地質災害勘查方法及預防思路探討

劉鵬++于新明++金國華

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，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，探討了3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：1674-098X（2016）12（a）-0081-02

我國是地質災害的多發國家之一，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。我國是采礦大國，開采技術和設備相對落后，導致礦山開采環境不斷惡化。近年來，各種礦山地質災害明顯上升，該文作者結合在湖南省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

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，嚴重威脅著礦井和職工生命的安全。其次是由于疏干排水，使許多巖溶充水礦區引起地面塌陷，嚴重影響地面建筑、交通運輸以及農田耕作與灌溉。各礦區附近均有地面塌陷現象，水位下降很多，使廠礦、工業和生活供水原有系統發生吊泵，形成無法供水的局面。

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，另外礦山修筑公路破壞山坡植被，產生大量棄土，礦山選礦排出的廢渣也是泥石流物質來源。（2）增大了水體補給量。礦山建設中植被遭到嚴重破壞，改變了地面結構，調節雨水的能力顯著降低，匯流時間縮短，洪峰流量和洪水總量增大，暴發泥石流的可能性也增大；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，增強了動力條件。大量的礦山廢石堆放使山坡變陡，地面高差增大，從而加強了侵蝕能力；大量礦山廢石壓縮溝床，增大流深和流速，也就增強了流體的動能和沖刷力，廢石堆放減少了過流斷面，使流體受壓縮，流速增大，側蝕和下蝕能力加強。

泥石流的治理措施包括工程措施和生物措施，以及生物措施和工程措施相結合，如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，另外有些金屬礦床在開采和冶煉過程中對土和地下水造成一定的污染，也需要進行治理；非金屬礦多數為沉積形成，其開采要挖掘較多的松散沉積生成物，而且開采出來的物質也較易風化，易形成地面塌陷、泥石流、滑坡等地質災害。

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。

巖溶塌陷是巖溶充水礦床疏排地下水所引起的。塌陷不僅出現在煤炭礦山而且也出現在有色金屬、黑色金屬、化工及核工業礦山。從地理方面看，幾乎遍布南方各省，尤以湘、粵、鄂、桂、贛諸省居多。

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。

露天礦邊坡，必須對其進行經常性的檢查和維護，用以保證邊坡穩定，防止災害發生。建立一支邊坡維護專業隊伍，加強檢查維修，必要時進行人工放坡，鋪上草皮，植上灌木，砌筑局部擋土墻或者預埋防滑坡的木樁。要設置排水網絡，防止地表雨水流入礦坑沖刷邊坡，潤滑層理深凹露天礦要在坑外周圍設置防山洪、防泥石流的阻擋或者疏導的設施。

3 礦山地質災害的勘查方法

3.1 地球信息技術綜合方法

GIS，GPS和RS技術的應用，可以從宏觀上掌握地質災害的分布、發生、發展規律。如GPS可以對災害發生地進行精確定位；RS技術可以利用礦區的多時相遙感圖像進行疊加分析，獲取礦區不同時期的地貌破壞程度、塌陷區的形態、面積、礦業廢棄物的類型及分布狀況、環境污染狀況及生態環境狀況；GIS技術可以對礦山災害信息數據進行空間有效分析，方便管理人員迅速掌握災情，有效進行防災減災工作。3S技術的應用彌補了以前常規的技術手段（如地形測量等）難以勝任的空白，特別是對危險地帶礦山災害的調查，如礦山積水塌陷區等。

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。例如，山西平定礬土礦采空區，通過采用高密度電阻率法進行測量，獲得深部的閉合圈異常，結合鉆探資料，圈定了該區采空區的平面分布范圍。

4 礦山地質災害的預防

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。

例如，將礦業開發產生的地下空區改建尾礦庫，既能消除因地下空區給礦山帶來的安全隱患，又能減少尾礦庫建設、經營、災害治理等費用，改善礦山生產和生活環境，把礦山建設成為環保型和無公害型的新礦山，它將是我國今后開發礦業的發展方向。確定了采空區的位置以后，防治礦山采空區地質災害的方法很多，主要有以下幾種：（1）采礦過程中，及時回填采空區。（2）對可能造成塌陷的位置提出預警措施，對現有的建筑和設置采取必要的預防措施。（3）礦山設計應避開城市和重要設施。此外，構建信息化礦山，開創安全、高效、可持續的礦業發展新模式，是中國采礦業未來發展的必由之路。

5 結語

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。在礦山開采問題上我們必須堅持“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，才能促進中國采礦業的持續發展。

參考文獻

[1] 王羽，馮五一.礦山環境地質與地質災害評價與防治研究[J].金屬礦山，2009（S1）：734-735，739.

[2] 赫利娜.礦山環境效應遙感研究[D].中國地質大學，2013.