矿山开采区发生地质灾害的诱因及治理方案研究

2021-11-30翟克礼

中国金属通报 2021年1期

翟克礼

（中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁沈阳 110004）

很多矿山开采有关的文献资料都会与地质灾害相关联，这是因为矿山开采区总是会因为种种地质原因发生地质灾害，导致矿山周边的居民点或者正在矿山内部工作的人员受到伤害[1]。想要避免这类地质灾害，就需要彻底分析矿山开采区的地质特征，控制矿区开采的地质风险，清除不稳定的地质结构，保护矿区工作人员的安全，是矿山周边居民点的人民不再受到生命危险和财产损失的威胁。基于此，本文对矿山开采区发生地质灾害的诱因进行研究，分析这些诱因会导致的地质灾害，并提出地质灾害的治理方案。

1 矿山开采区发生地质灾害的诱因研究

1.1 地下水径流变化研究

矿山的开采通常会挖掘到地底，因此通常都会影响到地下水的流动。由于每个矿区的矿层组成成分都不相同，但是在地下通常都能发挥隔水的作用，因此想要安全地开采地下的矿产，就需要在开采矿产之前将地下水完全抽干，只有这样才能使矿物开采的过程顺利进行。伴随着矿产的不断开采，地下水上下两侧的隔离物质在不断减少，与之对应的，地下能够灵活运转的空间越来越宽阔，此时的水层和矿物层就会之间融合到一起。一直到矿山开采的最后，各类会产生剧烈爆炸的操作会给矿山地下带来巨大的动能，导致地下水流动的不稳定，这样剧烈的操作很可能会导致矿区顶板出现结构性裂缝，有些地区会出现塌陷现象[2]。大量的地下水会排除掉隔离带的阻隔作用，融入矿洞内，淹没矿区。地下水的变动会同时造成地表水流的变化，矿物开采时的基岩裂缝不仅不会出现压力就近排放的特性，反而会由原本的向河道排水转变为向矿洞排水。这样一来，河道内的水流没有了来源，径流量会随之减少。在矿区开采越来越深入之后，矿洞内部对地下水的推动力和阻隔压力越来越小，一些地表径流量较小的河流甚至会出现断流的现象。

1.2 地表压力失衡研究

当前我国开采矿山的方式绝大多数都会采用长壁式采矿法。由于矿产都是深藏在山体内或地下，所以在开采的过程中会挖掘地表的土壤并将多余的土壤覆盖在周边地表之上[3]。这样就会导致地表周边松散层土壤的厚度不断增加，压力的失衡使得地表更容易出现裂缝，矿区内部出现采空塌陷的概率也会随之增加。例如我国东部地区的一些煤矿产区内，地下埋藏着充足的水资源，地表水位也达到了平均水准线以上，这种情况下出现压力失衡现象会直接使得该矿区的地表水形成一个湖泊。但是对于一些水资源较为稀缺的区域，如西北地区，在矿区周边造成地表压力失衡现象，使水资源匮乏现象进一步加深，地表裂缝更加明显。经过大数据分析可以得知，我国矿区周边大多数的地面裂缝和塌陷，都是因为这些随意堆积土壤，从而造成地表压力失衡导致的。而且这些塌陷地区中耕地区的面积占比在43%以上，给人民的生活和经济的发展造成了严重的影响。并且在工业化背景下，金属以及煤炭的矿产资源需求量不断增加，矿产资源的开采量也在逐年增大，因此导致矿山开采区的地面裂缝和塌陷问题日益严重。除此之外，这些问题的出现还会造成一系列的生态环境问题，导致自然环境的失调。

1.3 矿山开采的废物污染大气环境

在矿山开采的过程中，经常会出现一些比较常见的固体废物，如果这些固体废物没有得到及时妥善的处理，而是随意丢弃在矿山周围，就会给矿山开采区周边的自然环境带来极大的压力[4]。同时有一些矿山开采过程中会使用火药等化学用品，这些化学药品有时会排放出诸如，二氧化硫、一氧化碳等有毒气体，这些有毒气体飘散在大气中与水蒸气相结合，到了夏季就会随着雨水的冲刷降落到地面。这些有毒物质一旦渗入入土壤中，就会影响到该地区大片环境生物的生理健康，不但会出现植物大面积死亡的情况，还会使周边的动物因饮用水不洁而生病或死亡。这样一来，整片矿山开采区的生态环境都会遭到破坏，土壤因生态环境的不协调而逐渐疏松，河道周边的泥土会渐渐形成淤泥，流入附近的河流或湖泊中。长此以往，河道的河床渐渐抬升，整片区域的抗洪能力就会逐年下降。此时，一旦遇到暴雨、台风等大范围降雨的自然天气，矿山开采区就很容易形成泥石流等地质灾害，矿山周边的居民就会因此受到生命的威胁。

2 矿山开采诱发地质灾害类型介绍

矿山开采区发生的地质灾害又被称为矿井地质灾害或者采矿带地质灾害，绝大多数矿山地质灾害都是由上述三个原因共同造成的。

2.1 矿山坍塌事故

矿山坍塌事故是所有矿山地质灾害中最常见的一种，也是地质灾害发生时，可能会对矿山开采地带工作人员造成伤害最大的一种。矿山坍塌事故的主要表现形式是矿洞内岩石土壤的坍塌，矿山开发过程中，经常会破坏当地的地质结构，进而造成矿山表面岩石脱落、地层陷落等问题[5]。能形成矿脉的山区内部，岩石层和软弱夹层的中间结构存在补位缺失问题，因此这片稳定性较差的区域，就成为了矿山坍塌事故的主要发生场所。而且由于岩石层和软弱夹层在矿山开采区普遍存在，矿山坍塌事故发生的地点就具备十分随机的特性，因此矿山开采区的任意地点都可能面临着矿山坍塌事故的发生。

