矿产资源开发引起的地质灾害问题分析

2020-12-20蓝书开

世界有色金属 2020年16期

蓝书开

（重庆六零七工程勘察设计有限公司，重庆 400054）

随着我国社会经济的高速发展，矿产资源开发利用进程加快，矿产资源的开发利用得到高度重视。但是由于我国地质灾害比较严重，特殊地质环境会在一定程度限制井下矿产资源的开发利用，尤其是资源的开发深度、规模。我国特殊地质主要有活动断裂、地裂缝和地面沉降等，活动断流地质的省份有深圳、福建、新疆、陕西等，地裂缝地质的省份有山西、北京、陕西等，地面沉降的省份有天津、陕西和上海等，这些特殊地质环境的存在，对于矿产资源开发而言，特别是矿山井下空间资源的开发与利用，成为矿山安全发展的威胁与隐患[1]。

1 特殊地质条件下矿产资源开发引发的地质灾害问题

在特殊地质条件下进行矿产资源开发利用引发的地质灾害具有突发性和脆弱性的特征，很容易受到人为因素、外动力的影响，发生地面塌陷。另外特殊地质环境下存在各种不良地质现象，尤其是在矿山井下空间开发建设时，会经常性出现暗河、溶洞、溶槽、溶沟，从而影响到整体进度，轻则影响机械设备，重责造成人员伤亡。

在特殊地质矿山中，武汉地区最具有代表性，由于地理位置比较特殊，地处鄂东丘陵山地与江汉平原交接地，加上矿山开挖工程活动和长江水位波动的影响，导致地面塌陷事故频繁发生。在湖北矿山开发利用过程中，大部分已建和在建的矿井都在一定程度上受到地质环境的影响，从而影响到井下生产安全。当然在广州、长沙、深圳等地均受到同样问题的影响，为矿山井下资源开发利用带来一定的挑战。

2 特殊地质条件下矿山井下资源开发利用避免引发地质灾害的实施方案

从我国科研工作者的研究内容和成果来看，在避免地质灾害发生方面也取得了一定成果，尤其是地下水的迁移变化规律和地面塌陷的力学机制。但是由于不同地区地质条件有所差异，相关检测技术还不够成熟，检测难度系数大，同时缺乏系统性研究，对地质灾害防治技术，尚未建立安全评估方法体系，因此当下需要重点解决关键科学技术，具体如下：

2.1 矿山井下空间工程

建立安全评价方法体系；建立地基防治关键技术，建立地基稳定性评价方法；建立地面塌陷的力学预防机制。

2.2 技术

研发特殊地质区域地下水监测技术和动态模拟技术；研发全新物探技术；研发三维地质建模技术。

2.3 地面塌陷

建立易发性评价理论与方法体系；建立危险性评价理论与方法体系。

3 矿产资源开采引发的活动断裂

所谓的活动断裂是指第四纪以来一直处于活动状态的地质，在未来很可能继续活动的断层或者是断裂。由于我国地理位置比较特殊，是一个地震多发国家，我国有20多个矿井处于活动断裂地带，而地震发生根源是活断层的活动，且主要分布在活断层带内。活断层一旦发生地震，就会造成极为强烈的破坏性，严重情况下会导致矿井坍塌，并带来严重的生命财产损失。

3.1 矿产资源开发过程中出现活动断裂的影响

我国对活动断裂的研究时间比较晚，随着地球化学、GIS、GPS、无人机等一些新技术的出现和应用，实现了活断层监测水平的提升。从目前对矿井活断层的研究状况来看，主要以活断层对道路的影响机制、震后地震地质灾害调查与评价、断裂破裂扩展机制、地震危险性评价和矿井活断层的探测为主，却由于受到监测技术的限制，导致矿山井下资源开发利用缺乏前瞻性[3]。

目前我国在矿山井下资源开发利用中，对引发活动断裂研究较少，针对活断层问题主要以超挖设计、柔性连接、分段铰接、隔振消能、围岩加固为主。

活动断裂地质一旦发生错动，将会产生地表位错和大地震，严重情况下可毁一座城，所以对矿井防震减灾来说特别重要，矿山井下资源开发利用进行中出现活动断裂需要重点关注的问题。

