劉鵬++于新明++金國華

摘 要：礦山資源開發(fā)中的安全形勢相當(dāng)嚴(yán)峻，地表塌陷、山體崩塌、礦山邊坡滑坡、廢石場泥石流、尾礦庫垮塌、采場冒頂、巷道坍塌、礦山地震、巖爆、采空區(qū)大面積地壓、井下突水、深井高溫等災(zāi)害，給社會穩(wěn)定和人民生命財產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重影響。該文以礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查為研究對象，首先分析了礦山地質(zhì)災(zāi)害中存在的問題，包括其誘發(fā)因素，地質(zhì)災(zāi)害特征和治理措施，在此基礎(chǔ)上，探討了3種勘查方法，包括地球信息技術(shù)綜合方法、水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗方法和地球物理勘查方法。

關(guān)鍵詞：礦山 環(huán)境地質(zhì) 災(zāi)害 問題 勘查

中圖分類號：P694 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0081-02

我國是地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)國家之一，地質(zhì)災(zāi)害種類多、分布廣、影響大、造成損失嚴(yán)重。礦山地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害的一個小分支，是人類開采礦山而直接誘發(fā)的人為地質(zhì)災(zāi)害。我國是采礦大國，開采技術(shù)和設(shè)備相對落后，導(dǎo)致礦山開采環(huán)境不斷惡化。近年來，各種礦山地質(zhì)災(zāi)害明顯上升，該文作者結(jié)合在湖南省多年礦山勘查的工作經(jīng)驗，詳細介紹了礦山各種地質(zhì)災(zāi)害的類型、產(chǎn)生、危害和防治對策，并提出相應(yīng)的勘查方法。

1 地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素

采礦時對地下水必須進行疏干排水，甚至要深降強排，由此而出現(xiàn)了一系列的地質(zhì)災(zāi)害問題。首先是礦井突水事故不斷發(fā)生。許多煤礦的上覆和下伏地層為含水豐富的石灰?guī)r，特別是北方石炭二疊紀(jì)煤系地層，不僅煤系內(nèi)部有含水性強的地層，其下伏為巨厚的奧陶紀(jì)灰?guī)r。這些礦床隨著開采的延伸，地下水經(jīng)深降強排，產(chǎn)生了巨大的水頭差，使煤層受到來自下部灰?guī)r地下水高水壓的威脅，在一些構(gòu)造破碎帶和隔水薄層的地段發(fā)生突水事故，嚴(yán)重威脅著礦井和職工生命的安全。其次是由于疏干排水，使許多巖溶充水礦區(qū)引起地面塌陷，嚴(yán)重影響地面建筑、交通運輸以及農(nóng)田耕作與灌溉。各礦區(qū)附近均有地面塌陷現(xiàn)象，水位下降很多，使廠礦、工業(yè)和生活供水原有系統(tǒng)發(fā)生吊泵，形成無法供水的局面。

2 主要地質(zhì)災(zāi)害特征和治理措施

2.1 泥石流

泥石流災(zāi)害具有很強的破壞性，但人們并不是被動地去接受泥石流災(zāi)害，而是通過科學(xué)研究，不斷認識其成災(zāi)機理和成災(zāi)規(guī)律，提高預(yù)測預(yù)報水平，加強防御建設(shè)，與泥石流災(zāi)害進行斗爭。礦山建設(shè)對泥石流形成條件的影響主要有以下幾個方面：

（1）產(chǎn)生并加速松散固體物質(zhì)的積累。露天開采及坑采剝離廢石速度較快，產(chǎn)生大量廢土，是泥石流源地的主要形成原因，另外礦山修筑公路破壞山坡植被，產(chǎn)生大量棄土，礦山選礦排出的廢渣也是泥石流物質(zhì)來源。（2）增大了水體補給量。礦山建設(shè)中植被遭到嚴(yán)重破壞，改變了地面結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)雨水的能力顯著降低，匯流時間縮短，洪峰流量和洪水總量增大，暴發(fā)泥石流的可能性也增大；礦山廢石堵溝成湖，蓄積了大量的水體；有時在掘進坑道的過程中，掘開了地下水的主要通道，形成地下水突涌，使水體補給量增大。（3）礦山建設(shè)改變了地形條件，增強了動力條件。大量的礦山廢石堆放使山坡變陡，地面高差增大，從而加強了侵蝕能力；大量礦山廢石壓縮溝床，增大流深和流速，也就增強了流體的動能和沖刷力，廢石堆放減少了過流斷面，使流體受壓縮，流速增大，側(cè)蝕和下蝕能力加強。

