矿山地质灾害类型

矿山地质灾害主要类型及防治对策研究郭维君随着我国新一轮的经济快速发展，矿山资源需求量的增加将加速矿产业的发展，显著加大对环境的压力。我国是个矿业大国，又是最大的发展中国家，矿产资源的年消耗量很大。据统计，目前，我国各类大中型矿山已达9000余座，资源开采规模居世界第3位。矿业的发展为我国的经济发展做出了巨大的贡献。由于矿产资源开采是迄今最大规模改变地球表面景观和破坏地表生态系统的有组织的人类活动，加上市场经济的冲击、粗放式的经营生产、采矿技术与设备落后、安全环保意识的淡化、政策不规范等原因，导致矿山地质灾害隐患日益增多，环境逐步恶化。有关统计显示，我国每年因地质灾害造成的直接损失达300亿元，严重制约着矿山企业的可持续发展。因此，如何规范、合理、有效、安全、环保的开采和利用资源，促进矿山企业和地方经济的可持续发展，成为业内人士日益关注的问题。矿山地质灾害类型矿山地质灾害是指由于自然地质作用和人为地质作用使矿山生态地质环境恶化，并造成人类生命财产损失或人类赖以生存的资源、环境严重破坏的灾害事件。有人认为矿山地质灾害是由于人类开采矿山而直接诱发的人为地质灾害。国土资源部按致灾地质作用的性质和发生处所进行划分，将地质灾害分为12类、48种，矿山地质灾害为地质灾害的一个分支。目前我国矿山存在种类多，分布广，影响大，潜在灾害隐患突出等特点，并且存在上升的趋势，给人民生命财产安全带来很大的威胁。矿山开采引起的主要地质灾害类型包括：冒顶片帮、深部岩爆、采空区垮塌和地表塌陷、井下突水、崩塌滑坡、地下水破坏、矿震等。冒顶片帮冒顶灾害事故最为普遍，包括岩层脱落、块体冒落、不良地层塌落，以及由于采矿和地质结构引起的各种垮塌。特别是矿岩稳定性差的难采矿体及软弱夹层，易发生较大规模的垮落，引起采场和巷道冒顶事故。冒顶片帮常常无明显前兆特征，具突发性，发生频度高，难以防范，是矿山生产安全的主要危害。采空区垮塌和地表塌陷采空区垮塌和地表塌陷主要是由于地下采矿对地表的破坏。凡口铅锌矿因疏干产生地表塌陷1982个，影响范围达675km2，受损农田约66.7km2,建筑物搬迁7km2。采空区塌陷可引起地表积水，对采空区上的建筑物，道路、管线及农田带来影响，严重时可引起山体滑移。深部岩爆岩爆是一种与地应力有关的地质灾害，据悉，矿山进入1000m以下进行深部开采时，由于高地应力，硬岩层往往发生岩爆。岩爆就其破裂机制而言，是一种开挖卸荷条件下岩石自身弹性应变能突然释放所造成的脆性破裂或爆裂；爆裂造成的岩块（片），则可以爆裂松脱、爆裂剥离、爆裂弹射或抛掷等不同方式脱离母体，其脱离方式、初速度和规模大小等与爆破时的破裂机制及释放弹性应变能的多少和波及深度等诸多因素有关。红透山铜矿开采达 1337m,在采深1100m左右，大片采区花岗岩柱及上下盘发生多次大的岩爆，地表响声如雷，井巷工程遭到严重破坏,给生产带来危害。井下突水井下突水主要由含水层引起,在违规操作或者非正常开采条件下,遇到积水巷道或采空区、溶洞、地下暗河等含水体,容易引起隔离岩层失稳,从而引起灾害。尤其是在水体下采矿,应经过专门论证以及采取专门的防治措施。另外,矿坑突水往往水文地质条件复杂,存在软弱破碎带及断裂构造,造成顶、底板的稳定性差。矿坑突水往往具有突发性强、规模大、造成的破坏大、恢复生产难度大等特点。据统计,近30年来,我国煤矿突水,淹没全矿井58次,部分淹井64次,造成经济损失达27亿元。由于突水的威胁,我国煤炭矿床约有150亿t储量不能开发利用。崩塌、滑坡崩塌、滑坡是露天矿山最常见的工程地质灾害。