山東平邑地區(qū)某礦山地質災害成因類型與防治對策

劉文心

（山東省第一地質礦產(chǎn)勘查院，山東 濟南 250000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用形成了大量的開采邊坡等，嚴重的損害了原有地質體的受力結構，使得原來穩(wěn)定的地質體逐漸不穩(wěn)定，在其他因素的綜合影響下發(fā)生地面不均勻沉降、陷落和垮塌等地質災害[1]。因此，礦產(chǎn)資源利用過程中的礦山地質災害對礦山企業(yè)經(jīng)濟效益和安全施工影響較大。鑒于此，本文以山東平邑地區(qū)某礦山為例，分析其地質災害類型及防治對策。

1 礦體地質概況

礦體嚴格受控于層位，礦體主要賦存在平邑斷陷盆地中的古近系卞橋組中，礦體產(chǎn)狀與圍巖地層產(chǎn)狀基本一致，總體走向呈北西—南動向展布，礦體傾向北東，傾角較緩，一般介于22°～33°之間。

總體上，礦體品位高，厚度達，埋藏淺，礦體頂板和底板均為雜色砂質泥巖、鈣質泥巖和粉砂巖，并夾有少量的灰白色泥灰?guī)r。礦體地表第四系覆蓋較厚，以殘坡積物、堆積物為主。

2 礦山地質災害成因類型及特征

由于礦體具有一定的埋藏深度，故采用井下開采的房柱采礦法。其中礦柱預留方式多樣，部分采用連續(xù)礦柱，部分采用間隔式礦柱[2]。由于礦體圍巖變化及周圍地質條件的變化，導致預留的礦柱差異較大，由此誘發(fā)的地質災害成因也存在較大差異。

因此，結合礦山開采方法、礦柱留設方法等可將礦區(qū)地質災害劃分3種成因類型，即地面不均勻沉降型、巖土體陷落型和礦房垮塌型。

2.1 地面不均勻沉降型

地面不均勻沉降型地質災害是最為常見的礦山地質災害之一，雖然地表沉降量相對較小，即地表巖土體形變量相對較小，形變發(fā)生過程極為緩慢，但是地面不均勻沉降型災害的影響范圍較大，具有長期性和隱蔽性，屬于緩慢型漸變的過程，導致礦山安全監(jiān)管人員不易察覺，進而可能引起巨大的安全事故[3]。

此外，地面不均勻沉降型災害對礦山區(qū)域的建筑物或者其他工程設施影響較大，容易造成建筑物或者工程開裂、像變形甚至是破壞。因此，地面不均勻沉降型災害監(jiān)測技術的有效利用至關重要。

地面不均勻沉降型災害的誘發(fā)機制主要為：①隨著采礦活動的持續(xù)進行，在礦山深部形成了一定規(guī)模的采空區(qū)，上覆巖土體的受力結構發(fā)生明顯的改變，在重力作用和側向擠壓作用下使得上覆巖土體具有向下沉的趨勢，同時由于礦坑中地下水處于長期的疏干狀態(tài)，即地下水賦存狀態(tài)長期處于失衡狀態(tài)下，不僅加快了地下水的流動速率，而且改變了地下水的流向；②礦區(qū)地淺表存在一層壓縮性較強的黏土層，由于井下排水系統(tǒng)使得黏土層中的水體疏排干凈，導致黏土層長期處于失水狀態(tài)，進而引起巖土層失水收縮、飽水膨脹，加劇了巖土體結構受力狀態(tài)的改變，進而誘發(fā)地面不均勻沉降；③若房柱跨度較大，對上覆巖體的支撐力小于上覆巖體的重力及側向擠壓力時，容易造成上覆巖體彎曲變形，進而引起不均勻沉降。

2.2 巖土體陷落型

巖土體陷落型地質災害在礦山井下開采中較為少見，一般塌陷規(guī)模較小，在地表呈現(xiàn)出近似圓形或者橢圓形的陷坑，單個陷坑大小規(guī)模差異較大，一般單個面積為數(shù)十平方米，陷落深部也相對較淺，一般在1m左右。

導致巖土體陷落的誘發(fā)因素在于：①在資源開采過程中，巷道與回采礦房布置位置過于靠近地表，導致地表與礦體之間僅有第四系殘坡積物，當采礦揭穿第四系系，可造成礦坑內大規(guī)模涌水，進而導致涌水部位出現(xiàn)塌陷等災害；②由于第四系中潛水帶攜帶有大量的泥砂，并將其排泄至礦坑中，因此以出水點為中心形成了一個降落漏斗；③由于采礦過程中井下排水系統(tǒng)的影響，使得第四系潛水帶的潛水位下降，導致原來洞穴失去了地下水的作用，進而引起巖土體力學性能的降低，使得洞穴無法支撐上覆巖石的重壓，進而引起洞穴塌陷。