泥石流的治理措施包括工程措施和生物措施，以及生物措施和工程措施相結(jié)合，如金屬礦圍巖一般為較硬的巖石，開采過程中開采堆積物除了上覆土層和風(fēng)化巖石外，均為較大塊的難風(fēng)化的塊狀堆積物，易形成的地質(zhì)災(zāi)害為崩塌、滑坡以及泥石流，另外有些金屬礦床在開采和冶煉過程中對土和地下水造成一定的污染，也需要進行治理；非金屬礦多數(shù)為沉積形成，其開采要挖掘較多的松散沉積生成物，而且開采出來的物質(zhì)也較易風(fēng)化，易形成地面塌陷、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

2.2 塌陷

當(dāng)?shù)叵碌V層被采出之后，采空區(qū)的頂板巖層在自身重力和其上覆巖層的壓力作用下，產(chǎn)生向下的彎曲和移動。當(dāng)頂板巖層內(nèi)部所形成的拉張應(yīng)力超過該層巖層的抗拉強度極限時，直接頂板首先發(fā)生斷裂和破碎并相繼冒落。接著是上覆巖層相繼向下彎曲、移動，進而發(fā)生斷裂和離層。隨著采礦工作面向前推進，受到采動影響的巖層范圍不斷擴大。當(dāng)?shù)V層開采的范圍擴大到某一時刻，在地表就會形成一個比采空區(qū)大得多的塌陷盆地，從而危及地表的各種建筑物和農(nóng)田等。

巖溶塌陷是巖溶充水礦床疏排地下水所引起的。塌陷不僅出現(xiàn)在煤炭礦山而且也出現(xiàn)在有色金屬、黑色金屬、化工及核工業(yè)礦山。從地理方面看，幾乎遍布南方各省，尤以湘、粵、鄂、桂、贛諸省居多。

對礦山采空區(qū)塌陷的治理方案很多，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污染，可經(jīng)濟有效防護治理的地區(qū)，因其既解決了塌陷地復(fù)墾問題，又解決了礦山固體廢棄物的處理問題，所以經(jīng)濟效益最佳。

2.3 滑坡

滑坡活動受多種因素影響，主要發(fā)生在雨季。而軟硬相間巖層，由于差異風(fēng)化，堅硬巖體突出，由結(jié)構(gòu)面切割或重力蠕變，堅硬巖體就會產(chǎn)生崩塌、落石。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育使完整巖石被分割成割裂體，割裂體在誘發(fā)因素下失穩(wěn)而形成崩場，因此構(gòu)造越發(fā)育，巖體越破碎，越易產(chǎn)生崩塌、落石。人為影響主要是開挖坡腳、改變應(yīng)力場，使坡體內(nèi)積存的彈性應(yīng)變能釋放而造成應(yīng)力重新分布，巖體產(chǎn)生卸荷裂隙，它們多張開且平行于邊坡面并使原有裂隙擴展和張開，由其所切割的巖體，可能失穩(wěn)而形成崩塌滑坡。

露天礦邊坡，必須對其進行經(jīng)常性的檢查和維護，用以保證邊坡穩(wěn)定，防止災(zāi)害發(fā)生。建立一支邊坡維護專業(yè)隊伍，加強檢查維修，必要時進行人工放坡，鋪上草皮，植上灌木，砌筑局部擋土墻或者預(yù)埋防滑坡的木樁。要設(shè)置排水網(wǎng)絡(luò)，防止地表雨水流入礦坑沖刷邊坡，潤滑層理深凹露天礦要在坑外周圍設(shè)置防山洪、防泥石流的阻擋或者疏導(dǎo)的設(shè)施。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害的勘查方法

3.1 地球信息技術(shù)綜合方法

GIS，GPS和RS技術(shù)的應(yīng)用，可以從宏觀上掌握地質(zhì)災(zāi)害的分布、發(fā)生、發(fā)展規(guī)律。如GPS可以對災(zāi)害發(fā)生地進行精確定位；RS技術(shù)可以利用礦區(qū)的多時相遙感圖像進行疊加分析，獲取礦區(qū)不同時期的地貌破壞程度、塌陷區(qū)的形態(tài)、面積、礦業(yè)廢棄物的類型及分布狀況、環(huán)境污染狀況及生態(tài)環(huán)境狀況；GIS技術(shù)可以對礦山災(zāi)害信息數(shù)據(jù)進行空間有效分析，方便管理人員迅速掌握災(zāi)情，有效進行防災(zāi)減災(zāi)工作。3S技術(shù)的應(yīng)用彌補了以前常規(guī)的技術(shù)手段（如地形測量等）難以勝任的空白，特別是對危險地帶礦山災(zāi)害的調(diào)查，如礦山積水塌陷區(qū)等。

