基于礦山水工環(huán)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性研究及防治對(duì)策分析

李洪建

（西藏自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，拉薩 850032）

1 引言

水工環(huán)即水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)，其中，水文地質(zhì)主要是針對(duì)地下水資源分布及對(duì)工程建設(shè)的影響展開(kāi)研究；工程地質(zhì)主要是針對(duì)地質(zhì)條件、地質(zhì)災(zāi)害的綜合影響進(jìn)行分析，以及找到解決不良地質(zhì)問(wèn)題的辦法；環(huán)境地質(zhì)主要是研究人類(lèi)活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境的相互作用。隨著工程建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)大，水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，影響了正常建設(shè)秩序，破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，甚至造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。

2 礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害

2.1 地下水活動(dòng)

地下水本身不具有危險(xiǎn)性，但地下水活動(dòng)對(duì)工程建設(shè)而言并無(wú)益處，從某種程度上講，地下水是影響地質(zhì)穩(wěn)定最活躍、最重要的外在因素之一。常見(jiàn)的危害包括軟化侵蝕巖體、滲透破壞等。在地下水長(zhǎng)期的軟化侵蝕下，巖體結(jié)構(gòu)面的摩擦角減小、黏結(jié)力降低，從而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低，巖體承載力和穩(wěn)定性下降，繼而引發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害。地下水位下降過(guò)快會(huì)引發(fā)軟土層沉降，尤其是在礦山開(kāi)采中的不合理降水，更容易引發(fā)沉陷事故。在動(dòng)水壓力作用下，會(huì)產(chǎn)生侵蝕破壞，土中的易溶鹽分被溶解，土層結(jié)構(gòu)和土粒間結(jié)合力被迫改變，土粒被水帶走，形成洞穴，無(wú)論是靜水壓力還是動(dòng)水壓力，都會(huì)促使巖體下滑或崩塌。在寒冷地區(qū)，如果滲入裂縫的水結(jié)成冰，還會(huì)產(chǎn)生膨脹壓力，加快巖體破壞。另外，地下水還會(huì)產(chǎn)生浮托作用，對(duì)坑底產(chǎn)生壓力，出現(xiàn)承壓水突涌現(xiàn)象，影響礦坑開(kāi)挖安全。

2.2 地震災(zāi)害

在地下礦產(chǎn)資源開(kāi)采時(shí)，原有地質(zhì)環(huán)境遭到改變，部分地區(qū)高應(yīng)力集中，在滿足其他條件的情況下，可能會(huì)引發(fā)地震，而且由于地震災(zāi)害釋放的能量巨大，會(huì)造成山體、地形、氣候等其他環(huán)境變化，引發(fā)山崩、泥石流等次生災(zāi)害，從而擴(kuò)大危害范圍，產(chǎn)生持續(xù)性的負(fù)面影響。隨著人類(lèi)對(duì)地震災(zāi)害研究的不斷深入，地震預(yù)測(cè)水平越來(lái)越高，但目前依然無(wú)法保證及時(shí)性和精確度，所以，在工程選址、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面要做好抗震設(shè)計(jì)，以降低地震災(zāi)害發(fā)生后造成的損失[1]。

2.3 山體滑坡、崩塌、泥石流

礦山邊坡的穩(wěn)定性至關(guān)重要，一旦出現(xiàn)山體滑坡、崩塌災(zāi)害，不但會(huì)影響開(kāi)采作業(yè)，而且會(huì)威脅工作人員的人身安全。影響邊坡穩(wěn)定的因素包括內(nèi)在因素和外在因素。（1）典型的內(nèi)在因素有地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力等。一般而言，坡高越大，坡度越陡，邊坡越不穩(wěn)定，當(dāng)坡度超過(guò)60°時(shí)，會(huì)大大增加崩塌現(xiàn)象發(fā)生的概率。頁(yè)巖、泥灰?guī)r、煤巖等夾層沉積巖邊坡會(huì)出現(xiàn)順層滑動(dòng)問(wèn)題；不良噴出巖邊坡則易形成直立邊坡并發(fā)生崩塌；黃土具有一定濕陷性，浸水后易崩解濕陷。（2）地下水、人工挖掘、工程爆破、車(chē)輛荷載等都是典型的外在因素，尤其是在雨季，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)降雨后，很容易出現(xiàn)山體滑坡，如果在短時(shí)間內(nèi)降水集中，則可能會(huì)引發(fā)泥石流災(zāi)害。該災(zāi)害具有影響大、破壞力強(qiáng)、覆蓋面廣的特點(diǎn)，還會(huì)產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)。

