開采資源引起的地質(zhì)災害的防治措施探討

楊紀金 福建煤電公司翠屏山煤礦 福建 龍 巖 364000

地質(zhì)災害是指由于自然地質(zhì)作用和人為地質(zhì)作用使地質(zhì)環(huán)境惡化，并造成人類生命財產(chǎn)損失或人類賴以生存的資源、環(huán)境遭受破壞的災害事件。開采沉陷是指地下資源采出后，開采區(qū)域周圍巖體的原始應力狀態(tài)受到破壞，應力重新分布，以達到新的平衡，在此過程中，巖層和地表產(chǎn)生連續(xù)的移動、變形和非連續(xù)的開裂、冒落等破壞現(xiàn)象。資源的開采和利用對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有巨大促進作用，但必然會引起開采沉陷，從而引發(fā)一系列地質(zhì)災害，必須采取措施對災害進行防治。在此主要講述了礦山及水資源開采引起的地質(zhì)災害的類型、特征及防治措施。

1 開采地質(zhì)災害的類型

資源的開采引發(fā)的地質(zhì)災害問題主要有以下幾種類型：

（1）地表塌陷。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(gòu)成一定危害，有些甚至引起山體滑移。在礦山較為普遍，造成危害較大。由于空區(qū)的突發(fā)性崩塌還會產(chǎn)生巨大的地震波、空氣沖擊波等災害。地下水資源過度開發(fā)，造成的危害也是災難性的，如天津正以平均80mm的速度下沉。

（2）采場冒頂。冒頂災害事故最為普遍，包括巖層脫落、塊體冒落、不良地層塌落，以及由于采礦和地質(zhì)結(jié)構(gòu)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)模的跨落，引起采場和巷道冒頂事故。

（3）深部巖爆。礦山進入1000m以下深部開采后，高應力條件下的硬巖層往往會發(fā)生巖爆，給生產(chǎn)造成危害。

（4）地下水穿透和突發(fā)涌水。雖然突發(fā)性大量涌水不是直接由地壓引起，但與采礦作業(yè)有密切關(guān)聯(lián)，一旦接近積水的巷道和采空區(qū)，或遇到溶洞和地下暗河等，在隔離巖層突然失穩(wěn)的情況，易造成災害。

（5）地下水開采，因水位下降造成海水反滲，以至于有可能使地下水淡水位永久無法回升等災害。如常熟--上海一帶的某些地區(qū)的飲用水是微咸水；北京已出現(xiàn)一個約1000平方公里的下降漏斗區(qū)，海水反滲，水硬度超標含水層有全部干涸的危險。

2 開采地質(zhì)災害特征

確定地下開采條件下地表沉陷、破壞過程及特征，首先必須分析開采設(shè)計資料、開采平面圖，并結(jié)合地質(zhì)勘探資料，地質(zhì)平面圖、巖石柱狀圖以及采空區(qū)巖石力學性質(zhì)試驗資料，已有地表移動觀測資料及開采損害調(diào)查資料，加以判別。一般來說，地下礦山開采的地表變形、破壞基于如下3個特征。

2.1 地表變形連續(xù)

在較軟弱或非脆性巖層覆蓋條件下，當開采深度較大而厚度較小的水平或緩傾斜礦體時，采空區(qū)上方冒落帶、裂縫帶達不到地表，地表下沉形成移動與變形連續(xù)的光滑剖面，在用工程類比法確定或用實測資料確定有關(guān)基本參數(shù)的前提下，可以用預計公式確定地表移動時間過程及最終下沉量。地表連續(xù)變形的明顯特點是變形后地表仍具有原來的隔水性能。

2.2 底邊不連續(xù)破壞

地表的不連續(xù)變形，破壞可能有如下形式：

（1）山丘地表下開采礦體，由于開采影響，造成山體崩塌或沿結(jié)構(gòu)弱面滑移；

（2）崩落法采礦或開采不規(guī)則礦體、急傾斜礦體時，形成地表塌陷；

（3）開采厚度較大、深度較小的層狀礦體時，頂板上方形成冒落帶或裂隙帶直通地表，地表開裂或形成崩落區(qū)；

（4）受結(jié)構(gòu)弱面控制的空區(qū)上方巖體，柱塞狀整體下沉，在地表行成塌坑；

（5）空區(qū)上方風化、軟弱巖體，或已崩落巖體不能形成穩(wěn)定的平衡拱，筒狀陷落直通地表；

（6）巖溶地區(qū)，地表有一定厚度的覆蓋層，且地下水具備活動通道，而礦山開采抽排水，因其他觸發(fā)因素作用，產(chǎn)生地表塌陷；

（7）廢棄礦井礦柱壓垮或壓人頂?shù)装逯?，形成地表塌陷坑等?/p>

（8）地表不連續(xù)破壞可能逐漸發(fā)展，也可能突然發(fā)生，且影響范圍變化很大，不便于監(jiān)測與預報，并可能造成災難性后果，給土地利用工作增加難度。

2.3 移動破壞基本連續(xù)但局部不連續(xù)

開采中等傾斜礦體時往往出現(xiàn)這種情況，在大斷層落頭、斷裂帶、陡傾角的不同巖體界面，也往往是地表變形不連續(xù)地區(qū)，它們可以使變形集中于本身而同時減落其兩邊的變形。這對于建筑物場址的選擇非常不利。但張口裂縫或壓密裂縫，其隔水性能一般沒有遭到破壞。

