矿山地质灾害治理工程勘查设计与施工的困难点探析

2022-03-12吴承禄袁礼洪

世界有色金属 2022年22期

吴承禄，袁礼洪

（1.江西省地质局第六地质大队，江西鹰潭 335000；2.江西省核工业地质调查院，江西南昌 330038）

1 相关概念界定

1.1 矿山地质灾害治理工程的特殊性

矿山地质工程是对地质学和土木工程的交叉研究。矿山地质工程是以建筑材料﹑工程设计和施工现场为基础的特殊工程类型。它不是一个普通的建设项目或普通的工程项目，它是一个独特的项目。矿山地质工程包括：高坝基础﹑高层建筑基础﹑桥梁基础﹑排水工程﹑采矿﹑地下车站﹑地下开发﹑地下车间﹑滑坡和地质灾害管理。除自然灾害评估项目外，上述其他项目的地基﹑边坡和排水构筑物均建在永久性岩石上。用于使用的矿山地质工程和矿山地质工程灾害控制工程不属于稳定的地质体变形，是不稳定的地质体转变为稳定的地质体。矿山地质灾害防治工程的特点在于，它可以用于可能导致灾害的不稳定地质结构的重建和加固。一是工程对象不稳定（或现在可能不稳定），所以，治理系统里或治理后的不稳定形成了大的流动性效果。上述特点印证了地质灾害治理工程具有不同的特点。

1.2 矿山地质灾害治理的技术风险性

1.2.1 风险性概念

与风险相关的概念有很多，可以理解为以下几种可能性：事故﹑危险与失事。风险性是风险存在的概率，由风险比定义[1]。

1.2.2 矿山地质灾害防治的技术风险性

矿山地质灾害防治技术风险是一项技术决策，即地质灾害因不确定性或错误而发生的可能性。

1.2.3 风险源

自然灾害系统的复杂性和不确定性是存在的，会带来类似的风险。

（1）矿山地质灾害自身是一个极为复杂的开放系统。主要表现在环境问题﹑岩土问题﹑水文地质条件﹑高度个性化特点，动力因素多（降雨﹑地震﹑水库水位﹑人为等）﹑动力特性﹑变形断裂机理﹑变形断裂过程非常复杂。由于系统的复杂性因素，导致识别变形和破损变得困难。经过半个多世纪的研究，人们逐渐认识了地质学。危险系统是具有耗散结构特性和自组织的开放系统。自组织机能受到很多因素的影响，但它的方向是未知的，一些小的变化可以导致整个系统的大变化。从意识开始，它就是一个对立统一的体系，灰与白﹑确定与不变﹑渐变与突变﹑不平衡与不协调﹑秩序与混乱﹑复杂是它的特殊属性，它的复杂性决定了地质灾害系统的不确定性。

（2）矿山地质灾害勘查试验成果的不确定性。崩塌和滑坡的唯一确定性地质学模型就是它本身。我们所有的勘查试验都是点对点的概化和推断。不可能全面准确地确定斜坡带的形状﹑软层的接触﹑斜坡的厚度和机器的力学性能[2]。矿山地质灾害体勘查试验机构建立的地质模型是众所周知的例子，但应尽可能对其进行总结和科学修正。即使如此它还是仍然具有许多固有的不确定性。

（3）稳定性计算评价的不确定性。标准计算要求地质资料和物理参数的准确性，尤其是力学参数的准确性。如果这是不确定的，不同的值，特别是当落体上的力难以准确计算时，应该计算为稳定的。计算的准确性并不意味着计算结果的准确性，从严格意义上讲，滑坡和崩塌的结果可以是定性的，也可以是半定量的。

（4）矿山地质灾害治理工程设计的不确定性。基于研究试验和稳定性计算的自然灾害管理工程设计，由于上述设计中不确定性的复杂性，导致了不确定性。设计的不确定性给治理项目的实施和成功带来了各种风险。但是，项目的可靠性和风险与潜在收益和无法避免的风险数量有关。

1.2.4 矿山地质灾害治理风险源分析

①客观风险源。不可避免的风险是风险因素。②解释是主要原因。③主观风险来源。判断和决策的严重错误导致的风险构成可持续性风险。自然灾害的预防和管理存在风险，应限制技术以降低这种风险。主观风险迹象是可以避免的，可以通过多种方式和工作程序来避免。

