷落，在地面形成各種怪異塌陷坑。在埋藏區(qū)較淺、比較平緩的區(qū)域，常常會出現(xiàn)表層地面塌陷的情況（圖1）[2]。

圖1 地面塌陷

2.3 邊坡崩塌

邊坡崩塌并不難理解，就是常見的礦山塌方。在高陡邊坡區(qū)域，常常會出現(xiàn)塌方事故。斜坡上堆積的泥土、坐落的巖石會順著山體向下滑落，此時就會有滾石下跌的情況。這些滾石會全部堆積到山腳的位置，出現(xiàn)滾石堆積的情況。根據(jù)堆積規(guī)?？梢园堰@種災害分為不同的類型，最嚴重的就是巨型邊坡崩塌，會對礦山地質環(huán)境造成嚴重破壞。外界條件發(fā)生變化時就會出現(xiàn)塌方的情況，如出現(xiàn)了暴雨、暴雪等天氣，地表水和地下水持續(xù)性涌入、沖擊，就會引發(fā)塌方。同時，與人類開采作業(yè)也有一定的關聯(lián)，在開采作業(yè)過程中，礦山地質會越發(fā)疏松，這就會提高地質災害的發(fā)生幾率（圖2）[3]。

圖2 不穩(wěn)定邊坡

2.4 滑坡、泥石流

部分非金屬礦產(chǎn)資源埋藏較淺，甚至直接裸露在地表。開采單位要想獲取資源，只需要采取露天開采的方式即可。但露天開采過程中，地表植被會遭到嚴重破壞。部分開采單位認識到了保護地表植被的重要性會采取一定的管理措施。但部分開采單位認為沒必要管理，所以會把廢渣、夾石直接堆積在開采區(qū)的周邊。這些都是松散的堆積體，在遭遇極端天氣后，很可能會出現(xiàn)泥石流和滑坡災害。此外，一些非金屬礦山邊坡比較多，這些邊坡較為陡峭。在日積月累的過程中，邊坡風化嚴重，斜坡巖體出現(xiàn)裂縫，最終支離破碎，邊坡的穩(wěn)定性越來越差，到了某一個臨界點，就會出現(xiàn)局部崩塌、山體滑坡的情況[4]。

圖3 礦山開采導致的生態(tài)環(huán)境惡化

2.5 礦體構造崩塌

人類在開采挖掘礦產(chǎn)資源的過程中，勢必會破壞礦體。礦體原有的平衡遭到破壞，礦體中心點也會轉移，地下水極容易受到影響。部分礦區(qū)開采工作不合理，給地下水流向帶來極大的影響，區(qū)域水文地質條件發(fā)生巨大變化。增大了礦體內(nèi)部坍塌的幾率，但這只是其中一個因素，如果只有這一種因素，礦體構造崩塌的幾率比較小。但還有另一個致命因素：礦體內(nèi)部的碳酸物質十分豐富、礦層下半部分有豐富的地下水，流動頻繁。上半部分的土層比較疏松。在地下水的沖擊下，礦層遭到破壞，強度與韌度越來越低，最終會走向崩塌[5]。

3 防治規(guī)劃

3.1 利用先進技術，完成勘探工作

地質勘察工作雖然只是礦山開采過程中的一小部分工作任務，但產(chǎn)生的影響力是巨大的?；诳辈旖Y果能夠避開因水文地質、地質結構造成的各種安全風險，減少地質災害。所以，單位要重視地質勘察工作的開展，引進更多的設備和更先進的技術。在地質勘察的同時，還要做好礦山測量，把握礦石走向、礦產(chǎn)儲量等情況，以此為依據(jù)完成開采設計。

3.1.1 3S技術

在地質勘查的過程中，3S技術應用較為廣泛。由于在礦產(chǎn)開采過程中，無論是挖掘礦洞還是使用地下水，都會影響到周圍環(huán)境。所以人們需要借助GPS、RS、GIS完成勘察、定位等多項工作。GPS技術可以幫助人們快速定位地質災害的主要發(fā)生區(qū)域。RS能幫助人們鑒定或是分析地質災害的損壞程度。GIS能夠收集處理地質災害相關的信息。

3.1.2 RTK技術

實時動態(tài)差分技術就是RTK技術，人們常把這項技術和GPS技術結合在一起，共同使用。這項技術是在載波相位實時動態(tài)差分原理的基礎上產(chǎn)生的，在得到測量數(shù)據(jù)后，基準站會將其轉換為電磁信號。流動基站會在第一時間收到電磁信號。并把所有的數(shù)據(jù)整合在一起，傳送給最終的測量系統(tǒng)。測量系統(tǒng)收到這些電磁信號后，會將其轉化為數(shù)據(jù)，以此為依據(jù)開展后續(xù)測量工作。這種方式能夠讓測量數(shù)據(jù)更加精準。當前，這項技術常常應用在勘察、地圖繪測等環(huán)節(jié)，定位準確度是傳統(tǒng)測繪方式無法比擬的，定位準確度已經(jīng)達到厘米級別，能夠有效提升當前的地質測量工作效率[6]。

