礦山地質(zhì)災(zāi)害類型

礦山地質(zhì)災(zāi)害主要類型及防治對策研究郭維君隨著我國新一輪的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，礦山資源需求量的增加將加速礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，顯著加大對環(huán)境的壓力。我國是個(gè)礦業(yè)大國，又是最大的發(fā)展中國家，礦產(chǎn)資源的年消耗量很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，我國各類大中型礦山已達(dá)9000余座，資源開采規(guī)模居世界第3位。礦業(yè)的發(fā)展為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。由于礦產(chǎn)資源開采是迄今最大規(guī)模改變地球表面景觀和破壞地表生態(tài)系統(tǒng)的有組織的人類活動(dòng)，加上市場經(jīng)濟(jì)的沖擊、粗放式的經(jīng)營生產(chǎn)、采礦技術(shù)與設(shè)備落后、安全環(huán)保意識(shí)的淡化、政策不規(guī)范等原因，導(dǎo)致礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患日益增多，環(huán)境逐步惡化。有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國每年因地質(zhì)災(zāi)害造成的直接損失達(dá)300億元，嚴(yán)重制約著礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何規(guī)范、合理、有效、安全、環(huán)保的開采和利用資源，促進(jìn)礦山企業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，成為業(yè)內(nèi)人士日益關(guān)注的問題。礦山地質(zhì)災(zāi)害類型礦山地質(zhì)災(zāi)害是指由于自然地質(zhì)作用和人為地質(zhì)作用使礦山生態(tài)地質(zhì)環(huán)境惡化，并造成人類生命財(cái)產(chǎn)損失或人類賴以生存的資源、環(huán)境嚴(yán)重破壞的災(zāi)害事件。有人認(rèn)為礦山地質(zhì)災(zāi)害是由于人類開采礦山而直接誘發(fā)的人為地質(zhì)災(zāi)害。國土資源部按致災(zāi)地質(zhì)作用的性質(zhì)和發(fā)生處所進(jìn)行劃分，將地質(zhì)災(zāi)害分為12類、48種，礦山地質(zhì)災(zāi)害為地質(zhì)災(zāi)害的一個(gè)分支。目前我國礦山存在種類多，分布廣，影響大，潛在災(zāi)害隱患突出等特點(diǎn)，并且存在上升的趨勢，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來很大的威脅。礦山開采引起的主要地質(zhì)災(zāi)害類型包括：冒頂片幫、深部巖爆、采空區(qū)垮塌和地表塌陷、井下突水、崩塌滑坡、地下水破壞、礦震等。冒頂片幫冒頂災(zāi)害事故最為普遍，包括巖層脫落、塊體冒落、不良地層塌落，以及由于采礦和地質(zhì)結(jié)構(gòu)引起的各種垮塌。特別是礦巖穩(wěn)定性差的難采礦體及軟弱夾層，易發(fā)生較大規(guī)模的垮落，引起采場和巷道冒頂事故。冒頂片幫常常無明顯前兆特征，具突發(fā)性，發(fā)生頻度高，難以防范，是礦山生產(chǎn)安全的主要危害。采空區(qū)垮塌和地表塌陷采空區(qū)垮塌和地表塌陷主要是由于地下采礦對地表的破壞。凡口鉛鋅礦因疏干產(chǎn)生地表塌陷1982個(gè)，影響范圍達(dá)675km2，受損農(nóng)田約66.7km2,建筑物搬遷7km2。采空區(qū)塌陷可引起地表積水，對采空區(qū)上的建筑物，道路、管線及農(nóng)田帶來影響，嚴(yán)重時(shí)可引起山體滑移。深部巖爆巖爆是一種與地應(yīng)力有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害，據(jù)悉，礦山進(jìn)入1000m以下進(jìn)行深部開采時(shí)，由于高地應(yīng)力，硬巖層往往發(fā)生巖爆。