矿山开采利用中的水文地质危害与相关方法

2021-11-30宋宗桓

中国金属通报 2021年22期

关键词：岩层水文地质滑坡

宋宗桓

（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃兰州 730030）

化石燃料在我国能源结构中占比较高，矿山开采依然是获取能源的主要途径。矿山开采的过程中，安全问题不容忽视，其一方面关乎资源质量与安全，另一方面影响着矿工的生命安全。因此，有关部门应切实加强矿产资源灾害防治，保障矿山开采和利用的安全性。

1 矿山开采利用中发生地质灾害的原因

生产生活中需要更多类型和更大规模的能源支撑，因此，企业提高了矿区开采量，但是我国矿区开采的过程中依然存在明显的不足，其受开采技术和开采方式的限制，上述问题较为明显的矿区还可能出现严重的地质灾害。

巷道内组织矿山开采是较为常见的方法，开采以一条斜井靠近矿体开采，部分小型矿山开采利用中选用的方法无法适应矿区的实际情况。造成该情况的原因是矿区负责人的管理不力，管理方法不科学，管理模式不完善，部分矿区受此影响出现矿区内地下水位骤变或岩土变形等问题，进而阻碍矿山地开采，甚至部分采矿区出现矿区出口斜井破损问题，不仅容易诱发严重的地质灾害，还对矿区生产的安全构成威胁。因此，矿山开采通过多种措施完善地形勘探工作，采取切实可行的地质灾害防控手段，维护矿区生产的安全性与可靠性。

2 矿山开采利用中常见的水文地质灾害类型

2.1 地下水位变化引发的地质事故

矿山开采利用中的矿井深度存在较大的差异，如无法采取及时可靠的措施加以控制，则会积累较多的地下水，打破地下水的动态平衡状态，且地下水中混入较多的泥沙和杂质，进而对矿井巷道内的施工采矿人员的安全构成威胁，延误矿山开采的进度，造成一定的经济损失。遇到地下溶洞或暗河，由此发生水位变化和山体滑坡等问题，则会引发难以想象的严重后果。

2.2 矿井易燃物引起的地质事故

矿山储藏着大量的矿产资源，同时，混有不同类型的易燃性气体，该气体是诱发地质灾害的主要因素。矿山内的易燃气体中，甲烷最为常见，易燃气体浓度超过特定范围，便会出现自燃现象，且矿井的封闭性较强，易燃气体无法在短时间内得到挥发和排放，大量易燃气体堆积在矿井巷道之中，便会增加爆炸事故发生率。这也是瓦斯爆炸事故的主要诱因。矿山爆炸后，山体滑坡掩埋采矿人员的事故屡见不鲜，因此，采矿工作是一项危险性较强的工作。但是，在开采利用的前期，通过科学有效的预防措施能够达到较为理想的控制效果，规避事故与损失[1]。

2.3 岩土层变化诱发的地质问题

采矿的施工周期较长，无法在相对较短的时间内做好所有的采矿工作。前期挖空的岩层结构会受到不同程度的破坏，导致后期作业中岩层结构的稳定性受到极大的影响，由此后期采矿的时候，容易发生岩层坍塌的问题，其也是岩层变化所引发的地质灾害问题。该现象在采矿工程中较为普遍，发生率相对较高，受到多家采矿企业的重视。此外，企业在经营发展中采取多项应对处理措施。在完成一个阶段的采矿工作后，企业对挖空的岩层采取支撑保护等措施，避免其二次受损，以此维护岩层的稳定性，这样在后续的采矿环节便可有效减轻甚至规避对已挖空岩层产生的负面影响，而且，引爆矿脉附近的岩石是最为常见的处理方法。在开采和爆破前做好矿山地质勘察工作，以此确定起爆点。但是，勘探数据受诸多因素的影响，存在一定的偏差，其对起爆点的精确性产生影响[2]。

3 矿山水文地质的水灾防治策略

不同地区的矿山形成的原因和条件有所不同，因此，地质特点存在较大的差异，工作人员根据差异性采取不同的地质灾害防治，达到有针对性的防治，得到更佳的防范效果。

3.1 加强施工前勘测

工作人员在采矿前，认真分析并研究矿井位置的选取，科学估算矿井内的地下水水位及水量分布概况，开展矿井区水文地质结构和条件的勘测工作，在设备模拟的基础上完成结构图绘制工作，同时，结合开采的实际情况，合理调整施工方案和应对措施，与上级主管部门保持密切的联系。有关部门应当切实做好检查工作，尽到监管和督促的责任。前期勘测出的含水区域，认真分析其所在位置与井巷的距离，制定切实可行的应急排水方案，加强矿山开采利用中可能出现的各类自然灾害的勘察与分析工作，采取针对性的预防措施，切实做好善后工作[3]。

