地质灾害勘查方法及预防思路探讨

刘鹏++于新明++金国华

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，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，探讨了3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：1674-098X（2016）12（a）-0081-02

我国是地质灾害的多发国家之一，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。我国是采矿大国，开采技术和设备相对落后，导致矿山开采环境不断恶化。近年来，各种矿山地质灾害明显上升，该文作者结合在湖南省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

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，严重威胁着矿井和职工生命的安全。其次是由于疏干排水，使许多岩溶充水矿区引起地面塌陷，严重影响地面建筑、交通运输以及农田耕作与灌溉。各矿区附近均有地面塌陷现象，水位下降很多，使厂矿、工业和生活供水原有系统发生吊泵，形成无法供水的局面。

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，另外矿山修筑公路破坏山坡植被，产生大量弃土，矿山选矿排出的废渣也是泥石流物质来源。（2）增大了水体补给量。矿山建设中植被遭到严重破坏，改变了地面结构，调节雨水的能力显著降低，汇流时间缩短，洪峰流量和洪水总量增大，暴发泥石流的可能性也增大；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，增强了动力条件。大量的矿山废石堆放使山坡变陡，地面高差增大，从而加强了侵蚀能力；大量矿山废石压缩沟床，增大流深和流速，也就增强了流体的动能和冲刷力，废石堆放减少了过流断面，使流体受压缩，流速增大，侧蚀和下蚀能力加强。

泥石流的治理措施包括工程措施和生物措施，以及生物措施和工程措施相结合，如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，另外有些金属矿床在开采和冶炼过程中对土和地下水造成一定的污染，也需要进行治理；非金属矿多数为沉积形成，其开采要挖掘较多的松散沉积生成物，而且开采出来的物质也较易风化，易形成地面塌陷、泥石流、滑坡等地质灾害。

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。

岩溶塌陷是岩溶充水矿床疏排地下水所引起的。塌陷不仅出现在煤炭矿山而且也出现在有色金属、黑色金属、化工及核工业矿山。从地理方面看，几乎遍布南方各省，尤以湘、粤、鄂、桂、赣诸省居多。

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、改变应力場，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。

露天矿边坡，必须对其进行经常性的检查和维护，用以保证边坡稳定，防止灾害发生。建立一支边坡维护专业队伍，加强检查维修，必要时进行人工放坡，铺上草皮，植上灌木，砌筑局部挡土墙或者预埋防滑坡的木桩。要设置排水网络，防止地表雨水流入矿坑冲刷边坡，润滑层理深凹露天矿要在坑外周围设置防山洪、防泥石流的阻挡或者疏导的设施。

3 矿山地质灾害的勘查方法

3.1 地球信息技术综合方法

GIS，GPS和RS技术的应用，可以从宏观上掌握地质灾害的分布、发生、发展规律。如GPS可以对灾害发生地进行精确定位；RS技术可以利用矿区的多时相遥感图像进行叠加分析，获取矿区不同时期的地貌破坏程度、塌陷区的形态、面积、矿业废弃物的类型及分布状况、环境污染状况及生态环境状况；GIS技术可以对矿山灾害信息数据进行空间有效分析，方便管理人员迅速掌握灾情，有效进行防灾减灾工作。3S技术的应用弥补了以前常规的技术手段（如地形测量等）难以胜任的空白，特别是对危险地带矿山灾害的调查，如矿山积水塌陷区等。

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。例如，山西平定矾土矿采空区，通过采用高密度电阻率法进行测量，获得深部的闭合圈异常，结合钻探资料，圈定了该区采空区的平面分布范围。

4 矿山地质灾害的预防

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，将防災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。

例如，将矿业开发产生的地下空区改建尾矿库，既能消除因地下空区给矿山带来的安全隐患，又能减少尾矿库建设、经营、灾害治理等费用，改善矿山生产和生活环境，把矿山建设成为环保型和无公害型的新矿山，它将是我国今后开发矿业的发展方向。确定了采空区的位置以后，防治矿山采空区地质灾害的方法很多，主要有以下几种：（1）采矿过程中，及时回填采空区。（2）对可能造成塌陷的位置提出预警措施，对现有的建筑和设置采取必要的预防措施。（3）矿山设计应避开城市和重要设施。此外，构建信息化矿山，开创安全、高效、可持续的矿业发展新模式，是中国采矿业未来发展的必由之路。

5 结语

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。在矿山开采问题上我们必须坚持“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，才能促进中国采矿业的持续发展。

参考文献

[1] 王羽，冯五一.矿山环境地质与地质灾害评价与防治研究[J].金属矿山，2009（S1）：734-735，739.

[2] 赫利娜.矿山环境效应遥感研究[D].中国地质大学，2013.