巖爆就其破裂機(jī)制而言，是一種開挖卸荷條件下巖石自身彈性應(yīng)變能突然釋放所造成的脆性破裂或爆裂；爆裂造成的巖塊（片），則可以爆裂松脫、爆裂剝離、爆裂彈射或拋擲等不同方式脫離母體，其脫離方式、初速度和規(guī)模大小等與爆破時(shí)的破裂機(jī)制及釋放彈性應(yīng)變能的多少和波及深度等諸多因素有關(guān)。紅透山銅礦開采達(dá) 1337m,在采深1100m左右，大片采區(qū)花崗巖柱及上下盤發(fā)生多次大的巖爆，地表響聲如雷，井巷工程遭到嚴(yán)重破壞,給生產(chǎn)帶來危害。井下突水井下突水主要由含水層引起,在違規(guī)操作或者非正常開采條件下,遇到積水巷道或采空區(qū)、溶洞、地下暗河等含水體,容易引起隔離巖層失穩(wěn),從而引起災(zāi)害。尤其是在水體下采礦,應(yīng)經(jīng)過專門論證以及采取專門的防治措施。另外,礦坑突水往往水文地質(zhì)條件復(fù)雜,存在軟弱破碎帶及斷裂構(gòu)造,造成頂、底板的穩(wěn)定性差。礦坑突水往往具有突發(fā)性強(qiáng)、規(guī)模大、造成的破壞大、恢復(fù)生產(chǎn)難度大等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),近30年來,我國煤礦突水,淹沒全礦井58次,部分淹井64次,造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)27億元。由于突水的威脅,我國煤炭礦床約有150億t儲(chǔ)量不能開發(fā)利用。崩塌、滑坡崩塌、滑坡是露天礦山最常見的工程地質(zhì)災(zāi)害。它也是發(fā)生頻度最高、對露天礦山安全影響最大的災(zāi)害。崩塌、滑坡主要分為幾個(gè)方面：①為采空區(qū)山體滑坡，主要是由于超量開采而引起；②為露天采礦場邊坡失穩(wěn)；③為排土場、堆渣場邊坡失穩(wěn)，或者尾礦壩垮塌。崩塌、滑坡的產(chǎn)生與特定的自然環(huán)境、工程地質(zhì)條件等密切相關(guān)，對于礦山而言，主要是由于采礦活動(dòng)的影響。1996年5月31日和6月3日，云南省元陽老金山金礦群采區(qū)接連發(fā)生兩次滑坡，造成近400人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失1.4億元。2009年5月在重慶地質(zhì)災(zāi)害大排查活動(dòng)中，重慶永川煤礦矸石山被列為地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，必須限期予以排除，該矸石山高約430m,通過降低矸石山高度，削坡減荷，同時(shí)在矸石山周圍建立3個(gè)大型磚廠，對矸石山予以消耗，最終隱患得以排除。湖南柿竹園多金屬礦的尾礦庫倒塌,形成礦渣碎石流,使沿途3鄉(xiāng)2鎮(zhèn)的94個(gè)村民小組受災(zāi),沖毀房屋39棟，計(jì)17810m2;淹沒房屋27棟，計(jì)8100m2；沖垮3座橋梁。礦區(qū)內(nèi)49人死亡,礦區(qū)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)l300萬元。地下水位下降無論是露天開采礦山或是地下開采礦山,都需不同程度地疏干排水。疏干排水容易引起地下水位下降,形成大的疏排漏斗,引起地下、地表水系破壞,地表蓄水能力下降,農(nóng)田干枯,水井干涸。地下水位下降帶來的危害將很難恢復(fù),對于巖溶充水礦床,高強(qiáng)度的礦山疏干排水容易引起巖溶塌陷,給附近居民生產(chǎn)生活帶來很大的影響。以廣西泗頂?shù)V區(qū)為例,由于歷史上大范圍的疏干排水,造成整個(gè)礦區(qū)塌陷1000多處,20世紀(jì)90年代就達(dá)600多處,規(guī)模大者直徑可達(dá)30?50m,深度可達(dá)10m;規(guī)模較小者直徑多在2?3m,深度多在2?3m。導(dǎo)致附近房屋建筑等被毀，鄰近農(nóng)田毀壞，水井干涸，最后造成整個(gè)泗頂鎮(zhèn)不得不整體搬遷。其他地質(zhì)災(zāi)害其他地質(zhì)災(zāi)害主要有礦震、地?zé)?、地質(zhì)環(huán)境污染、瓦斯突出、礦山泥石流、水土流失等,同樣對礦山地質(zhì)環(huán)境帶來比較大的威脅。地?zé)嵋话愠霈F(xiàn)深度在800m以下。泥石流的形成主要與堆積物的物質(zhì)組成、足夠的水體以及切割強(qiáng)烈的山地地形有關(guān)。一般認(rèn)為泥石流的形成取決于地質(zhì)因素、水文地貌因素以及氣象因素等。