張 峰

（安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蕪湖 241000）

我國(guó)各地礦業(yè)發(fā)展分散，不平衡現(xiàn)象嚴(yán)重，同時(shí)各種中小型礦山開采企業(yè)居多，不僅監(jiān)督管理困難，而且在開采中各種安全問題突出，加之自身發(fā)展過程中使用的開采技術(shù)較為落后，同時(shí)開采環(huán)節(jié)沒有相應(yīng)的安全意識(shí)和安全措施，極易導(dǎo)致各種常見的礦山開采問題的發(fā)生，并加劇當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境的惡化。

1 常見礦山地質(zhì)災(zāi)害

1.1 礦震

礦山開采過程中可能會(huì)出現(xiàn)地震活動(dòng)即礦震。礦山正常開采過程中，采空區(qū)域的堅(jiān)硬覆巖懸空面積增加，圍巖的應(yīng)力高度集中，巖體的應(yīng)變能積累越來越多，因此影響范圍也隨之?dāng)U大，煤層、脆性巖層中可發(fā)出地聲或微破裂的聲音；伴隨圍巖的應(yīng)力持續(xù)增加，微破裂的頻次也明顯增高，微破裂的規(guī)模、次數(shù)達(dá)到一定閾值時(shí)煤巖體就會(huì)出現(xiàn)破裂及振動(dòng)；堅(jiān)硬覆巖與母體脫離后迅速垮落，空氣受到壓縮而出現(xiàn)強(qiáng)大氣流進(jìn)而形成礦震。礦震災(zāi)害的發(fā)生會(huì)對(duì)礦山正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重的危害。

1.2 地裂縫

地裂縫多見于海拔較高的山坡、山頂，其形態(tài)多為細(xì)條狀。礦業(yè)開采作業(yè)活動(dòng)是造成地裂縫形成的重要原因。地表地裂縫對(duì)應(yīng)著地下采空區(qū)，采空區(qū)上覆巖體的裂隙帶、重力作用下引起的地表不均勻沉降可造成地表形成地裂縫。地裂縫的存在可造成生產(chǎn)生活環(huán)境被破壞，引起人員傷亡，造成直接及間接經(jīng)濟(jì)損失，除此以外地裂縫的發(fā)生會(huì)造成當(dāng)?shù)厮h(huán)境受到破壞，可引起水土流失加劇。

1.3 崩塌

崩塌指的是高陡斜坡上的巖土體與母體脫落后，以墜落、跳動(dòng)及滾動(dòng)等為主的移動(dòng)現(xiàn)象及過程，多見于地勢(shì)比較陡峭的山區(qū)，其形態(tài)為漏斗形，片狀分布，總面積較大。崩塌的特點(diǎn)在于發(fā)生突然，下落速度快，水平位移小、垂直位移大。

崩塌的形成條件包括：就地質(zhì)構(gòu)造上，各種構(gòu)造面切割、分離坡體，坡體的裂隙發(fā)育與崩塌的發(fā)生直接相關(guān)；就地形地貌上，凹形陡坡、孤立山嘴、坡度超過45°的高陡斜坡都容易發(fā)生崩塌；人工邊坡、工程建筑物邊坡等地貌部位都有利于發(fā)生崩塌。

崩塌的外界因素包括：地表水的浸泡及沖刷可造成巖土軟化、坡體支撐被削弱，造成坡體的強(qiáng)度降低進(jìn)而增加崩塌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)；大量降水造成地表水滲入坡體，巖土及軟弱面被軟化，孔隙水壓力產(chǎn)生從而引起崩塌；地震可造成坡體的平衡受到影響進(jìn)而引起崩塌。

工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)是重要的誘發(fā)崩塌的因素，礦產(chǎn)資源采集作業(yè)過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生崩塌，其中有地下采礦的采空區(qū)引起地表崩塌，也有露天采礦場(chǎng)邊坡崩塌。采掘作業(yè)的機(jī)械振動(dòng)可能誘發(fā)崩塌。不合理的堆碴可能會(huì)誘發(fā)崩塌，例如在可能發(fā)生崩塌的地段堆渣棄土可造成崩塌體的負(fù)載增加進(jìn)而增加崩塌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 滑坡

滑坡指的是斜坡巖土體在水、重力及其他外營(yíng)力等因素的影響下，沿著薄弱結(jié)構(gòu)面剪切破壞的地質(zhì)現(xiàn)象，滑坡的發(fā)生與人類活動(dòng)、自然作用等存在密切關(guān)系?；露嘁娪谙鄬?duì)較高的山坡，其形態(tài)常見簸箕形、弧形、m形。