3 開采沉陷地質(zhì)災害防治對策

礦區(qū)開采地質(zhì)災害是相當嚴重的，必須采取措施使開采沉陷地質(zhì)災害減小到最低程度，達到防災減災的目的，因此特提出以下防治對策。

3.1 積極進行開采沉陷監(jiān)測預報

礦區(qū)開采沉陷分布規(guī)律與許多地質(zhì)采礦因素有關(guān)，如煤層傾角、開采厚度、開采深度、采區(qū)尺寸、采煤方法、頂板管理方法、松散層厚度等。不同礦區(qū)的地質(zhì)采礦條件往往差異較大，開采沉陷分布規(guī)律亦有區(qū)別。因此，各礦區(qū)應積極進行開采沉陷監(jiān)測預報，在已開采區(qū)域科學布設(shè)地表移動觀測站，定期、重復地測定觀測線上各測點在不同時期內(nèi)空間位置的變化，并對觀測數(shù)據(jù)及時整理和分析，總結(jié)出所在礦區(qū)開采沉陷導致地表移動和變形的下沉、傾斜、曲率、水平移動和水平變形的分布規(guī)律，從而有效預計、預報該開采區(qū)域的地面塌陷狀況及其設(shè)施的破壞程度。預計所得結(jié)果常被用來判別地表及其各種設(shè)施是否受開采影響和受開采影響的程度，作為受影響地表進行預回填或作為受影響設(shè)施進行維修、加固以及采取地下開采措施的依據(jù)，但要注意的是，預計結(jié)果一定要科學準確。

3.2 綜合采用減輕地表沉降技術(shù)

根據(jù)待采區(qū)域開采沉陷預計數(shù)據(jù)及其破壞程度，可綜合采用減緩地表沉降技術(shù)來減輕地表下沉和破壞、減輕地表下沉的有效開采技術(shù)主要有大條帶協(xié)調(diào)式全采法、冒落條代法、充填條帶法、水砂充填法、矸石風力充填法和離層帶注漿充填法等，同時地表有建筑物的可鋪以地面建筑物維修加固措施。目前，用得較多的是離層帶注漿充填法，已在兗州、新汶、大屯、撫順等礦區(qū)進行了有效應用。該技術(shù)的基本做法是：在井下開采過程中，通過地面鉆孔，用來源廣、成本低、可固化的注漿材料（如粉煤灰漿）充填采空區(qū)上方覆巖離層空間。由于注漿材料可以充填開采傳播擴散空間并對上覆巖層產(chǎn)生支承作用，因此可以有效地控制巖層移動，從而減緩地表沉降量和沉降速度。

據(jù)我所知，目前對于因地下水過度開發(fā)造成的地表下沉問題，沒有提供有成效的解決途徑。本人沒有做調(diào)查研究，只是有一個設(shè)想，即“輪片開發(fā)”。就如農(nóng)業(yè)有個“輪流耕作”一樣。如東片的水廠運行到設(shè)定的地下水位就停止，轉(zhuǎn)到西片水廠開抽，讓東片的水位自然回升。

3.3 全面治理塌陷區(qū)域環(huán)境災害

地下水資源的開采，尤其是煤礦隨著礦區(qū)開采范圍的不斷擴大，塌陷、破壞的土地日益增多。礦區(qū)土地的大面積塌陷，不但造成生態(tài)破壞，而且使農(nóng)田荒蕪、農(nóng)民少地或無地耕作，造成經(jīng)濟損失。因此，必須對礦區(qū)塌陷區(qū)域進行全面治理。處理塌陷區(qū)，多年來已探索一些有效對策，只要有重視，肯投入，就會有效果的，大地就會美好，百姓就會滿意，社會就會和諧。通常治理塌陷區(qū)時應根據(jù)現(xiàn)場的塌陷狀況及當?shù)氐淖匀簧a(chǎn)條件，對塌陷區(qū)域進行全面規(guī)劃、因地制宜地采用科學的治理措施。在西部干旱丘陵山區(qū)，地面塌陷一般不會積水，但易出現(xiàn)大量裂縫、臺階、塌陷坑等不連續(xù)變形和破壞，對這樣的塌陷區(qū)域可使用推土機對土地進行修補、平整，達到耕種的要求。在東部高潛水位地區(qū)，地面塌陷0．5m以下的較淺塌陷區(qū)，采用疏排法建立排水系統(tǒng)，開挖排水渠，把塌陷區(qū)域積水排入河、湖以降低潛水位，使土地重新利用，潛水位應控制在地表0．8m以下；地面塌陷0．5～2．5m的較深塌陷區(qū)，采用挖深墊淺法，將塌陷深的區(qū)域再挖深，取出的土方充填塌陷淺的區(qū)域，使前者成魚塘、后者成耕地；地面塌陷2．5m以上的大面積常年積水深塌陷區(qū)，可以采取網(wǎng)箱養(yǎng)魚和發(fā)展養(yǎng)鴨、養(yǎng)鵝等直接利用；此外，對有充填材料的塌陷區(qū)，可利用無毒性的煤矸石、粉煤灰等充填材料進行充填復墾，復墾成農(nóng)田和各項建設(shè)用地，但充填復墾成的農(nóng)田表面須覆蓋一定厚度的土層。

4 結(jié)束語

礦產(chǎn)資源和其他有用能源的開采和利用，給人類帶來巨大經(jīng)濟效益的作用是人所共知的，但開采沉陷給人類帶來的系列地質(zhì)災害也是非常嚴重的。