露天礦山開采及地質災害防治技術分析

摘要：露天礦山開采常伴隨崩塌、滑坡和泥石流等地質災害，地質災害不僅對礦山正常生產造成嚴重干擾，導致開采作業中斷、設備損壞和人員傷亡等直接損失，還對周邊生態環境產生長期、深遠的負面影響。結合露天礦山開采工藝流程和邊坡穩定性控制方法，剖析露天礦山地質災害成因，提出露天礦山地質災害防治策略。總體來看，要堅持預防為主、防治結合，推動露天礦山開采的可持續發展。

關鍵詞：露天礦山；開采；地質災害；防治

中圖分類號：TD167；X171.4 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-00-03

Analysis on open-pit mining and geological hazard prevention and Control technology

LUO Guangzhi

（The Second Engineering Survey Institute Co.， Ltd.， Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources， Zunyi 563000， China）

Abstract： Open-pit mining is often accompanied by geological hazards such as collapses， landslides and mudslides， and geological hazards not only cause serious disruptions to normal mining operations， resulting in direct losses such as mining interruptions， equipment damage， and personnel casualties， but also have long-term and far-reaching negative impacts on the surrounding ecological environment. Combining the mining process and slope stability control methods of open-pit mines， the causes of geological hazards in open-pit mines are analyzed， and the prevention and control strategies are proposed for geological hazards in open-pit mines. Overall， it is necessary to adhere to the principle of prevention first and combining prevention and control， and promote the sustainable development of open-pit mining.

Keywords： open-pit mines; mining; geological hazards; prevention and control

露天礦山開采是資源開發的重要手段，通過穿孔、爆破、采裝和運輸等復雜工序，將深埋于地下的礦產資源挖掘出來并進行加工利用。然而，隨著開采規模的不斷擴大和開采深度的持續增加，露天礦山面臨嚴峻的地質災害挑戰。崩塌、滑坡和泥石流等災害可能破壞周邊的植被，污染土壤和水體，進而影響區域生態平衡和生物多樣性。因此，有必要針對性地制定并實施有效的防治措施，實現露天礦山開采與環境保護的協調發展。

1 露天礦山開采工藝流程

1.1 穿孔作業

綜合考慮礦山地質條件、巖石特性等因素，精準選用合適的穿孔設備。牙輪鉆機適用于中硬以上的巖石，其鉆孔直徑較大，能滿足大規模爆破需求。潛孔鉆機則在中小型礦山或復雜地質區域有較好的適用性，可靈活調整鉆孔角度與深度。鉆孔布局與參數設定直接影響后續爆破效果，需要綜合考慮礦巖的節理裂隙、硬度分布等因素，以確保爆破能量均勻分布，實現高效破碎。

1.2 爆破作業

炸藥選擇、裝藥量計算以及起爆方式設計均需要嚴格遵循巖石力學與爆破工程學原理。合理的爆破參數能夠使礦巖按照預定方向破碎、拋擲，減少大塊率，提高采裝效率。同時，現代爆破技術注重對爆破振動、飛石等有害效應的控制，采用微差爆破、預裂爆破等先進工藝，降低對周邊環境與邊坡穩定性的影響。

1.3 采裝作業

采裝作業依賴電鏟、液壓挖掘機等大型機械設備，鏟斗容量、挖掘力與作業范圍需要與礦山規模、礦巖性質相匹配。操作人員需要熟練掌握設備的操作技巧，根據礦堆形狀、高度等靈活調整挖掘角度與力度，確保高效、安全地將破碎后的礦巖裝入運輸車輛。

1.4 運輸作業

根據礦山地形、運輸距離與運輸量規劃合理的運輸路線，選擇合適的運輸工具。對于長距離、大運量的運輸，膠帶輸送機具有高效、穩定的優勢；載重卡車則在靈活性與適應性方面表現突出，可在復雜地形條件下完成運輸任務。整個開采工藝流程各環節緊密相連，相互影響，任一環節的技術失誤都可能導致開采效率低下、成本增加，甚至引發安全與地質災害問題[1]。

2 露天礦山邊坡穩定性控制方法

影響露天礦山邊坡穩定性的因素眾多且復雜，在地質構造方面，斷層、節理裂隙等會破壞巖體的完整性，為巖體滑動提供潛在的弱面。當巖石強度較低或遇水后強度顯著降低時，邊坡失穩風險大幅增加，臺階高度、坡面角和開采深度等開采參數也對邊坡穩定性有關鍵影響。

