矿山环境地质灾害问题及其勘查方法研究

吴昱　叶义成

摘 要：矿山资源开发中的安全形势相当严峻，地表塌陷、山体崩塌、矿山边坡滑坡、废石场泥石流、尾矿库垮塌、采场冒顶、巷道坍塌、矿山地震、岩爆、采空区大面积地压、井下突水、深井高温等灾害，给社会稳定和人民生命财产安全带来了严重影响，该文以矿山地质灾害勘查为研究对象，论文首先分析了矿山地质灾害中存在的问题，包括其诱发因素，地质灾害特征和治理措施，在此基础上，论文探讨了三种勘查方法，包括地球信息技术综合方法、水文地质与岩土力学试验方法和地球物理勘查方法。

关键词：矿山 环境地质 灾害 问题 勘查

中图分类号：P694 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（a）-0113-02

矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类生产资料和生活资料的重要来源。随着宜昌市矿产资源开发规模的增大，矿山地质灾害问题日渐突出，而采矿和选矿作为矿产资源开发过程中的主要活动对矿山地质灾害产生了多方面的影响。

宜昌市是地质灾害的多发地区之一，地质灾害种类多、分布广、影响大、造成损失严重。矿山地质灾害是地质灾害的一个小分支，是人类开采矿山而直接诱发的人为地质灾害。特别是宜昌市七八十年代受“有水快流”思想和粗放型开采影响，导致矿山开采环境不断恶化。近年来，虽规范开采，但随着各种矿产开发利用强度增大，各种矿山地质灾害明显上升，该文研究者结合在宜昌市多年矿山勘查的工作经验，详细介绍了矿山各种地质灾害的类型、产生、危害和防治对策，并提出相应的勘查方法。

1 地质灾害诱发因素

1.1 疏干排水

采矿时对地下水必须进行疏干排水，甚至要深降强排，由此而出现了一系列的地质灾害问题。首先是矿井突水事故不断发生。许多煤矿的上覆和下伏地层为含水丰富的石灰岩，特别是北方石炭二叠纪煤系地层，不仅煤系内部有含水性强的地层，其下伏为巨厚的奥陶纪灰岩。这些矿床随着开采的延伸，地下水经深降强排，产生了巨大的水头差，使煤层受到来自下部灰岩地下水高水压的威胁，在一些构造破碎带和隔水薄层的地段发生突水事故，严重地威胁着矿井和职工生命的安全。

1.2 其他因素

矿山地质灾害诱发因素很多，有些是开采过程中难以避免的，如开采深度的增加，使得地应力相应增大引起冒顶、片帮、脱盘甚至岩爆的严重地压灾害；有的是开采中忽视预防或开采不规范、管理不科学导致的，如采空区不及时充填、废渣废水随意排放、水文地质及构造不了解、巷道偏离、盲目指挥、违章作业、私挖乱采等，非稳定因素积聚到一定限度引发各种灾害；有的矿山片面追求经济利益或为摆脱一时的经营危机，摈弃常规，如采富弃贫、求近避远，结果为后期发展埋下灾害隐患；曾一度泛滥的民采风潮掠夺式的开采活动也对部分国有大中型矿山造成严重干扰和资源、环境破坏。

2 主要地质灾害特征和治理措施

2.1 泥石流

泥石流灾害具有很强的破坏性，但人们并不是被动地去接受泥石流灾害，而是通过科学研究，不断认识其成灾机理和成灾规律，提高预测预报水平，加强防御建设，与泥石流灾害进行斗争。矿山建设对泥石流形成条件的影响主要有以下几个方面：（1）产生并加速松散固体物质的积累，露天开采及坑采剥离废石速度较快，产生大量废土，是泥石流源地的主要形成原因。（2）增大了水体补给量。矿山废石堵沟成湖，蓄积了大量的水体；有时在掘进坑道的过程中，掘开了地下水的主要通道，形成地下水突涌，使水体补给量增大。（3）矿山建设改变了地形条件，增强动力条件。

泥石流的治理措施包括工程措施和生物措施：（1）工程措施的治理目的是减少灾害的发生频度，降低灾害的危害程度。一般是拦挡、排导和支护措施。（2）生物措施：生物措施的治理目的一是治理水土流失；二是吸收有害物质，净化土壤。（3）生物措施和工程措施相结合：金属矿围岩一般为较硬的岩石，开采过程中开采堆积物除了上覆土层和风化岩石外，均为较大块的难风化的块状堆积物，易形成的地质灾害为崩塌、滑坡以及泥石流。

2.2 塌陷

当地下矿层被采出之后，采空区的顶板岩层在自身重力和其上覆岩层的压力作用下，产生向下的弯曲和移动。当顶板岩层内部所形成的拉张应力超过该层岩层的抗拉强度极限时，直接顶板首先发生断裂和破碎并相继冒落。接着是上覆岩层相继向下弯曲、移动，进而发生断裂和离层。随着采矿工作面的向前推进，受到采动影响的岩层范围不断扩大。当矿层开采的范围扩大到某一时刻，在地表就会形成一个比采空区大得多的塌陷盆地，从而危及地表的各种建筑物和农田等。对矿山采空区塌陷的治理方案很多，但较常用的方法是充填复垦法。这种方法是利用矿区附近的煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离物等可供利用的充填材料充填采空塌陷地复田。这种方法多用于有足够的充填材料且充填材料无污染，可经济有效防护治理的地区，因其既解决了塌陷地复垦问题，又解决了矿山固体废弃物的处理问题，所以经济效益最佳。

