基于矿山水工环的地质灾害危险性研究及防治对策分析

2023-11-07李洪建

工程建设与设计 2023年19期

李洪建

（西藏自治区地质环境监测总站，拉萨 850032）

1 引言

水工环即水文地质、工程地质与环境地质，其中，水文地质主要是针对地下水资源分布及对工程建设的影响展开研究；工程地质主要是针对地质条件、地质灾害的综合影响进行分析，以及找到解决不良地质问题的办法；环境地质主要是研究人类活动与地质环境的相互作用。随着工程建设范围的不断扩大，水工环地质灾害频发，影响了正常建设秩序，破坏了区域生态环境，甚至造成严重的生命财产损失。

2 矿山水工环地质灾害

2.1 地下水活动

地下水本身不具有危险性，但地下水活动对工程建设而言并无益处，从某种程度上讲，地下水是影响地质稳定最活跃、最重要的外在因素之一。常见的危害包括软化侵蚀岩体、渗透破坏等。在地下水长期的软化侵蚀下，岩体结构面的摩擦角减小、黏结力降低，从而导致抗剪强度降低，岩体承载力和稳定性下降，继而引发其他地质灾害。地下水位下降过快会引发软土层沉降，尤其是在矿山开采中的不合理降水，更容易引发沉陷事故。在动水压力作用下，会产生侵蚀破坏，土中的易溶盐分被溶解，土层结构和土粒间结合力被迫改变，土粒被水带走，形成洞穴，无论是静水压力还是动水压力，都会促使岩体下滑或崩塌。在寒冷地区，如果渗入裂缝的水结成冰，还会产生膨胀压力，加快岩体破坏。另外，地下水还会产生浮托作用，对坑底产生压力，出现承压水突涌现象，影响矿坑开挖安全。

2.2 地震灾害

在地下矿产资源开采时，原有地质环境遭到改变，部分地区高应力集中，在满足其他条件的情况下，可能会引发地震，而且由于地震灾害释放的能量巨大，会造成山体、地形、气候等其他环境变化，引发山崩、泥石流等次生灾害，从而扩大危害范围，产生持续性的负面影响。随着人类对地震灾害研究的不断深入，地震预测水平越来越高，但目前依然无法保证及时性和精确度，所以，在工程选址、结构设计等方面要做好抗震设计，以降低地震灾害发生后造成的损失[1]。

2.3 山体滑坡、崩塌、泥石流

矿山边坡的稳定性至关重要，一旦出现山体滑坡、崩塌灾害，不但会影响开采作业，而且会威胁工作人员的人身安全。影响边坡稳定的因素包括内在因素和外在因素。（1）典型的内在因素有地形地貌、地层岩性、地质构造、岩体结构、地应力等。一般而言，坡高越大，坡度越陡，边坡越不稳定，当坡度超过60°时，会大大增加崩塌现象发生的概率。页岩、泥灰岩、煤岩等夹层沉积岩边坡会出现顺层滑动问题；不良喷出岩边坡则易形成直立边坡并发生崩塌；黄土具有一定湿陷性，浸水后易崩解湿陷。（2）地下水、人工挖掘、工程爆破、车辆荷载等都是典型的外在因素，尤其是在雨季，当长时间持续降雨后，很容易出现山体滑坡，如果在短时间内降水集中，则可能会引发泥石流灾害。该灾害具有影响大、破坏力强、覆盖面广的特点，还会产生一系列连锁反应。

