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        試論磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害特征及形成機(jī)制

        2021-12-30 21:03:44劉東華施杰李
        科技研究·理論版 2021年12期
        關(guān)鍵詞:磷礦泥石流巖土

        劉東華 施杰李

        摘要:我國(guó)磷礦資源豐富,磷礦儲(chǔ)量位居世界第二,主要分布在我國(guó)南方地區(qū),開(kāi)采的方式有露天和地下開(kāi)采兩種。在開(kāi)采磷礦活動(dòng)中,會(huì)改變礦山巖土體原始的受力結(jié)構(gòu),繼而引發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害,輕則影響到磷礦的正常開(kāi)采,重則危及附近人群、礦工的安全。因此,對(duì)磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害的特征及形成機(jī)制的研究十分的必要,本文針對(duì)該地質(zhì)災(zāi)害的類型與特征進(jìn)行分析,明確了其形成的機(jī)制,提出了災(zāi)害防控的措施,以降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率,確保磷礦開(kāi)采的安全、順利開(kāi)展。

        關(guān)鍵詞:磷礦礦山;地質(zhì)災(zāi)害;磷礦地質(zhì)災(zāi)害

        磷礦礦山巖土體結(jié)構(gòu)受到開(kāi)采活動(dòng)的影響,產(chǎn)生了一系列的變化,像拉裂、位移等,原有的結(jié)構(gòu)遭到人為因素的破壞,導(dǎo)致滑坡、泥石流、地表裂縫、塌陷等災(zāi)害的發(fā)生。為了保證磷礦開(kāi)采活動(dòng)的安全開(kāi)展,在磷礦開(kāi)采過(guò)程中對(duì)工作面進(jìn)行信息化、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),準(zhǔn)確掌控開(kāi)采對(duì)礦山巖土體造成的影響,結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害形成的機(jī)制,制定災(zāi)害預(yù)防措施,以形成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的有效防控。

        1.磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害與特征分析

        1.1地質(zhì)災(zāi)害類型

        從磷礦礦山發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的成因來(lái)看,主要是受到人為開(kāi)采因素的影響,破壞了磷礦礦山的穩(wěn)定性,由此引發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題,具體如下。

        一是礦山崩塌,如果磷礦開(kāi)采位于陡斜坡位置,開(kāi)采過(guò)程中破壞了此處的巖體結(jié)構(gòu),巖土體在自身重量和地球重力的作用下,脫離母體,從而發(fā)生礦山崩塌災(zāi)害,大量的巖土體堆積在礦山腳下,是磷礦礦山發(fā)生概率較高的地質(zhì)災(zāi)害之一。

        二是礦山滑坡,開(kāi)采磷礦過(guò)程中,對(duì)礦山的巖土體造成擾動(dòng),原始的受力結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,導(dǎo)致巖土體從斜坡下滑,產(chǎn)生礦山滑坡災(zāi)害。

        三是泥石流,磷礦礦山發(fā)生該地質(zhì)災(zāi)害,主要集合了兩個(gè)方面的影響因素,一方面是在磷礦開(kāi)采活動(dòng)中,對(duì)礦山表面的巖土體造成擾動(dòng),結(jié)構(gòu)不夠牢固,加上開(kāi)采產(chǎn)生的廢棄礦渣等覆蓋在礦山表面;另一方面是在礦山表面松散破碎、巖土體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)的情況下,再加上雨水的作用,形成具有流動(dòng)性的混合物,這些混合物借助礦山的坡度,速度非??斓牧飨蛏较?,形成礦山泥石流,具有很大的危害性。

        四是地面塌陷,磷礦礦山長(zhǎng)期地下開(kāi)采,如果回填處理工作不到位,將逐漸產(chǎn)生面積較大的采空區(qū),有可能引起礦山表面的巖土層塌陷。

        五是地表裂縫,受到磷礦生產(chǎn)的影響,整個(gè)礦山的巖體結(jié)構(gòu)受到不同程度的影響,累及礦山附近的地表,形成礦山地表裂縫災(zāi)害,并且該災(zāi)害常常伴隨著其他礦山地質(zhì)災(zāi)害,像塌陷、滑坡、崩塌等。

        1.2災(zāi)害特征

        磷礦礦山的開(kāi)采活動(dòng)是引發(fā)其地質(zhì)災(zāi)害的誘因,地下開(kāi)采形成采空區(qū),由其周邊的巖石體支撐整個(gè)空間,開(kāi)采直接改變了該處的原始受力結(jié)構(gòu),整體的穩(wěn)定性遭到破壞,一旦巖石體的荷載力不夠,頂層重量超過(guò)其承受的極限后,將引發(fā)礦山的地質(zhì)災(zāi)害。比如,礦山塌陷就是采空區(qū)頂板巖層承載力不夠,形成上層巖土體塌陷問(wèn)題,而且塌陷的面積要大于采空區(qū),中間位置塌陷明顯,塌陷區(qū)的周邊不規(guī)則,邊緣位置存在裂縫,整個(gè)塌陷區(qū)為沉陷盆地。如果礦山處于氣候濕潤(rùn)地區(qū),有軟弱巖層,礦山本身陡立,那么發(fā)生崩塌、滑坡的可能性較大。像云南磷礦露天開(kāi)采,對(duì)采剝技術(shù)要求非常高,使用大型的采掘運(yùn)輸設(shè)備,有的采礦區(qū)位于陡壁位置,且云南地區(qū)為亞熱帶高原季風(fēng)氣候,在氣候濕潤(rùn)階段開(kāi)采,有可能導(dǎo)致滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害。礦山泥石流的發(fā)生需要具備一定的條件,一是礦山易積水且坡度較大;二是礦山淺部巖石體松散;三是短時(shí)間內(nèi)有大降雨,或者是有其他水源。在沒(méi)有水源的情況下發(fā)生的泥石流,主要的原因是礦山過(guò)于陡峭,并且在外力的作用下,礦山表面的松散巖土體迅速向下流動(dòng),但流動(dòng)的距離較短,通常是石流,破壞力不容小覷。

