露天礦山開采及地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)

王文澤

（中鐵十九局集團礦業(yè)投資有限公司，北京 100000）

0 引言

我國對于資源的需求量比較大，所以在礦山露天開采時也不斷提高開采效率，采用科學(xué)的開采技術(shù)和工藝。現(xiàn)階段，雖然礦山露天開采技術(shù)有所提升，但在相關(guān)技術(shù)應(yīng)用與管理中仍存在一定問題，在經(jīng)濟增長的同時地質(zhì)環(huán)境問題依舊較為突出。過度的開發(fā)使得礦山周圍生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，為有效減小地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率與環(huán)境污染，應(yīng)當(dāng)積極開展治理工作。

1 露天礦山開采技術(shù)

1.1 爆破技術(shù)

礦井開挖中涉及很多的新工藝，其中爆破作業(yè)技術(shù)就包括在其中，而爆炸破碎技術(shù)的使用范圍也相當(dāng)廣泛，在擠壓、微差爆破等工藝中也都出現(xiàn)，而這種新工藝技術(shù)的產(chǎn)生和大規(guī)模使用成功克服了以往所面臨的困難問題，如難爆巖體的破裂問題和炸藥破碎減震問題等。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日趨成熟，一些新型的火藥與爆破工具也層出不窮，并且還在不斷地更新與換代中。

1.2 露天礦山采剝工藝

礦體上部有很厚的覆蓋層，正式開采前需要徹底清除上面的雜草與樹根，并將其運送到排土場統(tǒng)一堆放，然后使用挖掘機把覆蓋層的黏土直接鏟除。可以采用潛孔鉆機鑿巖，礦體和巖石包裹體采用中深孔鉆爆。爆破后的礦石，可以用挖掘機裝入自卸汽車或輸送帶，運出礦區(qū)進行加工。結(jié)合實際開采中容易存在的有害因素及危險，制訂有效的安全技術(shù)舉措，有效解決可能危及露天開采安全生產(chǎn)的隱患。

1.3 排土技術(shù)

排土工藝對露天礦山非常關(guān)鍵，它不但直接關(guān)系到企業(yè)產(chǎn)量和面積的擴大，并且同時還直接關(guān)系到交通、排土等工藝過程的效率。排土技術(shù)主要通過土地開拓方式或交通方法確定，而利用排土場的特性就可以衡量礦山企業(yè)是不是能夠長時間實施露天開采作業(yè)。而露天礦利用動力裝備實現(xiàn)排土施工的，主要是因為該技術(shù)設(shè)備在施工上具有機動靈活、爬坡特性較好的獨特優(yōu)勢，適合于任何地質(zhì)條件，也可以堆設(shè)為各種坡形和平原形排土場。也因為其排土線路的施工速度相對快、投入較少、易于維護，排土施工方式與排土場的操作和保養(yǎng)也就相對地比較簡便。在礦井的各種排土開挖活動中，一般是使用比較靈活、機械化的各種排土方法，其中既包括了單臺階式排土方法，也含有了多臺階式的分層排土方法。一般條件下，根據(jù)勘探線的規(guī)模，可分別安排一輛推土機或配備一輛新型自動化車輛實施排土[1]。對于露天礦山的施工排土方式和施工排土場危害防治技術(shù)的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下3 個重要方面：①施工中采用了效能較高的排土裝置，增加了施工排土強度。②繼續(xù)擴大了建筑單位的建設(shè)用地總體規(guī)模和建設(shè)體積，并增加了材料堆放面積和構(gòu)筑物堆設(shè)高度，降低了排土場的建設(shè)面積。③對全部排土場地全部實施了復(fù)墾，有效降低了污染。

1.4 邊坡處理技術(shù)

首先，就是保護處理技術(shù)的使用，在邊坡工程建設(shè)中較為普遍的情況是塌方現(xiàn)象，施工人員就必須首先對事故的高發(fā)地段進行防護處理，把一定范圍內(nèi)的渣砂徹底清除，然后再重新設(shè)計防護擋墻實施保護，該保護擋墻通常由錨桿鋼筋捆扎以及大直徑鋼筋所構(gòu)成。其次，是緊急處置手段的運用。工程技術(shù)人員首先要全面了解邊坡施工的常見事故類型，一旦產(chǎn)生了突發(fā)事件，必須要迅速判斷現(xiàn)場的發(fā)生狀態(tài)，進而對發(fā)生事件的邊坡進行現(xiàn)場采樣調(diào)查，以確定其物質(zhì)成分、巖體性質(zhì)和土層厚度等，從而更正確地預(yù)測滑坡參數(shù)，為現(xiàn)場的安全運行奠定了理論基礎(chǔ)。最后，對控制參數(shù)的正確控制[2]。

