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        研究礦山地質(zhì)施工中水文地質(zhì)災(zāi)害的防治

        2021-11-02 08:34:14曹江賓
        中國(guó)金屬通報(bào) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:水文地質(zhì)瓦斯滑坡

        曹江賓

        (中國(guó)有色集團(tuán)撫順紅透山礦業(yè)有限公司,遼寧 撫順 113321)

        當(dāng)前社會(huì)處于資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)以及生態(tài)問(wèn)題解決相矛盾的時(shí)期,礦產(chǎn)資源作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力,在大力開發(fā)礦產(chǎn)資源尤其是煤炭資源的同時(shí),導(dǎo)致礦山所在區(qū)域的生態(tài)被破壞,環(huán)境被污染,嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ia(chǎn)和生活。因此,在發(fā)展經(jīng)濟(jì)大力開采礦產(chǎn)資源的同時(shí)需注重對(duì)環(huán)境的保護(hù)和生態(tài)平衡問(wèn)題的解決。

        1 地質(zhì)災(zāi)害特性分析

        1.1 群發(fā)性

        群發(fā)性是以往發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的明顯特點(diǎn)。由于地下開采會(huì)對(duì)原來(lái)的地質(zhì)構(gòu)造造成較大的破壞,特別是開采深度越深,使得原來(lái)穩(wěn)定的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生移位,對(duì)周圍巖石的穩(wěn)定性破壞越大,而且隨著開采工作面的不斷向前推進(jìn),會(huì)擴(kuò)大地質(zhì)構(gòu)造的破壞范圍,最終導(dǎo)致連續(xù)大范圍地質(zhì)構(gòu)造破壞,這就是群發(fā)性。繼發(fā)性很容易導(dǎo)致開采區(qū)域內(nèi)的地表大范圍開裂、下沉,在不同地點(diǎn),不同時(shí)間多次出現(xiàn),對(duì)周邊作業(yè)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

        1.2 災(zāi)害強(qiáng)度大

        山體崩塌問(wèn)題發(fā)生的基本原因主要是由于礦山區(qū)域進(jìn)行的過(guò)度開采作業(yè),同時(shí)甚至在開采的實(shí)際過(guò)程中實(shí)施露天采礦作業(yè)。上述礦山開采方法是造成地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的關(guān)鍵因素。除了各種不科學(xué)不合理的礦山開采作業(yè)活動(dòng)外,人類其他的自然改造活動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)地質(zhì)破壞情況,因此保護(hù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境十分重要。由于礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后很難控制,如重大礦山地質(zhì)災(zāi)害如水、火、瓦斯等一旦發(fā)生后對(duì)礦井重要設(shè)施產(chǎn)生嚴(yán)重破壞作用,造成設(shè)施很難二次修復(fù)或修復(fù)周期長(zhǎng)、難度大,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后很難在短時(shí)間進(jìn)行控制,災(zāi)害強(qiáng)度大。

        1.3 不可避免性

        隨著開采技術(shù)及工藝的不斷提升,對(duì)礦井地質(zhì)災(zāi)害的控制及防范措施不斷加強(qiáng),然而很難在短時(shí)間內(nèi)完全控制地質(zhì)災(zāi)害。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),地質(zhì)災(zāi)難都是危險(xiǎn)因素達(dá)到一定條件才會(huì)發(fā)生的。所以在礦井開采時(shí)能夠制定出一套合理有效的應(yīng)對(duì)方案,即使不能杜絕地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,也能提前做好地質(zhì)災(zāi)害的防御工作。