3.2 优化防治工程设计

矿山开采利用的方案应全方位考量多种自然灾害及所处地区的地质条件，分析矿山开采中出现的各类问题，进而提出切实可行的应对措施，确保安全生产，为矿山开采工作的有序进行奠定基础。加大矿山开采中事故高发区的监控力度，并结合实际提出科学有效的应对措施。具体来说，矿山开采前，邀请相关领域的专家对工程开展安全评价，做好事故防治工程的检查验收工作，并且工作人员通过创建完善的危险事故预测报警系统，于矿区附近设置专业的监控设备，及时控制风险，降低安全风险发生率，为矿山安全开采和利用创造有利条件。

3.3 组织多种类型的水文地质灾害防治

水文地质灾害的防治工作中，工作人员根据不同的水文灾害概况，采取具有针对性和可行性的防治和预警措施。

3.4 重视矿山地下水处理

矿产开发应用较为广泛的水文地质矿山地下水处理方法主要有两种，其一是利用排气压入浓稠泥浆，其二是仰视碳水灌浆孔预埋孔口管。通常情况下，竖井深孔探水及灌浆孔的孔口预埋方式需于孔内灌入适量水泥砂浆，之后将孔口灌入孔中，这种方式无法确保管体与孔壁间缝隙的严密性与稳定性，且要经过若干次的压降操作，不仅耗费较长的时间，而且无法保证施工的稳定性。实验分析后发现，利用排气压入浓稠泥浆的处理方式，一次成功率较高，砂浆凝结后，具有优良的耐压性能，同时，其防渗性能可全方位顺应长期高压灌浆的基本要求。

此外，在钻孔中设置防突防喷设备可抑制地下水灾害的形成与发展。在钻孔中设置防突防喷设备能够有效降低孔内压强，最大限度地规避地下水在高压环境和状态下发生喷射问题，因此，钻井突防也是不容忽视的环节。虽然，钻机自带的液压卡盘与钻具在穿透高压水的过程中，对钻杆具有夹持作用。但是，工作人员单纯地依靠钻具卡盘加以控制，无法满足高压涌水钻进稳定防突的要求。如果施工过程中出现突出钻孔的问题，则会直接威胁施工的安全。调查试验显示，在钻杆中设置异径防突设备在1000m水头高度乃至更高的水头压力环境中维持深孔探水的稳定性。防喷控制中，需要在高压开关的前端设置自伸缩式孔口密封器、高压阀门和孔口管，并在其中增设四通管、高压阀和降压器等设施，该操作取得了较为理想的成效。

3.5 加强露天矿山滑坡防治

在采矿的过程中山体滑坡发生率较高，且该现象十分普遍。在露天矿山山体滑坡防治工作中，要采取有效措施，提高矿山结构的稳定性。为达到上述目标，首先，工作人员适度改变矿山整体斜坡的角度，以此全方位提升矿山的稳定性。矿体的坡度过大是诱发山体滑坡的主要原因，较高的矿山尤其如此，且其发生山体滑坡的可能性更大。合理调整和改变矿山的倾斜程度，减小矿山坡度，可以显著增强矿山结构的稳定性。

另外，通过设置挡土墙维护矿山结构的稳定性。建设挡土墙的过程中，不得将其设于稳定性不佳的岩层之上，否则，不但无法展现挡土墙的作用，反而造成其与山体共同发生滑坡灾害。因此，应将挡土墙设于结构稳定的岩层上，保障岩层的安全性与稳定性。工作人员在处理过程中，结合实际的情况增设防滑柱，增强矿山结构的稳定性。防滑柱的原理与挡土墙的作用原理十分相似。

3.6 做好地表塌陆的防治工作

岩溶坍塌是较为常见的地表坍塌类型，为了有效控制和应对地表塌陷问题，采取针对性的处理措施。首先，及时做好回填和密封处理，对于已经成型的塌陷区域，第一时间使用水泥砂浆、土和其他材料完成回填处理，以此有效规避地表水和降水下渗，避免引发严重的安全事故。其次，若塌陷坑处在河床附近，一方面采取有效的回填封口措施，另一方面结合工程实际组织河流改道施工，防止因塌陷作用导致地表水流入地下。同时，在塌陷附近的位置修建围堤，及时排除积水，防止地表水由于塌陆坑流入地下。及时排除已经进入塌陷坑的积水，使塌陷坑始终保持疏干的状态，防止出现二次潜蚀现象，进而引发塌陷问题。最后，浅部石灰岩含水层组织帷幕灌浆施工，及时截断进入塌陷区的径流路径。