1.5 防排水技術(shù)

露天礦區(qū)是完全裸露在大自然當(dāng)中的，并且在露天的狀況下完成所有的生產(chǎn)工作，露天礦區(qū)受自然環(huán)境影響較大，而且一旦遇到雨季就很有可能造成整個礦區(qū)生產(chǎn)操作的全部停機，為防止此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，就需要對相應(yīng)的防排水技術(shù)進行應(yīng)用。這種技術(shù)關(guān)鍵是通過布設(shè)截水溝或防洪堤等方式，阻隔、疏導(dǎo)礦區(qū)采礦之外的匯水或者徑流速度水，相應(yīng)的防排水措施也不僅是用來起到保證山洪暴發(fā)峰值時洪水可以順暢流出的目的，還可以避免地表水流進采礦范圍作業(yè)面中去，從而造成了麻煩。

2 露天礦山開采過程中的地質(zhì)災(zāi)害類型

露天礦山開采需大規(guī)模剝離地表土壤與巖層，并直接破壞區(qū)域原有的巖石結(jié)構(gòu)，形成全新的開采斷面，區(qū)域邊坡角度變大，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性大幅上升，因此，分析露天礦山開采工作實際，其地質(zhì)災(zāi)害主要有巖石崩塌、滑坡、泥石流等。

2.1 泥石流

露天礦山開采會徹底破壞區(qū)域原有的地表結(jié)構(gòu)，區(qū)域地貌特征大規(guī)模改變，原有的地質(zhì)平衡被打破。隨著開采工作的不斷進行，地貌被破壞面積不斷擴大，區(qū)域整體的保水能力持續(xù)下滑，一旦遭遇強降水天氣，短時大量地表水將會沿著山體表面沖刷而下。開采環(huán)節(jié)產(chǎn)生的固體廢棄物被堆放在山體表面，抑或是堆放在山溝位置，這些破碎的廢棄物很可能被匯聚而來的地表水沖走，最終形成露天礦區(qū)泥石流。此外，礦山開挖后因開采工作的特性，經(jīng)常會形成三面環(huán)山、前緣地形開闊且周邊山體陡峭的地貌特征，這種地貌很容易造成降水匯集，大量自然降水匯集到相對狹窄的區(qū)域，沖刷能力大幅提高，礦區(qū)各類固體廢棄物順山勢而下，破壞力與危險系數(shù)直線上升。

2.2 巖石崩塌

露天礦山開采需要對巖石進行切割、爆破，此外開采環(huán)節(jié)為提高效率，減少開挖量，實際開挖坡度通常在80°以上，邊坡位置沒有按照設(shè)計要求設(shè)置為臺階結(jié)構(gòu)，而是直接形成高且陡的大邊坡。如果礦產(chǎn)分布角度與作業(yè)斷面邊坡角度處于相反或相切狀態(tài)，則邊坡巖層卸荷裂隙發(fā)育，巖層穩(wěn)定性急劇下滑，如果遭遇大規(guī)模降水、地震抑或是礦山爆破，這一作業(yè)區(qū)域的楔形體將向下滑動，巖層結(jié)構(gòu)被進一步破壞，最終出現(xiàn)大面積巖石崩塌現(xiàn)象，嚴重威脅現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全[3]。

