浅析矿山地质灾害类型的危险性与地质灾害勘查技术

吴 霜

（四川省华地建设工程有限责任公司，四川 成都 610000）

地质灾害危险性和灾区易损性是决定地质灾害灾情的两个基本条件。其中，地质灾害风险主要是地质灾害自然属性特征的反映。其核心要素是地质灾害的活跃度。从定性分析来看，地质灾害活动程度越高，风险越大，灾害损失越严重。按照量化评价的要求，地质灾害风险需要通过具体指标来体现。地质灾害分为历史灾害和潜在灾害。历史灾害风险是指已经发生的地质灾害的活动程度，潜在灾害风险是指具备成灾条件但尚未发生的地质灾害的可能活动程度。两者的危险迹象是不同的[1]。

1 矿山地质灾害的类型与危险性

1.1 岩土体变形引起的地质灾害

（1）诱发性地震：矿山开采最容易引起岩土圈层结构的改变，从而引发地震，或者导致断层的错位。突然发生的断层严重错位是引发地震的主要原因。人类开采活动引起的矿山地质改变，继而诱发的地震通常为浅源性地震，尽管地震深度浅，但破坏力量却极其强大，甚至还会改变矿井下与地表的岩土圈层，最终破坏地表结构以及地上建筑物。

（2）断层的错位：主流观点认为，断层错位是一种因地表圈层结构被改变而引起的灾害表现形式，与地震相比，断层错位并不具备突发性的特点，而是缓慢、逐渐发生的，随着采矿活动的进行，不断积攒破坏圈层结构的力量，隐匿性较强，勘查难度较大。当开采活动发展到某个程度时，比如，矿脉采空后，长期积累的大量能量便会在瞬间释放，便会对地质结构造成严重破坏。

（3）采空区塌陷：矿山开采过程中，如果矿区已经被采空，却没有设置安全支撑矿柱，或者地表压力过大，矿柱不足以承受，便会引起地面塌陷。如果矿产资源处于较深的地层，而开采施工中没有进行安全回填，也没有做安全防护措施，则很可能导致周边结构出现大面积塌陷。塌陷的地面会严重破坏建筑物、道路、基础设施、耕地、森林等，造成不可估量的人员伤亡与经济损失[2]。

（4）斜坡岩土体运动：矿山开采对地表与山体造成的破坏，还会衍生出其他灾害，比如崩塌与滑坡。露天开采环境下，如果不是过度开采，通常不会破坏地表与山体结构，但如果无节制的开采，则会使矿山边坡的岩土结构遭受极大破坏，从而出现严重滑坡、山崩、泥石流等灾害。

1.2 矿体内部原因引发的地质灾害

矿体内部灾害的发生，通常都发生在采矿施工正在进行时，在结构体受到破坏以及各种偶发因素的共同作用下，最终引起相关的地质灾害。矿体引起的地质灾害是由地质环境的变化引起的。一些突发性和偶然性因素也会造成许多突如其来的后果。如果开采深度过深，将导致严重的内部原因引发的地质灾害。我国许多矿山开采深度超过800m，矿产资源中硫化物的自然情况会使地温急剧上升，使采矿工程无法顺利进行。比如：矿坑岩爆：深部岩爆主要发生在1000m以下的开采深度，受到岩石应力的作用，矿坑周围与顶底板围岩会因为采空而形成自由面，继而产生岩石地应力，并在一瞬间释放，大量岩石破碎成块，向矿坑内喷爆，造成极大的人员伤亡。

1.3 地下水引起的地质灾害

随着开采深度的增加，地下水的自由浅水层或者层压含水层的稳定性均会受到影响，继而改变地下水稳与矿山的地质环境，还可能造成灾害性的后果。

（1）矿井突水和涌水：这也是最常发生的一种矿山灾害，由于地下水位在短时间内发生变化，继而引起矿坑进水。此外，采矿施工中，因违规开采、没有科学估计矿坑用水量的排空速度、凿穿隔水断层、突然遇到蓄水溶洞与暗河等因素，也会引起井下突水，矿坑内涌入大量地下水，造成人员伤亡。

（2）坑内涌沙：矿坑突水涌水发生后，还会衍生出涌沙现象，采矿过程中经常会遇到含泥量较多的溶洞或者蓄水层，一旦施工不规范而突破了隔水层，且没有提前次爱去防沙与防水措施，地下水便会裹挟着大量泥沙和碎屑涌入坑内、井内，引起涌浆灾害，大量泥浆堵塞矿坑，人员与设备也会被掩埋，后果十分惨烈。

（3）地下水漏失：露天与地下采矿都需要排水措施，但地下水系统很可能对矿井排水造成破坏。地下水位下降，矿区疏干区域就会形成一个面积较大的漏水区，地下水位便会出现更低的水位界限，如果短期内水平线不能补给到安全水位的界限，地下水便会枯竭，无法满足周围居民的生活用水、灌溉用水需求，严重情况下溶洞还可能塌陷。