2.4 地面塌陷、裂縫

地面塌陷、裂縫對(duì)礦山工程建設(shè)危害極大，同樣，地形條件、巖性條件、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力以及采掘活動(dòng)等也與工程危害息息相關(guān)。如果山體不完整、洞頂及兩側(cè)厚度不夠，就會(huì)因?yàn)槌休d力不夠?qū)е碌孛媪芽p、塌陷。在松散、破碎、軟弱巖層中開(kāi)挖，頂板易塌陷，底板及邊墻易產(chǎn)生鼓脹擠出變形等事故。如果開(kāi)挖施工遇到大規(guī)模斷裂層，很大程度上會(huì)產(chǎn)生塌方，甚至冒頂，向斜核部巖層呈現(xiàn)倒拱形，頂部被張裂隙切割的巖塊上窄下寬，易于塌落，不同的巖層產(chǎn)狀也會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。巖溶和土洞也屬于不良地質(zhì)條件，在某些巖溶發(fā)育地區(qū)，地貌、地質(zhì)、水文條件比較復(fù)雜，容易產(chǎn)生較大范圍的塌陷。另外，礦山開(kāi)采也是導(dǎo)致地面裂縫、塌陷的主要因素，如果開(kāi)采方案不合理、機(jī)械作業(yè)不得當(dāng)、存在濫挖濫采的問(wèn)題，在長(zhǎng)時(shí)間的地下開(kāi)采后，會(huì)出現(xiàn)大片的采空區(qū)，嚴(yán)重破壞礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)，破壞巖層整體性，巖石應(yīng)力發(fā)生重大變化，從而導(dǎo)致裂縫、塌陷災(zāi)害的出現(xiàn)[2]。

3 礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害防治對(duì)策

3.1 加強(qiáng)危險(xiǎn)性評(píng)估

礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防治理需要首先從風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估著手，客觀、全面地掌握工程建設(shè)可能會(huì)面臨的災(zāi)害和危險(xiǎn)，通過(guò)針對(duì)性的設(shè)計(jì)處理，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)以及危害性。然而，現(xiàn)階段的水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估依然存在許多問(wèn)題，比如，重視程度不夠、勘查技術(shù)落后、危險(xiǎn)評(píng)估不全面、危險(xiǎn)劃分混亂、缺乏高素質(zhì)人才、監(jiān)督管理機(jī)制不完善等。這需要加強(qiáng)危險(xiǎn)性評(píng)估管理，不斷提高評(píng)估水平，為后續(xù)工作開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.1.1 完善評(píng)估體系

建立健全地質(zhì)勘察管理制度，不斷完善礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估體系，提高地質(zhì)勘察評(píng)估成果水平；構(gòu)建勘察管理責(zé)任制，明確相關(guān)人員管理職責(zé)，并保證落實(shí)效果，加快地質(zhì)勘察工作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)；保證儀器設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性、合理性、可行性，盡可能減少隨意操作造成的錯(cuò)誤；加強(qiáng)地質(zhì)勘察評(píng)估專業(yè)人才培養(yǎng)，加大教育培訓(xùn)力度，提高從業(yè)人員的知識(shí)水平和技術(shù)能力，為工程地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防提供合理建議。

3.1.2 加強(qiáng)實(shí)地勘察

地質(zhì)勘察評(píng)估最重要的是客觀、真實(shí)，不深入現(xiàn)場(chǎng)就難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性。專業(yè)勘察團(tuán)隊(duì)要制訂好工作計(jì)劃，根據(jù)礦山工程特點(diǎn)，明確勘察范圍和內(nèi)容，兼顧多種影響因素，保證設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性。根據(jù)勘察數(shù)據(jù)評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性，提出礦山開(kāi)采需要注意的問(wèn)題，針對(duì)性地設(shè)計(jì)礦產(chǎn)資源開(kāi)采方案，并隨著工作的繼續(xù)進(jìn)行不斷細(xì)化調(diào)整。為了保證實(shí)地勘察工作效果，必須提高勘察方案編制水平，不能套用其他項(xiàng)目。在面對(duì)特殊情況或較大難題時(shí)，應(yīng)該集思廣益，采用特定的設(shè)備和技術(shù)，保證最終成果能夠滿足評(píng)估需求。

