矿山开采中地质灾害防治措施

2022-03-12王凤娇张志飞张晓凯付少杰

世界有色金属 2022年23期

杜敏，王凤娇，张志飞，张晓凯，付少杰

（河北省地质环境监测院，河北石家庄 050011）

随着社会的发展，对矿产资源的需求量也在不断增加，这直接推动了我国的矿业发展。企业要充分利用矿产资源，顺应时代发展需要，加强安全生产，提高职工的劳动能力，只有如此，矿山地质灾害的防治作用才能得到最大程度地发挥，从而提高企业在市场上的竞争力。我国矿山多位于地质条件较为复杂的地区，制约着矿产资源的开发，有关部门要落实好矿山地质灾害防治和地质环境保护措施，保证生产的安全性。如此便可有效提升员工的工作效率，保证员工的安全。

1 矿山地质灾害类型

我国目前的矿业活动主要局限于地表和岩石圈内。在矿产资源开发以前，矿山的地质条件一直保持着一个稳定的平衡。而矿山资源开采则是将大量的土石方从地球表面土层和岩石圈层中挖掘出来，在一定程度上会改变当地现有的地质环境，打破原有的平衡。其中，不论钻井开采、掘坑开采、注液开采，还是露天开采，都会使地质环境发生变化，这种失衡会造成地壳结构的不稳定，从而引起地质灾害[1]。矿山地质灾害种类繁多，仅从其发生速度上进行区分，一是突变型地质灾害，如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等，二是采空区地表塌陷、地裂缝等缓发型矿山地质灾害。但是，目前人们对地质灾害的划分，往往是根据其空间、时间、成因等因素进行划分。通过对不同类型的地质灾害进行分类，可以更好地研究其成因，并据此制定相应的防治对策。以下所介绍的地质灾害主要是由矿山开采导致的地质环境发生变化，而造成了地质灾害。

1.1 采矿诱发地震造成地质灾害

由于采矿活动导致岩土圈层结构性失衡，这种失衡的状况表现为诱发地震和断裂错位。短时间内发生强烈的断层错位，极易诱发地震。和自然地震相比，诱发地震的地震源较浅，范围较小，但是危害和破坏力却巨大，诱发性地震的发生，就会导致地表岩土层发生较大改变，对周边的建筑物和地表结构带来一定程度的危害。

1.2 采矿导致地面圈层形变造成地质灾害

在地下采矿中，不按规范建设与开采，导致地下岩土圈层的形变，从而使地表岩土圈层下陷、沉降、开裂等，进而引发具有一定危害性的矿山地质灾害。在采空区，如果矿柱的数目不够或者有一定程度的破坏，那么整个采空区的承载力就会降低，如果没有足够的支撑力，就会发生地表沉降；在矿体埋藏较浅的区块，则容易直接发生坍塌，若采空区不及时回填，就算埋得再深，也会造成地表一定程度的下陷。一旦发生下陷，会对道路、周边建筑环境、耕地资源等产生重大影响。在采矿活动中，若有不合理的采掘情况，就有可能造成矿场的边坡不稳定导致坍塌，尤其是在矿山露天开采的地质环境中，更是如此。其中，地面塌陷、开裂，不但会对土壤、建筑物造成破坏，还会对道路、水库等公共资源和建筑物造成破坏。

1.3 采矿不合理导致斜坡岩土体失稳造成地质灾害

该类型的灾害主要由于采矿不合理导致边坡失稳造成崩塌、滑坡、泥石流等。不按规范开采矿山边坡，往往会造成边坡的岩土滑坡、崩塌等灾害，甚至形成泥石流。造成这种地质灾害的主要原因是采剥失调，边坡角度太陡，从而导致了不稳定的构造。这一类型的矿山地质灾害主要集中在露天或挖坑矿山。这些灾难往往是瞬间的，但其后果却更加严重，如矿山山崩，往往使矿产毁于一旦，造成了大量的人员伤亡，非常危险，这是一种非常典型的灾害[2]。

2 不同类型地质灾害的防治方式

2.1 地表沉陷防治方式

2.1.1 房柱开采法

地下采矿普遍采用房柱开采法，房柱采矿法是由矿柱和矿房互相交错布置的，矿柱可为矩形、条形或圆形，矿柱的宽度为3m～6m，矿房宽度为6m～12m。如果在矿井里进行回采，通常情况下，矿柱是不会被回收的，但是这种开采方式有一定的局限性，因为这种开采方式会导致一部分的岩层矿体流失，企业就会有一定的资源损失，而对于那些围岩和矿石利用率比较低的矿山，采用这种方法是比较合适的。且这种开采法可有效的防止地面沉降的发生。

2.1.2 协同开采法

建立多个相邻工作面，合理地规划相邻工作面之间的间距、位置关系和采掘次序，称之为协同开采法。采用此方法，一工作面开采造成的地面变形可以由另一工作面开采造成的地面变形互相抵消，这样可以减小整体的地表位移，并对地面建筑进行了保护，可以有效的降低地表沉陷的发生。

