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        基于礦山水工環(huán)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性研究及防治對策分析

        2023-11-07 21:14:55李洪建
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2023年19期
        關(guān)鍵詞:水工危險(xiǎn)性災(zāi)害

        李洪建

        (西藏自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,拉薩 850032)

        1 引言

        水工環(huán)即水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì),其中,水文地質(zhì)主要是針對地下水資源分布及對工程建設(shè)的影響展開研究;工程地質(zhì)主要是針對地質(zhì)條件、地質(zhì)災(zāi)害的綜合影響進(jìn)行分析,以及找到解決不良地質(zhì)問題的辦法;環(huán)境地質(zhì)主要是研究人類活動與地質(zhì)環(huán)境的相互作用。隨著工程建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)大,水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),影響了正常建設(shè)秩序,破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境,甚至造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。

        2 礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害

        2.1 地下水活動

        地下水本身不具有危險(xiǎn)性,但地下水活動對工程建設(shè)而言并無益處,從某種程度上講,地下水是影響地質(zhì)穩(wěn)定最活躍、最重要的外在因素之一。常見的危害包括軟化侵蝕巖體、滲透破壞等。在地下水長期的軟化侵蝕下,巖體結(jié)構(gòu)面的摩擦角減小、黏結(jié)力降低,從而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低,巖體承載力和穩(wěn)定性下降,繼而引發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害。地下水位下降過快會引發(fā)軟土層沉降,尤其是在礦山開采中的不合理降水,更容易引發(fā)沉陷事故。在動水壓力作用下,會產(chǎn)生侵蝕破壞,土中的易溶鹽分被溶解,土層結(jié)構(gòu)和土粒間結(jié)合力被迫改變,土粒被水帶走,形成洞穴,無論是靜水壓力還是動水壓力,都會促使巖體下滑或崩塌。在寒冷地區(qū),如果滲入裂縫的水結(jié)成冰,還會產(chǎn)生膨脹壓力,加快巖體破壞。另外,地下水還會產(chǎn)生浮托作用,對坑底產(chǎn)生壓力,出現(xiàn)承壓水突涌現(xiàn)象,影響礦坑開挖安全。

        2.2 地震災(zāi)害

        在地下礦產(chǎn)資源開采時(shí),原有地質(zhì)環(huán)境遭到改變,部分地區(qū)高應(yīng)力集中,在滿足其他條件的情況下,可能會引發(fā)地震,而且由于地震災(zāi)害釋放的能量巨大,會造成山體、地形、氣候等其他環(huán)境變化,引發(fā)山崩、泥石流等次生災(zāi)害,從而擴(kuò)大危害范圍,產(chǎn)生持續(xù)性的負(fù)面影響。隨著人類對地震災(zāi)害研究的不斷深入,地震預(yù)測水平越來越高,但目前依然無法保證及時(shí)性和精確度,所以,在工程選址、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面要做好抗震設(shè)計(jì),以降低地震災(zāi)害發(fā)生后造成的損失[1]。

        2.3 山體滑坡、崩塌、泥石流

        礦山邊坡的穩(wěn)定性至關(guān)重要,一旦出現(xiàn)山體滑坡、崩塌災(zāi)害,不但會影響開采作業(yè),而且會威脅工作人員的人身安全。影響邊坡穩(wěn)定的因素包括內(nèi)在因素和外在因素。(1)典型的內(nèi)在因素有地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力等。一般而言,坡高越大,坡度越陡,邊坡越不穩(wěn)定,當(dāng)坡度超過60°時(shí),會大大增加崩塌現(xiàn)象發(fā)生的概率。頁巖、泥灰?guī)r、煤巖等夾層沉積巖邊坡會出現(xiàn)順層滑動問題;不良噴出巖邊坡則易形成直立邊坡并發(fā)生崩塌;黃土具有一定濕陷性,浸水后易崩解濕陷。(2)地下水、人工挖掘、工程爆破、車輛荷載等都是典型的外在因素,尤其是在雨季,當(dāng)長時(shí)間持續(xù)降雨后,很容易出現(xiàn)山體滑坡,如果在短時(shí)間內(nèi)降水集中,則可能會引發(fā)泥石流災(zāi)害。該災(zāi)害具有影響大、破壞力強(qiáng)、覆蓋面廣的特點(diǎn),還會產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)。

