礦山環境地質災害問題及其勘查方法研究

吳昱　葉義成

摘 要：礦山資源開發中的安全形勢相當嚴峻，地表塌陷、山體崩塌、礦山邊坡滑坡、廢石場泥石流、尾礦庫垮塌、采場冒頂、巷道坍塌、礦山地震、巖爆、采空區大面積地壓、井下突水、深井高溫等災害，給社會穩定和人民生命財產安全帶來了嚴重影響，該文以礦山地質災害勘查為研究對象，論文首先分析了礦山地質災害中存在的問題，包括其誘發因素，地質災害特征和治理措施，在此基礎上，論文探討了三種勘查方法，包括地球信息技術綜合方法、水文地質與巖土力學試驗方法和地球物理勘查方法。

關鍵詞：礦山 環境地質 災害 問題 勘查

中圖分類號：P694 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0113-02

礦產資源是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人類生產資料和生活資料的重要來源。隨著宜昌市礦產資源開發規模的增大，礦山地質災害問題日漸突出，而采礦和選礦作為礦產資源開發過程中的主要活動對礦山地質災害產生了多方面的影響。

宜昌市是地質災害的多發地區之一，地質災害種類多、分布廣、影響大、造成損失嚴重。礦山地質災害是地質災害的一個小分支，是人類開采礦山而直接誘發的人為地質災害。特別是宜昌市七八十年代受“有水快流”思想和粗放型開采影響，導致礦山開采環境不斷惡化。近年來，雖規范開采，但隨著各種礦產開發利用強度增大，各種礦山地質災害明顯上升，該文研究者結合在宜昌市多年礦山勘查的工作經驗，詳細介紹了礦山各種地質災害的類型、產生、危害和防治對策，并提出相應的勘查方法。

1 地質災害誘發因素

1.1 疏干排水

采礦時對地下水必須進行疏干排水，甚至要深降強排，由此而出現了一系列的地質災害問題。首先是礦井突水事故不斷發生。許多煤礦的上覆和下伏地層為含水豐富的石灰巖，特別是北方石炭二疊紀煤系地層，不僅煤系內部有含水性強的地層，其下伏為巨厚的奧陶紀灰巖。這些礦床隨著開采的延伸，地下水經深降強排，產生了巨大的水頭差，使煤層受到來自下部灰巖地下水高水壓的威脅，在一些構造破碎帶和隔水薄層的地段發生突水事故，嚴重地威脅著礦井和職工生命的安全。

1.2 其他因素

礦山地質災害誘發因素很多，有些是開采過程中難以避免的，如開采深度的增加，使得地應力相應增大引起冒頂、片幫、脫盤甚至巖爆的嚴重地壓災害；有的是開采中忽視預防或開采不規范、管理不科學導致的，如采空區不及時充填、廢渣廢水隨意排放、水文地質及構造不了解、巷道偏離、盲目指揮、違章作業、私挖亂采等，非穩定因素積聚到一定限度引發各種災害；有的礦山片面追求經濟利益或為擺脫一時的經營危機，擯棄常規，如采富棄貧、求近避遠，結果為后期發展埋下災害隱患；曾一度泛濫的民采風潮掠奪式的開采活動也對部分國有大中型礦山造成嚴重干擾和資源、環境破壞。

2 主要地質災害特征和治理措施

2.1 泥石流

泥石流災害具有很強的破壞性，但人們并不是被動地去接受泥石流災害，而是通過科學研究，不斷認識其成災機理和成災規律，提高預測預報水平，加強防御建設，與泥石流災害進行斗爭。礦山建設對泥石流形成條件的影響主要有以下幾個方面：（1）產生并加速松散固體物質的積累，露天開采及坑采剝離廢石速度較快，產生大量廢土，是泥石流源地的主要形成原因。（2）增大了水體補給量。礦山廢石堵溝成湖，蓄積了大量的水體；有時在掘進坑道的過程中，掘開了地下水的主要通道，形成地下水突涌，使水體補給量增大。（3）礦山建設改變了地形條件，增強動力條件。

泥石流的治理措施包括工程措施和生物措施：（1）工程措施的治理目的是減少災害的發生頻度，降低災害的危害程度。一般是攔擋、排導和支護措施。（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，凈化土壤。（3）生物措施和工程措施相結合：金屬礦圍巖一般為較硬的巖石，開采過程中開采堆積物除了上覆土層和風化巖石外，均為較大塊的難風化的塊狀堆積物，易形成的地質災害為崩塌、滑坡以及泥石流。

2.2 塌陷

當地下礦層被采出之后，采空區的頂板巖層在自身重力和其上覆巖層的壓力作用下，產生向下的彎曲和移動。當頂板巖層內部所形成的拉張應力超過該層巖層的抗拉強度極限時，直接頂板首先發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，進而發生斷裂和離層。隨著采礦工作面的向前推進，受到采動影響的巖層范圍不斷擴大。當礦層開采的范圍擴大到某一時刻，在地表就會形成一個比采空區大得多的塌陷盆地，從而危及地表的各種建筑物和農田等。對礦山采空區塌陷的治理方案很多，但較常用的方法是充填復墾法。這種方法是利用礦區附近的煤矸石、粉煤灰、露天礦剝離物等可供利用的充填材料充填采空塌陷地復田。這種方法多用于有足夠的充填材料且充填材料無污染，可經濟有效防護治理的地區，因其既解決了塌陷地復墾問題，又解決了礦山固體廢棄物的處理問題，所以經濟效益最佳。