滑坡形成的內(nèi)因在于高陡的斜坡及比較松散的土體，滑坡的外因在于河流的沖刷，降雨、人類工程活動(dòng)是最為主要的誘發(fā)滑坡的因素。人為工程活動(dòng)造成斜坡的應(yīng)力狀態(tài)及外形發(fā)生改變，斜坡的支撐力降低，滑體下滑力增加從而引起滑坡。就水文地質(zhì)因素上，風(fēng)化帶、軟弱層容易阻隔、匯聚地下水，當(dāng)上坡的側(cè)方、上方存在大量地下水是，這些風(fēng)化帶、軟弱層可能會(huì)成為滑動(dòng)帶從而引起滑坡。就地形地貌上，滑坡只發(fā)生與有一定坡度、處于一定地貌部位的斜坡，一般而言斜坡的坡度介于10°～45°、下陡中緩上陡、上部呈環(huán)狀的坡形容易出現(xiàn)滑坡。就地質(zhì)構(gòu)造上，斷層發(fā)育、巖性界面、層理面、裂隙及節(jié)理豐富的斜坡容易出現(xiàn)滑坡。就地層巖性上，滑坡的發(fā)生需要物質(zhì)基礎(chǔ)的支持，各種類型的土、巖都有構(gòu)成滑坡體的可能，板巖、片巖、煤系地層、泥巖、頁巖、黃土及軟硬相間的巖層的結(jié)構(gòu)較為松軟，抗風(fēng)化能力及抗剪強(qiáng)度都不強(qiáng)，受到水的作用后其性質(zhì)容易出現(xiàn)變化，這些巖土體所構(gòu)成的斜坡容易出現(xiàn)滑坡[1]。

1.5 地面塌陷

地面塌陷在山頂、山坡及底部都較為常見，其形態(tài)以圓形為主，當(dāng)?shù)孛嫠葺^多時(shí)則可為串珠狀分布。從成因上劃分，可將地面塌陷劃分為自然塌陷和人為塌陷，自然塌陷包括重力塌陷、地震塌陷、暴雨塌陷等；人為塌陷包括振動(dòng)或加載塌陷、采空區(qū)塌陷、坑道排水突水塌陷等。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害的成因分析

礦山地質(zhì)災(zāi)害的成因包括巖性因素、構(gòu)造因素及人工活動(dòng)因素，分別探討如下。

就巖性因素上，粉砂巖夾煤層、變質(zhì)砂礫巖等地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有脆性強(qiáng)、變質(zhì)程度高等特點(diǎn)，這些地質(zhì)因素給地質(zhì)災(zāi)害的形成奠定了前提。

就構(gòu)造因素上，擠壓區(qū)、應(yīng)力拉張區(qū)等區(qū)域的柔性巖石容易出現(xiàn)變形，剛性巖石容易出現(xiàn)斷裂而形成剪性解理面或者劈理面，這些構(gòu)造因素造成巖石的性質(zhì)發(fā)生了改變從而在很大程度上影響地質(zhì)災(zāi)害的形成。除此以外溝谷等地區(qū)在降水量大的情況下時(shí)容易出現(xiàn)泥石流及山洪等災(zāi)害。

人工活動(dòng)是造成礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要因素，例如過度坡腳開挖可造成山體穩(wěn)定性被破壞，房屋建設(shè)、堆煤區(qū)等造成坡前臨空，坡的穩(wěn)定性被破壞從而出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害。又如地下礦層采出后，采空區(qū)周圍的巖體原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，應(yīng)力重新分布后應(yīng)力高度集中，頂層煤板的集中應(yīng)力超過閾值時(shí)會(huì)造成頂層巖層出現(xiàn)斷裂、變形、垮落等，造成上覆巖層變形、移動(dòng)而引起地質(zhì)災(zāi)害[2]。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防對(duì)策

3.1 預(yù)警體系的建立

3.1.1 專業(yè)監(jiān)測(cè)

由于工程地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻度高，災(zāi)害形式復(fù)雜多樣，促使研究者不斷積累經(jīng)驗(yàn)，挖掘研發(fā)需求，目前已經(jīng)研發(fā)出大量的自動(dòng)化、高速化、高精度的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，解決了監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)手段落后，缺少信息集成與分析，依據(jù)不充分、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等一系列問題。

3.1.2 預(yù)警預(yù)報(bào)