        2.形成機(jī)制

        2.1地下開(kāi)采

        地下開(kāi)采直接改變了礦山巖土體原始的受力狀態(tài),覆巖體發(fā)生了不同程度的變動(dòng),這些巖體相互之間拉裂、陷落,增加了巖體之間的裂隙,再加上開(kāi)采過(guò)程中,使用大型采掘運(yùn)輸設(shè)備,進(jìn)一步增加了巖體拉裂程度,一旦超出巖體的承載極限,覆巖體最為薄弱之處率先變性破壞。當(dāng)變性累積到一定的程度后,覆巖體向著臨空方向崩塌。如果是軟弱巖體結(jié)構(gòu)處發(fā)生變性,促使其覆巖體拉裂,由上向下逐漸延伸,在重力的作用下,破裂范圍逐漸擴(kuò)大,向下開(kāi)始滑移,導(dǎo)致滑坡發(fā)生。地下采空區(qū)圍巖的支撐力不足,力學(xué)強(qiáng)度差,在覆巖體重量與地球重力的作用下,向著采空區(qū)塌陷,從而引發(fā)了礦山塌陷地質(zhì)災(zāi)害。

        2.2露天開(kāi)采

        露天開(kāi)采是在磷礦礦山的表面進(jìn)行層層剝離,使用的是大型采掘機(jī)械,機(jī)械震動(dòng)對(duì)淺層巖土體造成擾動(dòng),損傷其結(jié)構(gòu),如果損傷的巖體底部為軟弱結(jié)構(gòu),受到外力的作用,引起淺層巖土體的不穩(wěn)定,一旦突破巖土體的平衡極限,巖土體向下滑動(dòng),導(dǎo)致滑坡地質(zhì)災(zāi)害。如果巖土體結(jié)構(gòu)松散,在完成露天開(kāi)采后,巖土體過(guò)于破碎,在發(fā)生強(qiáng)降雨時(shí),這些破碎的砂石、土壤由固態(tài)變?yōu)樘厥獾幕旌衔?,從礦山上以極快的速度流動(dòng),進(jìn)而導(dǎo)致泥石流災(zāi)害,該災(zāi)害的強(qiáng)弱與水體有著直接的關(guān)系。

        3.磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害的防控措施

        3.1加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作

        地下磷礦開(kāi)采微震監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛,主要用于監(jiān)測(cè)巖體破裂產(chǎn)生的震動(dòng)。使用該技術(shù)可觀測(cè)到開(kāi)采活動(dòng)產(chǎn)生的微小地震,在地下開(kāi)采區(qū)域內(nèi)布置一定數(shù)量的檢波器,實(shí)時(shí)采集震動(dòng)數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析和處理后,可以準(zhǔn)確進(jìn)行破裂位置的定位。露天開(kāi)采使用的是全天候、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)露天開(kāi)采活動(dòng)進(jìn)行全過(guò)程的監(jiān)測(cè),極大減少了礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率。比如,在開(kāi)采礦山發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害高的區(qū)域,設(shè)置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),如圖2所示,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該處的動(dòng)態(tài),形成對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防作用。

        3.2運(yùn)用信息化系統(tǒng)

        根據(jù)磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防的實(shí)際需要,構(gòu)建礦山地質(zhì)災(zāi)害信息化管理系統(tǒng),收集處理分析開(kāi)采活動(dòng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘,評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性,以便于提前做好防控措施。磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害防控工作,是一個(gè)系統(tǒng)性的工作,需對(duì)開(kāi)采活動(dòng)進(jìn)行全過(guò)程的監(jiān)測(cè)、信息化的管理,通過(guò)開(kāi)采數(shù)據(jù)信息的采集分析,進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)與評(píng)估,打造出礦山開(kāi)采地理信息系統(tǒng),形成對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的有效把控。

        結(jié)語(yǔ):磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害形成的原因與開(kāi)采活動(dòng)、巖土體結(jié)構(gòu)、外部力量等有關(guān),通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害特征的分析,可以確定地質(zhì)災(zāi)害的危害程度,對(duì)磷礦開(kāi)采的影響程度。而對(duì)其進(jìn)行形成機(jī)制的研究,明確其形成的根本原因,以為礦山地質(zhì)災(zāi)害的防控提供依據(jù)。磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害除了影響正常的開(kāi)采生產(chǎn)外,滑坡、泥石流、崩塌等,危及磷礦的生產(chǎn)安全。因此,磷礦企業(yè)應(yīng)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的特征和形成機(jī)制進(jìn)行深入的調(diào)查分析研究,以使用有效的災(zāi)害防控措施,最大程度上避免磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王奕辰,商朋強(qiáng).中國(guó)磷礦礦山地質(zhì)環(huán)境研究進(jìn)展[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì),2019,41(3):5.

        [2]李磊磊,李天成,李隨領(lǐng).河南省固始縣陳集磷礦地質(zhì)特征及成因淺析[J].低碳世界,2019,9(1):2.

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