2.4 地面塌陷、裂缝

地面塌陷、裂缝对矿山工程建设危害极大，同样，地形条件、岩性条件、地质构造、地下水、地应力以及采掘活动等也与工程危害息息相关。如果山体不完整、洞顶及两侧厚度不够，就会因为承载力不够导致地面裂缝、塌陷。在松散、破碎、软弱岩层中开挖，顶板易塌陷，底板及边墙易产生鼓胀挤出变形等事故。如果开挖施工遇到大规模断裂层，很大程度上会产生塌方，甚至冒顶，向斜核部岩层呈现倒拱形，顶部被张裂隙切割的岩块上窄下宽，易于塌落，不同的岩层产状也会产生不同程度的影响。岩溶和土洞也属于不良地质条件，在某些岩溶发育地区，地貌、地质、水文条件比较复杂，容易产生较大范围的塌陷。另外，矿山开采也是导致地面裂缝、塌陷的主要因素，如果开采方案不合理、机械作业不得当、存在滥挖滥采的问题，在长时间的地下开采后，会出现大片的采空区，严重破坏矿山内部结构，破坏岩层整体性，岩石应力发生重大变化，从而导致裂缝、塌陷灾害的出现[2]。

3 矿山水工环地质灾害防治对策

3.1 加强危险性评估

矿山水工环地质灾害预防治理需要首先从风险评估着手，客观、全面地掌握工程建设可能会面临的灾害和危险，通过针对性的设计处理，降低地质灾害发生的风险以及危害性。然而，现阶段的水工环地质灾害危险性评估依然存在许多问题，比如，重视程度不够、勘查技术落后、危险评估不全面、危险划分混乱、缺乏高素质人才、监督管理机制不完善等。这需要加强危险性评估管理，不断提高评估水平，为后续工作开展提供坚实基础。

3.1.1 完善评估体系

建立健全地质勘察管理制度，不断完善矿山水工环地质灾害危险性评估体系，提高地质勘察评估成果水平；构建勘察管理责任制，明确相关人员管理职责，并保证落实效果，加快地质勘察工作规范化、标准化建设；保证仪器设备、技术应用的科学性、合理性、可行性，尽可能减少随意操作造成的错误；加强地质勘察评估专业人才培养，加大教育培训力度，提高从业人员的知识水平和技术能力，为工程地质灾害预防提供合理建议。

3.1.2 加强实地勘察

地质勘察评估最重要的是客观、真实，不深入现场就难以保证数据的准确性和全面性。专业勘察团队要制订好工作计划，根据矿山工程特点，明确勘察范围和内容，兼顾多种影响因素，保证设备和技术应用的规范性。根据勘察数据评估地质灾害危险性，提出矿山开采需要注意的问题，针对性地设计矿产资源开采方案，并随着工作的继续进行不断细化调整。为了保证实地勘察工作效果，必须提高勘察方案编制水平，不能套用其他项目。在面对特殊情况或较大难题时，应该集思广益，采用特定的设备和技术，保证最终成果能够满足评估需求。

3.1.3 采用先进技术

在保证制度、组织、人员素质的前提下，技术设备对地质灾害危险性评估会产生直接影响，所以，要充分重视技术与设备的更新，不断提高勘察评估水平。常用的矿山水工环地质灾害危险性评估方法有层次分析法、统计分析法、模糊评判法等。每种方法都有一定的适用范围，比如，在地质灾害影响因素收集困难时，可以采用统计分析法进行大范围评价。除了合适方法的选用，先进技术的应用也能够起到事半功倍的效果，例如，利用GPS 技术能够接收观测数据信息，也能够相对准确定位，获得精准三维坐标；引入PTK 技术也能够发挥重大作用。

3.2 地下水治理

地下水资源非常宝贵，如何降低地下水对矿山开采的负面影响也十分关键。要做好降排水作业，避免出现不均匀沉降问题。根据水文地质条件和工程特点，选择合适的排水方式。明排水适用于粗粒土层或者渗水量小的黏土层。当土为粉砂和细砂时，地下水渗出会带走细粒，引发流沙现象，导致坑底涌砂、边坡坍塌，无法正常继续施工，这就需要采取井点降水法，根据土的渗透系数、工程特点、设备条件、降低水位深度等综合因素，按规范要求选择轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点等不同井点降水方式，并保证技术应用的科学性、合理性。针对动水压力产生的流沙问题，应根据严重程度，除了采用常规降水措施外，还可以通过加重法、爆炸法、化学加固法，以及抛入大石等特殊手段进行灵活处置。关于侵蚀问题，需要采用堵截地表水流入、阻止地下水流动、设置反滤层、改良土质、降低水流速度和坡度等策略，抑制地下水的流动效果。充分重视承压水对坑底的作用，科学进行坑底突涌验算，如有必要可以用水平封底隔渗或者钻孔减压的方法，维护坑底土层的稳定性，降低地下水产生的干扰，确保矿坑开挖安全[3]。