3.2 水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗方法

水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗類型很多，是礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的重要手段之一，許多調(diào)查成果的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料，均需水文地質(zhì)與巖土力學(xué)試驗而獲得。

在礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作中，水文地質(zhì)試驗主要包括水質(zhì)測試、淋濾試驗、浸泡試驗、含水層吸附試驗、含水層頂板滲透性試驗、采礦引起周圍地層滲透性變化試驗、礦石及固體廢棄物中有毒有害元素測試試驗、土壤污染試驗、溶質(zhì)遷移與富集規(guī)律試驗等；巖土力學(xué)試驗主要包括室外原位力學(xué)試驗和室內(nèi)巖土物理力學(xué)性質(zhì)試驗等。

3.3 地球物理勘查方法

高密度電阻率法是以巖土體導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一類物探方法，該方法一次即可進行多裝置數(shù)據(jù)采集，既可研究深度方向的電性變化，也可研究水平方向的電性變化，通過參數(shù)換算取得更多突出的有效異常的比值參數(shù)，利于潛在災(zāi)害的埋深、范圍等的推斷解釋。它對不太深的采空區(qū)、地下水系、巖石風(fēng)化層等的勘查十分有效。例如，山西平定礬土礦采空區(qū)，通過采用高密度電阻率法進行測量，獲得深部的閉合圈異常，結(jié)合鉆探資料，圈定了該區(qū)采空區(qū)的平面分布范圍。

4 礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防

政府主管部門要加大對礦山環(huán)境與災(zāi)害源的監(jiān)管與治理力度，防止新的隱患發(fā)生。礦山企業(yè)要規(guī)范開采行為，合理開發(fā)礦產(chǎn)資源，處理好短期經(jīng)濟利益和長遠發(fā)展的關(guān)系，將防災(zāi)減災(zāi)工作始于礦山設(shè)計并延續(xù)到閉坑之后。注重礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治研究，將其列入礦業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究，把礦山災(zāi)害、環(huán)保、安全生產(chǎn)統(tǒng)一起來。災(zāi)害研究要充分依靠科技進步，采用高新技術(shù)，研究災(zāi)害的發(fā)生機制，建立災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)報和評估信息系統(tǒng)。

例如，將礦業(yè)開發(fā)產(chǎn)生的地下空區(qū)改建尾礦庫，既能消除因地下空區(qū)給礦山帶來的安全隱患，又能減少尾礦庫建設(shè)、經(jīng)營、災(zāi)害治理等費用，改善礦山生產(chǎn)和生活環(huán)境，把礦山建設(shè)成為環(huán)保型和無公害型的新礦山，它將是我國今后開發(fā)礦業(yè)的發(fā)展方向。確定了采空區(qū)的位置以后，防治礦山采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的方法很多，主要有以下幾種：（1）采礦過程中，及時回填采空區(qū)。（2）對可能造成塌陷的位置提出預(yù)警措施，對現(xiàn)有的建筑和設(shè)置采取必要的預(yù)防措施。（3）礦山設(shè)計應(yīng)避開城市和重要設(shè)施。此外，構(gòu)建信息化礦山，開創(chuàng)安全、高效、可持續(xù)的礦業(yè)發(fā)展新模式，是中國采礦業(yè)未來發(fā)展的必由之路。

5 結(jié)語

采礦引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的原因大都是由于采用不科學(xué)的采礦方法造成的，當(dāng)人們注意到了環(huán)境對人類生存的重要性，懂得如何正確解決資源需求與保護人類生存環(huán)境的矛盾時，科學(xué)的采礦方法將被越來越廣泛地采用，因為現(xiàn)有的技術(shù)手段完全可以避免礦山開采引發(fā)的不良地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。在礦山開采問題上我們必須堅持“誰開發(fā)誰保護，誰閉坑誰復(fù)墾，誰破壞誰治理”的原則，加強對礦山環(huán)境的管理。只有解決好礦山開采與環(huán)境保護之間的矛盾，才能促進中國采礦業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 王羽，馮五一.礦山環(huán)境地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害評價與防治研究[J].金屬礦山，2009（S1）：734-735，739.

[2] 赫利娜.礦山環(huán)境效應(yīng)遙感研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)，2013.