地質(zhì)環(huán)境污染是目前礦山普遍的災(zāi)害，主要通過物理法、化學(xué)法、生物法進(jìn)行治理。防治對策及措施礦山的開采、挖掘是直接在巖土圈進(jìn)行的，伴隨著我國礦山開采強(qiáng)度的增大，其所造成的環(huán)境破壞也越來越嚴(yán)重。目前對地質(zhì)災(zāi)害主要貫徹“以防為主，防治結(jié)合，重在預(yù)防”的方針。目前主要從非技術(shù)方面和技術(shù)方面對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行防治。在非技術(shù)方面主要有加強(qiáng)立法、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和污染治理。在礦山開采規(guī)劃和報(bào)批的同時(shí)，需提交環(huán)境影響報(bào)告、地質(zhì)災(zāi)害評估報(bào)告、安全評價(jià)報(bào)告等，嚴(yán)禁超量開采、亂采濫挖，并按上述報(bào)告提供的建議措施進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治。目前很多省份實(shí)行了礦山環(huán)境恢復(fù)治理措施的編制以及礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)保證金制度，為礦山的地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)提供了資金保障和技術(shù)支持，大大減少了礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，下面主要從技術(shù)方面提出地質(zhì)災(zāi)害防治措施。地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)上述提到，井下地質(zhì)災(zāi)害主要包括冒頂片幫、深部巖爆、井下突涌水等。井下地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)主要是運(yùn)用一些探測儀器將礦坑前方和側(cè)壁的地質(zhì)情況反映出來，為地質(zhì)災(zāi)害的防治提供參考。這些預(yù)報(bào)方法目前在隧道開挖地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)中運(yùn)用廣泛。TSP方法TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)是由瑞士安伯格測量技術(shù)公司專門為地下工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研制開發(fā)的目前世界上物探方面最為先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)報(bào)設(shè)備。TSP203采用回聲測量原理，地震波在指定的震源點(diǎn)（通常在隧道的左邊墻或右邊墻，約24個(gè)炮點(diǎn)布成1條直線）用小藥量激發(fā)產(chǎn)生。TSP適用范圍廣、預(yù)報(bào)距離長、對隧道施工干擾小、預(yù)報(bào)精度高，既可用于極軟巖層，也可用于極硬巖層的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。預(yù)測距離一般為掌子面前方300~500m,有效預(yù)報(bào)距離為掌子面前方100~150m。TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)不僅可以預(yù)報(bào)掌子面前方的斷層破碎帶、軟巖、巖溶陷落柱等不良地質(zhì)體的性質(zhì)、位置和規(guī)模，預(yù)報(bào)涌水時(shí)大于 lm3／h以上富含水地質(zhì)體和老窯、老崆等采空區(qū)的位置和規(guī)模，預(yù)報(bào)煤系地層的邊界和其中的煤層、富水砂巖的成分，還可以預(yù)報(bào)各種不良地質(zhì)體發(fā)生塌方、突泥、突水等施工地質(zhì)災(zāi)害概率。直流電法直流電法屬全空間電法勘探，它以巖石電性差異為基礎(chǔ)，在全空間條件下建場。