礦山地質災害主要類型及防治對策研究郭維君隨著我國新一輪的經濟快速發展，礦山資源需求量的增加將加速礦產業的發展，顯著加大對環境的壓力。我國是個礦業大國，又是最大的發展中國家，礦產資源的年消耗量很大。據統計，目前，我國各類大中型礦山已達9000余座，資源開采規模居世界第3位。礦業的發展為我國的經濟發展做出了巨大的貢獻。由于礦產資源開采是迄今最大規模改變地球表面景觀和破壞地表生態系統的有組織的人類活動，加上市場經濟的沖擊、粗放式的經營生產、采礦技術與設備落后、安全環保意識的淡化、政策不規范等原因，導致礦山地質災害隱患日益增多，環境逐步惡化。有關統計顯示，我國每年因地質災害造成的直接損失達300億元，嚴重制約著礦山企業的可持續發展。因此，如何規范、合理、有效、安全、環保的開采和利用資源，促進礦山企業和地方經濟的可持續發展，成為業內人士日益關注的問題。礦山地質災害類型礦山地質災害是指由于自然地質作用和人為地質作用使礦山生態地質環境惡化，并造成人類生命財產損失或人類賴以生存的資源、環境嚴重破壞的災害事件。有人認為礦山地質災害是由于人類開采礦山而直接誘發的人為地質災害。國土資源部按致災地質作用的性質和發生處所進行劃分，將地質災害分為12類、48種，礦山地質災害為地質災害的一個分支。目前我國礦山存在種類多，分布廣，影響大，潛在災害隱患突出等特點，并且存在上升的趨勢，給人民生命財產安全帶來很大的威脅。礦山開采引起的主要地質災害類型包括：冒頂片幫、深部巖爆、采空區垮塌和地表塌陷、井下突水、崩塌滑坡、地下水破壞、礦震等。冒頂片幫冒頂災害事故最為普遍，包括巖層脫落、塊體冒落、不良地層塌落，以及由于采礦和地質結構引起的各種垮塌。特別是礦巖穩定性差的難采礦體及軟弱夾層，易發生較大規模的垮落，引起采場和巷道冒頂事故。冒頂片幫常常無明顯前兆特征，具突發性，發生頻度高，難以防范，是礦山生產安全的主要危害。采空區垮塌和地表塌陷采空區垮塌和地表塌陷主要是由于地下采礦對地表的破壞。凡口鉛鋅礦因疏干產生地表塌陷1982個，影響范圍達675km2，受損農田約66.7km2,建筑物搬遷7km2。采空區塌陷可引起地表積水，對采空區上的建筑物，道路、管線及農田帶來影響，嚴重時可引起山體滑移。深部巖爆巖爆是一種與地應力有關的地質災害，據悉，礦山進入1000m以下進行深部開采時，由于高地應力，硬巖層往往發生巖爆。巖爆就其破裂機制而言，是一種開挖卸荷條件下巖石自身彈性應變能突然釋放所造成的脆性破裂或爆裂；爆裂造成的巖塊（片），則可以爆裂松脫、爆裂剝離、爆裂彈射或拋擲等不同方式脫離母體，其脫離方式、初速度和規模大小等與爆破時的破裂機制及釋放彈性應變能的多少和波及深度等諸多因素有關。紅透山銅礦開采達 1337m,在采深1100m左右，大片采區花崗巖柱及上下盤發生多次大的巖爆，地表響聲如雷，井巷工程遭到嚴重破壞,給生產帶來危害。井下突水井下突水主要由含水層引起,在違規操作或者非正常開采條件下,遇到積水巷道或采空區、溶洞、地下暗河等含水體,容易引起隔離巖層失穩,從而引起災害。尤其是在水體下采礦,應經過專門論證以及采取專門的防治措施。另外,礦坑突水往往水文地質條件復雜,存在軟弱破碎帶及斷裂構造,造成頂、底板的穩定性差。礦坑突水往往具有突發性強、規模大、造成的破壞大、恢復生產難度大等特點。據統計,近30年來,我國煤礦突水,淹沒全礦井58次,部分淹井64次,造成經濟損失達27億元。由于突水的威脅,我國煤炭礦床約有150億t儲量不能開發利用。崩塌、滑坡崩塌、滑坡是露天礦山最常見的工程地質災害。