淺談礦山地質災害防治與地質環境保護

蘭志平

（甘肅省有色金屬地質勘查局天水礦產勘查院，甘肅 天水 741000）

伴隨著現代經濟社會的快速發展，以及工業生產規模的不斷擴大，在如今生態保護的大背景下，給礦山開采提出了更高要求——在追求利潤的同時，更要做好地質環境保護，防范礦山地質災害，減少因災害而造成的人員傷亡與經濟損失，促進采礦事業的長遠、穩定發展。在綠色、環保、生態、可持續理念指導下，礦山開采施工應高度重視地質災害的防治與地質環境保護，為企業的長期發展奠定良好基礎。

1 礦山地質災害的形成原因

1.1 地形地貌

高山溝壑、地勢陡峭、落差較大的溝床縱坡進行采礦施工，如果遇到持續降雨的天氣，這種地形更容易積水，而且排水困難。發生礦山地質災害的區域主要集中在形成區域、流通區域與堆積區域。形成區域通常處于上游，三面環山，只有一面為出口，周圍山體較高，坡度陡峭，區域廣闊，為匯集雨水、碎石、雜物創造有利條件；流通區域多處于中游，屬于溝壑峽谷地帶，縱坡較長，此處的堆積物能夠迅速傾瀉而下；堆積區域常處于地勢平坦、開闊的平原，從縱坡直瀉而下的雜物往往堆積在此。

1.2 堆積物結構松散

采礦施工中產生大量廢土，這是不可避免的。當堆積的土體遇到持續降雨時，雨水不斷的深入土體中，讓土體結構變得軟而松散，極大的破壞土體內部的相互約束力。在雨水滲透達到飽和狀態的情況下，土體約束力完全喪失，繼而產生孔隙水，孔隙水積攢的越多，壓力就越大，導致土體不斷膨脹。

除此之外，采礦施工留下大片采空區，一旦圍巖松動，容易出現裂縫、塌陷、巖體移位等現象，甚至會引起大規模的巖體崩塌，大量落石為地質災害的發生提供固體物質。調查顯示：每年每平方千米的巖石山坡會形成1200m3以上的破碎物，當破碎物累積到一定程度就會發生地質災害。即使是規模一般的礦山，每年開采累積的堆積物都至少數十萬、數百萬立方米，為地質災害的發生埋下隱患。

1.3 地下水位改變

采礦施工屬于地下作業，隨著開采深度的不斷推進，山體原本的結構也會發生改變，從而影響地下水位的高度，導致地下水與巖土結構產生物理作用，引起土體軟化，最終使礦山結構的穩定性降低。地下水位還會對巖土結構強度產生影響，甚至會引起巖土變形；巖土應力也會隨著地下水的補給、徑流、排水條件的改變而發生變化，為重大礦山地質災害的發生創造了地理條件。排水過程中同樣會影響地下水文地質、地下土層結構，打破礦山生態系統的平衡，引發地質災害。

1.4 礦山環境惡化

大部分礦山都處于偏僻、人煙稀少、地質結構復雜的荒山野嶺，施工風險較高，施工進度往往受到礦區環境的影響。部分地區氣候惡劣，暴風、強降雨等天氣也會提高地質災害的發生風險，影響礦區施工安全。隨著采礦施工的開展，礦山的地下空間被大量開發，地表結構的穩定性與密實度也會因此受到影響。采礦施工中產生的廢土、廢棄物直接堆放在礦山周圍，嚴重破壞了礦區生態環境，為泥石流、滑坡等地質災害的發生埋下隱患。

1.5 采空區塌陷

施工人員開采礦石之后，礦石原本所在的位置會出現很多孔洞，這些孔洞稱之為采空區。采空區與地表淺層很近，承載能力較弱，當采空區上方堆積大量土石，或者有車輛經過時，就會產生荷載，若荷載超出了采空區的承載能力，就會造成采空區塌陷，對巷道造成嚴重破壞，塌陷區甚至還會出現礦坑透水、巖爆等二次事故。