1.4 环境污染引起的地质灾害

矿山开采产生的废渣、废气、废水，都会给自然环境造成污染，这也是采矿工程衍生出的一种灾害类型。如果没有合理、妥善的处理采矿废弃物，而是随意堆放和排放，必然会引起地下水断流、土地沙化、水土流失、土地盐渍化等环境问题，严重危害人类社会的可持续发展。

（1）矿库崩塌：矿区分布着各种大小不一的矿库，矿库中往往有大量矿产残渣、废弃物、废水等。采矿施工结束后，如果没有及时处理矿库，随着残渣的大量堆积，在矿库无法承受压力的情况下，便可能引起矿体崩塌，涌出大量废渣、废水、废物，给周围居民的生活带来灾难性的破坏。

（2）水土污染：采矿施工会产生大量含有重金属元素、有毒有害物质的废水和污水，很多矿业废水并没有经过科学处理便会直接排入土壤或者水渠，废水中的重金属元素无法在土壤、水体中分解，随着长时间的积累，必然会严重污染矿区的地下水源、地表水以及农田。

（3）土地退化：水土流失、土地沙化等问题主要是露天采矿、掘井采矿引起的。地表植被与土坡、土体都会随着采矿施工而遭到破坏，尾矿扩展会造成严重的水土流失和土地退化，产生的大量废水还会引起土地的盐碱化。

2 矿山地质灾害的勘查技术

2.1 GPS监测技术

GPS是随着科学、信息技术的发展应运而生的一种监测技术，在矿山地质灾害的勘查与防治工作中应用广泛，并且显著提升了监测效率与监测结果的准确性。GPS技术能够把不同的航卫片释义结果转化为不同的比例尺，动态、直观、准确的呈现监测数据，为技术人员分析矿山环境、发现地质灾害风险因素提供依据，并保证了分析与判断的客观性。矿山地质灾害的勘查往往在野外开展，GPS监测系统具有定位功能，技术人员可以准确的对目标矿区环境数据进行采集，构建三维坐标，并通过GPS系统所拥有的分析功能对获得的数据、信息进行叠加处理，然后动态模拟出矿区的地质灾害发生过程，让灾害勘查更加具体和直观、科学和高效[4]。

2.2 遥感技术

大多数矿山地质灾害的发生均与表层土质成分的变化有关，比如表层土质成分未达到恢复届点，从而引发各种地质灾害。利用遥感技术，能够全面分析矿区内的矿体样本，详细了解矿区的地质特点、资源分布，避免盲目开采引起的地质灾害，保证采矿施工更加规范、科学和高效。还可以利用遥感技术来选择监测方法，比如高密度电阻率法，这是一种以岩土体导电性差异为基础的物探方法，只需要布极一次就能够装置足够多的采集数据，可以从水平方向、深度方向研究电性变化，通过换算参数获得有效的比值参数，用于推测和解释地质灾害的埋深与范围。高密度电阻率法在较浅的采空区、岩石风化层、地下水系中的勘查效果尤其突出，比如山西平定的矾土矿采空区，利用该方法能够获得深部的闭合圈异常情况，同时结合钻探资料可确定该矿区的平面分布范围。此外，高密度电阻率法还可以监测暴雨、狂风等恶劣天气，为采矿施工提供安全保障；还可以监测矿区以及周边环境的污染情况，为环境治理提供参考依据，从而有效防范地质灾害的发生。

2.3 水文地质试验法

这是勘查、分析地质灾害的一种重要方法，在试验中可获得极有价值的地质资料，保证技术人员的调查工作有据可依。采用水文地质试验法测试矿区的水质，同时结合浸泡实验、淋滤试验、固体废弃物以及矿石的毒性测试试验，矿产富集规律与熔岩迁移试验等，能够让技术人员更加全面、深入的了解矿区的地质环境，参考试验结果制定矿山开采方案，避免过度开采引发的地质灾害，同时还能避开风险性高的地质结构，为采矿工人的人身安全提供保障。

