董慶陽
(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì),遼寧 沈陽 110004)
近些年來,隨著科技的不斷發(fā)展,資源開采程度不斷加深,礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率也逐漸增加,人類生命和財(cái)產(chǎn)安全也受到了嚴(yán)重威脅[1]。隨著人們不斷深入對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的研究,對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律也有了越來越清晰的認(rèn)知,由此制定的地質(zhì)災(zāi)害防治措施也更加合理,對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的控制能力提高。但對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害防治而言,如何提高地質(zhì)災(zāi)害防治管理能力,是礦山面臨的一個(gè)迫切的現(xiàn)實(shí)問題。無論是應(yīng)急響應(yīng),還是一般的防治工程,雖然科學(xué)理論很多、分析技術(shù)不斷更新、大數(shù)據(jù)集成能力不斷提升,但往往存在針對(duì)性不強(qiáng)、不準(zhǔn)確的問題,從而制約了礦山地質(zhì)災(zāi)害治理工作的開展[2]。在此條件下,準(zhǔn)確把握造成礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要原因,了解引起該問題的關(guān)鍵因素以及造成該問題的因素屬性,是選用正確地質(zhì)災(zāi)害防治方法的核心所在,基于此得出的符合實(shí)際需求的治理方法,才能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的防災(zāi)減災(zāi)工作提供保障[3]。
基于此,本文提出礦山地質(zhì)災(zāi)害防治多元化治理方法研究,通過對(duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行加固,防護(hù),降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率,以期為礦山災(zāi)害防治工作提供有價(jià)值的參考。
針對(duì)礦山崩塌災(zāi)害,結(jié)合實(shí)際情況采取主動(dòng)防治措施和被動(dòng)防治措施兩種。
在塌災(zāi)害主動(dòng)防治過程中,首先,對(duì)礦山存在的高危坡體進(jìn)行削坡處理。在進(jìn)行削坡處理之前,要確定巖體斜坡的穩(wěn)定性,以此確保施工安全開展。在確定好可承受施工的巖體斜坡后,在穩(wěn)定斜坡上對(duì)危險(xiǎn)斜坡巖體作開挖處理,按照實(shí)際危險(xiǎn)斜坡巖體的傾斜角度,對(duì)開挖位置、角度及深度進(jìn)行設(shè)計(jì),做好這些準(zhǔn)備工作之后,在挖掘處安裝爆破裝置,需要注意的是,爆破物的計(jì)量需要與實(shí)際的削坡體積相匹配,避免由于過度爆破引起意外地質(zhì)災(zāi)害。通過削坡處理,一方面可以有效降低危險(xiǎn)斜坡帶來的安全隱患,另一方面,也可以減小斜坡體的荷載。削坡后,新鮮巖體暴露與礦山表面,在一定程度上也可以提高斜坡坡度上的穩(wěn)定度;在此基礎(chǔ)上,同時(shí)進(jìn)行礦山的危石清除工作。與削坡過程中的爆破操作相結(jié)合,采用機(jī)械對(duì)存在脫離基巖可能性較大的危石、孤石、浮石進(jìn)行清除,為了避免作業(yè)過程中造成不必要的人身安全問題、同時(shí)保護(hù)坡腳的施工設(shè)施,清除工作的開展利用礦山開采間歇、臨時(shí)中斷時(shí)進(jìn)行;以此同時(shí),對(duì)人為的開采活動(dòng)進(jìn)行控制,保護(hù)礦山巖體之間的平衡結(jié)構(gòu)和荷載強(qiáng)度,將負(fù)面影響降低到最低。以上措施主要基礎(chǔ)性活動(dòng)為主,除此之外,還需要通過建筑施工的方式對(duì)礦山崩塌災(zāi)害進(jìn)行防治。
首先,對(duì)應(yīng)力相對(duì)集中的坡腳、邊坡、以及可能出現(xiàn)溜坍、塌落滑坡的高坡坡腳,建立混凝土擋土墻,建立對(duì)邊坡運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生抑制作用的阻力。需要注意到是,擋土墻對(duì)地質(zhì)因條件要求較高,要求其具有良好的應(yīng)力強(qiáng)度,當(dāng)可能出現(xiàn)滑坡的高度、面積較大時(shí),擋土墻也需要更大的橫向空間,這實(shí)際需要適當(dāng)增大開挖量。圖1所示為擋土墻的斷面形式。其次,通過支頂設(shè)施對(duì)巨型倒懸或外懸危巖體進(jìn)行加固,緩解危巖墜落、傾倒趨勢(shì)。一般需要進(jìn)行單獨(dú)支頂?shù)奈r體積以及重量都比較大,因此,支頂結(jié)構(gòu)的體積和重量使其發(fā)揮作用的基礎(chǔ),否則由于其自身穩(wěn)定性的問題,會(huì)加大施工風(fēng)險(xiǎn);危巖除以外懸形式存在,還包括坡面凹腔形成的危巖。對(duì)于這類安全隱患,采用混凝土對(duì)危巖進(jìn)行填筑,結(jié)合凹腔的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行嵌補(bǔ)。需要注意的是,嵌補(bǔ)實(shí)施的基礎(chǔ)是穩(wěn)定的接觸結(jié)構(gòu),其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖1 擋土墻斷面形式