        2 礦山地質(zhì)施工過(guò)程中水文地質(zhì)災(zāi)害的主要表現(xiàn)方式

        2.1 礦體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生崩塌

        在礦山地質(zhì)施工過(guò)程中,由于水文地質(zhì)條件相對(duì)較差,很有可能會(huì)造成層狀礦體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩塌。如果產(chǎn)生礦體結(jié)構(gòu)崩塌,很有可能會(huì)帶來(lái)連環(huán)災(zāi)害反應(yīng),是礦山地質(zhì)施工過(guò)程中非常危險(xiǎn)的事故類型。造成礦體結(jié)構(gòu)崩塌事故主要影響因素在于水文地質(zhì)條件影響,比如在礦層當(dāng)中含有大量的碳酸性物質(zhì),并且在礦體的礦層頂部結(jié)構(gòu)當(dāng)中,土質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)成比較松軟同時(shí)礦體以下部位也存在大量的水體流動(dòng)情況,這些問(wèn)題會(huì)直接造成礦體結(jié)構(gòu)當(dāng)中礦層的穩(wěn)定性下降。在礦山地質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間的施工過(guò)程中,礦體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將會(huì)進(jìn)一步下降,最終會(huì)造成礦體結(jié)構(gòu)受損,同時(shí)連帶周圍的巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和支撐強(qiáng)度也會(huì)進(jìn)一步下降,最終造成非常嚴(yán)重的礦體結(jié)構(gòu)崩塌。通過(guò)工作人員的勘察和分析地下水環(huán)境因素的影響,是造成礦體崩塌的重要影響因素,因此必須要提出針對(duì)性的防治措施來(lái)加以解決。

        2.2 地面沉降問(wèn)題

        當(dāng)前隨著人們的生活質(zhì)量不斷提高,日常生活當(dāng)中對(duì)水資源的需求量正在不斷上漲,相關(guān)工作單位也加大了對(duì)地下水的開發(fā)以及管理工作力度。由于在一些大型的礦山開采以及油氣工程建設(shè)過(guò)程中,對(duì)部分地區(qū)的地下水環(huán)境質(zhì)量造成的嚴(yán)重影響,進(jìn)而使得部分地區(qū)地下水文地質(zhì)條件受到了嚴(yán)重的破壞,水體資源開發(fā)難度較大進(jìn)而產(chǎn)生了非常嚴(yán)重的地面沉降問(wèn)題。這一問(wèn)題的主要影響因素在于地下水文環(huán)境受到了嚴(yán)重的破壞,進(jìn)而地下水環(huán)境的構(gòu)成形勢(shì)以及分布情況也受到了較大的干擾,如果在該區(qū)域進(jìn)行礦山地質(zhì)施工,很有可能會(huì)受到水文地質(zhì)災(zāi)害的影響造成礦山安全事故。

        2.3 露天滑坡

        露天滑坡情況基本發(fā)生在當(dāng)?shù)氐V山的采空區(qū)范圍內(nèi),滑坡問(wèn)題的危害性特別巨大,相關(guān)管理部門應(yīng)該給予高度關(guān)注?;聠?wèn)題是因?yàn)樾逼聨r土體部分沿著出現(xiàn)貫通情況的礦山剪切破壞面造成的各類山體滑移問(wèn)題。由于開采過(guò)的礦山區(qū)域,山勢(shì)形態(tài)十分陡峻,山體內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易遭到各類破壞,地質(zhì)表層部分通常十分疏松,造成出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象的概率明顯變多,如圖1所示。在進(jìn)行礦山實(shí)際開采作業(yè)過(guò)程中,當(dāng)?shù)匦逼峦潦w部分特別容易出現(xiàn)各類變形情況,導(dǎo)致慢慢發(fā)展為山體滑坡問(wèn)題。露天滑坡問(wèn)題是礦山地質(zhì)施工過(guò)程中比較常見的故障問(wèn)題,同時(shí)也是出現(xiàn)最為頻繁的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。

        圖1 露天滑坡現(xiàn)象

        通過(guò)多方面數(shù)據(jù)資料分析和研究,針對(duì)相關(guān)工作人員的實(shí)地調(diào)研工作來(lái)進(jìn)行總結(jié)產(chǎn)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題的主要影響因素,包含了以下幾個(gè)方面:首先,在礦山地質(zhì)開發(fā)工作當(dāng)中,由于上部結(jié)構(gòu)的巖層受力狀態(tài)不斷變化,會(huì)造成整個(gè)礦山結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降,嚴(yán)重的情況下會(huì)直接出現(xiàn)大面積滑坡問(wèn)題。其次,由于礦山地質(zhì)工作設(shè)計(jì)不合理,造成整個(gè)礦山開采工作存在問(wèn)題,進(jìn)而也容易造成地質(zhì)滑坡事故;最后,受到水文地質(zhì)條件因素的影響,水體會(huì)大量進(jìn)入到滑坡表面當(dāng)中會(huì)造成地質(zhì)條件疏松,加大了滑坡事故的產(chǎn)生概率。