3 矿山地质灾害的治理方法

3.1 崩塌灾害的治理

（1）主动治理：处理矿区的高危坡体，主要采用削坡的处理方式，削坡前先确定岩体斜坡是否稳定，在其稳定性足以承受施工强度的情况下，才可以开挖危险斜坡。科学设计危险斜坡的开挖位置、角度与深度，做好准备工作后，将爆破装置设置在开挖位置，根据削坡体积确定炸药的使用量，避免过度引爆造成的地质灾害。削坡后，可一定程度的消除危险斜坡的安全隐患，还能够减轻斜坡荷载。矿山表面因削坡处理而露出新鲜的岩体，增加了斜坡坡度的稳定性，更便于施工人员清理危石。削坡与爆破的相互结合处理危险斜体后，再使用机械清理较大的浮石、危石与孤石，充分保障了施工人员的安全，并且保护了坡脚施工设备不受破坏。在采矿间隙开展清理工作，不会影响采矿效率[5]。在此基础上，还要一定程度的控制采矿活动，维持矿体结构之间的平衡与荷载强度，最大程度的降低危险斜坡的影响。这些都是基础性的活动，此外，还要采用施工技术来治理矿山崩塌灾害。首先在可能出现塌落滑坡、溜坍的高坡坡脚以及应力相对集中的边坡与坡脚建立混凝土挡土墙，形成阻力，有效抑制边坡运动的产生。挡土墙对地质条件的要求较高，因此必须要达到一定的应力强度，如果滑坡高度较高、面积较大，挡土墙所需的横向空间也就越大，因此开挖量也要随之增加。其次，对于巨型倒悬、外悬的危岩体，应该使用支顶设施对其加固，有效防止危岩坠落与倾倒。通常情况下，需要单独支撑的危岩，都具有体积大、重量大的特点，所以支顶结构的体积和重量也应该满足支撑危岩的需要，否则便无法起到稳固危岩的作用，还会增加施工风险。危岩不仅以外悬的方式存在，坡面凹腔内也会存在危岩，给采矿施工埋下安全隐患。可使用混凝土填筑危岩，并对凹腔采取嵌补措施。如果坡面危石较多，则需要大量的局部开挖施工，为嵌补结构提供应用基础。如果矿山表面的坚固程度较差，可以建设浆砌的石护面，避免风化、水土流失等因素影响坡面，引起地质灾害。由于坡面结构的稳定性较差，因此施工时要严格控制边坡角度与单级高度。

（2）被动治理：在矿山坡脚处开通落石槽，落石槽的宽度和深度要能够满足收集落石的要求，保证落石能够被拦截在保护区之外。崩塌灾害的规模与规律往往不可预测，所以应该把施工设备、设施安排在不被崩塌灾害影响的区域内。

3.2 滑坡灾害的治理

雨水的持续冲刷是引起滑坡灾害的直接原因，此外，矿山浅层的地质结构也与滑坡的发生有一定关系。鉴于此，滑坡灾害的治理，需要结合矿区的地形地貌，因地制宜的制定治理措施。详细分析滑坡的形成原因，挖出浅层、小规模的滑坡，修筑导滑设施，并调整导滑设施的滑动方向。挖掘排水沟与截水沟，排导地表水；挖掘渗沟与盲沟，排导地下水；修筑砌石护坡与挡水墙，消除因降雨而埋下的滑坡灾害隐患。雨水对滑坡灾害的影响最为明显，在修建排水设施的同时还要采用其他治理技术，比如，建设低成本的临时排水设施，使用粘土、水泥浆填充滑体后缘的裂缝，在滑体表面覆盖聚乙烯布，避免雨水渗透。后期根据滑坡形状修建永久性的排水设施，按照最大雨量在滑坡周围布置设施，避免滑坡区域内深入地表水。边坡施工参数如表1所示。

表1 不同材质人工边坡的允许坡度参数值

为了从根本上治理滑坡灾害，可以建设抗滑工程，控制滑坡继续发育，比如修建抗滑桩。对于浅部滑坡，可以采用锚固措施处理，重新整合斜坡上被低强度结构面切割的岩层，继而形成稳定的岩体结构，利用岩体与锚杆之间的摩擦力抑制岩块下滑，通过灌浆措施使滑坡区域的岩土固化，常用的灌浆材料有石灰砂浆、粘土浆、石灰浆、水泥浆等，增强滑带土强度，有效预防滑坡的发生[6]。

3.3 泥石流灾害的治理

采矿路线以及矿区的建筑基本固定不变，在发生泥石流灾害时，可采用修建工程的方式进行治理。首先是修建截流坝、引水渠道，把泥石流上游和支沟引流到主河，消除主沟形成泥石流的条件。其次是修建水流排导设施，比如开挖急流槽与明洞渡槽，让泥石流直接穿过矿山。采用上拦下排、粗拦细排相互结合的措施治理泥石流，在上游修建钢筋混凝土拦砂坝，抬高拦砂坝上游的侵蚀基准面，避免沟道下切，阻挡一部分泥石流。利用拦挡泥石流的设施调整泥石流的方向。

4 结语

综上所述，尽管我国的矿产资源丰富，但矿产分布并不集中。受到资金、设备、安全意识等各种因素的制约，矿山开采施工中经常会出现不同类型、不同危害程度的地质灾害，给人们的人身财产安全造成重大损害。正是因为矿山地质灾害造成的破坏力极大，才更要深入了解地质灾害的类型、形成原因，引入先进的勘查技术收集矿区数据，发现潜在的灾害风险，针对不同的地质灾害采取针对性的防治措施，降低灾害发生率，以促进我国采矿事业的持续发展。