1.6 礦山沖擊

除人們熟知的泥石流、滑坡之外，坑內巖爆也是常見的礦山地質災害。礦井的開采范圍越大、深度越深，對礦井內支撐措施的要求越高，如果沒做好內部支撐措施，一部分巖層就會因無法承受上部壓力而出現彎曲、變形。當應力達到某個值后，超出礦井的承載能力，巖石層就會斷裂崩塌，嚴重威脅礦井內施工人員的人身安全。強大的應力會讓巖石碎裂成許多大小各異的石塊，這些碎石在礦井內呈噴射狀爆散，產生巨大的沖擊力，這也是造成礦井坍塌的重要因素。

醫學心理學被認為是醫學和心理學的雙向分支。從醫學分支來看，醫學心理學研究醫學中的心理行為問題，如各種病人的心理行為特點、各種疾病的心理行為變化等；從心理學分支來看，醫學心理學研究如何將心理學的系統知識和技術應用于醫學各方面，包括在疾病過程中如何應用相關心理學科學知識和技術。自醫學心理學成為必修課以來，雖然教學內容、方法手段、評價方式不斷優化，教學模式不斷改進，但仍存在不少問題。如課程總學時與現代醫學模式要求不匹配，開課學期與學生知識、能力結構不一致；課程教學大綱與執業醫師資格考試要求不吻合，課程教學目標與應用型人才培養目標不符合，知識傳授與能力培養不協調等[3]。

1.7 礦坑突水

當地表礦石全部開采完后，若想獲得更多的礦產資源，必須向深層開采。如果遇到多雨季節，且沒有完善排水措施，礦坑內便會出現積水、滲水等現象，引起突水事故。突水事故的發生主要是礦坑內突然涌入大量地下水所致，不僅會淹沒井巷、浸泡設備，還可能將施工人員困在礦坑內。而且突水事故往往伴有大量涌泥、潰沙，不易清理，造成嚴重的經濟損失，甚至整個礦井會因此廢棄。

1.8 瓦斯爆炸

礦井通風不良，開采過程中產生的瓦斯氣體排出不暢，開采時間越長，礦井內的瓦斯氣體濃度越高，極易發生瓦斯爆炸。

隨著開采深度的不斷增加，地熱現象也會愈發明顯，采礦施工中還會產生火花，若瓦斯氣體濃度過高，則會直接引爆。密閉環境下發生瓦斯爆炸事故，會產生極大的能量，對礦井巖壁造成嚴重沖擊，引起礦井坍塌。瓦斯屬于易燃易爆氣體，瓦斯爆炸很可能誘發火災，燒毀大面積的礦山植被與周圍農作物。

2 常見的礦山地質災害

2.1 滑坡

采礦施工過程中，會對礦井巷道結構與巖土結構產生影響，繼而破壞礦山的地質環境，為滑坡災害的發生埋下隱患。礦山滑坡是最常見的一種地質災害類型，輕則給企造成經濟損失，重則甚至會出現人員傷亡。不加節制的開發礦產資源，開采力度遠遠超出礦山環境的承受能力，這種情況下如果遇到臺風、強降雨等天氣，則更容易誘發滑坡災害，造成的損失也更為嚴重。礦山滑坡的發生主要與兩個因素有關：一是采礦施工引起礦山上部結構巖層的受力狀態發生改變，破壞礦山結構的穩定性，嚴重時會形成大面積滑坡；二是采礦施工的設計缺乏科學性，違規開采、過度開采都會引起滑坡災害。

2.2 泥石流

山體陡峭、險峻的區域是出現泥石流的高風險地區，持續的降雨、降雪會引起山體滑坡，滑坡過程中，山體裹挾著大量碎石和泥沙從陡峭的坡面傾瀉而下，形成泥石流災害。泥石流的發生有幾個條件：首先是需要比較陡峭的地形，其次是該區域堆積大量土壤與泥沙，且結構松散，此外還經常發生突發性、持續性的強降雨。雨水的不斷沖刷引起山體滑坡，滑坡過程中攜帶大量砂石，從而形成泥石流。泥石流的主要成分是大量黏土與粉砂，在自身重力作用下，大量泥漿快速向下流動，即為泥石流。泥石流的爆破往往十分突然，沒有明顯預兆，傾斜速度極快，聚焦能量較大，產生的破壞力也極大。

