基于礦山水工環(huán)的地質(zhì)災害危險性研究及防治對策分析

李洪建

（西藏自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，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)主要是針對地下水資源分布及對工程建設的影響展開研究；工程地質(zhì)主要是針對地質(zhì)條件、地質(zhì)災害的綜合影響進行分析，以及找到解決不良地質(zhì)問題的辦法；環(huán)境地質(zhì)主要是研究人類活動與地質(zhì)環(huán)境的相互作用。隨著工程建設范圍的不斷擴大，水工環(huán)地質(zhì)災害頻發(fā)，影響了正常建設秩序，破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，甚至造成嚴重的生命財產(chǎn)損失。

2 礦山水工環(huán)地質(zhì)災害

2.1 地下水活動

地下水本身不具有危險性，但地下水活動對工程建設而言并無益處，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。常見的危害包括軟化侵蝕巖體、滲透破壞等。在地下水長期的軟化侵蝕下，巖體結(jié)構(gòu)面的摩擦角減小、黏結(jié)力降低，從而導致抗剪強度降低，巖體承載力和穩(wěn)定性下降，繼而引發(fā)其他地質(zhì)災害。地下水位下降過快會引發(fā)軟土層沉降，尤其是在礦山開采中的不合理降水，更容易引發(fā)沉陷事故。在動水壓力作用下，會產(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，無論是靜水壓力還是動水壓力，都會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，還會產(chǎn)生膨脹壓力，加快巖體破壞。另外，地下水還會產(chǎn)生浮托作用，對坑底產(chǎn)生壓力，出現(xiàn)承壓水突涌現(xiàn)象，影響礦坑開挖安全。

2.2 地震災害

在地下礦產(chǎn)資源開采時，原有地質(zhì)環(huán)境遭到改變，部分地區(qū)高應力集中，在滿足其他條件的情況下，可能會引發(fā)地震，而且由于地震災害釋放的能量巨大，會造成山體、地形、氣候等其他環(huán)境變化，引發(fā)山崩、泥石流等次生災害，從而擴大危害范圍，產(chǎn)生持續(xù)性的負面影響。隨著人類對地震災害研究的不斷深入，地震預測水平越來越高，但目前依然無法保證及時性和精確度，所以，在工程選址、結(jié)構(gòu)設計等方面要做好抗震設計，以降低地震災害發(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)定性至關重要，一旦出現(xiàn)山體滑坡、崩塌災害，不但會影響開采作業(yè)，而且會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)、地應力等。一般而言，坡高越大，坡度越陡，邊坡越不穩(wěn)定，當坡度超過60°時，會大大增加崩塌現(xiàn)象發(fā)生的概率。頁巖、泥灰?guī)r、煤巖等夾層沉積巖邊坡會出現(xiàn)順層滑動問題；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、車輛荷載等都是典型的外在因素，尤其是在雨季，當長時間持續(xù)降雨后，很容易出現(xiàn)山體滑坡，如果在短時間內(nèi)降水集中，則可能會引發(fā)泥石流災害。該災害具有影響大、破壞力強、覆蓋面廣的特點，還會產(chǎn)生一系列連鎖反應。

2.4 地面塌陷、裂縫

地面塌陷、裂縫對礦山工程建設危害極大，同樣，地形條件、巖性條件、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應力以及采掘活動等也與工程危害息息相關。如果山體不完整、洞頂及兩側(cè)厚度不夠，就會因為承載力不夠?qū)е碌孛媪芽p、塌陷。在松散、破碎、軟弱巖層中開挖，頂板易塌陷，底板及邊墻易產(chǎn)生鼓脹擠出變形等事故。如果開挖施工遇到大規(guī)模斷裂層，很大程度上會產(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)、水文條件比較復雜，容易產(chǎn)生較大范圍的塌陷。另外，礦山開采也是導致地面裂縫、塌陷的主要因素，如果開采方案不合理、機械作業(yè)不得當、存在濫挖濫采的問題，在長時間的地下開采后，會出現(xiàn)大片的采空區(qū)，嚴重破壞礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu)，破壞巖層整體性，巖石應力發(fā)生重大變化，從而導致裂縫、塌陷災害的出現(xiàn)[2]。