獲取地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)成果是開展監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的最主要目的。通過集成地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果、專業(yè)監(jiān)測(cè)成果后，用相關(guān)預(yù)報(bào)模型經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算后生成的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，可全方位監(jiān)控地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，對(duì)指導(dǎo)各級(jí)政府地質(zhì)災(zāi)害防治工作，最大限度地保護(hù)人民群眾和公共財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義。目前工程地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)主要包括區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與崩塌、滑坡、泥石流、地面裂縫、地面沉降專業(yè)監(jiān)測(cè)。

3.1.3 信息發(fā)布

地質(zhì)災(zāi)害信息發(fā)布是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)于政府與社會(huì)的最主要方式。監(jiān)測(cè)預(yù)警成果通過手機(jī)短信、電視、廣播、網(wǎng)絡(luò)、報(bào)紙、電話、顯示屏等宣傳途徑傳達(dá)給各級(jí)政府領(lǐng)導(dǎo)、地質(zhì)災(zāi)害防治管理人員、群測(cè)群防人員、受災(zāi)害威脅地區(qū)的廣大群眾，對(duì)指導(dǎo)當(dāng)?shù)卣扇》乐螌?duì)策、管理人員采取應(yīng)對(duì)措施、群測(cè)群防人員加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、受威脅地區(qū)群眾提前準(zhǔn)備防災(zāi)避災(zāi)都有著非常重要的作用[3]。

3.2 具體災(zāi)害的防治對(duì)策

3.2.1 礦震的預(yù)防對(duì)策

（1）開采部署要合理。礦山綜放開采時(shí)要制定合理的開采部署方案，這是確保減輕、避免礦震的發(fā)生的第一步。山綜放開采預(yù)留的15m煤柱在制約覆巖及覆巖主關(guān)鍵層的運(yùn)動(dòng)方面具有非常關(guān)鍵的作用，為了縮減覆巖主關(guān)鍵層的懸空范圍，避免采空區(qū)附近出現(xiàn)大量能量聚集，需要對(duì)工作面的煤柱進(jìn)行嚴(yán)格控制，一般而言可不留煤柱或者將煤柱的寬度控制在3m～5m。主關(guān)鍵層的運(yùn)動(dòng)有規(guī)律可循，其具有周期性，停采線周圍的覆巖容易出現(xiàn)大面積懸空，當(dāng)?shù)V井有地震活動(dòng)時(shí)，開采時(shí)應(yīng)按照斷層-褶屈軸部-采空區(qū)-煤柱的順序進(jìn)行作業(yè)。

（2）壓縮空氣的處理。礦震發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生的壓縮氣流會(huì)是礦震的外在表現(xiàn)，這些強(qiáng)大的氣流對(duì)地下設(shè)施的危害性大，還是造成人員傷亡的重要原因，為了減少壓縮空氣造成的危害，需要結(jié)合應(yīng)用泄風(fēng)和堵風(fēng)的措施。

泄風(fēng)指的是使用井巷將壓縮氣流排出地面的方式，通過泄風(fēng)可以有效避免沖擊氣流造成的危害。就井巷的選擇上，可使用礦井的總回風(fēng)巷或采取回風(fēng)巷作為替代，當(dāng)有必要時(shí)需要在礦井邊界或采區(qū)邊界專門掘進(jìn)泄風(fēng)井或泄風(fēng)巷。使用專用巷道連接回風(fēng)巷及采空區(qū)，在小巷內(nèi)形成薄弱的密閉，當(dāng)薄弱密閉被沖擊氣流推開時(shí)，即可將壓縮空氣快速引入泄風(fēng)井巷以導(dǎo)引出井。當(dāng)采用泄風(fēng)井巷時(shí)，需要確保采空區(qū)周圍的密閉工程有足夠的強(qiáng)度，其強(qiáng)度要足以承受發(fā)生礦震時(shí)的沖擊氣流，要能按照路線將氣流導(dǎo)引出井。泄風(fēng)井巷的斷面應(yīng)足以應(yīng)付大流量的壓縮空氣，確保設(shè)施及通風(fēng)系統(tǒng)完好。

礦震時(shí)的壓縮空氣壓力多在1MPa以下，可采取增加密閉強(qiáng)度的方法在采空區(qū)域內(nèi)隔離被壓縮的空氣進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮氣流的控制。待工作面停采后，使用圓柱形、楔形混凝土結(jié)構(gòu)密閉絕大多數(shù)外部構(gòu)筑并嵌入巷道巖體中，增加黃土、矸石墻構(gòu)成緩沖帶，按照1MPa的壓強(qiáng)設(shè)計(jì)密閉。選擇巷道“T”字形交叉口構(gòu)筑“T”字形密閉，“T”字形以巖體為依托，其可以有效提高阻抗力進(jìn)而減輕、避免礦震壓縮空氣帶來的沖擊。