在地下隧道中進(jìn)行電法測量工作，地下電流通過布置在隧道內(nèi)的供電電極在隧道周圍巖層中建立起全空間穩(wěn)定電場，該穩(wěn)定電場特征取決于巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，測量該電場的變化規(guī)律，使用全空間電場處理和解釋，就可找到隧道周圍巖石中引起電場變化的水文、地質(zhì)構(gòu)造等規(guī)律，從而解釋判斷圍巖的含水、導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造，包括斷層、溶洞、陷落柱、巖溶裂隙等。2.1.3其他探測法其他探測法主要有地質(zhì)素描法、地質(zhì)雷達(dá)法、紅外探測法、超前水平鉆孔等方法，目前各探測方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般選擇長短結(jié)合的探測方法，先用預(yù)報(bào)距離長的探測方法進(jìn)行探測，后用探測距離短的方法進(jìn)行驗(yàn)證，并提前做好地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)措施?？刂票频V山開采往往要借助火藥對礦體進(jìn)行破碎，目前礦山控制爆破方法主要為光面爆破?？刂票浦饕ㄒ韵聝?nèi)容：破碎程度，破壞范圍，坍塌方向，控制爆破的危害。光面爆破可以減少對圍巖擾動(dòng)，減少爆震裂隙，危石較少，能基本保持圍巖的穩(wěn)定性，避免坍塌、冒頂、掉塊等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，同時(shí)有利于坑道的有效支護(hù)。環(huán)境巖土工程治理技術(shù)環(huán)境巖土工程治理技術(shù)主要是運(yùn)用巖土工程的概念進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的技術(shù)，主要側(cè)重于一些具體的地質(zhì)災(zāi)害的防治措施。目前巖爆主要針對巖爆的發(fā)生機(jī)理方面進(jìn)行防治，對巖爆可能發(fā)生部位的地應(yīng)力進(jìn)行判定，分析巖爆發(fā)生的可能性及巖爆的發(fā)生等級，在治理方面主要防止應(yīng)力集中，目前很多礦山企業(yè)引入有限元方法分析采場的應(yīng)力分布，從而對應(yīng)力集中的部位采取釋放措施。對于采空區(qū)塌陷目前主要是減少沉降的高度，對地表沉陷區(qū)內(nèi)的建筑物、設(shè)施、人員等進(jìn)行搬遷，減少對人類生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅。目前主要有充填法：邊采邊充填、集中充填，壓力注漿等。很多礦山利用尾礦對塌陷區(qū)進(jìn)行充填，從而增加尾礦庫的容量，效果很好。若在采空塌陷區(qū)或者巖溶塌陷區(qū)修筑建筑物則需要對塌陷的穩(wěn)定程度和建筑地基的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，盡量不要在塌陷未達(dá)到穩(wěn)定的塌陷區(qū)內(nèi)修筑建筑物，若在復(fù)墾過程中需要修建房屋等設(shè)施，王琪、徐志宏等認(rèn)為在巖土工程勘察過程中不應(yīng)對勘察階段進(jìn)行簡化，原則上應(yīng)分階段進(jìn)行勘查，尤其對于礦山這種比較復(fù)雜的場地。對于井下突水災(zāi)害，除了上述運(yùn)用物理探測方法外，主要有注漿封堵、外圍帷幕注漿截流等措施，目前預(yù)測方法主要有統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、突變論方法和現(xiàn)場試驗(yàn)等。對于崩塌、滑坡，主要有控制超采濫挖現(xiàn)象，對出現(xiàn)的危巖及時(shí)清除，做好排水工作，減輕地表水、地下水對滑坡的誘導(dǎo)作用。肖宏躍等運(yùn)用高密度電阻率法和工程地震法對排石場內(nèi)部存在的空洞或裂縫及它們的產(chǎn)狀、大小、位置進(jìn)行了探測，并進(jìn)行相互驗(yàn)證，取得了良好的效果。在礦山地災(zāi)評估過程中尤其注意尾礦壩的穩(wěn)定性問題，在壩體加固前先對壩體進(jìn)行巖土工程勘察，通過穩(wěn)定分析、滲流分析，確定壩體的穩(wěn)定條件，明確加固方法，范圍和要求，在進(jìn)行必要的現(xiàn)場試驗(yàn)后確定加固設(shè)計(jì)。結(jié)語我國礦山種類繁多、分布廣、戶數(shù)多、規(guī)模小、富礦少、基礎(chǔ)差，由于技術(shù)、管理