2 矿山地质灾害治理工程的勘查设计与施工实例

2.1 示例一

2017年9月5日，贵州省望漠县开始下雨，然后出现塌陷。据实地考察，滑坡尽头为5209省道西段，边坡无明显开裂﹑变形迹象。从发现地下灾害隐患至今，河岸裂缝不断出现变形迹象。据实地考察，边坡边沿处多处裂缝。明显的水平（最大5cm）和垂直（最大约30cm）位移；斜坡前部轻微坍塌，建筑物严重损坏（破损，无变形，损坏），无人员伤亡，直接经济损失。根据最新分布曲线和岩土初步分析，本次滑坡是不稳定的[3]。连绵不断的降雨，整个坡面可能坍塌，危及120间房屋523人的生命安全，洪水前方距离5209国道约180m，经济不受影响，实则损失约700万元，风险很大。

当工程探索者充分收集前人的有关其研究信息时，在此基础上，对纳包村纳包组滑坡的地质环境和边界条件进行了调查，调查项目有：与尺寸﹑进行土壤结构﹑水文地质条件﹑稳定性条件等，并进行组分﹑稳定性分析计算和完整评价。分析灾害的可能性和情况，调查危险程度，通过分析和论证物理指标﹑预防和管理的必要性和可行性来开展工作，根据勘查资料，提出工程防治方案建议。本研究基于现有数据的完整集合获取现有数据，并进行场地地形测量﹑（水﹑工程﹑环境）地质测量﹑技术测量﹑地质力学物理地表测量﹑钻孔﹑实验室测试等。一种钻孔是设计用于获得滑坡体地质工程水平的普通钻孔。岩土基础工程的结构﹑厚度和结构，定义边坡（上），查找边坡工程实例（上）；开挖结构直径110mm，无需改动直径﹑设计深度为10m，钻孔工艺属于工程钻孔。

对矿山灾害地质体施工挠动不当有可能造成整体或局部突发性破坏.矿山地质灾害能否进行工程治理是需要先决条件的，这意味着我们还没有进入加速变形和断裂的阶段，就给实施留下了一些时间和安全性。在打滑的情况下的山体滑坡，人们已经束手无策。当结构挠动强度大于其承受能力，施工期间可能会引发突发灾难。

2.2 示例二

2.2.1 工程概况

险要的莲子崖位于长江西泠谷上游的兵蜀宝涧江以南的长江两岸。河中的岩土质量约为260m×104m；第一波过河高70多米，河面涌浪高54m，上下游左右延伸42公里，形成的河流岩体和土体高于河流水面93m﹑河口以下250m宽，小径分叉过河12d面向河流。链子崖危岩体为南北向分布的细长基岩，悬崖峭壁，险石，两旁空无一人，东﹑北两端近百米崖壁，东墙几乎是南北走向，北墙是西北走向，河流几乎平行。它的西部和南部被山脉连接，被裂缝切割。险岩南北长约700m，东西宽30m～180m，南窄北宽，南高北低，面向长江。断裂系统被切割形成断裂段，体积320m×104m。地面上最宽的裂缝5.2m，开发深度达到150m。

由于陡崖底部二叠系马鞍在岩石下的掠夺性开采，形成采高0.7m～7m，面积约12×104老采空区，约80%～90%的矿层采自老采空区，采空区大部分采空。充渣老采空区的直接顶板是厚层，包括二叠纪栖霞层球状石灰石lm厚度，坚硬且完整的屋顶。采空区地压严重，剩余的矿柱被压碎，承渣被压扁，老采空区海拔高度为90m～120m。沿矿系顶板形成危险岩体，粘土中间层的爬行面有摩擦镜面和多相划痕。监测显示，临江危岩破碎部分为250×104250×10，沿长江（北）爬行，1978年和1989年位移超过5400万，沉降30.4mm。新谷地滑坡滑坡时，阻塞了长江的航道，迫使主干向南移动至险基岩底部，险基岩下长江主要水道仅宽80m，塌陷成河，将阻塞河流，阻碍通航，估计经济损失达50%，将近160亿元。修复工作于1995年4月开始，1999年8月所有的工作都完成了。主体工程为某老矿区火灾承重防滑重点工程。共建造了23个承重防滑键，总长1242m，有支撑面，面积为6361m2（占该段危险基岩底部面积的12%），充满硅键体2.08×1m；2003年6月，坝前水位升至135m，基岩老矿区被完全淹没了。至此，工程完成之后危岩体稳定良好。

