礦山工程地質勘查及地質災害治理對策

王 倩

(河南省資源環境調查一院，河南 鄭州 450000)

0 引言

作為我國國民經濟的支柱產業，礦產工程能夠為人民謀福利，增加就業機會，提高礦業工人的收入水平，在我國經濟增長中發揮著重要的作用。但在礦山工程開采過程中，由于自然因素、人為因素等影響，極易引發多種地質災害，比如滑坡、泥石流等，造成嚴重經濟損失和人員傷亡。為了有效治理地質災害，必須重視礦山工程地質勘查工作，采取適合的勘查方法，做好礦山地質環境評價及地質災害危險性評估，最大限度降低地質災害對工程設施及周邊環境的影響，保證礦山生產的安全。

1 礦山工程概述

隨著工業化程度的加深，對于能源的需求量越來越大，礦產資源在國民經濟中的地位不斷攀升，一躍成為了國家支柱型產業。據相關資料分析，我國一次性能源占比高達95%，工業原料占比高于80%，且多數農業生產資料及35%飲用水均來源于礦產資源。據不完全統計，我國現已開發及利用的礦種數量已達到180多種，全國遍布礦山多達上萬座，分布在各個地區。礦山工程的特點主要有：建設項目較為分散、地質環境條件復雜、各功能區對地質環境的要求及破壞程度差異相對較大等。結合上述特點評估礦山地質災害的危害性，對如何有效防治礦山地質災害具有指導性意義。

礦山生產代表著巨大的經濟利益，但與此同時也帶來了諸多危害，尤其是開采、勘查技術不先進，管理不當等，均會引發大量地質災害，甚至造成嚴重環境污染問題，最終影響生態平衡。愈加突出的環境問題不僅會影響當地經濟發展水平，甚至會威脅到人民群眾的生命安全。隨著礦山資源的過度或不當開發，將進一步加劇崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的影響。

2 地質災害的類型及原因

我國是世界上地質災害最頻繁、受災最嚴重的國家之一，具有分布廣、時段集中、損失嚴重等特點。根據自然資源部統計數據2021年中國地質災害中，山體滑坡數量為2 335起；崩塌災害1 746起，泥石流災情數量為374起，地面塌陷災情數量為285起，地裂縫災情數量21起，地面沉降災情數量11起，可能傷亡人員2.6萬人，同比增長39.96%。礦山地質災害類型很多，根據不同的劃分方式，可分為不同的災害形式，最常見的有巖土體變形災害、地下水位改變引起的災害等，其特點具體如下。

2.1 巖土體變形災害

1)礦山地面和采空區塌陷。地面塌陷主要發生于地下的井巷開采礦山中，在礦山采空區域，如果存留的礦柱不夠，或者是由于礦柱損壞等原因而造成支撐力不足，基本上都會引發地面塌陷。尤其是一些礦體埋藏深度不夠、產狀相對平緩的煤礦，一旦地面塌陷，勢必會造成嚴重損失，甚至出現人員傷亡，這也是礦山生產危險性較大的因素。針對那些礦體埋藏深度較大的地下開采礦山，若采空區回填不及時，一旦出現問題，同樣會引發塌陷。除此之外，由于礦山排水疏干等問題，在巖溶分布區域很容易出現溶洞上方地面塌陷現象。地面塌陷之后，不僅會損壞耕地和構筑物，還會對周圍的道路等造成嚴重損壞，甚至導致礦山地下巷道塌陷。最嚴重的情況下，順著塌陷裂縫將會有大量地表水、雨水滲入，出現淹井危害，影響礦山生產安全。烏魯木齊煤礦采礦區塌陷圖如圖1所示。

圖1 烏魯木齊煤礦采礦區塌陷

2)采礦場邊坡失穩、滑坡及巖崩。若礦山開采不合理，比如邊坡角度不合理、采剝不協調等，均會出現邊坡失穩、滑坡等地質災害，這類災害多發生于露天開采的礦山，比如一些非金屬礦山或者建材礦山等。美國猶他州銅礦山滑坡如圖2所示。

圖2 美國猶他州銅礦山滑坡

3)坑內巖爆。也被稱之為礦山沖擊，其原因是由于在強大的地殼應力作用，礦坑周邊及頂底板圍巖會被強烈壓縮，若采掘挖空之后會產生自由面，極易出現巖石地應力瞬間激發，進而出現巖石破裂，并快速向坑內爆散，危害礦山工程安全。

4)采礦誘發地震。采礦過程中，由于不正確的操作，很可能會誘發地震，即使地震震級小、震源淺，但依舊會產生較大危害，嚴重破壞井下和地表結構。

5)場庫失穩。當尾礦壩潰決崩塌之后，極易發生泥石流災害，出現場庫失穩危害。這種災害不僅會危害礦區人民的生命財產安全，也會帶來嚴重的環境污染。

2.2 地下水位改變引起的災害

1)礦坑突水涌水。在礦山地質災害當中，礦坑突水涌水規模較大，且具有很強的突發性，一旦出現此類災害，將會造成嚴重的后果。在礦山生產時，若無法準確估算礦坑涌水量，或者采掘時打穿老窿，將透水斷層打破，一旦遇到有蓄水溶洞等情況，便會涌入大量地下或地面水，淹沒井巷。