2.2 泥石流

泥石流通常是因为矿山开采过程中出产的废物大量污染环境而导致的，通常会造成矿山开采区外部沟谷纵横，丘壑连绵。而在这样特殊的地理环境下，一旦发生暴雨、台风等天气，就会直接导致水流冲击泥沙从高处落下，形成特殊的洪流，也就是泥石流。通常只会发生在水土流失较为严重的区域，而且其地下的岩石层与地上的土壤层都受到了侵蚀，因此地表的植被都遭到了不同程度地破坏[6]。一旦该区域的生态环境受到了损害，发生泥石流的可能性就会大大增加。另外，矿山开采区开采出来的土壤、废渣、碎石等物质如果大范围堆积在矿山周边，很可能会在泥石流发生的时候增大泥石流的威力与流速。矿山地区发生的泥石流灾害，不但会对矿山内部的工作人员造成生命威胁，还会影响到矿山周边村镇中人们的正常生活。

2.3 采空区塌陷

矿山开采区塌陷与矿山坍塌不同，通常是指由于矿山开发过程中，地下的矿产资源被透支性开采，以至于地下的岩石洞壁出现了虚空的现象。当这种虚空现象形成一定的规模以后，地面的结构就会经常出现矿山开采区塌陷现象。想要造成这种类型的塌陷，就需要在矿山开采时采取空场法或崩落法来进行开采工作。因此，若是没有在开采矿山矿产时及时填充被挖空的区域，该片区域就会经常发生矿山开采区塌陷事故。一旦矿山开采区塌陷，不但会导致地面的建筑和道路变形损坏，严重时期甚至会造成山体滑移。另外，上文中的矿山坍塌事故也多半是由于矿山开采区塌陷而导致的。能够影响到矿山开采区塌陷的因素可以分为人为因素或自然因素，其中人为因素多半是处于矿山开采技术或工作人员操作不当，而自然因素则多半是因为当地的地质结构易发生地震等。

2.4 崩塌滑坡事故

如果矿山开采区发生了采空区塌陷现象，那么该片区域就很有可能发生崩塌滑坡事故。这种类型的灾害可能发生的地点范围十分广泛，无论是在露天的开采区还是深藏在井下或矿山内部的开采区都有可能会发生，只是具体的表现形式会不同。露天矿物开采区的崩塌滑坡事故主要表现为矿物带边坡滑落，而深藏在井下或矿山内部的开采区发生崩塌滑落事故主要表现形式是地表塌陷和崩塌也就是采空区塌陷。一般情况下，深藏在井下或矿山内部的开采区发生崩塌滑落事故，所能造成的影响比露天开采区的崩塌滑坡事故更大，其造成的经济损失也有很大的差别。

3 矿山地质灾害的治理方案研究

3.1 矿山坍塌事故治理措施研究

在治理矿山坍塌事故的过程中，首先需要对矿山开采区的地质结构进行一个详细的统计，并结合矿山开采的计划和施工进度，分析该地区的地下孔洞分布，找到矿山坍塌的规律，避免矿山坍塌对周边居民的日常生活造成更大的不良影响。关于这一点，不同的矿山开采区有不同地质环境以及其具体的分析方法，导致相应的沉陷程度也有所差异。因此在实际的统计中，每个不同的矿山都需要通过具体的观测来测量矿山的坍塌数据，之后再由负责分析工作的人员对测量结果进行研究，总结出矿山坍塌的规律，以便为该地区的矿山坍塌地质灾害提前做好预防工作。除此之外，还可以通过对矿区坍塌事故发生频率的了解，找到矿山坍塌的根本原因，进而采取有效的措施对其进行预防。

3.2 泥石流事故治理措施研究

想要治理泥石流事故，就需要从矿山周边地区的环境保护入手。无论是大气的环境保护还是水资源或制备的环境保护，都需要严谨的处理。矿山开采区内在很多时候都会有废弃物的堆积，这些矿区开采造成的污染不但会影响水源、土壤，还很可能会导致大气环境的恶化。这样的环境恶化会增大水土流失的几率，从而造成泥石流事故[7]。此时就需要从环境治理的角度出发，将废弃的矿物再利用，通过植树造林等方式解决水土流失，开挖河道，降低河床的高度，防止洪水等事故发生。除此以外，还需要提前做好环境进一步恶化的防治工作，从开源以及节流的双重角度考虑。

3.3 采空区塌陷治理措施研究

对于采空区塌陷的治理问题，相关的矿区工作人员或者环境治理人员最应该做的就是提前防探工作。各矿区的地质结构是不同的，因此采空区内发生塌陷事故的原因也各不相同。想要治理采空区塌陷事故，就必须真正掌握该矿区详细的地质结构，了解各个矿区内构造带断裂的原因，对采空区发生塌陷的原因进行总结和分析，以便能够提前有针对性地预防和填坑[8]。另外，由于地下水的影响，一些已经发生了塌陷的采空区已经被地下水填充，此时还需要注意及时进行疏水处理。而想要解决地下水压的问题，就要及时地采取降压措施，迅速排水，从而达到从源头降低水压的目的，有效地防止采空区内的地质塌陷导致的地下水蔓延污染。