論誘發(fā)礦山地質(zhì)變化原因及勘查方法

楊廣珠

（云南地質(zhì)工程第二勘察院，云南 楚雄 675000）

我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)國(guó)家之一，地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)多、分布廣、影響大、造成損失嚴(yán)重。礦山地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害的一個(gè)小分支，是人類(lèi)開(kāi)采礦山而直接誘發(fā)的人為地質(zhì)災(zāi)害。我國(guó)是采礦大國(guó)，開(kāi)采技術(shù)和設(shè)備相對(duì)落后，導(dǎo)致礦山開(kāi)采環(huán)境不斷惡化。近年來(lái)，各種礦山地質(zhì)災(zāi)害明顯上升，本文作者結(jié)合在多年礦山勘查的工作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了礦山各種地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型、產(chǎn)生、危害和防治對(duì)策，并提出相應(yīng)的勘查方法。

1 地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素

1．1 疏干排水

采礦時(shí)對(duì)地下水必須進(jìn)行疏干排水，甚至要深降強(qiáng)排，由此而出現(xiàn)了一系列的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。首先是礦井突水事故不斷發(fā)生。其次是由于疏干排水，使許多巖溶充水礦區(qū)引起地面塌陷，嚴(yán)重影響地面建筑、交通運(yùn)輸以及農(nóng)田耕作與灌溉。再次是某些礦山由于排水，疏干了附近的地表水，淺層地下水長(zhǎng)期得不到補(bǔ)充恢復(fù)，影響植物生長(zhǎng)；有的礦區(qū)甚至形成土地石化和沙化、水土流失、荒漠化嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

1．2 其他因素

礦山地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素很多，有些是開(kāi)采過(guò)程中難以避免的；有的是開(kāi)采中忽視預(yù)防或開(kāi)采不規(guī)范、管理不科學(xué)導(dǎo)致的；有的礦山片面追求經(jīng)濟(jì)利益或?yàn)閿[脫一時(shí)的經(jīng)營(yíng)危機(jī)，擯棄常規(guī)；曾一度泛濫的民采風(fēng)潮掠奪式的開(kāi)采活動(dòng)也對(duì)部分國(guó)有大中型礦山造成嚴(yán)重干擾和資源、環(huán)境破壞。

2 主要地質(zhì)災(zāi)害特征和治理措施

2．1 泥石流

泥石流災(zāi)害具有很強(qiáng)的破壞性，但人們并不是被動(dòng)地去接受泥石流災(zāi)害，而是通過(guò)科學(xué)研究，不斷認(rèn)識(shí)其成災(zāi)機(jī)理和成災(zāi)規(guī)律，提高預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水平，加強(qiáng)防御建設(shè)，與泥石流災(zāi)害進(jìn)行斗爭(zhēng)。泥石流的治理措施包括工程措施和生物措施嘲：(1)工程措施的治理目的是減少災(zāi)害的發(fā)生頻度，降低災(zāi)害的危害程度。一般是攔擋、排導(dǎo)和支護(hù)措施。(2)生物措施：生物措施的治理目的一是治理水土流失；二是吸收有害物質(zhì)，凈化土壤。(3)生物措施和工程措施相結(jié)合：金屬礦圍巖一般為較硬的巖石，開(kāi)采過(guò)程中開(kāi)采堆積物除了上覆土層和風(fēng)化巖石外，均為較大塊的難風(fēng)化的塊狀堆積物，易形成的地質(zhì)災(zāi)害為崩塌、滑坡以及泥石流，另外有些金屬礦床在開(kāi)采和冶煉過(guò)程中對(duì)土和地下水造成一定的污染，也需要進(jìn)行治理；非金屬礦多數(shù)為沉積形成，其開(kāi)采要挖掘較多的松散沉積生成物，而且開(kāi)采出來(lái)的物質(zhì)也較易風(fēng)化，易形成地面塌陷、泥流、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