3.1.3 鉆孔透視技術

在開采礦區(qū)的過程中，水文地質勘探工作也非常重要。因為地下水會給地質構造帶來較大沖擊，如果地下水流向不合理，很容易引發(fā)礦區(qū)的地質災害。當前，人們研究出了鉆孔透視技術。如果把這項技術應用在礦山水文地質勘探中，就可以發(fā)揮事半功倍的作用。人們基于鉆孔透視，能夠了解含水層、溶洞的情況。如果在傳播無線電波時遇到積水，頻率會發(fā)生變化，產(chǎn)生較大波動?？碧饺藛T就可以以此為依據(jù)，做出相應的判斷。在實踐過程中，還需要考慮無線電接收、發(fā)生裝置的設置，確保設置合理，這樣才能獲得更加完整的電磁波數(shù)據(jù)，方便工作人員快速判斷通道、溶洞位置、了解地層情況，為后續(xù)的開采工作提供安全保障。

3.2 生物防治措施

在防治地質災害過程中，有一種防治技術比較環(huán)保，也就是生物防治。雖然這種方法不能立竿見影，有較強的防治周期，但消耗的資金成本比較少，能夠逐步減少地質災害的危害程度并起到有效的預防作用。這個過程不會對自然環(huán)境產(chǎn)生負面影響，理想狀態(tài)下還能保持當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡。如：退耕還林、植樹造林等，能夠彌補在采礦過程中對環(huán)境造成的破壞。政府在這過程中要大力宣傳，設置多樣化的招商引資策略，用承包租賃等多種方式吸引社會資金，用這些資金治理礦山地質環(huán)境、完成地質生態(tài)環(huán)境修復工作。在這過程中，還要積極引入新技術，根據(jù)礦區(qū)地質地質環(huán)境的現(xiàn)實情況制定可行性較高的防治方案。如：防治氧化類露天礦場時，可以先平整土地，將礦坑全部填埋，確保表面沒有積水漏水的情況。之后用大型挖掘機翻整土地，這是為了提高土地的含氧量。之后在表面栽種一些草本類植被，但不能種植大型植物。這是因為礦內(nèi)土質比較疏松，如果種植大型植被在遭遇大風天氣時，樹木可能會有斷根傾斜的情況；防治原生礦類露天礦場時，礦區(qū)的土壤巖性比較高，很難在表面種植草本類植被。在這種情況下，需要使用挖掘機對土壤凈化處理。把淺層巖層直接搗碎，根除。組織工作人員以穴換土的方式更換表層土壤，改善土壤土質，這樣種植草本類植物會更加方便；尾礦，部分礦山在多種因素的限制下并未完全開采。針對這些礦山尾礦，也要采取防治措施?？梢灾苯硬扇「餐猎斓氐姆绞?，將它們轉化為綠化用地，農(nóng)業(yè)用地。但如果這些尾礦的碳氧化物較高，就不能作為農(nóng)業(yè)用地?？梢韵壤梦勰?、石灰對這些尾礦加工處理，避免尾礦出現(xiàn)自燃情況。在土壤改良后，這些尾礦可以作為建筑用地使用；塌陷區(qū)的土壤結構十分復雜，不適合種植草本植物。如果采取上述的以穴換土的方式，工作量比較大并不是最合適的方式。可以直接填土平整，將其作為建筑用地[7]。

3.3 避讓防治技術

避讓防治技術，包括搬遷避讓和雨天避讓。如果無法有效防治地質災害，就需要把地質災害范圍之內(nèi)的所有居民轉移出去，這就是緊急避讓措施。對于一些在暴雨暴雪天氣極易出現(xiàn)滑坡的區(qū)域，政府應當組織相關的群眾及早避讓。并為群眾提供躲避區(qū)域，組織群眾在這里正常生活。災害過后，群眾依然可以搬遷到原來的住址，回歸正常生活，這就是雨天避讓；另一種方式需要消耗大量的時間、金錢成本，群眾需要完全脫離原有的易出現(xiàn)地質災害的區(qū)域，搬遷到新的地方?？紤]成本因素，盡量避免使用這種方式，這就是搬遷避讓。

3.4 建立地質災害防治自動化系統(tǒng)