2.3 滑坡

滑坡活动受多种因素影响，主要发生在雨季。而软硬相间岩层，由于差异风化，坚硬岩体突出，由结构面切割或重力蠕变，坚硬岩体就会产生崩塌、落石。地质构造发育使完整岩石被分割成割裂体，割裂体在诱发因素下失稳而形成崩场，因此构造越发育，岩体越破碎，越易产生崩塌、落石。人为影响主要是开挖坡脚、改变应力场，使坡体内积存的弹性应变能释放而造成应力重新分布，岩体产生卸荷裂隙，它们多张开且平行于边坡面并使原有裂隙扩展和张开，由其所切割的岩体，可能失稳而形成崩塌滑坡。目前露天煤矿、铁矿、采石场所发生的滑坡，大多数是由于违反开采顺序，乱采滥挖而造成的。为了使露天采掘、剥离作业正常进行，采场边坡岩体应该具有一定的稳定性。当工作台阶采掘到最边界时，便形成最终边坡；当最终边坡角过陡时，稳定性差，易滑坡，危及人员和设备的安全，导致停产闭坑；当其过缓时，会降低采矿经济效益。

抗滑工程是防止山体滑坡的不可缺少的一部分，尤其对于事关生命、财产安全的矿区坡体来说，意义非同寻常。抗滑工程包括抗滑挡墙、加筋挡墙、锚定板挡墙、预应力锚索挡墙、锚杆挡墙。抗滑桩大截面积排式抗滑单桩、抗滑链、钢管桩、承台式抗滑桩、抗洪桩、桩基挡墙、椅式挡墙、排架式抗滑桩、抗滑刚架桩、板桩抗滑桩和锚固桩。土质改良注浆、微型桩。

3 矿山环境地质灾害问题及其勘查方法研究

3.1 地球信息技术综合方法

遥感技术（RS）主要是针对大面积区域宏观解释，可形成不同比例尺所需要的航卫片解译结果。利用航、卫片进行解译，具有直观、真实、准确、实效性强等特点，可大大提高工作效率和质量。GPS具有全天候、全球覆盖和高精度的优良性能，而且其用户设备无源工作，体积小，重量轻，耗电少，使用方便和价格低廉，因此，GPS的应用越来越广泛。在矿山环境野外调查中，可采用GPS定位仪进行矿山环境三维坐标数据的现场采集工作。矿山地质灾害的许多问题都是由多种空间域因子共同作用的结果，而GIS本身又具有强大的空间分析操作功能和多源多因素信息复合叠加技术，因此GIS完全可以实现对矿山环境和灾害问题进行动态模拟与评价的目的。

3.2 水文地质与岩土力学试验方法

水文地质与岩土力学试验类型很多，是矿山地质灾害调查的重要手段之一，许多调查成果的基础数据和资料，均需水文地质与岩土力学试验而获得。在矿山地质灾害调查工作中，水文地质试验主要包括水质测试、淋滤试验、浸泡试验、含水层吸附试验、含水层顶板渗透性试验、采矿引起周围地层渗透性变化试验、矿石及固体废弃物中有毒有害元素测试试验、土壤污染试验、溶质迁移与富集规律试验等；岩土力学试验主要包括室外原位力学试验和室内岩土物理力学性质试验等。

3.3 地球物理勘查方法

高密度电阻率法是以岩土体导电性差异为基础的一类物探方法，该方法一次即可进行多装置数据采集，既可研究深度方向的电性变化，也可研究水平方向的电性变化，通过参数换算取得更多突出的有效异常的比值参数，利于潜在灾害的埋深、范围等的推断解释。它对不太深的采空区、地下水系、岩石风化层等的勘查十分有效。浅层地震法是由人工手段激发地震波，再通过研究地震波在地层中的传播规律，以查明地下地质小构造及获取地层岩性信息的一种物探方法。其中的浅层反射法，不仅能直观地反映地层界面的起伏变化，而且还能探测地下隐伏断层、空洞、陷落柱以及各种异常物体，是滑坡、断裂面、采空区等潜在地质灾害的有效勘查方法之一。

4 矿山地质灾害的预防

愈演愈烈的矿山灾害、大量潜伏的灾害隐患、日渐恶化的矿山环境说明矿山地质灾害的防治必须上升到政府监管的高度。政府主管部门要加大对矿山环境与灾害源的监管与治理力度，防止新的隐患发生。矿山企业要规范开采行为，合理开发矿产资源，处理好短期经济利益和长远发展的关系，将防灾减灾工作始于矿山设计并延续到闭坑之后。注重矿山地质灾害的防治研究，将其列入矿业领域的基础性研究，把矿山灾害、环保、安全生产统一起来。灾害研究要充分依靠科技进步，采用高新技术，研究灾害的发生机制，建立灾害的监测、预报和评估信息系统。

5 结语

宜昌市矿山种类较多、分布广、户数多、规模小、基础差，由于技术、管理及效益等原因的影响，资源开发中的安全形势相当严峻，地表塌陷、山体崩塌、矿山边坡滑坡、废石场泥石流、尾矿库垮塌、采场冒顶、巷道坍塌、矿山地震、岩爆、采空区大面积地压、井下突水、深井高温等灾害，给社会稳定和人民生命财产安全带来了严重影响。经分析采矿引发地质灾害的原因大都是由于采用不科学的采矿方法造成的，当人们注意到了环境对人类生存的重要性，懂得如何正确解决资源需求与保护人类生存环境的矛盾时，科学的采矿方法将被越来越广泛地采用，因为现有的技术手段完全可以避免矿山开采引发的不良地质灾害的产生。在矿山开采问题上必须坚持“谁开发谁保护，谁闭坑谁复垦，谁破坏谁治理”的原则，加强对矿山环境的管理。只有解决好矿山开采与环境保护之间的矛盾，才能促进采矿业的持续发展。

参考文献

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[3] 李磊.邢台地区矿山地质环境综合评价与治理恢复研究[D].石家庄：石家庄经济学院，2013.