它也是发生频度最高、对露天矿山安全影响最大的灾害。崩塌、滑坡主要分为几个方面：①为采空区山体滑坡，主要是由于超量开采而引起；②为露天采矿场边坡失稳；③为排土场、堆渣场边坡失稳，或者尾矿坝垮塌。崩塌、滑坡的产生与特定的自然环境、工程地质条件等密切相关，对于矿山而言，主要是由于采矿活动的影响。1996年5月31日和6月3日，云南省元阳老金山金矿群采区接连发生两次滑坡，造成近400人死亡，直接经济损失1.4亿元。2009年5月在重庆地质灾害大排查活动中，重庆永川煤矿矸石山被列为地质灾害隐患点，必须限期予以排除，该矸石山高约430m,通过降低矸石山高度，削坡减荷，同时在矸石山周围建立3个大型砖厂，对矸石山予以消耗，最终隐患得以排除。湖南柿竹园多金属矿的尾矿库倒塌,形成矿渣碎石流,使沿途3乡2镇的94个村民小组受灾,冲毁房屋39栋，计17810m2;淹没房屋27栋，计8100m2；冲垮3座桥梁。矿区内49人死亡,矿区直接经济损失达l300万元。地下水位下降无论是露天开采矿山或是地下开采矿山,都需不同程度地疏干排水。疏干排水容易引起地下水位下降,形成大的疏排漏斗,引起地下、地表水系破坏,地表蓄水能力下降,农田干枯,水井干涸。地下水位下降带来的危害将很难恢复,对于岩溶充水矿床,高强度的矿山疏干排水容易引起岩溶塌陷,给附近居民生产生活带来很大的影响。以广西泗顶矿区为例,由于历史上大范围的疏干排水,造成整个矿区塌陷1000多处,20世纪90年代就达600多处,规模大者直径可达30〜50m,深度可达10m;规模较小者直径多在2〜3m,深度多在2〜3m。导致附近房屋建筑等被毁，邻近农田毁坏，水井干涸，最后造成整个泗顶镇不得不整体搬迁。其他地质灾害其他地质灾害主要有矿震、地热、地质环境污染、瓦斯突出、矿山泥石流、水土流失等,同样对矿山地质环境带来比较大的威胁。地热一般出现深度在800m以下。泥石流的形成主要与堆积物的物质组成、足够的水体以及切割强烈的山地地形有关。一般认为泥石流的形成取决于地质因素、水文地貌因素以及气象因素等。地质环境污染是目前矿山普遍的灾害，主要通过物理法、化学法、生物法进行治理。防治对策及措施矿山的开采、挖掘是直接在岩土圈进行的，伴随着我国矿山开采强度的增大，其所造成的环境破坏也越来越严重。目前对地质灾害主要贯彻“以防为主，防治结合，重在预防”的方针。目前主要从非技术方面和技术方面对地质灾害进行防治。在非技术方面主要有加强立法、加强环境保护和污染治理。在矿山开采规划和报批的同时，需提交环境影响报告、地质灾害评估报告、安全评价报告等，严禁超量开采、乱采滥挖，并按上述报告提供的建议措施进行地质灾害防治。目前很多省份实行了矿山环境恢复治理措施的编制以及矿山地质环境恢复保证金制度，为矿山的地质环境恢复提供了资金保障和技术支持，大大减少了矿山地质灾害的发生，下面主要从技术方面提出地质灾害防治措施。地质灾害预测预报上述提到，井下地质灾害主要包括冒顶片帮、深部岩爆、井下突涌水等。井下地质灾害预测预报主要是运用一些探测仪器将矿坑前方和侧壁的地质情况反映出来，为地质灾害的防治提供参考。这些预报方法目前在隧道开挖地质灾害预警预报中运用广泛。TSP方法TSP203超前地质预报系统是由瑞士安伯格测量技术公司专门为地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上物探方面最为先进的地质预报设备。TSP203采用回声测量原理，地震波在指定的震源点（通常在隧道的左边墙或右边墙，约24个炮点布成1条直线）用小药量激发产生。