3.3 地震灾害治理

地震灾害的危险性不言而喻，基于其不可预测性、破坏严重性的特点，首先要尽量避开地震活跃地带，加强地震灾害危险性评估。针对工程建设可能诱发、加剧地震灾害的可能性，以及工程建设本身可能会遭受地震灾害的危险性展开系统的分析，如有必要，需做好防震、抗震设计和施工。同时，加强地震灾害预警，做好应急预案，积极与地震预测部门合作，能够第一时间收到地震来临前的信号，并迅速做出反应。不但如此，矿区也要积极进行地震灾害监测，使用专业仪器或者通过生物预警，获取地震信号。另外，矿山作业部门要充分认识违规作业造成的危害性，科学设计开采方案，避免滥挖滥采，加强周边岩体监测，避免局部高应力集中，尽可能降低因工程建设活动诱发地震灾害发生的概率。

3.4 不稳定边坡治理

（1）做好排水和防渗工作，尤其是雨季的长期防排水，防止大气降水向岩体渗透。通常情况下，可以在滑坡体外围布置截水沟槽，有效截断水流；对于大的滑坡体，应该布置一些排水沟，并且整平坡面，避免坑洼积水。（2）对于已经渗入滑坡体的水，需要构筑地下排水廊道，及时截流，使积水排出滑坡体，还可以采用钻孔排水的方式。（3）降低边坡重力，将陡峭的边坡上部岩体挖除，使边坡变缓，减轻滑体重量，消减下来的土石可以做挡脚，起到反压、稳定边坡的目的。（4）在不稳定岩体下部，使用砌石、混凝土等材料修建支撑墙或挡墙，基础需砌置在滑动面以下，还可以采用锚固措施，运用锚杆、锚固桩等形式，实现抗滑、稳固的作用。（5）混凝土护坡、灌浆、改善滑动带土石力学性能等措施也能起到不错的边坡治理效果。

3.5 地面裂缝、塌陷治理

地下矿区洞顶及两侧山体要足够厚，一般在坚硬完整的岩层中开挖，保证围岩稳定。如果在不良岩层中开挖，则要边开挖边支护，或者超前支护。修筑地下工程时，要尽可能避开褶皱核部，应在背斜核部，岩层呈上拱形，有利于顶部稳定。如果必须要在褶皱岩层段施工，则可以将地下工程设计在褶皱两侧，同时要尽量避开断层带，地下工程的轴线与岩层走向垂直时，围岩稳定性较好。在合理选择工程位置的基础上，采取提高围岩稳定性的措施，其中，支撑和衬砌是矿井开挖常用的临时性稳定措施，而喷锚支护的效果更为明显。对于岩溶和土洞，应根据地质特点，采取不同的处理方法，比如，对塌陷或浅埋溶洞可以通过充填法、挖填夯实法、跨越法、垫层法进行处理；对落水洞及浅埋溶沟可以采用充填法、跨越法进行处理；对深埋溶洞可以通过充填法、注浆法、桩基法进行处理。除了岩溶和土洞的填埋夯实，还要注意岩溶水的封堵、疏导，这样能够减少潜蚀、淘蚀。在矿区内设置地面塌陷监测系统，及时进行围岩支护、开洞回填、河道防渗，一旦发生裂缝，要全面、细致地展开调查检测工作，通过有效的加固处理措施，防止裂缝进一步扩大。如果出现地面塌陷问题，应该准确评估破坏程度，对遭到破坏的相邻建筑物进行加固或拆除，防止局部压力过大造成更大范围的灾害[4]。