為了有效控制邊坡穩定性，在邊坡設計階段，依據地質勘察資料，運用極限平衡法、數值模擬法等進行穩定性分析，科學確定合理的臺階高度、坡面角等參數。對于堅硬巖石，臺階高度可適當增大，坡面角可相對較陡；對于軟弱巖石，要適當降低臺階高度并放緩坡面角。在邊坡監測環節，采用全站儀、全球定位系統接收機等高精度的測量儀器，對邊坡表面位移進行實時監測，同時利用鉆孔傾斜儀等監測內部巖體的位移變化。通過分析監測數據，及時發現邊坡變形的異常趨勢，以便采取相應措施[2]。若監測到邊坡位移速率加快，則采取錨索支護加固措施，通過錨索的錨固力增加巖體的抗滑力，或采用擋土墻阻擋巖體下滑。

3 露天礦山地質災害成因

露天礦山地質災害成因可以分為兩類，即地質因素和人為活動。

3.1 節理裂隙與崩塌

巖石的節理裂隙作為巖體的薄弱部位，顯著改變巖體的力學性能與結構完整性。在風化作用下，節理裂隙為風化營力提供侵入通道，加速巖石風化，使得巖石強度逐漸降低。隨著時間推移，在重力的持續作用下，巖石沿節理裂隙面發生剪切滑移。當節理裂隙的產狀與邊坡面的傾向相近且傾角小于邊坡坡度角時，巖石塊體便具備沿裂隙面滑移的有利空間條件。在暴雨沖刷、地震動荷載作用下，裂隙中的充填物可能被沖刷或振落，進一步削弱巖體的抗滑力，誘發崩塌災害。

3.2 地層結構與滑坡

地層中，軟弱夾層的巖性通常為黏土巖、頁巖或破碎帶物質等，具有強度低、抗剪能力差的特性。當露天礦山進行開挖作業時，邊坡巖體的應力狀態發生改變，原本處于平衡狀態的地層結構受到擾動。在重力作用下，上部巖體產生沿軟弱夾層滑動的剪切力，而軟弱夾層力學性質薄弱，難以承受較大的剪切應力，容易發生塑性變形乃至破壞。降雨也會使地層中的孔隙水壓力上升，降低巖體之間的有效正應力，從而削弱巖體的抗滑力。爆破振動會瞬間改變巖體的應力狀態，為滑坡提供觸發動力。

3.3 人為活動

爆破作業是露天礦山開采的常用手段，炸藥爆炸瞬間釋放巨大能量，以地震波形式在巖體中傳播，當振動強度超過巖體的抗拉、抗剪極限時，巖體內部的節理、裂隙就會擴展延伸甚至產生新裂縫，導致巖體完整性受損，強度大幅降低[3]。

4 露天礦山地質災害防治策略

露天礦山主要有3種地質災害，即崩塌、滑坡和泥石流，不同地質災害的防治策略存在一定差異。

4.1 崩塌防治技術

4.1.1 工程防護措施

擋石墻的設計與建造有嚴格的技術要求，常見的是重力式擋石墻，其基礎深度需要根據地質條件確定，一般要求至少嵌入穩定基巖0.5 m。墻身高度依據崩塌體可能的滑落高度設計，通常為2～5 m。墻體厚度為0.5～1.5 m，采用混凝土或漿砌石材料，抗壓強度需要超過30 MPa，以有效阻擋崩塌石塊。

4.1.2 綜合防治手段

截水溝通常設置在崩塌體上方邊緣，距離坡頂3～5 m，溝底寬度為0.3～0.5 m，深度為0.4～0.6 m，縱坡比不小于0.5%，以便有效攔截山坡地表水。地下水排水孔直徑多為50～100 mm，深度依據地下水位確定，一般為5～10 m，間距為2～3 m，可降低地下水對崩塌體的影響。

4.2 滑坡防治技術

在水害治理措施中，防洪截水溝的截面尺寸依據匯水面積而定。一般情況下，當匯水面積在1 km2以內時，截水溝底寬可為0.5～1.0 m，深度為0.6～1.0 m，縱坡坡度不小于3‰，以有效攔截滑坡區外的地表水，防止其大量涌入滑坡區[4]。在支擋工程中，擋土墻的基礎埋深需要達到2 m，墻高依據滑體推力和地形而定，多在3～8 m。墻體采用鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級不低于C25。抗滑樁的樁徑一般為1～3 m，樁長為10～30 m，樁間距為3～6 m，根據滑體規模和力學特性合理設置，提供強大的抗滑阻力。