        2.4 地面塌陷、裂縫

        地面塌陷、裂縫對礦山工程建設(shè)危害極大,同樣,地形條件、巖性條件、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力以及采掘活動等也與工程危害息息相關(guān)。如果山體不完整、洞頂及兩側(cè)厚度不夠,就會因?yàn)槌休d力不夠?qū)е碌孛媪芽p、塌陷。在松散、破碎、軟弱巖層中開挖,頂板易塌陷,底板及邊墻易產(chǎn)生鼓脹擠出變形等事故。如果開挖施工遇到大規(guī)模斷裂層,很大程度上會產(chǎn)生塌方,甚至冒頂,向斜核部巖層呈現(xiàn)倒拱形,頂部被張裂隙切割的巖塊上窄下寬,易于塌落,不同的巖層產(chǎn)狀也會產(chǎn)生不同程度的影響。巖溶和土洞也屬于不良地質(zhì)條件,在某些巖溶發(fā)育地區(qū),地貌、地質(zhì)、水文條件比較復(fù)雜,容易產(chǎn)生較大范圍的塌陷。另外,礦山開采也是導(dǎo)致地面裂縫、塌陷的主要因素,如果開采方案不合理、機(jī)械作業(yè)不得當(dāng)、存在濫挖濫采的問題,在長時(shí)間的地下開采后,會出現(xiàn)大片的采空區(qū),嚴(yán)重破壞礦山內(nèi)部結(jié)構(gòu),破壞巖層整體性,巖石應(yīng)力發(fā)生重大變化,從而導(dǎo)致裂縫、塌陷災(zāi)害的出現(xiàn)[2]。

        3 礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害防治對策

        3.1 加強(qiáng)危險(xiǎn)性評估

        礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防治理需要首先從風(fēng)險(xiǎn)評估著手,客觀、全面地掌握工程建設(shè)可能會面臨的災(zāi)害和危險(xiǎn),通過針對性的設(shè)計(jì)處理,降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)以及危害性。然而,現(xiàn)階段的水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估依然存在許多問題,比如,重視程度不夠、勘查技術(shù)落后、危險(xiǎn)評估不全面、危險(xiǎn)劃分混亂、缺乏高素質(zhì)人才、監(jiān)督管理機(jī)制不完善等。這需要加強(qiáng)危險(xiǎn)性評估管理,不斷提高評估水平,為后續(xù)工作開展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

        3.1.1 完善評估體系

        建立健全地質(zhì)勘察管理制度,不斷完善礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估體系,提高地質(zhì)勘察評估成果水平;構(gòu)建勘察管理責(zé)任制,明確相關(guān)人員管理職責(zé),并保證落實(shí)效果,加快地質(zhì)勘察工作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè);保證儀器設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性、合理性、可行性,盡可能減少隨意操作造成的錯(cuò)誤;加強(qiáng)地質(zhì)勘察評估專業(yè)人才培養(yǎng),加大教育培訓(xùn)力度,提高從業(yè)人員的知識水平和技術(shù)能力,為工程地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防提供合理建議。

        3.1.2 加強(qiáng)實(shí)地勘察

        地質(zhì)勘察評估最重要的是客觀、真實(shí),不深入現(xiàn)場就難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性。專業(yè)勘察團(tuán)隊(duì)要制訂好工作計(jì)劃,根據(jù)礦山工程特點(diǎn),明確勘察范圍和內(nèi)容,兼顧多種影響因素,保證設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性。根據(jù)勘察數(shù)據(jù)評估地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性,提出礦山開采需要注意的問題,針對性地設(shè)計(jì)礦產(chǎn)資源開采方案,并隨著工作的繼續(xù)進(jìn)行不斷細(xì)化調(diào)整。為了保證實(shí)地勘察工作效果,必須提高勘察方案編制水平,不能套用其他項(xiàng)目。在面對特殊情況或較大難題時(shí),應(yīng)該集思廣益,采用特定的設(shè)備和技術(shù),保證最終成果能夠滿足評估需求。