2.2.2 在受控条件下，施工的震动仍使莲子崖危岩发生强烈弯曲，导致事故发生

因为基岩的高耸﹑裂开的﹑破碎的岩石，导致施工中的振动问题备受关注，因此对施工现场进行了多次研究。

地质分析和数值计算都显示出最高的施工前稳定性因素。因此，施工首先挖掘了临江（Ty）的危险基岩，倒承重阻力滑键，增加支撑岩石稳定性。在底部挖掘一处老矿区破坏了危险的岩石区，开挖速度分为4 m。在破碎部分下，当天监测T的开口速度和断口速度在11月10日增幅为0.2mm/

屋顶压力监测从0.20MPa飙升至2.55MPa～3.39MPa，它超过了上面岩石的重量压力。绝对地表位移监测等级位移浪涌55mm～144mm，下沉20mm～52mm。表面的宏观变化形状严重，表面裂纹0.9m～1.2m宽，水泥盖板剥落。接缝顶部的卡石被压碎，整个90×1亩，这座山发生了重大的变化，可能发生事故。

3 矿山地质灾害治理工程勘查设计和施工中的现存难题

（1）工程勘查的设计方案缺陷。如果工程研究的总体规划和规划体系不健全，自然灾害的建设管理就不能满足要求。目前，一些工程研究业务人员无法正确操作和使用当今已知的分析工具和方法，因为工程研究的结论可能不准确。所以工程知识的错误明显影响工程设计。也可以带动重要工程的施工进度[4]。

矿山地质灾害勘查人员对于动态性的水文地质现象信息应当及时全面收集获取，这得到了全面而灵活的采矿系统的支持。钻孔的静水位为地质勘探综合发展中的重要信息和数据，勘探业务施工人员需要执行有关当前现有钻孔静水压力水平的数据信息，按照现有水力勘测的基本操作进行连续监测操作。作为程序规范，勘探运营商应至少保证以下内容：调查收集数据之间的时间间隔在几分钟内，检测操作间隔的长度可以小于5分钟，水力勘测技术人员需要实时完成钻井勘探结论数据，整合和记录以形成钻孔中静水压力水平的波动模式。对于假设定期检测操作的技术，工作人员必须找到调整钻孔中静水压力水平的基本方法。在岩层中进行矿物开采的重要假设是：目前，我们将准确考察现有区域的水文地质条件和勘探项目。当人员缺乏对当地水文地质因素的科学观察时，需要对岩石勘探和采矿作业进行总体规划，在某些情况下，可能存在偏差。对于地质学家来说，水文地质条件很困难的地区复杂度比较高的基本特征测试和记录仅限于特定级别的水文地质数据。通常很难保证水文地质勘探的结论的准确性。

（2）矿山地质灾害治理的施工技术缺陷。工程建设的技术方法和手段基本与灾害有关，也可以确定地质灾害治理的效果和综合成本投资。现阶段地质灾害综合治理的施工技术和手段尽管显示出创新和改进的趋势，但一些工程项目施工单位负责人未将不同类型地质灾害成因特征总结全面，因此，施工单位人员无法选择最好的灾害预防措施。项目施工人员必须做出明智的决定，由于检测设备未积极推广使用，导致建设周期延长，建设成本超支。对于有自然灾害的地区，该地区的地下水位与地表水位波动是复杂的勘探项目，对于当前现有的地下水和地表水位，工人应监测当前的地下水和地下水状况。地质调查员必须进行准确的调查，根据当前现有的地下水和地表水位数据流量来看，应该能够确保水利勘测信息的高度完整性。在雨季时期，水利测量人员非常担心水位的升高和地表径流等重要信息。这些信息需要准确记录，准确判断和分析影响当地水质的因素。所有现有的数据指标﹑地下水补给和水压都必须完整。确保水压测试仪及时计算地下水测量水平非常重要。测量员必须及时完成现场调查并整合现有的土壤调查数据。

