礦山地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害學(xué)科的一個(gè)分支,是由于自然地質(zhì)作用和人為因素導(dǎo)致礦山生態(tài)地質(zhì)環(huán)境惡化,并造成人類生命財(cái)產(chǎn)損失或人類賴以生存的資源、環(huán)境嚴(yán)重破壞的災(zāi)害事件。隨著我國(guó)新一輪的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,礦山資源需求量的增加將加速礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,顯著加大對(duì)環(huán)境的壓力。目前我國(guó)礦山存在種類多,分布廣,影響大,潛在災(zāi)害隱患突出等特點(diǎn),并且存在上升的趨勢(shì),給人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)很大的威脅。因此,加深了解礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要類型,對(duì)合理有效地利用資源和防止礦山地質(zhì)災(zāi)害具有重要意義。
1 礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要類型
礦山地質(zhì)災(zāi)害種類繁多,礦山目前涉及較廣危害較大的地質(zhì)災(zāi)害主要有地表崩塌,井下突水、深井巖爆等。
1.1地表塌陷
地表塌陷主要發(fā)生在地下以井巷開(kāi)采的礦山。礦山開(kāi)采到一定的程度,形成大面積的采空區(qū)。在采空區(qū),若保留的礦柱不足,或因礦柱受損而失去支撐能力,就會(huì)造成地面塌陷。特別是那些礦體埋藏較淺,產(chǎn)狀較平緩的礦區(qū)(如煤礦),地面塌陷的現(xiàn)象更為常見(jiàn)。若采空區(qū)不回填,當(dāng)?shù)V層開(kāi)采的范圍擴(kuò)大到某一時(shí)刻,在地表就會(huì)形成一個(gè)比采空區(qū)大得多的塌陷盆地。此外,在巖溶分布區(qū),還會(huì)因礦山排水疏干而導(dǎo)致溶洞上方地面塌陷。但是,由于采礦過(guò)程是十分復(fù)雜的,并且涉及巖層的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖性、成分等許多因素,因而至今尚未形成公認(rèn)的通用的采礦塌陷機(jī)理。
1.2井下突水
我國(guó)有許多礦山地質(zhì)和水文地質(zhì)條件很復(fù)雜,采礦時(shí)對(duì)地下水必須進(jìn)行疏干排水,甚至要深降強(qiáng)排,由此而出現(xiàn)了一系列的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,給礦山生產(chǎn)帶來(lái)許多災(zāi)害。井下突水是最常見(jiàn)的礦山災(zāi)害,突發(fā)性強(qiáng)、規(guī)模大,后果嚴(yán)重。井下突水主要由含水層引起,在違規(guī)操作或者非正常開(kāi)采條件下,遇到積水巷道或采空區(qū)、溶洞、地下暗河等含水體,容易引起隔離巖層失穩(wěn),從而引起災(zāi)害。尤其是在水體下采礦,應(yīng)經(jīng)過(guò)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(zhì)條件復(fù)雜,存在軟弱破碎帶及斷裂構(gòu)造,造成頂、底板的穩(wěn)定性差。
1.3深井巖爆
在我國(guó),當(dāng)硬巖礦山開(kāi)采深度超過(guò)600m即公認(rèn)為深部開(kāi)采。近年,部分金屬礦山進(jìn)入1000m以下深部開(kāi)采,高應(yīng)力條件下的硬巖層往往會(huì)發(fā)生地下巖爆。巖爆問(wèn)題已是困擾采礦正常生產(chǎn)的主要問(wèn)題之一。巖爆是高地應(yīng)力條件下地下工程開(kāi)挖過(guò)程中,硬脆性圍巖因開(kāi)挖卸荷導(dǎo)致洞壁應(yīng)力分異,儲(chǔ)存于巖體中的彈性應(yīng)變能突然釋放,因而產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲現(xiàn)象的一種動(dòng)力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。它可能造成施工人員傷亡、施工設(shè)備毀壞、施工進(jìn)度延緩,導(dǎo)致施工綜合成本增加,已成為世界性的地下工程難題之一。如紅透山銅礦目前開(kāi)采已進(jìn)入+900~+1100m深度,在1999年發(fā)生的一次中等程度的巖爆,導(dǎo)致近100m長(zhǎng)的斜坡道一次性崩塌報(bào)廢和部分采場(chǎng)停產(chǎn)。
