山東平邑地區某礦山地質災害成因類型與防治對策

劉文心

（山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250000）

礦產資源的開發與利用形成了大量的開采邊坡等，嚴重的損害了原有地質體的受力結構，使得原來穩定的地質體逐漸不穩定，在其他因素的綜合影響下發生地面不均勻沉降、陷落和垮塌等地質災害[1]。因此，礦產資源利用過程中的礦山地質災害對礦山企業經濟效益和安全施工影響較大。鑒于此，本文以山東平邑地區某礦山為例，分析其地質災害類型及防治對策。

1 礦體地質概況

礦體嚴格受控于層位，礦體主要賦存在平邑斷陷盆地中的古近系卞橋組中，礦體產狀與圍巖地層產狀基本一致，總體走向呈北西—南動向展布，礦體傾向北東，傾角較緩，一般介于22°～33°之間。

總體上，礦體品位高，厚度達，埋藏淺，礦體頂板和底板均為雜色砂質泥巖、鈣質泥巖和粉砂巖，并夾有少量的灰白色泥灰巖。礦體地表第四系覆蓋較厚，以殘坡積物、堆積物為主。

2 礦山地質災害成因類型及特征

由于礦體具有一定的埋藏深度，故采用井下開采的房柱采礦法。其中礦柱預留方式多樣，部分采用連續礦柱，部分采用間隔式礦柱[2]。由于礦體圍巖變化及周圍地質條件的變化，導致預留的礦柱差異較大，由此誘發的地質災害成因也存在較大差異。

因此，結合礦山開采方法、礦柱留設方法等可將礦區地質災害劃分3種成因類型，即地面不均勻沉降型、巖土體陷落型和礦房垮塌型。

2.1 地面不均勻沉降型

地面不均勻沉降型地質災害是最為常見的礦山地質災害之一，雖然地表沉降量相對較小，即地表巖土體形變量相對較小，形變發生過程極為緩慢，但是地面不均勻沉降型災害的影響范圍較大，具有長期性和隱蔽性，屬于緩慢型漸變的過程，導致礦山安全監管人員不易察覺，進而可能引起巨大的安全事故[3]。

此外，地面不均勻沉降型災害對礦山區域的建筑物或者其他工程設施影響較大，容易造成建筑物或者工程開裂、像變形甚至是破壞。因此，地面不均勻沉降型災害監測技術的有效利用至關重要。

地面不均勻沉降型災害的誘發機制主要為：①隨著采礦活動的持續進行，在礦山深部形成了一定規模的采空區，上覆巖土體的受力結構發生明顯的改變，在重力作用和側向擠壓作用下使得上覆巖土體具有向下沉的趨勢，同時由于礦坑中地下水處于長期的疏干狀態，即地下水賦存狀態長期處于失衡狀態下，不僅加快了地下水的流動速率，而且改變了地下水的流向；②礦區地淺表存在一層壓縮性較強的黏土層，由于井下排水系統使得黏土層中的水體疏排干凈，導致黏土層長期處于失水狀態，進而引起巖土層失水收縮、飽水膨脹，加劇了巖土體結構受力狀態的改變，進而誘發地面不均勻沉降；③若房柱跨度較大，對上覆巖體的支撐力小于上覆巖體的重力及側向擠壓力時，容易造成上覆巖體彎曲變形，進而引起不均勻沉降。

2.2 巖土體陷落型

巖土體陷落型地質災害在礦山井下開采中較為少見，一般塌陷規模較小，在地表呈現出近似圓形或者橢圓形的陷坑，單個陷坑大小規模差異較大，一般單個面積為數十平方米，陷落深部也相對較淺，一般在1m左右。

導致巖土體陷落的誘發因素在于：①在資源開采過程中，巷道與回采礦房布置位置過于靠近地表，導致地表與礦體之間僅有第四系殘坡積物，當采礦揭穿第四系系，可造成礦坑內大規模涌水，進而導致涌水部位出現塌陷等災害；②由于第四系中潛水帶攜帶有大量的泥砂，并將其排泄至礦坑中，因此以出水點為中心形成了一個降落漏斗；③由于采礦過程中井下排水系統的影響，使得第四系潛水帶的潛水位下降，導致原來洞穴失去了地下水的作用，進而引起巖土體力學性能的降低，使得洞穴無法支撐上覆巖石的重壓，進而引起洞穴塌陷。