2.3 坍塌

地面塌陷的主要原因是采礦施工中沒有保留足夠的礦量，礦柱受損，喪失支撐力，最終引起采空區塌陷。特別是礦體掩藏較淺、礦物質地松散的區域更容易出現坍塌災害，比如煤礦。

對于礦體掩藏較深的地區，在沒有及時回填采空區的情況下，同樣存在地面塌陷的風險。部分地區的氣候比較特殊，晝夜溫差很大，進一步促進巖石的風化，隨著地表水的長時間沖刷，礦區內的填充物會逐漸軟化并出現裂痕，這也是引起坍塌災害的主要原因。地面塌陷會引起嚴重險情，對人身安全造成重大威脅，還會破壞事故周圍的耕地資源、道路、房屋、水庫等設施，嚴重情況下還會淹沒礦井，迫使采礦施工終止，給企業造成重大經濟損失。

3 礦山地質災害的防治措施

以山西省大同市的雁崖礦為例，礦區生產量為90萬噸/年；總面積17.2682km2、開采深度1402m～1107m。雁崖礦所在地區為溫帶大陸性氣候，年平均氣溫8.8℃，極端氣溫最高39.0℃，最低-25.1℃。年降水量較少，僅為513.5mm，且降雨不均勻，全年降雨量80%集中于6～9月。礦區是典型的低山丘陵黃土地貌，高低起伏明顯；雁崖礦屬于海河流域永定河水系的桑干河支系，十里河地表徑流量0.5m2/s～2m2/s、口泉河0～0.22m2/s。礦區內只有溝谷與山脊部分存在巖層出露，地層巖性包括大同組砂巖以及云崗組砂巖，溝谷南面有煤層出露。

3.1 滑坡與崩塌的防治

3.2 泥石流的防治

大量松散的固體雜物堆積在溝床內部，遇到強降雨天氣很容易誘發泥石流災害，因此要詳細了解當地天氣，根據暴雨指標預測溝谷發生泥石流的可能性。泥石流的形成需要暴雨這一動力條件，礦區每年最大的降水量僅為617.3mm，最長持續降雨20d。根據暴雨強度指標R，可計算泥石流的發生幾率：

R=K（H24/H24（D）＋ H1/H1（D）＋ H1/6/H1/6（D））

K為前期降雨修正系數；在無前期降雨的情況下，K=1；在有前期降雨時，K＞1；通常取K=1.1～1.2；

H24為24h最大降雨量，單位mm；H1為1h最大降雨量，單位mm；

H1/為10min最大降雨量，單位mm；

H24（D）、H1（D）、H1/6（D）為可能出現泥石流的24h、1h、10min的限界雨值。

礦區H24（D）取 30、H1（D）取15、H1/6（D）取6。

計算得到雁崖礦區R值9.54，在出現歷史最大降雨量的情況下，泥石流發生率為20%～80%，見表1：

表1 礦區發生泥石流的暴雨強度判別表

防治泥石流的關鍵措施在于控制泥石流物源，采礦施工中合理對方廢渣、廢土和碎石；及時治理因采礦而遭到破壞的土地，減少采礦對周圍環境與生態系統造成的影響，遵循“邊開采、邊治理”的施工原則。根據工業場地的空地功能與景觀要求做好綠化措施，在零星、空閑的場地鋪設草坪，做好綠化建設；在矸石山頂部的平面和坡面相交處設置排水溝，防止平臺上流下的雨水對矸石斜坡造成嚴重沖刷。矸石山的斜坡修筑馬道平臺，平臺上修筑排水溝，以起到分流斜坡雨水的作用；馬道平臺之間修建豎向的排水溝，讓平臺上的雨水順利引流到山下。