3 礦山水工環(huán)地質(zhì)災害防治對策

3.1 加強危險性評估

礦山水工環(huán)地質(zhì)災害預防治理需要首先從風險評估著手，客觀、全面地掌握工程建設可能會面臨的災害和危險，通過針對性的設計處理，降低地質(zhì)災害發(fā)生的風險以及危害性。然而，現(xiàn)階段的水工環(huán)地質(zhì)災害危險性評估依然存在許多問題，比如，重視程度不夠、勘查技術(shù)落后、危險評估不全面、危險劃分混亂、缺乏高素質(zhì)人才、監(jiān)督管理機制不完善等。這需要加強危險性評估管理，不斷提高評估水平，為后續(xù)工作開展提供堅實基礎。

3.1.1 完善評估體系

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)災害危險性評估體系，提高地質(zhì)勘察評估成果水平；構(gòu)建勘察管理責任制，明確相關人員管理職責，并保證落實效果，加快地質(zhì)勘察工作規(guī)范化、標準化建設；保證儀器設備、技術(shù)應用的科學性、合理性、可行性，盡可能減少隨意操作造成的錯誤；加強地質(zhì)勘察評估專業(yè)人才培養(yǎng)，加大教育培訓力度，提高從業(yè)人員的知識水平和技術(shù)能力，為工程地質(zhì)災害預防提供合理建議。

3.1.2 加強實地勘察

地質(zhì)勘察評估最重要的是客觀、真實，不深入現(xiàn)場就難以保證數(shù)據(jù)的準確性和全面性。專業(yè)勘察團隊要制訂好工作計劃，根據(jù)礦山工程特點，明確勘察范圍和內(nèi)容，兼顧多種影響因素，保證設備和技術(shù)應用的規(guī)范性。根據(jù)勘察數(shù)據(jù)評估地質(zhì)災害危險性，提出礦山開采需要注意的問題，針對性地設計礦產(chǎn)資源開采方案，并隨著工作的繼續(xù)進行不斷細化調(diào)整。為了保證實地勘察工作效果，必須提高勘察方案編制水平，不能套用其他項目。在面對特殊情況或較大難題時，應該集思廣益，采用特定的設備和技術(shù)，保證最終成果能夠滿足評估需求。

3.1.3 采用先進技術(shù)

在保證制度、組織、人員素質(zhì)的前提下，技術(shù)設備對地質(zhì)災害危險性評估會產(chǎn)生直接影響，所以，要充分重視技術(shù)與設備的更新，不斷提高勘察評估水平。常用的礦山水工環(huán)地質(zhì)災害危險性評估方法有層次分析法、統(tǒng)計分析法、模糊評判法等。每種方法都有一定的適用范圍，比如，在地質(zhì)災害影響因素收集困難時，可以采用統(tǒng)計分析法進行大范圍評價。除了合適方法的選用，先進技術(shù)的應用也能夠起到事半功倍的效果，例如，利用GPS 技術(shù)能夠接收觀測數(shù)據(jù)信息，也能夠相對準確定位，獲得精準三維坐標；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，如何降低地下水對礦山開采的負面影響也十分關鍵。要做好降排水作業(yè)，避免出現(xiàn)不均勻沉降問題。根據(jù)水文地質(zhì)條件和工程特點，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。當土為粉砂和細砂時，地下水滲出會帶走細粒，引發(fā)流沙現(xiàn)象，導致坑底涌砂、邊坡坍塌，無法正常繼續(xù)施工，這就需要采取井點降水法，根據(jù)土的滲透系數(shù)、工程特點、設備條件、降低水位深度等綜合因素，按規(guī)范要求選擇輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點等不同井點降水方式，并保證技術(shù)應用的科學性、合理性。針對動水壓力產(chǎn)生的流沙問題，應根據(jù)嚴重程度，除了采用常規(guī)降水措施外，還可以通過加重法、爆炸法、化學加固法，以及拋入大石等特殊手段進行靈活處置。關于侵蝕問題，需要采用堵截地表水流入、阻止地下水流動、設置反濾層、改良土質(zhì)、降低水流速度和坡度等策略，抑制地下水的流動效果。充分重視承壓水對坑底的作用，科學進行坑底突涌驗算，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，確保礦坑開挖安全[3]。