2.2 山体滑坡防治方式

为避免矿山开采而引发山体滑坡，可采取如下防治方式：

2.2.1 建设减压角

大部分的滑坡都是由于其抗滑性差所致。通常，可以在阻滑段上设置减压角，去除一些土石，再将其压入阻滑段。其主要目的在于使斜坡整体下滑力小于抗滑力，对滑坡的抵抗作用更大。同时，为保证工程的稳定性和安全性，必须结合滑坡脚压，确定具体的开挖量[3]。

2.2.2 利用挡墙

在工程施工中，挡土墙是一种优良的施工方法，其主要原料为石块或水泥、钢筋等。从材质上来说，可以设计成干砌石、浆砌石、钢筋混凝土挡土墙等。一般将其设置在斜坡的边沿，可有效地防止滑坡。在进行设计时，要充分考虑到滑坡本身的推动力，以提高其合理性为前提，充分利用滑坡的阻隔效应。

2.2.3 固定边坡

要提高边坡的稳定性，首先要做的就是加固斜坡的稳定性。在实际治理中，可以先在地表上种植植物，使坡面土壤稳定，防止水土流失。另外，对于有些地段可采用喷浆法，固定边坡上的松散物质。最后，结合周边的地形条件，对斜坡坡度进行合理的减缓，并对斜坡进行开挖，减少自重，提高边坡的抗滑力。

2.2.4 做好监测

对于可能出现山体滑坡的区域需做好监测工作，其中，需对可能出现滑坡的区域及影响区域进行详细地调查，并派专人定期巡查，可因地制宜的使用简单的观测方法进行监测，也可借助于有关的设备和仪器进行监测。

2.2.5 综合性对策

（1）当发生山体滑坡的现象时，要针对具体情况采取相应措施，防止这种现象所造成的危害进一步扩大。

（2）要从影响滑坡的主要原因着手，加大对滑坡的控制。在进行整治的同时，要充分考虑措施的有效性和实用性，尽可能地确保一次治理。

（3）在采用减载方法进行滑坡治理时，如果滑坡下面没有可靠的抗滑区域，仅仅采用减荷措施，就只是减缓了滑坡的下滑速度，并不能达到稳定滑坡的目的。所以，卸荷措施要与排水、支挡等措施有机地结合起来，才能取得较好的效果。

（4）降雨后，降雨直接渗入土壤，使土体容重增大，滑移力也增大。从某种意义上讲，降雨是引起边坡失稳的根本原因，因此，要加强对边坡的排水管理，预防滑坡。

（5）在进行矿山开采等重要建筑施工前，一定要对施工现场进行详细的勘察，检查施工现场有没有出现滑坡征兆，并对施工现场进行规范、科学地选址，尽可能地远离可能出现滑坡的地区[4]。

（6）在进行斜坡开挖和填方施工时，必须事先了解坡体的岩土情况和排水情况。要加强边坡治理和排水工程的设计，不要随意对边坡进行开挖，防止出现滑坡。

2.3 地裂缝防治方式

在采矿过程中，要尽量减小地裂缝发生的可能性，以下两种方式对矿山地裂缝的防治具有一定的指导意义。

2.3.1 充填开采法

对于地下采矿，形成采空区的，根据回采技术要求，采用充填材料回填采空区的开采方法称为充填开采法；充填体在采空区中具有降低采场压力、支护围岩、减少、延缓和阻止围岩变形的功能；既能有效地回收矿柱，又能很好地处理工程垃圾，保护环境，还能防止地裂缝的发生。依据采场结构、回采方向、充填方法、所采用的充填材料等，可将充填开采法可划分为上向分层充填法、下向分层充填法、嗣后充填法、壁式充填法等。上向分层充填法是目前国内外应用最广泛的充填采矿法之一，将矿块划分为矿房、矿柱，先采矿房，后采矿柱。矿房由底向上分层开采，每次开采一层或多层后，及时进行充填，以维持上、下盘的围岩稳定，创造连续开采的工作环境；矿柱部分也要采用充填法或其它适当的方法，并按照适当的回采次序进行开采。而对于矿体中价值极高，但矿岩不稳定的矿床，如果采用上向水平分层充填方法无法确保采矿的安全，则应考虑下向进路充填。它的主要特点是：在各阶段，采用分层人工假顶的保护，由上往下依次进行回采，进路充填。由于施工环节较多，对人造假顶的强度和整体性要求很高，所以制造费用很高。而分层充填法虽然回收率高，贫化率低，但其充填过程复杂，且每一次充填后都要经过一段时间的维护，才能继续进行下一步的开采，从而提高了生产成本，也降低产量。当矿岩稳定性良好时，可采取嗣后充填法，其特点如下：先将矿体分为矿房和矿柱，采用空场法回采矿柱，当整个矿体开采完成后，进行一次胶结充填，形成一种人造矿柱。当胶结物达到一定的维护期后，采用相同的方式，在人工矿柱的保护下再次回采，回采结束后再进行一次非胶结充填。由于充填工作是在矿块的整个阶段内一次完成，又称为阶段充填法。充填开采法保证了采空区围岩的稳定性，可避免矿区闭坑后产生地裂缝。