它也是發生頻度最高、對露天礦山安全影響最大的災害。崩塌、滑坡主要分為幾個方面：①為采空區山體滑坡，主要是由于超量開采而引起；②為露天采礦場邊坡失穩；③為排土場、堆渣場邊坡失穩，或者尾礦壩垮塌。崩塌、滑坡的產生與特定的自然環境、工程地質條件等密切相關，對于礦山而言，主要是由于采礦活動的影響。1996年5月31日和6月3日，云南省元陽老金山金礦群采區接連發生兩次滑坡，造成近400人死亡，直接經濟損失1.4億元。2009年5月在重慶地質災害大排查活動中，重慶永川煤礦矸石山被列為地質災害隱患點，必須限期予以排除，該矸石山高約430m,通過降低矸石山高度，削坡減荷，同時在矸石山周圍建立3個大型磚廠，對矸石山予以消耗，最終隱患得以排除。湖南柿竹園多金屬礦的尾礦庫倒塌,形成礦渣碎石流,使沿途3鄉2鎮的94個村民小組受災,沖毀房屋39棟，計17810m2;淹沒房屋27棟，計8100m2；沖垮3座橋梁。礦區內49人死亡,礦區直接經濟損失達l300萬元。地下水位下降無論是露天開采礦山或是地下開采礦山,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、地表水系破壞,地表蓄水能力下降,農田干枯,水井干涸。地下水位下降帶來的危害將很難恢復,對于巖溶充水礦床,高強度的礦山疏干排水容易引起巖溶塌陷,給附近居民生產生活帶來很大的影響。以廣西泗頂礦區為例,由于歷史上大范圍的疏干排水,造成整個礦區塌陷1000多處,20世紀90年代就達600多處,規模大者直徑可達30?50m,深度可達10m;規模較小者直徑多在2?3m,深度多在2?3m。導致附近房屋建筑等被毀，鄰近農田毀壞，水井干涸，最后造成整個泗頂鎮不得不整體搬遷。其他地質災害其他地質災害主要有礦震、地熱、地質環境污染、瓦斯突出、礦山泥石流、水土流失等,同樣對礦山地質環境帶來比較大的威脅。地熱一般出現深度在800m以下。泥石流的形成主要與堆積物的物質組成、足夠的水體以及切割強烈的山地地形有關。一般認為泥石流的形成取決于地質因素、水文地貌因素以及氣象因素等。地質環境污染是目前礦山普遍的災害，主要通過物理法、化學法、生物法進行治理。防治對策及措施礦山的開采、挖掘是直接在巖土圈進行的，伴隨著我國礦山開采強度的增大，其所造成的環境破壞也越來越嚴重。目前對地質災害主要貫徹“以防為主，防治結合，重在預防”的方針。目前主要從非技術方面和技術方面對地質災害進行防治。在非技術方面主要有加強立法、加強環境保護和污染治理。在礦山開采規劃和報批的同時，需提交環境影響報告、地質災害評估報告、安全評價報告等，嚴禁超量開采、亂采濫挖，并按上述報告提供的建議措施進行地質災害防治。目前很多省份實行了礦山環境恢復治理措施的編制以及礦山地質環境恢復保證金制度，為礦山的地質環境恢復提供了資金保障和技術支持，大大減少了礦山地質災害的發生，下面主要從技術方面提出地質災害防治措施。地質災害預測預報上述提到，井下地質災害主要包括冒頂片幫、深部巖爆、井下突涌水等。井下地質災害預測預報主要是運用一些探測儀器將礦坑前方和側壁的地質情況反映出來，為地質災害的防治提供參考。這些預報方法目前在隧道開挖地質災害預警預報中運用廣泛。TSP方法TSP203超前地質預報系統是由瑞士安伯格測量技術公司專門為地下工程超前地質預報研制開發的目前世界上物探方面最為先進的地質預報設備。TSP203采用回聲測量原理，地震波在指定的震源點（通常在隧道的左邊墻或右邊墻，約24個炮點布成1條直線）用小藥量激發產生。