2.3 滑坡

滑坡活動受多種因素影響，主要發生在雨季。而軟硬相間巖層，由于差異風化，堅硬巖體突出，由結構面切割或重力蠕變，堅硬巖體就會產生崩塌、落石。地質構造發育使完整巖石被分割成割裂體，割裂體在誘發因素下失穩而形成崩場，因此構造越發育，巖體越破碎，越易產生崩塌、落石。人為影響主要是開挖坡腳、改變應力場，使坡體內積存的彈性應變能釋放而造成應力重新分布，巖體產生卸荷裂隙，它們多張開且平行于邊坡面并使原有裂隙擴展和張開，由其所切割的巖體，可能失穩而形成崩塌滑坡。目前露天煤礦、鐵礦、采石場所發生的滑坡，大多數是由于違反開采順序，亂采濫挖而造成的。為了使露天采掘、剝離作業正常進行，采場邊坡巖體應該具有一定的穩定性。當工作臺階采掘到最邊界時，便形成最終邊坡；當最終邊坡角過陡時，穩定性差，易滑坡，危及人員和設備的安全，導致停產閉坑；當其過緩時，會降低采礦經濟效益。

抗滑工程是防止山體滑坡的不可缺少的一部分，尤其對于事關生命、財產安全的礦區坡體來說，意義非同尋常?？够こ贪够瑩鯄?、加筋擋墻、錨定板擋墻、預應力錨索擋墻、錨桿擋墻?？够瑯洞蠼孛娣e排式抗滑單樁、抗滑鏈、鋼管樁、承臺式抗滑樁、抗洪樁、樁基擋墻、椅式擋墻、排架式抗滑樁、抗滑剛架樁、板樁抗滑樁和錨固樁。土質改良注漿、微型樁。

3 礦山環境地質災害問題及其勘查方法研究

3.1 地球信息技術綜合方法

遙感技術（RS）主要是針對大面積區域宏觀解釋，可形成不同比例尺所需要的航衛片解譯結果。利用航、衛片進行解譯，具有直觀、真實、準確、實效性強等特點，可大大提高工作效率和質量。GPS具有全天候、全球覆蓋和高精度的優良性能，而且其用戶設備無源工作，體積小，重量輕，耗電少，使用方便和價格低廉，因此，GPS的應用越來越廣泛。在礦山環境野外調查中，可采用GPS定位儀進行礦山環境三維坐標數據的現場采集工作。礦山地質災害的許多問題都是由多種空間域因子共同作用的結果，而GIS本身又具有強大的空間分析操作功能和多源多因素信息復合疊加技術，因此GIS完全可以實現對礦山環境和災害問題進行動態模擬與評價的目的。

3.2 水文地質與巖土力學試驗方法

水文地質與巖土力學試驗類型很多，是礦山地質災害調查的重要手段之一，許多調查成果的基礎數據和資料，均需水文地質與巖土力學試驗而獲得。在礦山地質災害調查工作中，水文地質試驗主要包括水質測試、淋濾試驗、浸泡試驗、含水層吸附試驗、含水層頂板滲透性試驗、采礦引起周圍地層滲透性變化試驗、礦石及固體廢棄物中有毒有害元素測試試驗、土壤污染試驗、溶質遷移與富集規律試驗等；巖土力學試驗主要包括室外原位力學試驗和室內巖土物理力學性質試驗等。

3.3 地球物理勘查方法

高密度電阻率法是以巖土體導電性差異為基礎的一類物探方法，該方法一次即可進行多裝置數據采集，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，通過參數換算取得更多突出的有效異常的比值參數，利于潛在災害的埋深、范圍等的推斷解釋。它對不太深的采空區、地下水系、巖石風化層等的勘查十分有效。淺層地震法是由人工手段激發地震波，再通過研究地震波在地層中的傳播規律，以查明地下地質小構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、采空區等潛在地質災害的有效勘查方法之一。

4 礦山地質災害的預防

愈演愈烈的礦山災害、大量潛伏的災害隱患、日漸惡化的礦山環境說明礦山地質災害的防治必須上升到政府監管的高度。政府主管部門要加大對礦山環境與災害源的監管與治理力度，防止新的隱患發生。礦山企業要規范開采行為，合理開發礦產資源，處理好短期經濟利益和長遠發展的關系，將防災減災工作始于礦山設計并延續到閉坑之后。注重礦山地質災害的防治研究，將其列入礦業領域的基礎性研究，把礦山災害、環保、安全生產統一起來。災害研究要充分依靠科技進步，采用高新技術，研究災害的發生機制，建立災害的監測、預報和評估信息系統。

5 結語

宜昌市礦山種類較多、分布廣、戶數多、規模小、基礎差，由于技術、管理及效益等原因的影響，資源開發中的安全形勢相當嚴峻，地表塌陷、山體崩塌、礦山邊坡滑坡、廢石場泥石流、尾礦庫垮塌、采場冒頂、巷道坍塌、礦山地震、巖爆、采空區大面積地壓、井下突水、深井高溫等災害，給社會穩定和人民生命財產安全帶來了嚴重影響。經分析采礦引發地質災害的原因大都是由于采用不科學的采礦方法造成的，當人們注意到了環境對人類生存的重要性，懂得如何正確解決資源需求與保護人類生存環境的矛盾時，科學的采礦方法將被越來越廣泛地采用，因為現有的技術手段完全可以避免礦山開采引發的不良地質災害的產生。在礦山開采問題上必須堅持“誰開發誰保護，誰閉坑誰復墾，誰破壞誰治理”的原則，加強對礦山環境的管理。只有解決好礦山開采與環境保護之間的矛盾，才能促進采礦業的持續發展。

參考文獻

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