矿山地质灾害治理中水工环地质技术的应用研究

2022-03-12梁玉红傅圣涛

世界有色金属 2022年22期

关键词：水工含水层滑坡

梁玉红，闫云，傅圣涛

（江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院，江苏南京 210007）

近几年，在社会经济和科学技术发展下，我国各项技术也在不断的创新，各个行业的发展也有了良好的保障。地质灾害防治工作开展过程中，通过新技术的应用，也取得了良好的效果，特别是水工环地质技术的应用，提升了矿山地质灾害防治效果[1]。

水工环地质技术在治理矿山地质灾害中发挥了重要的作用，该技术通过利用现代先进的科学技术，对地质构造进行深入的探查，通过物化探，结合勘查的数据，进而科学合理的选择地质灾害的治理措施，有效控制地质灾害问题所带来的不利影响。

1 水工环地质技术概述

水工环地质主要指的就是对研究区内部的水文条件﹑工程地质﹑环境地质及与之相关的地质状况进行全面系统的﹑全方位的勘察﹑调查与分析研究工作。但开展分析﹑调查与勘测工作的时候，要与不同环境﹑层次和状态下的地质实际情况结合，以此来对其进行全方面的系统研究，这样才可以将其存在的规律与变化找出来。水工环地质技术应用于各个领域，同样，在治理与防御地质灾害的时候，水工环技术的优势和作用会体现的更加明显。

在当前时代和社会快速发展下，水工环地质技术也在不断的创新和进步中，广大的专业人员根据实际经验和应用效果做了相应的调整和规范。为了了解和勘测地质结构﹑发育构造﹑断层分布﹑地下水条件等，对其中所取得的各项数据结果进行相应的研究和分析，预防和减少各种地质灾害的发生，水工环地质技术起到了至关重要的作用。随着国家对矿山开采﹑绿色矿山建设要求的不断提高，对矿山地质灾害预防﹑矿山地质环境保护提出了更高要求，而水工环地质技术的应用，在矿山开发建设保护中的作用日趋凸显，其所运用的范围﹑广度和深度变得更具有专业和普遍化[2]。当前，在矿山地质灾害防治中，该技术成为不可缺少和重要的应用技术。

2 基于水工环技术防治的地质灾害种类与技术要点

2.1 种类

我国国土面积极其广大，发生地质灾害的频率较高，而且地质灾害类型也是多样化的，加上地质灾害分布范围较广，因此带来的影响也是巨大的。在我国地质灾害中，矿山地质灾害是比较常见的一种灾害类型，而这种灾害发生的主要原因是矿山开发开采中，存在随意﹑过渡开采等错误开采行为。而且开采中容易受自然和地质等环境问题影响，进而产生一系列自然灾害问题，如崩塌﹑泥石流等，这些灾害会给人们的生命安全带来严重的危害。

一般地质灾害类型分为崩塌﹑滑坡﹑泥石流﹑地面塌陷﹑地面沉降﹑地裂缝等等。当这些地质灾害发生时，会给人们的日常生产﹑生活造成了一定威胁。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视安全生产，将其作为治国理政的重要内容。

因此，为保护人民生命财产安全，避免或减轻地质灾害危险，在地质灾害易发区进行工程建设﹑矿山开采等，因此，一定要对地质灾害勘探重视起来，深入探索和发现地质灾害问题，并判断灾害的等级，预测地质灾害可能造成的影响。而水工环技术在探测地质环境状况，确保地质灾害风险防治质量具有重要作用。

2.2 技术要点

（1）崩塌防治技术要点。在山地区，露天﹑凹陷式开采或地下开采形成的地面塌陷﹑地裂缝均可诱发山体崩塌﹑滑坡灾害。一般情况下，崩塌灾害通常是发生在高度大于30m，且坡度大于55°的斜坡上。针对岩质边坡崩塌方面，岩性对其的控制作用的还是非常明显的。通常后层状或者是块状的坚硬岩石，其所形成的边坡比较陡，当构造节理等存在临空面额时候，就容易发生崩塌。因此矿山开采前，需应用水工环地质技术手段，对开采矿山进行详细的调查或勘探，了解岩体结构特征﹑岩层面倾向倾角，结构面发育情况﹑地下水富水条件等，根据矿山崩塌发生的机理从采矿设计和工艺上采取相应的对策和措施予以预防，充分发挥和利用水工环地质技术，使其贯穿于矿山开采的始终。