TSP適用范圍廣、預報距離長、對隧道施工干擾小、預報精度高，既可用于極軟巖層，也可用于極硬巖層的地質超前預報。預測距離一般為掌子面前方300~500m,有效預報距離為掌子面前方100~150m。TSP203超前地質預報系統不僅可以預報掌子面前方的斷層破碎帶、軟巖、巖溶陷落柱等不良地質體的性質、位置和規模，預報涌水時大于 lm3／h以上富含水地質體和老窯、老崆等采空區的位置和規模，預報煤系地層的邊界和其中的煤層、富水砂巖的成分，還可以預報各種不良地質體發生塌方、突泥、突水等施工地質災害概率。直流電法直流電法屬全空間電法勘探，它以巖石電性差異為基礎，在全空間條件下建場。在地下隧道中進行電法測量工作，地下電流通過布置在隧道內的供電電極在隧道周圍巖層中建立起全空間穩定電場，該穩定電場特征取決于巖石的電性特征及其賦存狀態，測量該電場的變化規律，使用全空間電場處理和解釋，就可找到隧道周圍巖石中引起電場變化的水文、地質構造等規律，從而解釋判斷圍巖的含水、導水地質構造，包括斷層、溶洞、陷落柱、巖溶裂隙等。2.1.3其他探測法其他探測法主要有地質素描法、地質雷達法、紅外探測法、超前水平鉆孔等方法，目前各探測方法各有優缺點，一般選擇長短結合的探測方法，先用預報距離長的探測方法進行探測，后用探測距離短的方法進行驗證，并提前做好地質災害防護措施。控制爆破礦山開采往往要借助火藥對礦體進行破碎，目前礦山控制爆破方法主要為光面爆破。控制爆破主要包括以下內容：破碎程度，破壞范圍，坍塌方向，控制爆破的危害。光面爆破可以減少對圍巖擾動，減少爆震裂隙，危石較少，能基本保持圍巖的穩定性，避免坍塌、冒頂、掉塊等地質災害現象，同時有利于坑道的有效支護。環境巖土工程治理技術環境巖土工程治理技術主要是運用巖土工程的概念進行環境保護的技術，主要側重于一些具體的地質災害的防治措施。目前巖爆主要針對巖爆的發生機理方面進行防治，對巖爆可能發生部位的地應力進行判定，分析巖爆發生的可能性及巖爆的發生等級，在治理方面主要防止應力集中，目前很多礦山企業引入有限元方法分析采場的應力分布，從而對應力集中的部位采取釋放措施。對于采空區塌陷目前主要是減少沉降的高度，對地表沉陷區內的建筑物、設施、人員等進行搬遷，減少對人類生命財產安全的威脅。目前主要有充填法：邊采邊充填、集中充填，壓力注漿等。很多礦山利用尾礦對塌陷區進行充填，從而增加尾礦庫的容量，效果很好。若在采空塌陷區或者巖溶塌陷區修筑建筑物則需要對塌陷的穩定程度和建筑地基的穩定性進行分析，盡量不要在塌陷未達到穩定的塌陷區內修筑建筑物，若在復墾過程中需要修建房屋等設施，王琪、徐志宏等認為在巖土工程勘察過程中不應對勘察階段進行簡化，原則上應分階段進行勘查，尤其對于礦山這種比較復雜的場地。對于井下突水災害，除了上述運用物理探測方法外，主要有注漿封堵、外圍帷幕注漿截流等措施，目前預測方法主要有統計學方法、突變論方法和現場試驗等。對于崩塌、滑坡，主要有控制超采濫挖現象，對出現的危巖及時清除，做好排水工作，減輕地表水、地下水對滑坡的誘導作用。肖宏躍等運用高密度電阻率法和工程地震法對排石場內部存在的空洞或裂縫及它們的產狀、大小、位置進行了探測，并進行相互驗證，取得了良好的效果。在礦山地災評估過程中尤其注意尾礦壩的穩定性問題，在壩體加固前先對壩體進行巖土工程勘察，通過穩定分析、滲流分析，確定壩體的穩定條件，明確加固方法，范圍和要求，在進行必要的現場試驗后確定加固設計。結語我國礦山種類繁多、分布廣、戶數多、規模小、富礦少、基礎差，由于技術、管理