3.1.3 采用先進(jìn)技術(shù)

在保證制度、組織、人員素質(zhì)的前提下，技術(shù)設(shè)備對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估會(huì)產(chǎn)生直接影響，所以，要充分重視技術(shù)與設(shè)備的更新，不斷提高勘察評(píng)估水平。常用的礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估方法有層次分析法、統(tǒng)計(jì)分析法、模糊評(píng)判法等。每種方法都有一定的適用范圍，比如，在地質(zhì)災(zāi)害影響因素收集困難時(shí)，可以采用統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行大范圍評(píng)價(jià)。除了合適方法的選用，先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用也能夠起到事半功倍的效果，例如，利用GPS 技術(shù)能夠接收觀測(cè)數(shù)據(jù)信息，也能夠相對(duì)準(zhǔn)確定位，獲得精準(zhǔn)三維坐標(biāo)；引入PTK 技術(shù)也能夠發(fā)揮重大作用。

3.2 地下水治理

地下水資源非常寶貴，如何降低地下水對(duì)礦山開(kāi)采的負(fù)面影響也十分關(guān)鍵。要做好降排水作業(yè)，避免出現(xiàn)不均勻沉降問(wèn)題。根據(jù)水文地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)，選擇合適的排水方式。明排水適用于粗粒土層或者滲水量小的黏土層。當(dāng)土為粉砂和細(xì)砂時(shí)，地下水滲出會(huì)帶走細(xì)粒，引發(fā)流沙現(xiàn)象，導(dǎo)致坑底涌砂、邊坡坍塌，無(wú)法正常繼續(xù)施工，這就需要采取井點(diǎn)降水法，根據(jù)土的滲透系數(shù)、工程特點(diǎn)、設(shè)備條件、降低水位深度等綜合因素，按規(guī)范要求選擇輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)等不同井點(diǎn)降水方式，并保證技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性、合理性。針對(duì)動(dòng)水壓力產(chǎn)生的流沙問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)嚴(yán)重程度，除了采用常規(guī)降水措施外，還可以通過(guò)加重法、爆炸法、化學(xué)加固法，以及拋入大石等特殊手段進(jìn)行靈活處置。關(guān)于侵蝕問(wèn)題，需要采用堵截地表水流入、阻止地下水流動(dòng)、設(shè)置反濾層、改良土質(zhì)、降低水流速度和坡度等策略，抑制地下水的流動(dòng)效果。充分重視承壓水對(duì)坑底的作用，科學(xué)進(jìn)行坑底突涌驗(yàn)算，如有必要可以用水平封底隔滲或者鉆孔減壓的方法，維護(hù)坑底土層的穩(wěn)定性，降低地下水產(chǎn)生的干擾，確保礦坑開(kāi)挖安全[3]。

3.3 地震災(zāi)害治理

地震災(zāi)害的危險(xiǎn)性不言而喻，基于其不可預(yù)測(cè)性、破壞嚴(yán)重性的特點(diǎn)，首先要盡量避開(kāi)地震活躍地帶，加強(qiáng)地震災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估。針對(duì)工程建設(shè)可能誘發(fā)、加劇地震災(zāi)害的可能性，以及工程建設(shè)本身可能會(huì)遭受地震災(zāi)害的危險(xiǎn)性展開(kāi)系統(tǒng)的分析，如有必要，需做好防震、抗震設(shè)計(jì)和施工。同時(shí)，加強(qiáng)地震災(zāi)害預(yù)警，做好應(yīng)急預(yù)案，積極與地震預(yù)測(cè)部門(mén)合作，能夠第一時(shí)間收到地震來(lái)臨前的信號(hào)，并迅速做出反應(yīng)。不但如此，礦區(qū)也要積極進(jìn)行地震災(zāi)害監(jiān)測(cè)，使用專業(yè)儀器或者通過(guò)生物預(yù)警，獲取地震信號(hào)。另外，礦山作業(yè)部門(mén)要充分認(rèn)識(shí)違規(guī)作業(yè)造成的危害性，科學(xué)設(shè)計(jì)開(kāi)采方案，避免濫挖濫采，加強(qiáng)周邊巖體監(jiān)測(cè)，避免局部高應(yīng)力集中，盡可能降低因工程建設(shè)活動(dòng)誘發(fā)地震災(zāi)害發(fā)生的概率。