（2）滑坡防治技术要点。矿山开采发生的滑坡主要为岩质滑坡，为防止露天采矿边帮滑坡首先要确定合理的边坡角，为使露天采掘剥离作业正常进行，采场边坡岩体应具有一定的稳定性。露天边坡角过陡或大于岩层倾角时，稳定性差，容易发生滑坡灾害，危及人员和设备的安全；边坡角过缓，则会增加剥离量，降低采矿经济效益。因而，通过运用水工环地质技术手段，在区域地质调查﹑矿山地质勘查﹑水文地质勘查等基础上，综合考虑矿体形态﹑埋藏条件﹑露天采场边坡岩石力学性质﹑断层节理﹑地下水位的变化﹑开采震动﹑采场几何形状等，确定合理的露天采矿场的边坡角至关重要。

（3）地裂缝防治技术要点。地裂缝主要由于开采地下水导致，为防治地裂缝的发生，需充分了解地下含水层发育特征﹑分布范围﹑各层富水性及连通性﹑含水层顶底板岩土体结构特征，松散程度及压密程度等，监测地下水工程质量的过程中，相关的技术人员要对监测目标进行明确，同时还要制定好具体的开采流程，保障开采中不节制等问题得到良好控制。同时，针对地裂缝问题，在防治的时候，技术人员要对水资源具体情况进行勘测，然后根据水资源保护政策，利用预警管理方法制定治理的方案，保障裂缝防治的效果。

（4）地面塌陷防治技术要点。对地质资源进行开采的过程中，有关单位要先制定合理的前期规划，开采作业要保障其规范性，避免出现因开采产生的地面塌陷问题。在治理灾害过程中，要先做好前期的预警工作，保障工作的效果[3]。同时还要对常见的灾区进行检测布点，并与区域内地址属性进行结合，对可能会存在的滑坡等问题进行分析。分析之后要制定科学有效的防止措施。通过建立智能预警平台，从软件和硬件方面开始设计。将压力传感器设置硬件设备中，这样可以对地压情况进行实时的感应，提升系统运行稳定性。反馈地质资料的时候，可以采用较大规格的显示屏，这种硬件方案设计，感应预警资料的时候，可以对资料的回传速度进行及时的调整。

3 水工环地质技术在矿山地质灾害治理中的应用

3.1 地面塌陷灾害中的应用

治理地面塌陷灾害的时候，一定要注重水工环地质技术的应用，保障地面塌陷治理工作的针对性和科学性。而且还要将水文地质技术预见性作用给充分分发挥出来。通常情况下，地面塌陷区域一般分布矿山采空区，因此工作人员要先仔细的勘察周围的环境，针对不同区域内地质变化进行深入的分析和监测，并分析和判断该区域地面塌陷问题发生的概率，并将这些分析数据作为依据，对地质结构变化形状以及变化的规律进行总结，提前做好相应的防护措施，保障地面塌陷问题得到良好的控制，实现防御和治理的目标。为保证矿山开采造成的地质灾害，在办理采矿证前需编制《矿山地质环境保护与土地复垦方案》，并要求严格按照《开发利用方案》及《矿山地质环境保护与土地复垦方案》进行矿山开采过程中的地质环境保护，避免因不恰当的开采方式或开采工艺造成地质灾害问题。

3.2 在地裂缝治理中的应用

对地裂缝问题进行治理的过程中，水工环地质技术其自身的价值和作用是无法代替的，而且地裂缝中，区域性地质构造断裂是其比较主要的一个问题，该问题是多方面因素来引起的，要对仔细的探究各种影响因素和问题诱发的机制，这样才可以有效提升裂缝的治理效果。比如，对地下水资源使用加以控制，有效减少地下水资源的消耗，同时针对不同区域的地下水，在开采前要做好合理的规划，避免因开采过渡，给整体的区域稳定造成一定的影响。另外，还要仔细观察区域地下水变化状况，并利用水工环地质勘测技术，如果勘测过程中发现存在异常情况，一定要及时采取措施来治理，降低其所带来的危害和不良影响。