2 礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治
礦山的開(kāi)采、挖掘是直接在巖土圈進(jìn)行的,伴隨著我國(guó)礦山開(kāi)采強(qiáng)度的增大,其所造成的環(huán)境破壞也越來(lái)越嚴(yán)重。下面主要從技術(shù)方面提出地質(zhì)災(zāi)害防治措施。
2.1地表塌陷的防治
金屬礦山采礦引起的地表沉降塌陷主要是由于采空區(qū)塌陷(空?qǐng)霾傻V法礦柱支撐系統(tǒng)崩潰造成采空區(qū)頂板垮冒,崩落采礦法崩落頂板巖石形成覆蓋巖層)造成的。金屬礦山礦體開(kāi)采多屬于非充分開(kāi)采,地質(zhì)條件復(fù)雜多變,地表沉降、塌陷多具有局部性、突然性、隨機(jī)性,規(guī)律性較差。因此,對(duì)采礦引起的地表沉降、塌陷,國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的研究工作都較少。對(duì)于煤礦山采空區(qū)塌陷的治理方法很多,但較常用的方法是充填復(fù)墾法。這種方法是利用礦區(qū)附近的煤矸石、粉煤灰、露天礦剝離物等可供利用的充填材料充填采空塌陷地復(fù)田。這種方法多用于有足夠的充填材料且充填材料無(wú)污染,可經(jīng)濟(jì)有效防護(hù)治理的地區(qū),因其既解決了塌陷地復(fù)墾問(wèn)題,又解決了礦山固體廢棄物的處理問(wèn)題,所以經(jīng)濟(jì)效益最佳。
2.2井下突水的防治
預(yù)防斷裂出水是礦井防治水工作的主要內(nèi)容之一。首先應(yīng)當(dāng)查明工作面斷裂分布情況,為預(yù)防斷裂出水提供依據(jù),對(duì)于斷裂處要加強(qiáng)支護(hù),重點(diǎn)監(jiān)測(cè),防止滯后出水。水壓是造成隔離巖層出水的重要因素,通過(guò)降低水壓來(lái)減少水壓對(duì)于隔離巖層的“頂劈”作用,預(yù)防出水。此外,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)礦井開(kāi)采工作的管理,嚴(yán)禁違規(guī)操作和非正常開(kāi)采。
2.3深井巖爆的防治
近年來(lái),國(guó)外一些經(jīng)常發(fā)生巖爆的采礦大國(guó)在巖爆形成機(jī)理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等方面取得了很大的成就。如波蘭在煤的沖向傾向性實(shí)驗(yàn)研究、沖擊傾向性的井下測(cè)定等都取得了很好的成就。我國(guó)在巖爆方面的研究起步比較晚,但是發(fā)展較快,取得的成就也比較顯著。例如,冬瓜山的微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已調(diào)試成功。國(guó)內(nèi)外在巖爆的現(xiàn)場(chǎng)控制上,利用合理接排采掘順序,壓力預(yù)注水防止巖爆,卸壓爆破,改進(jìn)施工方法以及合理的支護(hù)方式等措施。然而,對(duì)采礦引起的巖爆發(fā)生機(jī)理,或者說(shuō)采礦引起的能景集聚或消散過(guò)程、規(guī)律,人們還遠(yuǎn)未掌握。因此,在巖爆發(fā)生機(jī)理、條件、預(yù)測(cè)和控制等方面仍有許多問(wèn)題,還須在理論和實(shí)踐上對(duì)巖爆做更深入地研究探索。
3 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)是一個(gè)資源大國(guó),隨著國(guó)家建設(shè)對(duì)于礦產(chǎn)資源需求的增長(zhǎng),礦山的數(shù)量也不斷增長(zhǎng),生產(chǎn)規(guī)模也日趨擴(kuò)大。然而由于技術(shù)、管理、效益等原因,使得在礦石開(kāi)發(fā)中,時(shí)有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。礦山地質(zhì)災(zāi)害種類繁多,不同的礦山地質(zhì)災(zāi)害有著不同的形成機(jī)制和誘發(fā)因素,針對(duì)不同的地質(zhì)災(zāi)必需采取不同的防治措施,保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全,做到人與自然的和諧統(tǒng)