2.3 滑坡

巖石礦山開采過程中，開挖作業(yè)量十分龐大，礦區(qū)表面的土壤以及巖石等被大面積剝離，覆蓋層的前端會被掏空，伴隨著開采工作的持續(xù)進行，未作業(yè)區(qū)域的表土層因其結(jié)構(gòu)較為松散，很容易沿著巖土結(jié)合面下滑，輕則出現(xiàn)開采作業(yè)面表面垮塌，嚴重時，大面積表土層向下滑落，山體滑坡將在極短時間內(nèi)威脅到整個采礦區(qū)域人民群眾的生命與財產(chǎn)安全。露天礦山開采作業(yè)將會產(chǎn)生大量礦渣與碎石，如果這些廢棄物未能得到妥善處理，在礦區(qū)隨意堆放，堆積體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性將會持續(xù)下滑。此外，堆積體表面未能得到有效保護，自然降水滲入其中，進一步影響結(jié)構(gòu)強度，一旦出現(xiàn)震動，抑或是上層重量超出結(jié)構(gòu)承受極限，就會引發(fā)嚴重的滑坡災(zāi)害。

3 露天礦山開采及地質(zhì)災(zāi)害防治措施

3.1 嚴格管理責(zé)任

露天礦實際開采不但要嚴格遵守安全管理計劃要求施工，也需要進一步提升對現(xiàn)場采礦的安全管理水平，并預(yù)估判斷現(xiàn)場中潛在的風(fēng)險。通過合理舉措將風(fēng)險消滅在萌芽狀態(tài)，同時要嚴格考核管理者各項能力，綜合評估正常實施的露天采礦工作，重視能夠完善之處，努力將其做到最好。此過程中，管理人員需要自我反省，在哪些方面可以盡善盡美，進而最大程度地實現(xiàn)采礦作業(yè)效率及管理人員專業(yè)水平的提升。此外，想要使管理者有效貫徹執(zhí)行安全管理工作，可與各采礦方簽訂合同，確保各方嚴格執(zhí)行安全管理計劃。通過合同約束管理人員和其他人員的行為，并利用責(zé)任到人的分配方式，督促各部門人員按照安全生產(chǎn)制度，把安全管理目標(biāo)落實，保證生產(chǎn)工作的安全。

3.2 邊坡穩(wěn)定預(yù)防安全措施

對采場可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)做以下防范以及安全措施。①采用自上而下的臺階開采.在最終邊坡設(shè)安全平臺清掃平臺寬，采取采剝并舉，剝離先行的原則。②在開采過程中，定期檢查邊坡。清理邊坡上的危石、浮石，對危險地帶應(yīng)及時采取維護措施。應(yīng)定期對最終臺階進行檢查，不穩(wěn)定地段在暴雨過后及時檢查，發(fā)現(xiàn)異常要及時處理，報告有關(guān)主管部門。③在最終邊坡的安全、清掃平臺上設(shè)置排水溝，將大氣降水及滲透裂隙水匯集后集中排出，防止雨水、裂隙水等對邊坡的沖刷，起到保護邊坡穩(wěn)定的作用[4]。

3.3 崩塌災(zāi)害防治

露天礦區(qū)礦山崩塌災(zāi)害防治工作的重點在于對潛在崩塌體的加固。礦山開采企業(yè)應(yīng)建立專業(yè)的地質(zhì)災(zāi)害防治團隊，針對潛在的崩塌體進行全面排查，全面消除區(qū)域崩塌隱患，避免礦山崩塌而影響人民群眾生命財產(chǎn)安全。依照當(dāng)前露天礦山的開采作業(yè)特征，崩塌體可分為3 種規(guī)模。如果是規(guī)模較小的潛在危險源，工程團隊可對其進行鑿除作業(yè)，提前清理，避免崩塌體掉落影響到開采工作。如果是規(guī)模中等的潛在崩塌體，開采企業(yè)可在合適位置設(shè)置落石平臺或防護網(wǎng)等安全保障措施，崩塌體在崩落時受到這些防護體系的阻擋，沖擊力被削弱，進而避免出現(xiàn)區(qū)域大面積持續(xù)崩塌的現(xiàn)象。如果崩塌體規(guī)模較大，常規(guī)工程手段無法在短時間內(nèi)完成清除，且各類防護工作也不能形成有效保障，開采企業(yè)應(yīng)采取定向爆破的方式，提前解決崩塌隱患。