        3.1.3 采用先進(jìn)技術(shù)

        在保證制度、組織、人員素質(zhì)的前提下,技術(shù)設(shè)備對地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估會產(chǎn)生直接影響,所以,要充分重視技術(shù)與設(shè)備的更新,不斷提高勘察評估水平。常用的礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估方法有層次分析法、統(tǒng)計(jì)分析法、模糊評判法等。每種方法都有一定的適用范圍,比如,在地質(zhì)災(zāi)害影響因素收集困難時(shí),可以采用統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行大范圍評價(jià)。除了合適方法的選用,先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用也能夠起到事半功倍的效果,例如,利用GPS 技術(shù)能夠接收觀測數(shù)據(jù)信息,也能夠相對準(zhǔn)確定位,獲得精準(zhǔn)三維坐標(biāo);引入PTK 技術(shù)也能夠發(fā)揮重大作用。

        3.2 地下水治理

        地下水資源非常寶貴,如何降低地下水對礦山開采的負(fù)面影響也十分關(guān)鍵。要做好降排水作業(yè),避免出現(xiàn)不均勻沉降問題。根據(jù)水文地質(zhì)條件和工程特點(diǎn),選擇合適的排水方式。明排水適用于粗粒土層或者滲水量小的黏土層。當(dāng)土為粉砂和細(xì)砂時(shí),地下水滲出會帶走細(xì)粒,引發(fā)流沙現(xiàn)象,導(dǎo)致坑底涌砂、邊坡坍塌,無法正常繼續(xù)施工,這就需要采取井點(diǎn)降水法,根據(jù)土的滲透系數(shù)、工程特點(diǎn)、設(shè)備條件、降低水位深度等綜合因素,按規(guī)范要求選擇輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)等不同井點(diǎn)降水方式,并保證技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性、合理性。針對動水壓力產(chǎn)生的流沙問題,應(yīng)根據(jù)嚴(yán)重程度,除了采用常規(guī)降水措施外,還可以通過加重法、爆炸法、化學(xué)加固法,以及拋入大石等特殊手段進(jìn)行靈活處置。關(guān)于侵蝕問題,需要采用堵截地表水流入、阻止地下水流動、設(shè)置反濾層、改良土質(zhì)、降低水流速度和坡度等策略,抑制地下水的流動效果。充分重視承壓水對坑底的作用,科學(xué)進(jìn)行坑底突涌驗(yàn)算,如有必要可以用水平封底隔滲或者鉆孔減壓的方法,維護(hù)坑底土層的穩(wěn)定性,降低地下水產(chǎn)生的干擾,確保礦坑開挖安全[3]。

        3.3 地震災(zāi)害治理

        地震災(zāi)害的危險(xiǎn)性不言而喻,基于其不可預(yù)測性、破壞嚴(yán)重性的特點(diǎn),首先要盡量避開地震活躍地帶,加強(qiáng)地震災(zāi)害危險(xiǎn)性評估。針對工程建設(shè)可能誘發(fā)、加劇地震災(zāi)害的可能性,以及工程建設(shè)本身可能會遭受地震災(zāi)害的危險(xiǎn)性展開系統(tǒng)的分析,如有必要,需做好防震、抗震設(shè)計(jì)和施工。同時(shí),加強(qiáng)地震災(zāi)害預(yù)警,做好應(yīng)急預(yù)案,積極與地震預(yù)測部門合作,能夠第一時(shí)間收到地震來臨前的信號,并迅速做出反應(yīng)。不但如此,礦區(qū)也要積極進(jìn)行地震災(zāi)害監(jiān)測,使用專業(yè)儀器或者通過生物預(yù)警,獲取地震信號。另外,礦山作業(yè)部門要充分認(rèn)識違規(guī)作業(yè)造成的危害性,科學(xué)設(shè)計(jì)開采方案,避免濫挖濫采,加強(qiáng)周邊巖體監(jiān)測,避免局部高應(yīng)力集中,盡可能降低因工程建設(shè)活動誘發(fā)地震災(zāi)害發(fā)生的概率。