        3 礦山地質(zhì)施工中水文地質(zhì)災(zāi)害的防治

        3.1 加強(qiáng)礦山地質(zhì)勘探

        了解礦山開采的地質(zhì)條件是礦山安全開采的保障。為了減少礦山地質(zhì)條件的不確定性,應(yīng)該加強(qiáng)礦山地質(zhì)勘探,具體應(yīng)該做好以下幾點(diǎn):

        (1)綜合采用鉆探方法和物探方法,盡可能獲得更為細(xì)致的礦山地質(zhì)資料,特別是一些小型地質(zhì)構(gòu)造,例如小斷層、孔洞、裂隙帶等。

        (2)做好勘探數(shù)據(jù)的處理工作。要對(duì)勘探的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理,對(duì)于一些勘探異常的數(shù)據(jù)要高度重視,必要時(shí)要重新勘探。

        (3)注重勘探的時(shí)效性。煤層中的瓦斯和巖層中的水都屬于流體,在密封性改變時(shí)流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變。

        (4)礦山開采期間,應(yīng)對(duì)礦山開采前的地質(zhì)勘探資料進(jìn)行核實(shí),并及時(shí)補(bǔ)充不全面的地質(zhì)勘探資料,從而保證采掘工程安全順利進(jìn)行。

        3.2 強(qiáng)化礦山通風(fēng)管理

        (1)通風(fēng)是井下工作面開采中最重要的工作。通風(fēng)系統(tǒng)能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)井下瓦斯?jié)舛炔⒕峦咚古懦?,能夠在瓦斯?jié)舛瘸瓕懼白龊妙A(yù)防和處理,避免了瓦斯超限事故引起的災(zāi)害。因此相關(guān)技術(shù)人員需對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí),定期對(duì)礦井通風(fēng)阻力、風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè),保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

        (2)對(duì)于綜采工作面上隅角、掘進(jìn)巷道回風(fēng)流中應(yīng)加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)力度,通過(guò)安裝遠(yuǎn)程瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、巷道瓦斯聯(lián)鎖控制系統(tǒng)等對(duì)采掘工作面瓦斯?jié)舛?、瓦斯積聚情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),杜絕工作面瓦斯超限、積聚現(xiàn)象。

        (3)礦山企業(yè)應(yīng)定期對(duì)礦山風(fēng)門、調(diào)節(jié)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)等進(jìn)行檢修維護(hù),保證通風(fēng)設(shè)施、瓦斯監(jiān)控設(shè)施安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        3.3 提高礦山防治水工作效率

        (1)礦山開采前應(yīng)采用物探、鉆探等技術(shù)手段對(duì)開采區(qū)域可能存在的含水層、老空水、老窯水分布進(jìn)行勘探,準(zhǔn)確掌握開采區(qū)域水溫地質(zhì)資料,合理分析礦井回采期間可能存在的充水水源及涌水通道,為后期井田開采設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

        (2)采掘工作面在施工過(guò)程中應(yīng)采用超前鉆探技術(shù)手段對(duì)采掘工作面四鄰積水情況進(jìn)行驗(yàn)證,超前鉆探施工時(shí)鉆孔數(shù)量、鉆孔深度、仰角、鉆孔封孔工藝等必須符合設(shè)計(jì)要求,從而達(dá)到完全消除水害的目的。

        (3)礦山開采過(guò)程中應(yīng)對(duì)礦井盤區(qū)、采區(qū)建立完善的排水系統(tǒng),主要包括著水倉(cāng)、排水管路、排水設(shè)施等,并設(shè)置防水閘門;每年雨季前必須對(duì)礦井排水設(shè)施進(jìn)行一次檢修維護(hù)。