（3）覆巖主關(guān)鍵層注漿。礦山綜采工作面的開采厚度較大，覆巖主關(guān)鍵層下位離層多，這造成主關(guān)鍵層容易出現(xiàn)較大面積的幅度?？蓪?duì)覆巖主關(guān)鍵層下位離層進(jìn)行注漿加固以限制主關(guān)鍵層的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而將支架壓死，防治礦震災(zāi)害，注漿方法見圖1。

圖1 注漿減沉圖示

具體施工時(shí)，從地表打孔直至下位離層帶，在地面經(jīng)壓力泵及管路、鉆孔將漿液（粉煤灰加水制備）注入離層帶，漿液中的水經(jīng)巖層裂隙流失，粉煤灰則在離層空間沉淀從而形成充填體以發(fā)揮減輕礦震危害、保護(hù)地面建筑物的效果。

（4）注漿填充采空區(qū)O形空間。長(zhǎng)壁工作面采空區(qū)周邊煤柱的支撐造成附近覆巖出現(xiàn)不充分的沉降及冒落，這造成采空區(qū)周圍出現(xiàn)O形空間。這些空間中的空氣是礦震時(shí)沖擊氣流的來源，因此需要采取注漿充填的措施來限制這些區(qū)域中的空氣，根除沖擊氣流的來源，這能有效避免礦震危害的發(fā)生。注漿充填的方法減少了空氣，還能避免煤炭自燃發(fā)火。

3.2.2 地裂縫的防治

地裂縫會(huì)對(duì)建筑安全帶來嚴(yán)重的威脅，凡是跨越了地裂縫的建筑都會(huì)受到破壞，因此需要堅(jiān)持以避讓為主的原則來減輕地裂縫的災(zāi)害，防止地裂縫破壞。地裂縫防治時(shí)，可采取回填采礦的方法進(jìn)行治理，將開礦棄渣用于對(duì)采空區(qū)的填充進(jìn)而確保采空區(qū)圍巖保持穩(wěn)定，這能有效避免地裂縫的產(chǎn)生。對(duì)老礦區(qū)、已經(jīng)閉坑的礦區(qū)存在的已經(jīng)發(fā)育的地裂縫要及時(shí)進(jìn)行治理，治理時(shí)需要開展調(diào)查來了解地裂縫的成因及幾何特征。當(dāng)?shù)亓芽p位于沉降盆地的邊緣時(shí)，可使用灌漿的方法來進(jìn)行治理。對(duì)踩空塌陷地裂縫進(jìn)行治理時(shí)，除了使用灌漿加固、粘土分層夯實(shí)等措施以外，條件允許時(shí)還可以將其改造為地下水庫。

3.2.3 崩塌的預(yù)防

崩塌僅涉及少數(shù)不穩(wěn)定巖土體，一般而言崩塌不造成斜坡整體穩(wěn)定性受到影響，也不會(huì)毀滅性破壞建筑物。整治崩塌的目的在于預(yù)防人身傷亡、建筑物破壞等，因此可將崩塌的預(yù)防措施劃分避免崩塌危害的被動(dòng)防護(hù)與防止崩塌發(fā)生的主動(dòng)防護(hù)這兩種，實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合防治工程投資及維護(hù)費(fèi)用、場(chǎng)地條件、地形地貌、崩塌風(fēng)險(xiǎn)水平、崩塌歷史、潛在崩塌特征等。

崩塌的防治措施中，被動(dòng)防護(hù)措施中，可通過金屬柵欄、攔石墻、落石溝槽及安全網(wǎng)被動(dòng)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)攔截的目的；可通過隧道措施、調(diào)整工程位置及繞道等措施來實(shí)現(xiàn)避讓；可通過棚洞及安全網(wǎng)被動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)堆落石等的引導(dǎo)。就主動(dòng)防治措施上，可通過地表排水、清除危巖、控制爆破、削坡等措施來降低崩塌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)；除此以外還可以采用支護(hù)、加固措施來限制崩塌，可采取護(hù)面墻、噴射混凝土、捆綁、錨固、支擋墻等措施。除此以外還需要加強(qiáng)對(duì)崩塌的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)及報(bào)警。

3.2.4 滑坡的防治措施

滑坡的治理可采取“砍頭”“捆腰”及“壓腳”的措施?！翱愁^”指的是使用開挖、爆破等手段減輕滑坡上部重量；“捆腰”指的是使用灌漿、錨固等手段對(duì)下滑山體進(jìn)行鎖定；“壓腳”指的是填方反壓滑坡體前緣、下緣從而增加坡腳的抗滑阻力。