TSP适用范围广、预报距离长、对隧道施工干扰小、预报精度高，既可用于极软岩层，也可用于极硬岩层的地质超前预报。预测距离一般为掌子面前方300~500m,有效预报距离为掌子面前方100~150m。TSP203超前地质预报系统不仅可以预报掌子面前方的断层破碎带、软岩、岩溶陷落柱等不良地质体的性质、位置和规模，预报涌水时大于 lm3／h以上富含水地质体和老窑、老崆等采空区的位置和规模，预报煤系地层的边界和其中的煤层、富水砂岩的成分，还可以预报各种不良地质体发生塌方、突泥、突水等施工地质灾害概率。直流电法直流电法属全空间电法勘探，它以岩石电性差异为基础，在全空间条件下建场。在地下隧道中进行电法测量工作，地下电流通过布置在隧道内的供电电极在隧道周围岩层中建立起全空间稳定电场，该稳定电场特征取决于岩石的电性特征及其赋存状态，测量该电场的变化规律，使用全空间电场处理和解释，就可找到隧道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等规律，从而解释判断围岩的含水、导水地质构造，包括断层、溶洞、陷落柱、岩溶裂隙等。2.1.3其他探测法其他探测法主要有地质素描法、地质雷达法、红外探测法、超前水平钻孔等方法，目前各探测方法各有优缺点，一般选择长短结合的探测方法，先用预报距离长的探测方法进行探测，后用探测距离短的方法进行验证，并提前做好地质灾害防护措施。控制爆破矿山开采往往要借助火药对矿体进行破碎，目前矿山控制爆破方法主要为光面爆破。控制爆破主要包括以下内容：破碎程度，破坏范围，坍塌方向，控制爆破的危害。光面爆破可以减少对围岩扰动，减少爆震裂隙，危石较少，能基本保持围岩的稳定性，避免坍塌、冒顶、掉块等地质灾害现象，同时有利于坑道的有效支护。环境岩土工程治理技术环境岩土工程治理技术主要是运用岩土工程的概念进行环境保护的技术，主要侧重于一些具体的地质灾害的防治措施。目前岩爆主要针对岩爆的发生机理方面进行防治，对岩爆可能发生部位的地应力进行判定，分析岩爆发生的可能性及岩爆的发生等级，在治理方面主要防止应力集中，目前很多矿山企业引入有限元方法分析采场的应力分布，从而对应力集中的部位采取释放措施。对于采空区塌陷目前主要是减少沉降的高度，对地表沉陷区内的建筑物、设施、人员等进行搬迁，减少对人类生命财产安全的威胁。目前主要有充填法：边采边充填、集中充填，压力注浆等。很多矿山利用尾矿对塌陷区进行充填，从而增加尾矿库的容量，效果很好。若在采空塌陷区或者岩溶塌陷区修筑建筑物则需要对塌陷的稳定程度和建筑地基的稳定性进行分析，尽量不要在塌陷未达到稳定的塌陷区内修筑建筑物，若在复垦过程中需要修建房屋等设施，王琪、徐志宏等认为在岩土工程勘察过程中不应对勘察阶段进行简化，原则上应分阶段进行勘查，尤其对于矿山这种比较复杂的场地。对于井下突水灾害，除了上述运用物理探测方法外，主要有注浆封堵、外围帷幕注浆截流等措施，目前预测方法主要有统计学方法、突变论方法和现场试验等。对于崩塌、滑坡，主要有控制超采滥挖现象，对出现的危岩及时清除，做好排水工作，减轻地表水、地下水对滑坡的诱导作用。肖宏跃等运用高密度电阻率法和工程地震法对排石场内部存在的空洞或裂缝及它们的产状、大小、位置进行了探测，并进行相互验证，取得了良好的效果。在矿山地灾评估过程中尤其注意尾矿坝的稳定性问题，在坝体加固前先对坝体进行岩土工程勘察，通过稳定分析、渗流分析，确定坝体的稳定条件，明确加固方法，范围和要求，在进行必要的现场试验后确定加固设计。结语我国矿山种类繁多、分布广、户数多、规模小、富矿少、基础差，由于技术、管理