        3.4 選擇合適的開采方式

        在開采煤層時(shí),不同的開采方式對(duì)于巖層的擾動(dòng)是不同的。對(duì)巖層的擾動(dòng)越大,則誘發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害的可能性也就越大。因此,需根據(jù)煤層賦存地質(zhì)條件選擇合適的開采方式。當(dāng)?shù)V山工作面靠近大斷層時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低開采速度,以減小對(duì)巖層的擾動(dòng)。在采用放頂煤開采時(shí),若煤層與含水層的間距比較小,則應(yīng)適當(dāng)降低采放比,以免冒落帶或裂隙帶穿過(guò)含水層。更為重要的是,在進(jìn)行開采設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)充分考慮工作面的地質(zhì)構(gòu)造情況,并做出相應(yīng)的安全回采預(yù)案,例如,在斷層附近開采時(shí),采用鉆孔來(lái)對(duì)斷層附近的巖體進(jìn)行卸壓。

        3.5 露天滑坡防治工作策略

        在礦山地質(zhì)施工過(guò)程中,露天滑坡地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象比較常見,相關(guān)工作人員針對(duì)露天滑坡問(wèn)題產(chǎn)生的具體原因展開了全面分析和研究。針對(duì)露天滑坡地質(zhì)災(zāi)害,必須要采取針對(duì)性的防治工作方法來(lái)加以解決,同時(shí)在地表礦產(chǎn)資源開采過(guò)程中,需要避免一些不合理操作問(wèn)題的產(chǎn)生,防止產(chǎn)生嚴(yán)重的滑坡現(xiàn)象,同時(shí)在具體施工過(guò)程中需要對(duì)控制工作面的邊坡角度進(jìn)行有效控制,有效防止邊坡角度過(guò)大產(chǎn)生滑坡問(wèn)題。同時(shí),針對(duì)地下水環(huán)境因素影響造成滑坡問(wèn)題,相關(guān)工作人員需要設(shè)置出相應(yīng)的排水溝設(shè)施,有效做好水體的排放工作,防止出現(xiàn)嚴(yán)重的地質(zhì)滑坡現(xiàn)象。

        3.6 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)的綜合應(yīng)用

        (1)基礎(chǔ)信息模塊。將遙感衛(wèi)星自身具有的觀察范圍廣、分辨率高的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái),再融合DEM高程數(shù)據(jù)后圍繞單一的礦山構(gòu)建一個(gè)綠色礦山地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)。通過(guò)這個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)就可以查看有關(guān)礦山建設(shè)的全方位信息,包括地質(zhì)條件、地表情況、遙感影像、地形現(xiàn)狀和高程數(shù)據(jù)等,這些數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)地災(zāi)預(yù)警的支撐性數(shù)據(jù),同時(shí)也是系統(tǒng)數(shù)據(jù)的核心所在。

        (2)信息監(jiān)測(cè)模塊。無(wú)人機(jī)具有安全性高、機(jī)動(dòng)性好、操作性強(qiáng)等特點(diǎn),在礦山建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中能很好的應(yīng)用于一些極端氣候條件下,比如暴雨、山洪等,使用無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)堆渣場(chǎng)、礦山尾礦庫(kù)和邊坡等,能有效的在次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前做出及時(shí)的觀測(cè),快速發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

        (3)預(yù)警模塊。預(yù)警模塊都連接于另一個(gè)移動(dòng)終端,主要是手機(jī)APP,其能及時(shí)的向有關(guān)管理人員和一線工作人員發(fā)布預(yù)警信息。在綜合性的結(jié)合應(yīng)用遙感、人工智能、手機(jī)APP、無(wú)人機(jī)、大數(shù)據(jù)等數(shù)字化技術(shù)的過(guò)程中,形成了一套具有操作性和實(shí)用性的綠色礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方法。

        4 結(jié)語(yǔ)

        在礦山地質(zhì)施工過(guò)程中,工程施工單位需要對(duì)水文地質(zhì)條件進(jìn)行全面研究和分析,水文地質(zhì)條件重點(diǎn)包含了施工區(qū)域的地下水環(huán)境狀況、地下水分布情況以及地質(zhì)條件變化規(guī)律等多方面問(wèn)題。其中重點(diǎn)涵蓋了地下水的形成特點(diǎn)、水流走向含水量大小、水體排放情況等相關(guān)影響因素,有效做好各個(gè)方面的預(yù)防工作,保證礦山地質(zhì)施工的高質(zhì)量開展。

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