2．2 塌陷

當(dāng)?shù)叵碌V層被采出之后，采空區(qū)的頂板巖層在自身重力和其上覆巖層的壓力作用下，產(chǎn)生向下的彎曲和移動(dòng)。當(dāng)頂板巖層內(nèi)部所形成的拉張應(yīng)力超過(guò)該層巖層的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，直接頂板首先發(fā)生斷裂和破碎并相繼冒落。接著是上覆巖層相繼向下彎曲、移動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生斷裂和離層。隨著采礦工作面的向前推進(jìn)，受到采動(dòng)影響的巖層范圍不斷擴(kuò)大。當(dāng)?shù)V層開(kāi)采的范圍擴(kuò)大到某一時(shí)刻，在地表就會(huì)形成一個(gè)比采空區(qū)大得多的塌陷盆地，從而危及地表的各種建筑物和農(nóng)田等。巖溶塌陷是巖溶充水礦床疏排地下水所引起的。塌陷不僅出現(xiàn)在煤炭礦山而且也出現(xiàn)在有色金屬、黑色金屬、化工及核工業(yè)礦山。采空區(qū)塌陷對(duì)土地資源的破壞，在采礦中占有重要地位，主要由地下開(kāi)采造成的。對(duì)礦山采空區(qū)塌陷的治理方案很多，但較常用的方法是充填復(fù)墾法。

2．3 滑坡

滑坡活動(dòng)受多種因素影響，主要發(fā)生在雨季。而軟硬相間巖層，由于差異風(fēng)化，堅(jiān)硬巖體突出，由結(jié)構(gòu)面切割或重力蠕變，堅(jiān)硬巖體就會(huì)產(chǎn)生崩塌、落石。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育使完整巖石被分割成割裂體，割裂體在誘發(fā)因素下失穩(wěn)而形成崩場(chǎng)，因此構(gòu)造越發(fā)育，巖體越破碎，越易產(chǎn)生崩塌、落石。抗滑工程是防止山體滑坡的不可缺少的一部分，尤其對(duì)于事關(guān)生命、財(cái)產(chǎn)安全的礦區(qū)坡體來(lái)說(shuō)，意義非同尋常。抗滑工程包括抗滑擋墻、加筋擋墻、錨定板擋墻、預(yù)應(yīng)力錨索擋墻、錨桿擋墻。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害的勘查方法

3．1地球信息技術(shù)綜合方法

遙感技術(shù)(Rs)主要是針對(duì)大面積區(qū)域宏觀解釋?zhuān)尚纬刹煌壤咚枰暮叫l(wèi)片解譯結(jié)果。利用航、衛(wèi)片進(jìn)行解譯，具有直觀、真實(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，可大大提高工作效率和質(zhì)量。GPS具有全天候、全球覆蓋和高精度的優(yōu)良性能，而且其用戶(hù)設(shè)備無(wú)源工作，體積小，重量輕，耗電少，使用方便和價(jià)格低廉，因此，GPS的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在礦山環(huán)境野外調(diào)查中，可采用GPS定位儀進(jìn)行礦山環(huán)境三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集工作。礦山地質(zhì)災(zāi)害的許多問(wèn)題都是由多種空間域因子共同作用的結(jié)果，而GIS本身又具有強(qiáng)大的空間分析操作功能和多源多因素信息復(fù)合疊加技術(shù)，因此GIS完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山環(huán)境和災(zāi)害問(wèn)題進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬與評(píng)價(jià)的目的。總之，“3S”技術(shù)的應(yīng)用，可以從宏觀上掌握地質(zhì)災(zāi)害的分布、發(fā)生、發(fā)展規(guī)律。它的應(yīng)用彌補(bǔ)了以前常規(guī)的技術(shù)手段難于勝任的空白，特別是對(duì)危險(xiǎn)地帶的礦山災(zāi)害的調(diào)查。

3．2水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)方法

水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)類(lèi)型很多，是礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的重要手段之一，許多調(diào)查成果的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料，均需水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗(yàn)而獲得。