4.3 泥石流防治技術

4.3.1 減少尾礦排放量

優化開采工藝，將開采分層厚度由傳統的10 m降低至5 m，精準地分離礦石與廢石，使廢石混入率降低30%。穿孔爆破環節，對鉆孔進行精確定位，合理設計爆破參數。采用數碼電子雷管精確控制起爆時間，使爆破的礦石破碎度更均勻，大塊率低于5%，從而減少二次破碎產生的廢渣量。采用先進的選礦技術，高效分選礦石，對于特定的金屬礦石，選礦回收率可超過90%，礦石利用率顯著提高，尾礦品位低于0.5%，尾礦排放量大大減少。

4.3.2 加強廢棄物管理

依據廢棄物的性質差異進行嚴格分類，將廢石按照硬度、粒徑分類，硬度較高、粒徑較大的廢石可用于修筑礦山道路基礎或擋土墻等工程結構，其利用率可達40%。對于尾礦砂，根據其化學成分和顆粒級配分類存放，部分可作為建筑材料原料進行再利用。不同類型廢棄物存放區域設置隔離帶，隔離帶寬度一般為2～3 m，采用混凝土或夯實土構筑，防止不同廢棄物相互混雜而影響后續利用與管理。對于廢石堆放場，根據堆積速度和規模，每3～6個月進行一次整理，清理散落的碎石和泥土，保持堆放場表面的平整度，減少雨水沖刷形成泥石流的風險[5]。尾礦庫每月進行一次巡檢與清理，及時清除庫內積水和淤泥，防止尾礦壩潰壩引發泥石流。在清理過程中，采用大型裝載機和運輸車輛，裝載機的鏟斗容量一般為3～5 m3，運輸車輛載重為20～30 t，完成廢棄物的高效清理與轉運。

4.3.3 溝道防護與預警

在溝道防護措施中，攔擋壩壩高通常依據溝道地形與泥石流流量確定，一般在5～15 m。壩體采用鋼筋混凝土結構時，混凝土強度等級不低于C30，能承受泥石流峰值流量下的沖擊力。壩體基礎需要深埋于穩定基巖中，深度不少于3 m，確保壩體穩固。排導槽的設計必須注重縱坡坡度與寬度，縱坡坡度一般在3%～8%，寬度根據泥石流流量確定，一般為3～8 m，這樣能有效引導泥石流按預定方向排泄，減少其對周邊區域的沖擊與破壞。露天礦山溝道可以設置攔擋壩，阻擋泥石流中的巨石，保護下游的礦山設施，排導槽使泥石流快速通過，避免在溝道內淤積。在預警系統方面，監測指標的選取與預警閾值的設定是核心，降雨量監測采用高精度雨量傳感器，當1 h降雨量超過50 mm或者24 h降雨量超過150 mm時，觸發預警信號，因為這類降雨強度易引發泥石流。在溝道內設置泥位計監測泥位變化，當泥位上升速度超過1.0 m/min時，系統發出預警。

5 結論

露天礦山開采中，地質災害問題不容忽視，合理運用開采技術是礦山高效安全運營的前提。地質災害成因涵蓋地質與人為因素，節理裂隙、地層結構缺陷以及爆破振動等均可能誘發災害。基于此，露天礦山要因地制宜，科學施策，有效防治崩塌、滑坡和泥石流等地質災害。總體來說，要堅持預防為主、防治結合，提升作業人員的安全生產意識和環境保護意識，有效消除地質災害風險，保護露天礦山生態環境，實現綠色安全開采，助力行業可持續發展。

參考文獻

1 沈 俊.露天礦山開采及地質災害防治技術探討[J].中國金屬通報，2023（5）：162-164.

2 劉 吉，王 強.露天礦山開采及地質災害防治技術探討[J].中國井礦鹽，2022（6）：10-12.

3 金江鵬.露天采礦礦山地質環境問題與恢復治理措施[J].世界有色金屬，2021（22）：54-55.

4 秦路路.露天礦山地質災害預防的有效措施[J].世界有色金屬，2018（24）：192-193.

5 張 赫，孫 巖.露天礦山地質災害成因與防治[J].礦業工程，2015（6）：45-47.

收稿日期：2024-12-09

作者簡介：羅光治（1996—），男，貴州遵義人。研究方向：地質災害防治。