大中型露天煤礦閉坑地質(zhì)災(zāi)害淺析

摘要：本文根據(jù)大中型露天煤礦在生產(chǎn)過程中誘發(fā)的大量地質(zhì)災(zāi)害， 提出這些礦山在閉坑后可能誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害類型及因素， 并對(duì)防治措施提出建議。

關(guān)鍵詞：露天煤礦；閉坑；地質(zhì)災(zāi)害；變形；滑坡；誘發(fā)地震；水系變化

1 露天煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)生災(zāi)害簡析

導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因主要有:斷層的影響。由于礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層和不連續(xù)面控制邊坡的變形和滑動(dòng)，在滑坡災(zāi)害中，約有1/2受斷層和不連續(xù)面控制;軟巖及斷層泥控制。煤系地層中多為沉積巖，其中含有大量的泥質(zhì)成份，遇水強(qiáng)度降低，產(chǎn)生軟化效應(yīng)。同時(shí)軟巖遇水膨脹，使變形能力也大大增加。斷層中的斷層泥與軟巖具有相似的性質(zhì);水與巖石相互作用。露天煤礦發(fā)生滑坡、變形、泥石流，80%與水的直接或間接參與有關(guān);震動(dòng)誘發(fā)。露天煤礦生產(chǎn)每天都須放泡、行車，故震動(dòng)誘發(fā)源主要來自放炮、行車等釋放的能量;井工開采和露天開采相互影響。淺部煤炭資源采用露天開采，深部一般采用井工開采，兩者有時(shí)同時(shí)進(jìn)行，常常互相作用，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

2大中型露天煤礦閉坑后可發(fā)生的災(zāi)害

閉坑后的大中型露天煤礦，由于停止生產(chǎn)，同樣的邊坡變形、破壞甚至滑動(dòng)，能否造成大規(guī)模災(zāi)難性的地質(zhì)災(zāi)害，除了與露天礦結(jié)構(gòu)、巖層分布、斷層賦存、環(huán)境條件等有關(guān)外，還與管理及防治有關(guān)。根據(jù)國內(nèi)外露天煤礦生產(chǎn)過程所遇到的地質(zhì)災(zāi)害，閉坑后的露天礦可發(fā)生的災(zāi)害主要類型有:

邊坡及邊幫影響范圍內(nèi)的變形。由于露天礦的存在，使邊坡及邊幫影響范圍內(nèi)發(fā)生變形、塌陷、地面沉降、地裂縫等。如撫順西露天礦北幫變形影響范圍內(nèi)包括國家特大型企業(yè)石油一廠、發(fā)電廠、水泥廠等。不均勻變形造成石油管道破裂、廠房地基下沉、廠房墻體破裂甚至倒塌。其周圍的商業(yè)區(qū)及附近的居民區(qū)也受到不同程度的影響。加之礦坑和北幫與勝利礦深部多年大規(guī)模地下開采，使露天礦北幫幾乎全部處于井工采動(dòng)后的巖移擾動(dòng)范圍，向北影響范圍近1km。根據(jù)最新觀測(cè)結(jié)果，變形仍在進(jìn)行，局部尚有加快趨勢(shì)，直接威脅附近人民的生命安全，造成城市地質(zhì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。

邊坡和排土場(chǎng)滑坡。由于大中型露天煤礦開采深度大，形成高大陡邊坡。如撫順西露天礦最深處已達(dá)442m，最終坡角為30～3415°;阜新海州露天礦設(shè)計(jì)最深處為350m。隨著時(shí)間的推移，深度加大，所暴露的弱面就越多，開挖使巖體結(jié)構(gòu)越來越弱化，圍巖的支承能力逐漸減小;同時(shí)，為了更多地開采煤炭，剝離與開采的矛盾日益突出，整個(gè)露天礦的結(jié)構(gòu)趨于不穩(wěn)定，具有發(fā)生大規(guī)模滑坡的潛在危險(xiǎn)。排土場(chǎng)為松散的粒狀材料，隨著時(shí)間的推移，風(fēng)化加劇，不利于排土場(chǎng)的長期穩(wěn)定。滑坡的種類主要包括:平面滑坡、楔體滑坡、圓形滑坡、傾倒滑坡、崩塌滑坡、復(fù)合滑坡和泥石流等。無論何種形式的滑坡，對(duì)整個(gè)露天礦都可造成災(zāi)害。