3.2 矿山井下资源开发利用中避免出现活动断裂措施

在地质复杂、强干扰的活动断裂层中，必须要突破矿井活断层的识别、精准探测、监督、危险评估等方面技术的限制，准确地说包括以下几个方面：①实现活断层有效的探测和精确定位，具体包括断层的长度、宽度、产状和具体的位置；②活断层的活动性评价；③活断层在发生地震的情况下对地下空间工程的破坏程度；④活动断层地质、地表影响范围；⑤建立活动断裂场地抗震安全性评价方法体系；⑥建立各种地震响应、防灾减灾和应急预警机制。

4 地裂缝出现所引发的地质灾害问题

在全球范围内我国是一个地裂缝严重的国家之一，有19个省处于地裂缝地带，一旦发生严重的地裂缝将会带来严重的经济损失，其中比较严重的省份有：江苏、山西、陕西北京，最为严重的省份是陕西[4]。地裂缝对矿井的影响主要崩塌、滑坡、泥石流等，给矿山井下资源开发利用带来严重的安全威胁。

4.1 地裂缝对矿产资源开发的影响

地裂缝的广泛分布，对我国矿山井下资源开发利用来说，尤其是矿井的建设，带来重大的挑战和严重的安全隐患。虽然我国在地裂缝的勘探和调查评价工作方面投入了大量的人力、物力和技术设备，并取得一定的成果，但是研究内容主要以宏观定性为主，包括防治措施、成因机理、分布发育特征、地表调查等等，而对于相关监测技术和探测技术方面却表现出明显的不足之处，相关防灾减灾技术部完善，无法为矿产资源开发利用提供相应的理论支撑。另外地下空间工程种类较多，地裂缝具有典型的地域性，不同地区有不同的地裂缝特征，所以在关键科学技术上也面临一定的问题。

4.2 避免地裂缝灾害的解决方案

目前对地裂缝灾害防治已经拥有相对成熟的防治措施，但是在关键技术上存在明显的不足，所以要从以下几个方面进行解决：①提高地裂缝探测技术的抗干扰、高可靠度、高精度；②开发并完善相关新技术实现对隐伏地裂缝的科学合理判别；③开展矿井地裂长期监测工作；④建立地裂缝活动的安全预警和高精度监测机制；⑤建立一套完整的评价指标体系和安全判据；⑥有效设防地下空间工程与地裂缝两者之间相互作用力学机制；⑦开展系统的防治关键技术研究。

5 矿山不合理开采引发的地面沉降

目前，我国大部分矿山处于地面沉降区域内，主要原因在于不合理开采地下水导致，故我国是世界上地面沉降最严重的国家之一。

地面沉降主要分布在河谷平原和山谷盆地、东南沿海平原、黄淮海平原和松嫩平原以及长江三角洲。其中最为严重的地区是汾渭盆地、华北平原和长三角地区。

地面沉降会导致风暴潮灾害加剧、洪涝、井管抬升报废、地下管道破损等各种问题，因此要高度重视地面沉降问题。地面沉降主要表现在恢复难度系数大、防治难度大、影响范围广，对矿产资源开发利用而言，危害巨大，所以在矿产资源的开发利用中，必须要充分考虑地面沉降灾害问题。

5.1 地面沉降地质灾害的具体研究方向

为了满足矿山地下空间资源开发利用发需求，我国政府高度重视地面沉降灾害问题，并投入了大量的人力和物力对地面沉降进行全面的勘查和监测。

从地面沉降的调查和监测结果来看，基本上已经掌握我国各个矿山地面沉降的发展规律和分布特征，并开展大量的试验和理论研究工作，成果明显可观。但是研究方向主要以地面沉降发生机理和监测等方面的研究，却没有形成系统的检测，也没有建立合适的地面沉降预测模型，加上相关探测新技术和监测新技术的缺陷，无法为矿产资源开采提供有效帮助。

5.2 因矿产资源开采出现地面沉降问题的防治措施

在地面沉降地质灾害防治措施上，我国主要以动态监测地面沉降和地下水、调整含水层开采层次、减少地下水开采量、相关法律法规和政策保障为主。但是对于矿企而言，目前现有的防治措施根本无法有效保障矿产资源开发利用，所以必须要从以下几个方面进行解决：①加大地面沉降精细化检测技术研究力度；②研究矿井重点点状工程的互馈作用机制，并提出具体的防治关键技术；③基于地面沉降环境，形成一套完整的风险评估理论方法；④建立科学合理的地面沉降预测模型；⑤大力开发地下水动态变化监测、探测技术。