開采單位需要根據(jù)當?shù)氐牡刭|情況，建立地質災害數(shù)據(jù)庫。結合生產(chǎn)情況、以往的事故原因等，確定易出現(xiàn)事故災害的位置的事故等級。事故統(tǒng)計代表了影響范圍和傷亡人數(shù)。包括：一、二、三級，一級別的地質災害影響破壞最大。詳細調查各種級別地質災害的誘因，提出相關的防治措施。工作人員需按照地質災害數(shù)據(jù)庫給出的各項資料完成防治工作。這個過程還需要引進先進的技術，包括：計算機及信息技術建立自動化地質災害防治系統(tǒng)。同時，還要利用巖土動量監(jiān)測以及GIS技術實時檢測地質情況，更要嚴格檢測可能會誘發(fā)地質災害的各項因素。如果檢測數(shù)值已經(jīng)超出了系統(tǒng)允許范圍，會在第一時間做出預警，此時人員應快速撤離。

3.5 針對性防治規(guī)劃

3.5.1 滑坡

為了減少雨水匯集沖刷量，可以在工作面挖出排水溝，截洪溝，利用水溝快速排出地表水。日常要注意檢查，確保排洪溝始終保持暢通；可以在滑坡體邊緣部位增加多個分層。這樣能夠減少分層高度。也可以在滑坡體建立安全平臺，這是為了讓坡腳更加穩(wěn)定。

3.5.2 地面塌陷

礦山開采工作開始之前，就需要根據(jù)勘察結果設計出合理的開采方案。在開采區(qū)內(nèi)部安裝安全礦柱，加強安全支護，開采工作和支護工作是同時進行的。如果礦山停采，則需要根據(jù)實際情況填充復墾?？梢园验_采過程中產(chǎn)生的廢土、礦渣收集整理在一起，填充到空塌陷地段。如：在防治煤礦地質災害過程中，就可以采取填充加復墾的方式。煤礦周圍的開采剝離物較多，將它們作為填充材料能夠直接填充到采空區(qū)，這些剝離物十分充足，也不會產(chǎn)生污染。這樣既能避免采空區(qū)出現(xiàn)地面塌陷問題，又可以快速解決礦山產(chǎn)生的廢棄物，節(jié)約處理廢棄物花費的金錢成本。

3.5.3 泥石流

開采單位要重點關注礦山泥石流的防治工作，主要的工作重點就是攔擋，次要工作是疏導和排泄。由于每個礦區(qū)的地質條件不同，所以還需要實際分析才能找到泥石流可能會出現(xiàn)的區(qū)域。針對這些區(qū)域采取防治措施，修筑攔截壩，建立溝渠。出現(xiàn)泥石流后，這些溝渠能夠排除一部分的泥石流。如果這些區(qū)域土質比較松散，也要采取封固處理。此外，在開采過程中會產(chǎn)生不同的巖土體，要把稍微堅硬的巖土體放置在底部，松散的放在表層。

3.5.4 崩塌

工作人員需結合實際情況找到風化面積比較廣、存在軟結構面的區(qū)域，控制這些區(qū)域的邊坡臺階高度。就現(xiàn)實研究情況來看，把臺階高度控制在8m左右能夠產(chǎn)生理想的防治效果；對于易出現(xiàn)滾石的區(qū)域，要提前安裝警戒標志。坡腳部位可以堆放一些剝離物，這樣可以起到攔截作用；還要加強爆破控制，在礦山開采過程中人們需要用大量的火藥對礦體進行破碎處理。地下礦山采取的是當場爆破、井巷掘進爆破等方式。為了把控礦體隕落方向、礦體破碎程度等，工作人員可以采取光面爆破方法。光面爆破使用的是不耦合裝藥，具有低爆速、低密度的特點。由于這種方式不會讓周圍巖體產(chǎn)生較大振動，所以可以減少礦體裂縫、危石數(shù)量[8]。

4 結語

礦山地質災害頻發(fā)，與人類頻繁開展采礦活動有很大的關聯(lián)。一旦出現(xiàn)礦山地質災害，輕則造成企業(yè)經(jīng)濟損失，重則會危害到工作人員的生命。所以必須分析常見的地質災害隱患成因，采取相應的防治策略。但防治工作并不是一朝一夕就可以完成的，也比較復雜。需要研究成因機制、危害程度，以此為基礎，提出針對性的治理措施。要重視采礦前期的勘測工作，采取生物防治、避讓防治等相關措施，更要建立完善的地質災害自動化系統(tǒng)，這樣才能方便防治工作的開展。在具體防治過程中，還需要不斷引入新技術、嘗試新方法，從不同的角度采取防護措施，充分發(fā)揮防治工作的作用，降低礦山地質災害發(fā)生幾率。