3．3地球物理勘查方法

高密度電阻率法是以巖土體導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一類(lèi)物探方法，該方法一次即可進(jìn)行多裝置數(shù)據(jù)采集，既可研究深度方向的電性變化，也可研究水平方向的電性變化，通過(guò)參數(shù)換算取得更多突出的有效異常的比值參數(shù)，利于潛在災(zāi)害的埋深、范圍等的推斷解釋 。它對(duì)不太深的采空區(qū)、地下水系、巖石風(fēng)化層等的勘查十分有效。視電阻率法可用于圈定采空區(qū)。一般金屬礦山都是塊狀硫化物礦體，它是一種良導(dǎo)電體，具有極低的電阻率，而有待探明的采空區(qū)為空氣充填，空氣是絕緣高阻，其電阻率與硫化物礦體的電阻率有顯著差別，利用視電阻率法揭示這種差別存在的范圍就是圈定的采空區(qū)。瞬變電磁法是利用不接地回線(xiàn)或接地線(xiàn)源向地下發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)的間歇期間，利用線(xiàn)圖或接地電極觀測(cè)地下半空間二次渦流場(chǎng)的變化，從而達(dá)到探測(cè)的目的。同時(shí)，該方法信噪比高、分辨力強(qiáng)、探測(cè)深度大、探測(cè)速度快，較容易發(fā)現(xiàn)礦區(qū)的采空區(qū)異常。淺層地震法是由人工手段激發(fā)地震波，再通過(guò)研究地震波在地層中的傳播規(guī)律，以查明地下地質(zhì)小構(gòu)造及獲取地層巖性信息的一種物探方法。其中的淺層反射法，不僅能直觀地反映地層界面的起伏變化，而且還能探測(cè)地下隱伏斷層、空洞、陷落柱以及各種異常物體，是滑坡、斷裂面、采空區(qū)等潛在地質(zhì)災(zāi)害的有效勘查方法之一。

3．4 其他方法

在礦山地質(zhì)災(zāi)害的勘查中，地球化學(xué)勘查方法也可發(fā)揮重要作用，特別是對(duì)礦區(qū)環(huán)境污染的勘查，化探方法可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，在污染因素查定、探測(cè)污染源、污染機(jī)制(過(guò)程)研究、圈定污染異常區(qū)，以及提出污染治理方案等方面將起決定性作用。

4 礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防

愈演愈烈的礦山災(zāi)害、大量潛伏的災(zāi)害隱患、日漸惡化的礦山環(huán)境說(shuō)明礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治必須上升到政府監(jiān)管的高度。政府主管部門(mén)要加大對(duì)礦山環(huán)境與災(zāi)害源的監(jiān)管與治理力度，防止新的隱患發(fā)生。礦山企業(yè)要規(guī)范開(kāi)采行為，合理開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源，處理好短期經(jīng)濟(jì)利益和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)系，將防災(zāi)減災(zāi)工作始于礦山設(shè)計(jì)并延續(xù)到閉坑之后。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)礦山種類(lèi)繁多、分布廣、戶(hù)數(shù)多、規(guī)模小、基礎(chǔ)差，由于技術(shù)、管理及效益等原因的影響，資源開(kāi)發(fā)中的安全形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，地表塌陷、山體崩塌、礦山邊坡滑坡、廢石場(chǎng)泥石流、尾礦庫(kù)垮塌、采場(chǎng)冒頂、巷道坍塌、礦山地震、巖爆、采空區(qū)大面積地壓、井下突水、深井高溫等災(zāi)害，給社會(huì)穩(wěn)定和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重影響。

[1]胡向德，黎志恒，李勇，等.甘肅省礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與防治工程研究.甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院.2009.12.21.

[2]庹先國(guó)，滕彥國(guó)，徐爭(zhēng)啟，等.礦山生態(tài)環(huán)境監(jiān)控預(yù)警技術(shù)開(kāi)發(fā)與示范.成都理工大學(xué)，北京師范大學(xué)，2006.11.16.

[3]莫時(shí)雄，滕沖，程峰，等.金屬礦山環(huán)境與災(zāi)害信息提取技術(shù)及預(yù)警系統(tǒng).桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院.2009.03.3.