2)坑內潰沙涌泥。作為一種與礦坑突水相生相伴的一種災害，在礦山采掘生產環節，若突然遇到蓄水溶洞，在涌入地下水的同時，往往還會涌入泥沙、巖屑等物質，這種情況下，泥沙將會堵塞坑道，淹埋機械設備甚至工作人員，危害礦山安全。

3 礦山工程地質勘查的常用方法

由于礦山工程施工條件及作業環境差，將會大幅增加施工難度，進而引發一系列的問題，其中地質災害危害性最大。一旦誘發地質災害，將會帶來無法挽回的嚴重損失。為此，必須重視礦山工程地質勘查工作，勘查作為礦山開發的首要階段，必須充分發揮其在這一過程的重要作用。勘探生產可以利用先進的技術條件進一步查明礦山的真實情況，能夠加快采礦過程中的工作運轉周期和效率。為增加儲量，延長礦山開采年限，在開采中應加大平行度，在上下壁及深部尋找和研究雙軌或其他盲礦體，開展土地利用綜合研究，進行最適宜的開采。結合工程實際，采取合理的勘查方法，目前最常見的地質勘查方法有以下兩種。

3.1 綜合信息技術勘查

礦山工程地質勘查中信息技術發揮著十分重要的作用。最常見的地質勘查信息技術有GPS、RS、GIS，這3種信息技術的功能強大，可實現傳感、衛星定位等功能。在礦山工程生產過程中，可用于采集空間信息并進行分析。其中地理信息系統(GIS)是以采集、存貯、管理、分析和描述整個或部分地球表面(包括大氣層在內)與空間和地理分布有關數據的空間信息系統。近幾年，隨著GIS相關技術的成熟，利用GIS的可視化管理功能和強大的空間分析功能，結合專業模型解決地球科學中相關問題的探索越來越多，并取得了豐碩的成果，但以往的GIS工作多集中在地質環境的評價上，對GIS在工程地質環境評價中的應用還未見過十分系統的研究報告。21世紀是信息化的時代，通過大量先進的信息化技術的應用，可以克服傳統勘查技術的缺陷，突破以往的局限性，提高生產的安全性。同時，通過遠程控制技術的合理應用，能夠及時確定勘查的范圍，確保收集到的數據信息準確、客觀，并評價地質災害產生的危害性，增強地質勘查的工作效率，有效預防及防治地質災害。

3.2 物理勘查

目前，在礦山工程地質勘查工作當中，不僅要掌握礦山的一些地質基本信息，比如地形地貌地勢等，此外，還要注重物理勘查，對土壤巖石等進行深入了解與剖析。在這一方面，主要有2種常用的物理勘查方法。

1)淺層地震法。作為一種重要的地質災害勘查方法，淺層地震勘探具有極強的分辨能力，且能夠準確進行空間定位。淺層地震法在使用過程中，還涉及到其他技術，比如反射波技術、折射波技術等，總體來講，該項技術具有很高的精準度，且經濟性良好，十分符合礦山工程地質勘查工作需求。在實際工作中，通過淺層地震儀，便可對巖石、土壤的物理參數進行分析與處理，由此對礦山工程地質情況進行判斷。

2)高密度電阻率法。該方法主要是利用地質勘探的方法找出并分析巖石、土壤的導電性能及其之間的關系。在電流作用下，不同巖土的傳導性存在一定差異，利用這一原理，便可獲取準確的地質勘查信息。

4 礦山工程地質災害治理對策

隨著地質勘查方法的不斷進步，在提高礦山地質災害的勘測結果準確性上也有了較大的進步。在礦山開采過程中，會由于地質環境的影響而導致礦山地質災害出現影響到開采的安全性的情況。針對礦山地質災害進行解決和預防，不斷深化對礦山地質災害的研究，保障礦山開采工作的順利進行。

4.1 完善排水設施

在礦山工程建設過程中，綜合考慮水質所帶來的潛在安全事故和風險，避免造成礦山工程地質災害問題。

1)設置礦山地表水防截排設施。在防治因地下水所引發的地質災害時，可利用挖掘斷面、設置排水溝、夯實表土等方式，這樣不僅能夠有效避免及控制滑坡外水流量，還能合理地轉化大氣降水，將其轉化為徑流排放，最大限度降低了礦山工程出現滑坡等災害的概率。

2)地下排水。在礦山滑坡前緣設置一些排水設施，可以有效收集礦山滑坡體中的地下水，進而起到減小地下水壓力和滑體重量的作用，同時還能增強礦山的抗滑能力，加強滑坡體的穩固性。