（3）工程勘查设计与施工的规范保障制度缺失。大型矿山地质灾害修复工程的成功离不开关键的先决条件与完善的现有规范体系。但现在从整个设计和开发系统的角度来看，它对技术研究和设计的管理，负责人对完善现有规范保障体系的承诺不充分。在工程探索阶段一些操纵人员工作也很随意。矿山地质灾害缺乏规范体系就会在施工过程中存在明显的盲目性，阻碍自然地质灾害彻底处理工作。

4 矿山地质灾害治理工程勘查设计和施工的完善改进对策

（1）合理完善工程勘查设计方案。保证对土壤危害的充分管理应简化和优化现有的工程研究体系，以确定工程勘探规划师和设计师协助使用特殊的研究设备和设施完成矿山地质灾害调查与检测过程。尤其是在实际工作中，地质学家在场时，在研究和设计中要认真控制工作方法，避免研究设计中出现数据错误。矿山地质灾害调查技术人员的调查需要密切配合，完善现有规划互动合作方式。

矿山地质调查从业者需要专注于自身的整合，同时优化和提高实体业务素养，以正确利用现有的勘探行业技术手段。现阶段地质勘查技术从业人员必须完整准确地确定相容岩层的地质信息数据，避免在广泛的土壤调查期间遗漏大型调查数据。然而，在实践中，地质研究方法的实施是困难的。

由于其复杂性，勘探者必须确保现有水力勘测数据达到全面覆盖标准，在操作和实现时要非常小心。矿山地质调查操作员要结合调查业务的因地制宜的基本流程步骤，落实实施原则，规范操作。矿山地质调查工作的技术方法包括：RTK技术﹑电测技术﹑RS测量技术和CPS技术。

（2）引进自动化与信息化的工程勘查施工技术手段。先进的地质状态检测技术使经营者能够准确评估地质风险。目标是利用现有矿山地质勘探业务资源优化配置，在此前提下研究人员目前正在寻求应用自动化调查和测试设备。矿山地质灾害管理项目建设工程师需善于开发实时动态监控，准确检测环境危害动态变化的细微之处。

探地雷达意味着要根据装置本身了解埋藏深度和矿产地质资源的组成。需要客观地给出元素和表面性质等基本影响因素。勘探技术人员需要执行全面的自动定位测量，需要确认操作过程，形成无线电波的幅值变化特性。技术人员结合不同时间段的振幅值，可以测量出物质的变化，准确记录岩层的地质特征。在这个阶段，CPR岩层矿物是自动的，广泛用于化学勘探作业的电磁波数据的反射波形数据具有精度高的优势。RTK水电勘探项目的实施方式主要体现在以下几种组合：岩层及矿产执行信息化﹑智能化自动化检测设备特性判断，测量人员自动测量参考平台，对测试信息的结果进行综合收集和处理。当前测量员可以适当推进RTK测量仪器系统，它可以被操纵和使用，有效地保证了对现有岩层和矿物的当前监测。参考平台是RTK勘探作业过程中的重要基础，研究人员应使用上述分析工具，并对从数据收集中获得的相关信息进行充分比较，以提供具有目标和最终分析的综合研究。

（3）健全工程勘查设计与施工的规范管理制度。项目建设单位的工程研究与设计与管理工作人员要完善现有规范保障体系。此外，将工程建设的综合实施过程纳入标准化管理标准。开挖施工前，应重点对现有矿山进行全面调查。采矿地质勘查员需要提供完整的科学判断和重要工作的结论，地质调查的内容包括矿山矿物的地层和结构﹑地质风化﹑岩层﹑地下水深度形成﹑岩层﹑含水层基岩特征等。例如，地质灾害的综合检查和探测包括岩层地质调查。运营商现在必须依靠专门的系统的地质勘探的设备﹑工具和手段测量数值。土木工程地质调查项目指标具有鲜明﹑综合的特点。工程研究技术人员必须完成工程地质研究和操作过程，以免遗漏一些重点。