2.3.2 灌浆法

对某些老矿场，尤其是正在开采中的矿场，对已发育的地裂缝进行治理是非常必要的。在进行治理之前，必须对其几何特征、成因进行研究。在有裂缝或是沉降区域的边沿地带，可以采取注浆处理。

2.4 泥石流防治方式

对矿区易发生泥石流区域进行一定治理，可有效预防矿区因发生泥石流而造成损失。

2.4.1 生态生物防治

随着科学技术的飞速发展，必须适应时代发展的需要，采用先进的技术和方法，以达到防治泥石流灾害的目的。在规划与施工中，一般都是以植被为根本，根据不同的泥石流发育类型及其特定的分布特征，科学、合理地构建和种植各类植被群落[5]。充分利用树木对土壤的固持力，促进其本身的抗滑性，比如，通过水土保持，可以形成一套可以抵御泥石流的生物防御系统。在实际应用中，生物控制泥石流的方法主要是对植物的合理利用，通过对地表植物的改良，可以有效地提高土壤的渗透性和持水性。坚持因地制宜的基本原理，促进各类功能各异的植被得到合理利用，只有这样，才能有效地保护土壤，同时也能控制洪水，逐步实现控制泥石流的基本目标。

2.4.2 工程防治

在治理矿山泥石流的过程中，因其本身的物质来源通常是土、石、渣等，在矿山开采中，由于废弃的固体物质持续积累且堆放不合理，在遇到强降雨时，极有可能会引发泥石流。因此必须综合考虑周围的环境和植被，对矿山开采过程中产生的土、石、渣进行科学、合理的堆放，使其符合矿山管理的规定，避免泥石流等地质灾害的发生。应加强对场地排水的管护，并对其进行有效的管理与控制。在废石场附近，可以修建引水工程，将排污场上游的水流有组织地引至下游，减弱水流所造成的影响，这样可以有效地降低泥石流发生的概率。在实际操作中，可以将废弃的物质堆积在一个平台上或填埋起来，并修建排水设施，使雨水能顺利排出，如果平台上出现了塌陷和裂缝，那么就必须马上进行填充，尽早治理，避免引发更大的灾害。在堆积废弃物的平台上，可在废弃物表层覆土，种植一些树木或撒一些草籽，使自然植被得以逐步恢复，从而对矿场泥石流防治起到一定作用。泥石流拦挡工程也是防治泥石流的一项重要措施。在治理泥石流时，也可以砌筑拦挡工程，能很好地阻挡泥石流中的固体物质，而对泥石流浆不会产生什么阻碍作用。在提出并运用岩土工程控制对策时，主要都是以排导工程为主，根据矿山泥石流特征，一般会采用拦渣坝或冲淤平台等方法。当弃渣场地处于斜坡上时，可以在渣场周围科学、合理地布置挡渣墙和截流沟。

3 提升矿山地质灾害防治水平的措施

3.1 加强安全管理

要强化矿山企业的安全管理，必须先从观念上进行改变，增强员工的安全意识，在工作中，要不断地借鉴国内外先进的技术、方法，并根据具体情况，采取相应的对策，以应付各种可能发生的危险。并且，要注意防治结合，矿区生产必须切实贯彻以预防、控制相结合的保护工作方针，在矿山地质环境保护工作中，要把消除地质环境问题作为首要任务，采取行之有效的措施，防止因矿产资源的开发与利用，给矿区的地质、生态环境带来严重的危害，避免生态失衡的发生，真正地做到防患于未然。同时，在工程建设中，应建立健全的安全管理制度，以保证工人的工作状态，维持工程的正常进行。应利用科学方法，对矿山的地质状况、地质灾害类型等进行分析，并针对问题提出相应的应对措施和防范措施，使矿山的安全得以有效地提高；其次，要加大对矿山科技的投资，积极引进先进的装备，从而推动矿山企业的安全发展；同时，要强化矿山地质灾害防治的相关法律、法规，严格执行国家有关规定，有利于维护矿山生态环境，提高资源利用率，为企业持续安全发展奠定坚实的基础[6]。

3.2 设立防治基金

矿山的地质灾害防治是需要投入一定的资金，否则，其防治工作无法开展。近年来，由于灾情频发，造成的损失越来越大，各级政府十分重视地质灾害的防治工作，每年都要拨款专项资金，对重点地质灾害进行调查、治理。设立地质灾害专项防治资金，可有效地对其进行投资管理。

3.3 预警技术应用

在实际工作中，可以运用多种技术测量方法，提高地质灾害预测资料的可信度，为今后的地质灾害防治工作提供科学依据。同时，还可以建立一个预警信息数据库，对各种类型的数据进行定期汇总、分析、整理，为今后的风险预报工作提供可靠的基础。对于有条件的矿山企业，可以请地质灾害防治部门对有可能发生地质灾害的地段安装相应的灾害预警设备。