3.3 在矿山崩塌、滑坡以及泥石流治理中的应用

在矿山地质灾害中，其中泥石流﹑矿山崩塌和滑坡等是最主要灾害，且具有较大的危险和危害性，因此，在治理这些灾害中，水工环地质技术的应用则显得非常重要[4]。在实际应用该技术的过程中，通过应用新的技术和方法，结合测绘﹑遥感调查﹑地面调查结合的方式来进行。遥感调查，可以对泥石流和滑坡等灾害发生情况进行查明，地面调查可以对其具体的地面分布特征和规模等进行调查，测绘可以查明威胁承载体的数量和类型以及实际分布情况。

在地面调查过程中，要选择大比例此进行调查，详细调查泥石流和滑坡及崩塌的结构构造和地层岩性等。在无地质剖面露头的情况下，通过地下勘察，使用钻探﹑井探等一些勘探的方式，将露头给揭露出来，并对斜坡结构特征进行查明，包含地下水埋深﹑岩土体类型﹑产状﹑岩性等斜坡孕灾地质条件。将以上水工环地质工作为基础，分析论证泥石流和滑坡及崩塌形成的原因和发展趋势，在这个基础上，制定科学合理的措施和意见，制定抢险避险方案，这也是防御和治理泥石流等地质灾害的关键。

4 水工环地质技术在矿山开采中的案例分析

江苏某建筑用大理石矿，采用凹陷式露天开采，通过对矿区开展地质勘探﹑水工环地质调查等手段，查明了矿山地层岩性﹑地质构造﹑含水层特征等。

其中地层岩性主要以大理岩及片麻岩为主，大理岩岩石坚硬，结构均匀，强度和弹性均较高，平均抗压强度105.25Mpa，平均抗剪强度33.00Mpa，属坚固岩石，稳定性较好；片麻岩类为矿体围岩，岩石坚硬，力学强度较高，但其顶部风化较强烈。新鲜岩石平均抗压强度153.76Mpa，平均抗剪强度37.15Mpa，属坚固～非常坚固岩石，岩体稳定性较好，但强风化及节理发育地段易引发崩塌。

含水层主要为大理岩岩溶裂隙潜水含水层和片麻岩裂隙潜水含水层，其中大理岩岩溶裂隙潜水含水层厚度20.52m～39.74m，水化学类型为HCO3～Ca•Mg型，矿化度0.25g/L～0.33g/L，埋藏浅，富水性较好，是矿床开采的主要充水因素之一。片麻岩裂隙潜水含水层主要赋存于浅部风化裂隙带中，含水性较弱，且富水性不均，水化学类型为HCO3～Ca•Na型或HCO3～Cl•Na型，矿化度0.18g/L～0.23g/L，在矿床开采中，随着境界的扩大，本含水层由间接充水渐变为直接充水。

矿区地层总体为一单斜岩层，走向近于EW向，局部转为SE向，倾向南，局部为NE或SW，倾角一般为30°～80°。除此之外还发育一些小型褶皱，偶见小断裂，褶皱轴方向主要为SE～NW向，三条断裂，其中F1断层走向45°，断层面直立，两盘地层产状较乱，使地层不连续，但对矿体影响不大，其它两条断裂对矿体无影响。

据此，确定矿山开采区境界构成要素为开采设计范围标高+35m～-20m，台阶高度10m，安全平台宽度3m，清扫平台宽度7m，最终边坡角东帮52°，西帮55°。采矿服务年限到期后将在矿区内形成高约55m的5级四面采坑边坡，开采过程中及完成后需根据地层结构﹑岩体破碎程度﹑边坡走向﹑倾角等做好地质灾害信息化动态防护治理工作。