4.2 削坡、刷方減荷處理

為了避免邊坡破壞，可根據礦山工程的實際情況，適當減小礦山周邊梯田、公路的坡度，從而減小滑坡體的坡度及滑坡的重量，恢復邊坡的穩定性。若為切割類巖石，則可采用多樣式的堆放方式，減小荷載，提高邊坡穩定性。此外，還可選用埋入式抗滑樁，利用樁和圍巖的共同作用，向穩定地層傳遞傳動推力，以此達到穩定土層錨固的效果，并穩定滑坡。對于穩定邊坡而言，削坡減荷處理無疑是最經濟、最合理的一項措施。在獲取滑坡段滑坡推力及剩余滑坡推力的前提下，如何保證削坡減荷設計的合理性，需要進行分析。根據相關要求，可按設計工況條件下，滑坡體剪出口位置的剩余下滑力進行削坡位置、規模等參數的確定，其根本目的是為了消除或控制剪出口位置的不平衡推力，將其降低到小于等于0，以此確保設計工況下滑坡具有穩定性。例如，某滑坡總體上可看作是牽引式滑坡失穩，其下部滑坡已出現滑走現象，殘留滑體的體積量相對較小，為此，在設計時，提出了2種方案：徹底削除剩余滑坡，按1：1.5將滑坡后緣放緩處理，削坡之后，種植植被護坡；先用黏土夯實后緣裂隙并封閉處理，將植被種植于滑坡體前緣滑動面。經過比對分析，由于方案2中邊坡過于陡峭，施工起來較為困難，加上所需粘土用量多，從工期、經濟來看，方案2并不符合要求。為此，最終選擇了方案1，即徹底削除剩余滑坡，表1為具體削坡方量。

表1 三個剖面削坡方量統計表

在邊坡上部刷邊，可以起到減小坡面坡度的效果，同時，還能夠將地表上的松散雜物清理干凈，以此穩定邊坡。

堅持“以防為主，防治結合”的原則。對可能形成塌陷的區域，必須提高礦井設計階段就體現預防的意識。煤礦在采礦當中采用的減塌方案，如充填采礦法或條帶采礦法，井下采用支撐結構和軟弱巖層實施加固等措施應大力推廣。對已經發生的采空塌陷，采取鉆孔灌漿等技術手段盡快將采空區關閉。需要加強監測網工程建設，深入研究地面變形規律及發展趨勢，多方法限制災情的擴展。

4.3 建設圬工防護工程

砌體保護工程與開挖關系緊密，常見的砌體保護工程主要有平臺、拱形骨架、側溝等。針對溝槽，應嚴格遵循設計的尺寸大小進行開挖，避免尺寸不合適導致開挖有誤，或者邊坡失穩等問題。在完成砌體保護工作之后，還應該及時進行植被保護，避免施工過程中降雨導致嚴重沖刷邊坡。

4.4 預應力錨索加固

在大面積滑坡綜合治理當中，預應力錨索框架加固是一項至關重要的處理措施，對于穩定邊坡十分有利。因此，礦山工程地質災害治理中，必須做好預應力錨索加固工作，規范施工工藝，全面提升工程質量。要按照設計圖紙規定，合理布設已刷邊坡的錨孔位置，并準確放入鉆井支架，保證位置準確，且支架的穩定性與承載力均須滿足規定要求。同時，還要重視鋼管支架的性能，尤其是穩定性、承載力等方面，也可選用鋼管腳手架用于加固。

4.5 植被護坡處理

礦山工程地質災害防治中，還需要重視邊坡植被護坡施工。目前，多采用兩種播種方法，即濕法噴播植草和客土噴播。在植被選擇時，應多采用鄉土植物，保證植物與當地的氣候、環境、土壤條件相符，且生命力頑強，易于成活。同時，相關部門應該給予一定的資金和政策支持，對礦山工程體系的建設以及未來的維護提供完善的工程體系，提高礦山工程抵抗環境問題和地質災害的能力，在一定程度上，也對規范人類生產行為起到了一定的示范和引導作用。

比如TBS植被技術的應用，該項技術是通過植被根系的力學加固和地上生物量的水文效應，以達到護坡及改善生態環境的作用。在TBS技術中，厚層基材是關鍵，其主要構成部分包括綠色基材、纖維與植壤土。表2為綠化基材的主要技術指標，其操作主要流程為清理、平整坡面—鋪設固定復合網—攪拌植被混凝土—覆蓋無紡布—噴水養護。相比傳統漿砌片石坡技術，厚層基材噴射護坡技術更具經濟性，可節約20%～30%成本，且具有良好的環境效益。

表2 綠色基材的主要技術指標

5 結語

采礦業是我國經濟支柱型產業，隨著礦山工程建設項目的不斷增加，規模也越來越大，在帶來巨大經濟效益的同時，人類工程活動也對地質環境造成了很大影響，加上氣候等因素的作用，礦山工程地質災害問題引起了人們的廣泛關注。為了有效防治地質災害，須做好地質勘查工作，根據勘查參數及相關信息，做好地質環境評價工作，并制定相應的防治措施，減少地質災害所帶來的損失，最大限度減少地質災害對工程項目運行的影響，保障礦山安全生產。