地震。礦區(qū)地震可分為天然地震和誘發(fā)地震。許多礦區(qū)地處地震帶，根據(jù)地震發(fā)生的周期性，近10年又是地震發(fā)生的活躍期，天然地震是礦區(qū)巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的大敵。礦區(qū)發(fā)生誘發(fā)地震的條件是充分的，一是地下開采，破壞了原有地層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，打破了原系統(tǒng)的平衡，使采礦過程中不斷誘發(fā)地震。如阜新礦區(qū)和撫順礦區(qū)地下開采所發(fā)生的沖擊地壓(巖爆或煤爆)、瓦斯突出等就誘發(fā)了地震，最高震級(jí)已達(dá)4級(jí)以上，震源距離地表很近。一般來說，誘發(fā)地震盡管強(qiáng)度低但烈度大，危害不小。二是露天礦生產(chǎn)過程中的開挖和閉礦后積水成湖，使水位升降，由此會(huì)引起地層應(yīng)力發(fā)生變化。水弱化巖石，使巖體承載能力下降，加之地震動(dòng)力作用，邊坡的穩(wěn)定性明顯降低。研究表明，地震力作用，使邊幫圍巖不僅發(fā)生平行和垂直邊坡的振動(dòng)，而且由于邊坡臺(tái)階和巖層分布的不均勻性及地震力來源的隨機(jī)性，邊幫圍巖還將發(fā)生扭動(dòng)變形。

水系變化。露天礦生產(chǎn)過程中，每年要花費(fèi)大量的資金攔截疏導(dǎo)地表水，聚集在坑底的積水也要通過排水系統(tǒng)疏干。閉坑后，坑內(nèi)水源主要有:大氣降雨、地表水滲流、河流滲透、工業(yè)和民用廢水排放及地下水補(bǔ)給等。如不加強(qiáng)管理，及時(shí)治理，露天礦閉坑后就可形成人工湖泊，并且可能并發(fā)地下水質(zhì)污染、邊坡巖石軟化、誘發(fā)礦區(qū)地震等相關(guān)災(zāi)害。如撫順西露天礦閉坑后形成一個(gè)10多億m3的大坑，據(jù)測(cè)算，每年可匯入坑內(nèi)的水量約有4000萬m3，如果不加治理，10～20年后，西露天礦就有可能形成一個(gè)大型人工湖。由于露天開采與地下井工開采相連，造成地下井工系統(tǒng)排水，使地采系統(tǒng)積水，排水困難，甚至直接影響正常生產(chǎn)。

其他災(zāi)害。在閉坑過程和閉坑后，露天礦和排土場(chǎng)還會(huì)發(fā)生伴生災(zāi)害，如殘煤自燃、巖土風(fēng)化、水土流失等。殘煤自燃，影響城市的大氣環(huán)境。巖土風(fēng)化、水土流失不僅會(huì)污染城市地下水資源，同時(shí)還給礦區(qū)城市的環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成很大影響。

3防治建議

隨著一些大中型露天煤礦閉坑期限的臨近，現(xiàn)提出以下建議，供參考。

綜合治理。正如大中型露天煤礦立項(xiàng)設(shè)計(jì)、投入生產(chǎn)一樣，其閉坑也是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，它涉及到政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、法律、環(huán)境、生態(tài)、技術(shù)等方面的綜合問題，不是哪一個(gè)部門或行業(yè)能夠解決的。單從技術(shù)方面來說，災(zāi)害研究涉及采礦、地質(zhì)、測(cè)量、數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)電、環(huán)保等多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)。從時(shí)間上看，閉坑前的研究，只是一種預(yù)研，閉坑后隨著時(shí)間的推移，災(zāi)害發(fā)生的范圍、程度在不同時(shí)間地點(diǎn)會(huì)有不同的特征，提出何種防治措施，要依據(jù)當(dāng)時(shí)的條件而定。

提前規(guī)劃、超前研究。大中型露天煤礦閉坑時(shí)間是可預(yù)測(cè)的，這樣就可根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益提前規(guī)劃，超前研究。在總結(jié)歷年來各個(gè)大中型露天煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)生災(zāi)害的基礎(chǔ)上，究其原因，尋其根源，為以后研究相關(guān)災(zāi)害提供依據(jù)。同時(shí)，對(duì)大中型露天煤礦閉坑可能發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)估，尋求發(fā)生災(zāi)害的機(jī)理，建立防災(zāi)減災(zāi)的理論，為防災(zāi)減災(zāi)做好理論基礎(chǔ)。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。閉坑后發(fā)生的災(zāi)害，往往是生產(chǎn)過程中變形破壞的積累，利用現(xiàn)有的理論對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)可能引起災(zāi)害的現(xiàn)象，提前采取相應(yīng)措施。

兼顧生產(chǎn)與治理。現(xiàn)在正在生產(chǎn)的大中型露天礦，距離閉坑尚有一定的時(shí)間，要邊生產(chǎn);邊治理。特別是與環(huán)境和生態(tài)有關(guān)的治理工程，如殘煤自燃、巖土風(fēng)化、水土流失等。提前進(jìn)行就會(huì)節(jié)省時(shí)間，達(dá)到閉坑后再治理所起不到的作用。