圖2 嵌補(bǔ)結(jié)構(gòu)基本示意圖
當(dāng)坡面存在較多危石時(shí),要通過大量的局部開挖工作為嵌補(bǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。對(duì)于礦山表面堅(jiān)固度較低的位置,通過構(gòu)建漿砌石護(hù)面,由此避免坡面在風(fēng)化和水土流失作用下產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害隱患。但坡面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低,因此,在實(shí)施過程中,要求邊坡角度和單級(jí)高度要在可控范圍內(nèi)。
在被動(dòng)防治措施中,主要是針對(duì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害后的破壞減緩,主要包括以下幾個(gè)方面。首先,在礦山坡腳位置設(shè)置一定寬度和深度的落石槽,用以承接由于防護(hù)疏漏產(chǎn)生的落石,落石槽是設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)是確保落石停留在保護(hù)區(qū)域意外的范圍內(nèi),當(dāng)實(shí)地條件存在限制時(shí),通過增加開挖寬度和深度來實(shí)現(xiàn)落石槽的功能;其次,對(duì)于崩塌的規(guī)模和頻率存在一定的不可預(yù)測(cè)性,因此,在礦山施工和設(shè)備設(shè)施布局時(shí),選擇合理避讓空間,將潛在災(zāi)害所能威脅的范圍以外,做到一勞永逸。
滑坡災(zāi)害的發(fā)生一般伴隨著雨水沖刷作用,同時(shí),礦石淺層地質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)其也有一定的影響,因此,防治措施的選用要結(jié)合地形地貌等具體工程條件,有針對(duì)性的實(shí)施。根據(jù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的成因,對(duì)其防治時(shí),首先減少形成滑坡關(guān)鍵因素,包括挖除小規(guī)模、淺層滑坡,修建導(dǎo)滑設(shè)施,調(diào)整其滑動(dòng)方向;修建截水溝、排水溝,合理排導(dǎo)地表水;修建盲溝、滲溝,合理排導(dǎo)地下水;修建擋水墻、砌石護(hù)坡,降低雨水沖刷帶來的地質(zhì)災(zāi)害隱患。
滑坡災(zāi)害受雨水作用影響較大,建排水設(shè)施要結(jié)合其它措施才能奏效。在防治措施設(shè)施初期,采用成本較低的臨時(shí)排水設(shè)施,并用粘土或水泥漿對(duì)滑體后緣裂縫進(jìn)行填充,用聚乙烯布覆蓋表面,做好防滲處理,防治后期修建永久排水設(shè)施時(shí),以滑坡形狀特點(diǎn)為基礎(chǔ),在滑坡周圍按最大降雨量鋪設(shè)防滲、排水設(shè)施,防止地表水進(jìn)入滑坡區(qū)域。人工邊坡建筑參考值如表1所示。
表1 不同材質(zhì)人工邊坡允許坡度參考值
為從根本上防治礦山滑坡災(zāi)害,建立抗滑工程阻止滑坡的發(fā)育。在礦山滑坡上建立抗滑樁,通過人工挖孔灌注樁,對(duì)深層處于擠壓階段的滑坡進(jìn)行施工。對(duì)于淺部滑坡,采用錨固措施進(jìn)行治理,將斜坡上已經(jīng)被低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)面切割的巖層重新整合,組成為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),并通過巖體與錨桿之間存在的摩擦力阻止巖塊的下滑趨勢(shì);并通過灌漿固化滑坡地帶巖土的性質(zhì)。灌漿材料主要以石灰漿、石灰砂漿、水泥漿、粘土漿等為主,增加滑帶土的強(qiáng)度,降低滑坡發(fā)生的概率。
針對(duì)礦山泥石流防治的措施,以工程措施為主。由于一般情況下,礦山的開采線路和建筑都已固定,自由度很小,因此在礦山遭受泥石流危害時(shí),主要采用下列工程措施進(jìn)行防護(hù)。首先,對(duì)礦山進(jìn)行引流。建立截流壩和引水渠道,引導(dǎo)泥石流上游、支溝進(jìn)入主河,減少主溝形成泥石流的動(dòng)力和水量條件,減小泥石流的規(guī)模,降低泥石流的危害;除此之外,建立合理的水流排導(dǎo)設(shè)施。分別建立急流槽和明洞渡槽,使泥石流通過礦山,而不給礦山造成危害。對(duì)于發(fā)生泥石流災(zāi)害時(shí)的危害減緩,主要通過上攔下排、粗?jǐn)r細(xì)排相結(jié)合的方式進(jìn)行。在泥石流上游適當(dāng)位置,采用鋼筋混凝土修建攔沙壩,抬高壩上游侵蝕基準(zhǔn)面防止溝道繼續(xù)下切,并攔擋部分泥石流物質(zhì),減少形成泥石流的物質(zhì),同時(shí)利用攔擋建筑物及其溢流口的位置,適度調(diào)節(jié)泥石的流向。通過以上方法,對(duì)礦山進(jìn)行主要災(zāi)害防治,在整個(gè)防治系統(tǒng)的總體布局輪廓基礎(chǔ)上,采取具體的方案。不同災(zāi)害防治措施相互配合,組成優(yōu)化的礦山地質(zhì)災(zāi)害防治方法,以提高防治工作的實(shí)效性和經(jīng)濟(jì)性。