3.4 做好礦山生態(tài)恢復(fù)，加大礦區(qū)復(fù)墾種植的力度

相關(guān)部門需要結(jié)合地質(zhì)環(huán)境治理和采礦權(quán)，對各種調(diào)控手段加以利用，督促企業(yè)在礦山開采期間把地質(zhì)環(huán)境的恢復(fù)治理工作做好，從而落實資源開發(fā)與環(huán)境保護工作。一方面，在露天礦山開采期間，需要具備良好的地質(zhì)環(huán)境保護意識，提升土地復(fù)墾方面的責(zé)任感，以此確保在開采期間把土地復(fù)墾的準(zhǔn)備工作做好。另一方面，要對恢復(fù)生態(tài)環(huán)境和土地復(fù)墾的技術(shù)加以利用，重點研究礦區(qū)生態(tài)治理，以此有效提升礦山地質(zhì)環(huán)境的治理效率。同時，要結(jié)合不同地域和類型的礦區(qū)，對相關(guān)技術(shù)進行合理應(yīng)用，堅持可持續(xù)發(fā)展原則，提升耕地數(shù)量，平衡區(qū)域內(nèi)耕地占補。

3.5 采用礦山地面減沉技術(shù)

礦山開采過程中需要建設(shè)大規(guī)模的巷道，而在完成開采工作以后，這些區(qū)域就會形成采空區(qū)，如果沒有對這些區(qū)域進行有效的回填處理，很容易破壞周圍的生態(tài)環(huán)境。因此，為了能夠盡量減少采礦區(qū)域引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，通常會選擇使用地面減沉技術(shù)進行治理，在實際應(yīng)用過程中，地面減沉技術(shù)主要就是對采礦區(qū)域進行填充，通常會選擇尾礦、沙或者廠沙爐渣等材料進行回填處理，盡量減少地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生有效降低礦產(chǎn)開采活動，對周圍環(huán)境產(chǎn)生的破壞。對于礦山地質(zhì)來說，如果出現(xiàn)地面沉降現(xiàn)象，必然會對周圍環(huán)境產(chǎn)生破壞，例如遇到降水天氣就會對地面形成沖刷作用，進而破壞周圍的土壤結(jié)構(gòu)，很有可能會引發(fā)水土流失或者泥石流等災(zāi)害，而使用地面減沉技術(shù)能夠有效減少沉降現(xiàn)象的產(chǎn)生，更好地保護周圍的生態(tài)環(huán)境，進而降低地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的概率[5]。

3.6 做好地質(zhì)調(diào)查，建立地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)

要對地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境特點與實際情況進行預(yù)先了解，對地質(zhì)條件進行明確，并全面調(diào)查礦區(qū)水文地質(zhì)工程實施期間容易發(fā)生的問題。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，利用信息技術(shù)建立地質(zhì)環(huán)境綜合信息系統(tǒng)。首先，在地質(zhì)調(diào)查期間，應(yīng)明確礦區(qū)地下水含水巖體結(jié)構(gòu)，同時對水文地質(zhì)參數(shù)以及各項參數(shù)信息重新進行界定，從而使地下水資源評價工作有效落實。其次，要想把可靠的參考依據(jù)提供給地下水資源的開發(fā)利用，要詳細劃分地下水系統(tǒng)，并全面評價地下水補排情況以及水資源開發(fā)利用情況。此外，要總結(jié)區(qū)分地下水的化學(xué)特征和土質(zhì)物理特征等方面，建設(shè)應(yīng)急水源區(qū)域，有利于應(yīng)急供水用水。另一方面，要區(qū)分巖體工程地質(zhì)，對巖體地質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定性進行評價。還要對礦區(qū)水文地質(zhì)問題的類型以及地質(zhì)分布特征進行明確，并采取針對性的防治措施。

4 結(jié)語

綜上所述，與地下開采工作相比，露天開采生產(chǎn)管理工作的原理比較簡單，因此，多數(shù)露天開采單位在開采期間不夠重視地質(zhì)災(zāi)害的防治工作。與此同時，在露天礦山開采期間，極有可能會出現(xiàn)崩塌以及滑坡等情況，不僅會對開采工作進度造成一定阻礙，還對開采人員的生命安全產(chǎn)生了一定威脅。露天開采單位應(yīng)該根據(jù)實際的工作環(huán)境以及企業(yè)情況，做好地質(zhì)災(zāi)害防治工作，深入分析開采過程中的各種影響因素，制定針對性的解決措施，以此確保露天開采工作的順利進行。