2.3 房柱垮塌型

房柱垮塌型地質災害是極為常見的礦山災害之一，對礦山安全生產(chǎn)影響較大。

房柱垮塌型地質災害形成的塌陷區(qū)域比較大，并且以采空區(qū)為中心向四周擴散，一般伴隨有大量的放射狀、環(huán)狀或者平行狀地裂縫[4]。

同時，塌陷區(qū)域對著采空區(qū)域的規(guī)模、埋深以及圍巖力學性能等存在較大差異。

房柱垮塌型在礦山地質災害中極為常見，具有規(guī)模大、突發(fā)性強、危害重和不可預測的特點。導致房柱垮塌的誘發(fā)因素包括：①由于礦山開采活動時間較長，形成了大量的采空區(qū)，導致采空區(qū)上覆巖土體的受力結構發(fā)生明顯的轉變，進而使得各種綜合應力集中在采空區(qū)上覆巖體中，在綜合應力的作用上覆巖體具有向下彎曲的趨勢，若巖石的抗張性能小于綜合應力，則容易引起上覆巖體向下彎曲、變形、離層甚至是斷裂，進而影響房柱塌陷；②礦區(qū)斷裂構造極為發(fā)育，當?shù)V體被開采完后，由于受力結構的轉變而引起斷裂拉張應力的變化，同時隨著采礦爆破震動作用影響，使得采空區(qū)上覆巖層逐漸疏松并破碎，進而引起房柱塌陷事故；③礦山企業(yè)為了追求資源量，導致采礦過程中未能按照設計預留礦柱，或者礦柱設計本身不合理，造成礦柱留設過小，甚至出現(xiàn)楔形礦柱等，加之礦房跨度較大，采空區(qū)高度較高等，留設礦柱受壓大于承壓極限時開始劈裂、變形倒塌，進而引起上覆巖體塌陷。

3 礦山地質災害防治對策分析

通過對礦山已發(fā)生的地質災害綜合分析認為，雖然礦山災害的誘發(fā)機制不盡相同，但是均與采礦活動密切相關。由于采礦活動不規(guī)范等，最終造成礦山區(qū)域道路變形破壞，房屋開裂，地下水環(huán)境破壞污染嚴重，不僅降低了礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且對礦山區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞極為嚴重。因此，為了有效的降低礦山地質災害發(fā)生率以及對礦山安全生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響，本文提出了如下礦山地質災害防治對策，為提高礦山安全生產(chǎn)奠定基礎。

（1）礦山地質災害防治必須堅持“預防為主、防治結合”的基本原則，加強礦山工作人員的安全施工意識，對常見的礦山災害發(fā)展過程中以及判別標志進行講解、宣傳，使得礦山工作均能較清楚的認識安全事故的重要性。

（2）對于礦山中已經(jīng)發(fā)生的地質災害來說，必須堅持“誰誘發(fā),誰治理”的基本原則，即根據(jù)礦山地質災害類型分析誘發(fā)災害的主要原因，通過成因類型分析找出誘發(fā)因素，針對具體的誘發(fā)因素進行治理措施制定。同時根據(jù)已發(fā)生地質災害類型、范圍、規(guī)模等對其余區(qū)域進行摸排工作，防治地質災害進一步擴大。在地質災害危險區(qū)域，將影響范圍圈定出來，并做好警示標志，若在未采礦區(qū)域，在需要進行預先治理工作。

（3）塌陷礦區(qū)治理過程中，需要及時考慮動態(tài)變化規(guī)律，即將塌陷區(qū)域平整治理后要預防后期的沉降災害，這與治理平整充填物的密實度等關系較大。

（4）基于礦山已發(fā)生的地質災害，因根據(jù)礦山災害成因差異等采取不同的治理措施，一般包括：①若災害類型為礦房垮塌型，應及時補充查明礦區(qū)內的地層巖性以及構造分布規(guī)律，并對礦體頂?shù)装暹M行合理計算，確保礦柱留設充足，同時盡可能的降低采高，嚴禁盲采、強采和亂采等，在條件允許的條件下盡可能的引進先進的采礦工藝；②若災害類型為巖土體陷落型，則應加強礦區(qū)水文地質調查研究工作，查明礦區(qū)的水文地質條件，可采用帷幕注漿堵水法或者全面疏干法對礦區(qū)地下水進行治理，盡可能的阻止第四系潛水向礦坑注水；③若災害類型為地面不均勻沉降型，則必須對礦山周邊的村莊進行整體搬遷，同時加強地表沉降形變監(jiān)測以及采空區(qū)頂板形變動態(tài)監(jiān)測，并及時做好地質災害預測工作。

（5）在礦山范圍內開展詳細的地質災害評估調查工作，查明礦區(qū)內與地質災害成因有一定關聯(lián)的地層、巖性、構造、采空區(qū)分布范圍以及礦區(qū)工程地質條件和水文地質條件等內容。在調查的基礎上合理布設地質災害監(jiān)測控制點，加強現(xiàn)代化監(jiān)測技術的綜合應用，提高遠程自動化監(jiān)測技術。根據(jù)獲得的礦區(qū)地質災害發(fā)展演化規(guī)律，制定出合理的治理措施。

（6）礦山所在區(qū)域政府部門加強督促監(jiān)督力度，通過嚴格的監(jiān)管力度加強礦山災害預防。同時，嚴禁礦山企業(yè)采礦過程中采富棄貧等違規(guī)現(xiàn)象，督促采礦活動按部就班的推進。

4 結束語

綜上所述，礦山地質災害是影響礦山采礦活動的主要因素之一，不僅對采礦工人的生命財產(chǎn)安全帶來了嚴重的威脅，而且降低了礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益。

因此，必須加強礦山地質災害成因類型研究，并針對具體的誘發(fā)機制等采取合理的治理措施。礦山地質災害治理必須遵循“預防為主，防治結合”的基本原則，政府部門督促礦山企業(yè)應用先進的監(jiān)測技術方法，提高預防能力，降低礦山安全發(fā)生事故率。