        3.4 不穩(wěn)定邊坡治理

        (1)做好排水和防滲工作,尤其是雨季的長期防排水,防止大氣降水向巖體滲透。通常情況下,可以在滑坡體外圍布置截水溝槽,有效截?cái)嗨鳎粚τ诖蟮幕麦w,應(yīng)該布置一些排水溝,并且整平坡面,避免坑洼積水。(2)對于已經(jīng)滲入滑坡體的水,需要構(gòu)筑地下排水廊道,及時(shí)截流,使積水排出滑坡體,還可以采用鉆孔排水的方式。(3)降低邊坡重力,將陡峭的邊坡上部巖體挖除,使邊坡變緩,減輕滑體重量,消減下來的土石可以做擋腳,起到反壓、穩(wěn)定邊坡的目的。(4)在不穩(wěn)定巖體下部,使用砌石、混凝土等材料修建支撐墻或擋墻,基礎(chǔ)需砌置在滑動面以下,還可以采用錨固措施,運(yùn)用錨桿、錨固樁等形式,實(shí)現(xiàn)抗滑、穩(wěn)固的作用。(5)混凝土護(hù)坡、灌漿、改善滑動帶土石力學(xué)性能等措施也能起到不錯(cuò)的邊坡治理效果。

        3.5 地面裂縫、塌陷治理

        地下礦區(qū)洞頂及兩側(cè)山體要足夠厚,一般在堅(jiān)硬完整的巖層中開挖,保證圍巖穩(wěn)定。如果在不良巖層中開挖,則要邊開挖邊支護(hù),或者超前支護(hù)。修筑地下工程時(shí),要盡可能避開褶皺核部,應(yīng)在背斜核部,巖層呈上拱形,有利于頂部穩(wěn)定。如果必須要在褶皺巖層段施工,則可以將地下工程設(shè)計(jì)在褶皺兩側(cè),同時(shí)要盡量避開斷層帶,地下工程的軸線與巖層走向垂直時(shí),圍巖穩(wěn)定性較好。在合理選擇工程位置的基礎(chǔ)上,采取提高圍巖穩(wěn)定性的措施,其中,支撐和襯砌是礦井開挖常用的臨時(shí)性穩(wěn)定措施,而噴錨支護(hù)的效果更為明顯。對于巖溶和土洞,應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn),采取不同的處理方法,比如,對塌陷或淺埋溶洞可以通過充填法、挖填夯實(shí)法、跨越法、墊層法進(jìn)行處理;對落水洞及淺埋溶溝可以采用充填法、跨越法進(jìn)行處理;對深埋溶洞可以通過充填法、注漿法、樁基法進(jìn)行處理。除了巖溶和土洞的填埋夯實(shí),還要注意巖溶水的封堵、疏導(dǎo),這樣能夠減少潛蝕、淘蝕。在礦區(qū)內(nèi)設(shè)置地面塌陷監(jiān)測系統(tǒng),及時(shí)進(jìn)行圍巖支護(hù)、開洞回填、河道防滲,一旦發(fā)生裂縫,要全面、細(xì)致地展開調(diào)查檢測工作,通過有效的加固處理措施,防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。如果出現(xiàn)地面塌陷問題,應(yīng)該準(zhǔn)確評估破壞程度,對遭到破壞的相鄰建筑物進(jìn)行加固或拆除,防止局部壓力過大造成更大范圍的災(zāi)害[4]。

        4 結(jié)語

        綜上所述,礦山水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估非常關(guān)鍵,涉及采礦過程中的安全問題,而且可能對周邊環(huán)境造成重大影響,所以,必須采用科學(xué)、系統(tǒng)的勘察評估方法,正確認(rèn)識不同地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的危險(xiǎn),有效預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率,同時(shí),針對性地采取預(yù)防和治理措施,避免不良影響的擴(kuò)大,在合理開采礦山資源的同時(shí),保證綜合效益。

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