3.4 不穩(wěn)定邊坡治理

（1）做好排水和防滲工作，尤其是雨季的長(zhǎng)期防排水，防止大氣降水向巖體滲透。通常情況下，可以在滑坡體外圍布置截水溝槽，有效截?cái)嗨?；?duì)于大的滑坡體，應(yīng)該布置一些排水溝，并且整平坡面，避免坑洼積水。（2）對(duì)于已經(jīng)滲入滑坡體的水，需要構(gòu)筑地下排水廊道，及時(shí)截流，使積水排出滑坡體，還可以采用鉆孔排水的方式。（3）降低邊坡重力，將陡峭的邊坡上部巖體挖除，使邊坡變緩，減輕滑體重量，消減下來(lái)的土石可以做擋腳，起到反壓、穩(wěn)定邊坡的目的。（4）在不穩(wěn)定巖體下部，使用砌石、混凝土等材料修建支撐墻或擋墻，基礎(chǔ)需砌置在滑動(dòng)面以下，還可以采用錨固措施，運(yùn)用錨桿、錨固樁等形式，實(shí)現(xiàn)抗滑、穩(wěn)固的作用。（5）混凝土護(hù)坡、灌漿、改善滑動(dòng)帶土石力學(xué)性能等措施也能起到不錯(cuò)的邊坡治理效果。

3.5 地面裂縫、塌陷治理

地下礦區(qū)洞頂及兩側(cè)山體要足夠厚，一般在堅(jiān)硬完整的巖層中開(kāi)挖，保證圍巖穩(wěn)定。如果在不良巖層中開(kāi)挖，則要邊開(kāi)挖邊支護(hù)，或者超前支護(hù)。修筑地下工程時(shí)，要盡可能避開(kāi)褶皺核部，應(yīng)在背斜核部，巖層呈上拱形，有利于頂部穩(wěn)定。如果必須要在褶皺巖層段施工，則可以將地下工程設(shè)計(jì)在褶皺兩側(cè)，同時(shí)要盡量避開(kāi)斷層帶，地下工程的軸線與巖層走向垂直時(shí)，圍巖穩(wěn)定性較好。在合理選擇工程位置的基礎(chǔ)上，采取提高圍巖穩(wěn)定性的措施，其中，支撐和襯砌是礦井開(kāi)挖常用的臨時(shí)性穩(wěn)定措施，而噴錨支護(hù)的效果更為明顯。對(duì)于巖溶和土洞，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，采取不同的處理方法，比如，對(duì)塌陷或淺埋溶洞可以通過(guò)充填法、挖填夯實(shí)法、跨越法、墊層法進(jìn)行處理；對(duì)落水洞及淺埋溶溝可以采用充填法、跨越法進(jìn)行處理；對(duì)深埋溶洞可以通過(guò)充填法、注漿法、樁基法進(jìn)行處理。除了巖溶和土洞的填埋夯實(shí)，還要注意巖溶水的封堵、疏導(dǎo)，這樣能夠減少潛蝕、淘蝕。在礦區(qū)內(nèi)設(shè)置地面塌陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)進(jìn)行圍巖支護(hù)、開(kāi)洞回填、河道防滲，一旦發(fā)生裂縫，要全面、細(xì)致地展開(kāi)調(diào)查檢測(cè)工作，通過(guò)有效的加固處理措施，防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。如果出現(xiàn)地面塌陷問(wèn)題，應(yīng)該準(zhǔn)確評(píng)估破壞程度，對(duì)遭到破壞的相鄰建筑物進(jìn)行加固或拆除，防止局部壓力過(guò)大造成更大范圍的災(zāi)害[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估非常關(guān)鍵，涉及采礦過(guò)程中的安全問(wèn)題，而且可能對(duì)周邊環(huán)境造成重大影響，所以，必須采用科學(xué)、系統(tǒng)的勘察評(píng)估方法，正確認(rèn)識(shí)不同地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的危險(xiǎn)，有效預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，同時(shí)，針對(duì)性地采取預(yù)防和治理措施，避免不良影響的擴(kuò)大，在合理開(kāi)采礦山資源的同時(shí)，保證綜合效益。