2.3 房柱垮塌型

房柱垮塌型地質災害是極為常見的礦山災害之一，對礦山安全生產影響較大。

房柱垮塌型地質災害形成的塌陷區域比較大，并且以采空區為中心向四周擴散，一般伴隨有大量的放射狀、環狀或者平行狀地裂縫[4]。

同時，塌陷區域對著采空區域的規模、埋深以及圍巖力學性能等存在較大差異。

房柱垮塌型在礦山地質災害中極為常見，具有規模大、突發性強、危害重和不可預測的特點。導致房柱垮塌的誘發因素包括：①由于礦山開采活動時間較長，形成了大量的采空區，導致采空區上覆巖土體的受力結構發生明顯的轉變，進而使得各種綜合應力集中在采空區上覆巖體中，在綜合應力的作用上覆巖體具有向下彎曲的趨勢，若巖石的抗張性能小于綜合應力，則容易引起上覆巖體向下彎曲、變形、離層甚至是斷裂，進而影響房柱塌陷；②礦區斷裂構造極為發育，當礦體被開采完后，由于受力結構的轉變而引起斷裂拉張應力的變化，同時隨著采礦爆破震動作用影響，使得采空區上覆巖層逐漸疏松并破碎，進而引起房柱塌陷事故；③礦山企業為了追求資源量，導致采礦過程中未能按照設計預留礦柱，或者礦柱設計本身不合理，造成礦柱留設過小，甚至出現楔形礦柱等，加之礦房跨度較大，采空區高度較高等，留設礦柱受壓大于承壓極限時開始劈裂、變形倒塌，進而引起上覆巖體塌陷。

3 礦山地質災害防治對策分析

通過對礦山已發生的地質災害綜合分析認為，雖然礦山災害的誘發機制不盡相同，但是均與采礦活動密切相關。由于采礦活動不規范等，最終造成礦山區域道路變形破壞，房屋開裂，地下水環境破壞污染嚴重，不僅降低了礦山企業的經濟效益，而且對礦山區域生態環境破壞極為嚴重。因此，為了有效的降低礦山地質災害發生率以及對礦山安全生產產生較大影響，本文提出了如下礦山地質災害防治對策，為提高礦山安全生產奠定基礎。

（1）礦山地質災害防治必須堅持“預防為主、防治結合”的基本原則，加強礦山工作人員的安全施工意識，對常見的礦山災害發展過程中以及判別標志進行講解、宣傳，使得礦山工作均能較清楚的認識安全事故的重要性。

（2）對于礦山中已經發生的地質災害來說，必須堅持“誰誘發,誰治理”的基本原則，即根據礦山地質災害類型分析誘發災害的主要原因，通過成因類型分析找出誘發因素，針對具體的誘發因素進行治理措施制定。同時根據已發生地質災害類型、范圍、規模等對其余區域進行摸排工作，防治地質災害進一步擴大。在地質災害危險區域，將影響范圍圈定出來，并做好警示標志，若在未采礦區域，在需要進行預先治理工作。

（3）塌陷礦區治理過程中，需要及時考慮動態變化規律，即將塌陷區域平整治理后要預防后期的沉降災害，這與治理平整充填物的密實度等關系較大。

（4）基于礦山已發生的地質災害，因根據礦山災害成因差異等采取不同的治理措施，一般包括：①若災害類型為礦房垮塌型，應及時補充查明礦區內的地層巖性以及構造分布規律，并對礦體頂底板進行合理計算，確保礦柱留設充足，同時盡可能的降低采高，嚴禁盲采、強采和亂采等，在條件允許的條件下盡可能的引進先進的采礦工藝；②若災害類型為巖土體陷落型，則應加強礦區水文地質調查研究工作，查明礦區的水文地質條件，可采用帷幕注漿堵水法或者全面疏干法對礦區地下水進行治理，盡可能的阻止第四系潛水向礦坑注水；③若災害類型為地面不均勻沉降型，則必須對礦山周邊的村莊進行整體搬遷，同時加強地表沉降形變監測以及采空區頂板形變動態監測，并及時做好地質災害預測工作。

（5）在礦山范圍內開展詳細的地質災害評估調查工作，查明礦區內與地質災害成因有一定關聯的地層、巖性、構造、采空區分布范圍以及礦區工程地質條件和水文地質條件等內容。在調查的基礎上合理布設地質災害監測控制點，加強現代化監測技術的綜合應用，提高遠程自動化監測技術。根據獲得的礦區地質災害發展演化規律，制定出合理的治理措施。

（6）礦山所在區域政府部門加強督促監督力度，通過嚴格的監管力度加強礦山災害預防。同時，嚴禁礦山企業采礦過程中采富棄貧等違規現象，督促采礦活動按部就班的推進。

4 結束語

綜上所述，礦山地質災害是影響礦山采礦活動的主要因素之一，不僅對采礦工人的生命財產安全帶來了嚴重的威脅，而且降低了礦山企業的經濟效益。

因此，必須加強礦山地質災害成因類型研究，并針對具體的誘發機制等采取合理的治理措施。礦山地質災害治理必須遵循“預防為主，防治結合”的基本原則，政府部門督促礦山企業應用先進的監測技術方法，提高預防能力，降低礦山安全發生事故率。