為驗(yàn)證所提方法的有效性,進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。以某礦山為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,已知該礦山目前已開采礦井9個(gè),開采深度最深為502m,所在區(qū)域?yàn)榍鹆甑孛玻乇碇脖黄茐膰?yán)重,表層土質(zhì)為碎石土,巖性為花崗巖,混有部分硅化變質(zhì)巖性,巖層走向?yàn)楸毕驏|40°-60°,上陡下緩,上部?jī)A角為20°-30°,下部?jī)A角10°-18°。坡體位于1260-1330m之間,上部寬約145m,厚度10-15m,總體積約56×104m3,部分位置傾角出現(xiàn)大于30°的情況,區(qū)域環(huán)境氣候以干燥為主,偶有10-15mm大規(guī)模降雨。為體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性,分別采用文獻(xiàn)[5]提出的礦山地質(zhì)災(zāi)害防治方法和文獻(xiàn)[6]提出的礦山地質(zhì)環(huán)境治理對(duì)策作為對(duì)比,同時(shí)進(jìn)行該礦山的災(zāi)害治理工作。實(shí)驗(yàn)過程中,三種方法分別以礦山的3處礦井為中心,開展半徑為100m的災(zāi)害防治工作。試驗(yàn)周期為50天,分別統(tǒng)計(jì)不同方法下,礦山是災(zāi)害發(fā)生情況,具體結(jié)果如圖3所示。
圖3 不同方法災(zāi)害防治結(jié)果
由于試驗(yàn)期間未出現(xiàn)降雨天氣,因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果中不包含泥石流災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。通過圖3可知,在三種方法中,本文方法下災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)最少,在實(shí)驗(yàn)開始的前10天,發(fā)生了小幅度的地震情況,因此在前10天的災(zāi)害統(tǒng)計(jì)結(jié)果中,相對(duì)于其他試驗(yàn)階段,出現(xiàn)了較高的災(zāi)害發(fā)生頻率。但本文方法的災(zāi)害總數(shù)始終在15次以內(nèi)。這主要是因?yàn)樗岱椒▽?shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的多元化分析,結(jié)合了礦山地質(zhì)、環(huán)境、開采程度等多方面因素,提高了對(duì)災(zāi)害的防治強(qiáng)度和針對(duì)性,降低災(zāi)害發(fā)生頻率。在此基礎(chǔ)上,分別統(tǒng)計(jì)了三種防治方法下,災(zāi)害發(fā)生方規(guī)模,其結(jié)果表2所示。
表2 不同方法災(zāi)害防治程度
從表1中可以看出,對(duì)比文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]方法,本文方法的防治方法下,災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模明顯減小,根據(jù)圖3統(tǒng)計(jì)的災(zāi)害次數(shù),結(jié)合表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,可以得出結(jié)論,本文方法在有效降低災(zāi)害發(fā)生頻率的同時(shí),還可以在一定程度上縮小災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模,降低損失,對(duì)于礦山地質(zhì)災(zāi)害的具有良好的治理效果。
地質(zhì)災(zāi)害是嚴(yán)重威脅人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的一種自然災(zāi)害,礦山特殊的地理位置,山地多、雨量充沛、降雨分布不均,常年受到臺(tái)風(fēng)的影響導(dǎo)致極端天氣的發(fā)生,加上人類工程活動(dòng)大量增多,直接導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)易發(fā),嚴(yán)重威脅礦山民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。本文提出礦山地質(zhì)災(zāi)害防治多元化治理方法研究,以期降低由于礦山地質(zhì)災(zāi)害帶來的生命和財(cái)產(chǎn)損失。