（1）排水。滑坡的發(fā)生與地下水、地表水的活動(dòng)密切相關(guān)，因此對(duì)滑坡進(jìn)行預(yù)防時(shí)，需要采取措施將地下水、地表水排除以控制滑體中的水含量，提高滑帶土的抗剪強(qiáng)度，確?；麦w的整體穩(wěn)定性足夠?？刹扇≡O(shè)置排水溝、截水溝的方式來攔截滑坡范圍以外的地表水，將滑體范圍內(nèi)的地表水排出范圍；采取滲管疏干、水平鉆孔群、設(shè)置有水平管道的垂直滲井、排水隧洞、邊坡滲溝、截水盲溝等措施來疏干、攔截地下水從而減少、避免地下水影響滑坡。

（2）抗滑擋土墻。抗滑擋土墻的起效快，對(duì)山體平衡造成的影響小，在滑坡的預(yù)防中應(yīng)用廣泛。當(dāng)滑坡的范圍比較小時(shí)可僅采用抗滑擋土墻這一方法；當(dāng)滑坡范圍較大，比較復(fù)雜時(shí)，可綜合運(yùn)用抗滑擋土墻及其他措施。實(shí)際施工時(shí)首先要明確滑坡的滑動(dòng)面層數(shù)、位置、推力大小及方向以及滑動(dòng)范圍等，明確擋墻基底情況，以免擋墻變形甚至擋墻伴隨滑坡滑動(dòng)等情況的發(fā)生。可結(jié)合實(shí)際情況選擇樁板式、裝配式、混凝土、漿砌石等不同的擋墻材料。

（3）抗滑樁。抗滑樁在滑床及滑體之間打入數(shù)根尺寸較大的錨固樁從而發(fā)揮抗滑效果，可選擇應(yīng)用鋼筋混凝土、鋼板及木材等作為材料制作抗滑樁。布置抗滑樁時(shí)，需要結(jié)合滑體的規(guī)模及形態(tài)來確定，充分考慮滑坡的推力、滑面的位置等。

3.2.5 減重加載

可采用對(duì)牽引地段、主滑地段進(jìn)行減重，對(duì)抗滑地段進(jìn)行加載的方法來對(duì)滑體的力學(xué)平衡條件進(jìn)行調(diào)整從而發(fā)揮治理效果。當(dāng)滑坡的滑動(dòng)面上陡下緩，為推動(dòng)式滑動(dòng)時(shí)，可采取對(duì)牽引地段、后部主滑地段進(jìn)行減重的方法來進(jìn)行滑坡治理，確定減重量時(shí)需要進(jìn)行滑坡的推力計(jì)算，對(duì)滑動(dòng)面的推力進(jìn)行計(jì)算以明確滑體的穩(wěn)定性。當(dāng)滑坡的前緣存在抗滑地段時(shí)，可采取對(duì)滑坡剪出口、滑坡前部附近填方壓腳的方法來提高抗滑段的抗滑能力。

3.2.6 地面塌陷的防治

對(duì)塌坑較淺的土洞進(jìn)行治理時(shí)，將其中的松土清理干凈后填入碎石、塊石，建立反濾層后覆蓋粘土夯實(shí)。當(dāng)存在重要建筑物時(shí)，可采用灌漿處理、設(shè)置鋼筋混凝土板、開挖回填混凝土等方法堵塞洞底、坑底與基巖面的通道。

當(dāng)土洞、塌陷坑比較深大，難以應(yīng)用開挖回填的方法處理時(shí)，可采取梁板跨越的方法，在可靠的巖土體上放置兩端。

采用強(qiáng)夯法夯實(shí)土體，使用這一方法可以消除軟弱帶及隱伏土洞，也可以用于夯實(shí)回填土從而提高土體的強(qiáng)度。

當(dāng)塌陷、土洞的深度比較大，不能應(yīng)用跨越結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用樁基將荷載傳遞給基巖。

可經(jīng)巖溶洞口或鉆孔，采用灌注法注漿填充以強(qiáng)化土層、填充巖溶間隙、阻斷地下水流通道等。

4 結(jié)語

必須要充分了解礦產(chǎn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，明確地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的原因，樹立“防大于治”的工作意識(shí)，將地質(zhì)災(zāi)害的可能性降到最低，并加強(qiáng)對(duì)礦產(chǎn)周圍生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度，對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行有效利用，構(gòu)建科學(xué)合理的信息化礦產(chǎn)資源管理體系，避免礦山地質(zhì)災(zāi)害給礦產(chǎn)資源開采工作帶來困擾，促進(jìn)礦產(chǎn)行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。