3.3 地震災害治理

地震災害的危險性不言而喻，基于其不可預測性、破壞嚴重性的特點，首先要盡量避開地震活躍地帶，加強地震災害危險性評估。針對工程建設可能誘發(fā)、加劇地震災害的可能性，以及工程建設本身可能會遭受地震災害的危險性展開系統(tǒng)的分析，如有必要，需做好防震、抗震設計和施工。同時，加強地震災害預警，做好應急預案，積極與地震預測部門合作，能夠第一時間收到地震來臨前的信號，并迅速做出反應。不但如此，礦區(qū)也要積極進行地震災害監(jiān)測，使用專業(yè)儀器或者通過生物預警，獲取地震信號。另外，礦山作業(yè)部門要充分認識違規(guī)作業(yè)造成的危害性，科學設計開采方案，避免濫挖濫采，加強周邊巖體監(jiān)測，避免局部高應力集中，盡可能降低因工程建設活動誘發(fā)地震災害發(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，有效截斷水流；對于大的滑坡體，應該布置一些排水溝，并且整平坡面，避免坑洼積水。（2）對于已經(jīng)滲入滑坡體的水，需要構(gòu)筑地下排水廊道，及時截流，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，基礎需砌置在滑動面以下，還可以采用錨固措施，運用錨桿、錨固樁等形式，實現(xiàn)抗滑、穩(wěn)固的作用。（5）混凝土護坡、灌漿、改善滑動帶土石力學性能等措施也能起到不錯的邊坡治理效果。

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，一般在堅硬完整的巖層中開挖，保證圍巖穩(wěn)定。如果在不良巖層中開挖，則要邊開挖邊支護，或者超前支護。修筑地下工程時，要盡可能避開褶皺核部，應在背斜核部，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計在褶皺兩側(cè)，同時要盡量避開斷層帶，地下工程的軸線與巖層走向垂直時，圍巖穩(wěn)定性較好。在合理選擇工程位置的基礎上，采取提高圍巖穩(wěn)定性的措施，其中，支撐和襯砌是礦井開挖常用的臨時性穩(wěn)定措施，而噴錨支護的效果更為明顯。對于巖溶和土洞，應根據(jù)地質(zhì)特點，采取不同的處理方法，比如，對塌陷或淺埋溶洞可以通過充填法、挖填夯實法、跨越法、墊層法進行處理；對落水洞及淺埋溶溝可以采用充填法、跨越法進行處理；對深埋溶洞可以通過充填法、注漿法、樁基法進行處理。除了巖溶和土洞的填埋夯實，還要注意巖溶水的封堵、疏導，這樣能夠減少潛蝕、淘蝕。在礦區(qū)內(nèi)設置地面塌陷監(jiān)測系統(tǒng)，及時進行圍巖支護、開洞回填、河道防滲，一旦發(fā)生裂縫，要全面、細致地展開調(diào)查檢測工作，通過有效的加固處理措施，防止裂縫進一步擴大。如果出現(xiàn)地面塌陷問題，應該準確評估破壞程度，對遭到破壞的相鄰建筑物進行加固或拆除，防止局部壓力過大造成更大范圍的災害[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，礦山水工環(huán)地質(zhì)災害危險性評估非常關鍵，涉及采礦過程中的安全問題，而且可能對周邊環(huán)境造成重大影響，所以，必須采用科學、系統(tǒng)的勘察評估方法，正確認識不同地質(zhì)災害產(chǎn)生的危險，有效預測風險發(fā)生的概率，同時，針對性地采取預防和治理措施，避免不良影響的擴大，在合理開采礦山資源的同時，保證綜合效益。