3.3 地面塌陷的防治

地下采礦會引起土體沉陷和變形，繼而影響垂直方向上覆巖的移動高度與移動范圍。覆巖的移動與煤層頂板巖性特點、結構、開采厚度、開采方式等因素有關。坍塌的黃土土體原本便屬于山坡上侵蝕切割殘留的一部分，處于亞穩定狀態，在采空區塌陷，尤其是坡面南邊沿著地形傾向塌陷的影響，黃土土體便會喪失穩定性，沿著溝壑與下山方向滑動，危害山下的草地與灌木林地。調查顯示，該采空去塌陷區域開采的7號、14-2號、13-3號煤礦，地面標高為1360m～1385m，周圍的山梁和山坡出現若干裂縫，距離最遠的裂縫可以圍成一個類似橢圓形，說明采空區便是影響山體塌陷的中心位置，塌陷坑與裂縫圍成的區域均受到塌陷影響。

因為采空區穩定性較差，所以要重點監測采空區的范圍、規模以及地下形態與深度，修筑采空區周圍，以掩飾破碎地帶和裂隙發育帶巷道。采礦施工應嚴格遵循設計方案，修建礦柱，作為采空區的支撐；采礦與閉礦時都需要監測采空區地表的沉降情況，閉礦后還要在地面樹立醒目的警示牌。

4 地質環境保護措施

4.1 種植復墾

針對采礦過程中引起的地表坍塌災害，可通過種植復墾措施進行修復。在坍塌區域復墾，種植大量植物，減少周圍的水土流失，以及地質災害對生態環境造成的不良影響。種植復墾期間，還要對地面進行壓實處理，以提高地基密實度，保證復墾效果。邊坡區域同樣要種植樹木，預防滑坡與泥石流災害。

4.2 生物防治

退牧還草、植被恢復、退耕還林等都是常用的治理地質環境的生態技術。大范圍的植被能夠預防水土流失，還能起到調節徑流的效果，對于預防礦山地質災害、保護地質環境具有重要意義，缺點是見效慢，植物需要多年時間才能長成一定規模。生物防治對土層與氣候的要求較高，在降雨量較少的區域采用生物防治的成本較高，但生物防治的長期效益十分理想。企業可根據礦山的實際開采其情況采取地質環境修復措施，保護水土，恢復景觀。采礦施工必須有計劃的開展，在危險區域修建圍欄，遮擋滾石與飛石；將廢土、廢渣統一堆放到采礦區域外的場地，然后有計劃的在采空區回填廢棄的土渣，并清理堆放土渣場所，栽種樹木，維持良好的生態環境。

4.3 應用地質災害監測技術

（1）引入先進的監測設備與監測技術，提高礦山地質災害預警能力。比如應用3S技術，建立并完善地質災害防治體系，構建地質災害監測與管理平臺，收集歷史上地質災害的相關信息，為有效防范地質災害提供參考依據。

（2）加大礦山地質災害的監測與報警力度，泥石流、滑坡、坍塌等地質災害的發生都具有突然性，且破壞力巨大，很難準確預測。因此應針對地質災害的多發區域采取防范措施，充分發揮群測群防體系的優勢，做好地質災害的預報工作，最大程度的減輕地質災害對經濟、環境造成的影響。

5 結語

綜上所述，山體滑坡、泥石流、地面塌陷都是常見的礦山地質災害類型，災害一旦發生，便會造成重大的經濟損失甚至人員傷亡，嚴重阻礙礦山開采事業的發展。因此，政府部門與采礦企業應該密切監測地質災害，分析地質災害的發生原因，總結工作經驗，從思想上重視礦山地質災害的防治，根據采礦區的環境、氣候、地質特點采取災害防范與治理措施，保護礦山開采施工安全，為施工人員營造良好的工作環境，在采礦作業的同時做好環境保護，減少水土流失，促進我國礦山開采事業的可持續發展。