礦山地質(zhì)災(zāi)害防治多元化治理方法研究

董慶陽

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊，遼寧 沈陽 110004）

近些年來，隨著科技的不斷發(fā)展，資源開采程度不斷加深，礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率也逐漸增加，人類生命和財產(chǎn)安全也受到了嚴(yán)重威脅[1]。隨著人們不斷深入對地質(zhì)災(zāi)害的研究，對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律也有了越來越清晰的認(rèn)知，由此制定的地質(zhì)災(zāi)害防治措施也更加合理，對于地質(zhì)災(zāi)害的控制能力提高。但對于礦山地質(zhì)災(zāi)害防治而言，如何提高地質(zhì)災(zāi)害防治管理能力，是礦山面臨的一個迫切的現(xiàn)實問題。無論是應(yīng)急響應(yīng)，還是一般的防治工程，雖然科學(xué)理論很多、分析技術(shù)不斷更新、大數(shù)據(jù)集成能力不斷提升，但往往存在針對性不強、不準(zhǔn)確的問題，從而制約了礦山地質(zhì)災(zāi)害治理工作的開展[2]。在此條件下，準(zhǔn)確把握造成礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要原因，了解引起該問題的關(guān)鍵因素以及造成該問題的因素屬性，是選用正確地質(zhì)災(zāi)害防治方法的核心所在，基于此得出的符合實際需求的治理方法，才能夠真正意義上實現(xiàn)對礦山的防災(zāi)減災(zāi)工作提供保障[3]。

基于此，本文提出礦山地質(zhì)災(zāi)害防治多元化治理方法研究，通過對地質(zhì)環(huán)境進行加固，防護，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率，以期為礦山災(zāi)害防治工作提供有價值的參考。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害防治方法

1.1 礦山崩塌災(zāi)害防治措施

針對礦山崩塌災(zāi)害，結(jié)合實際情況采取主動防治措施和被動防治措施兩種。

在塌災(zāi)害主動防治過程中，首先，對礦山存在的高危坡體進行削坡處理。在進行削坡處理之前，要確定巖體斜坡的穩(wěn)定性，以此確保施工安全開展。在確定好可承受施工的巖體斜坡后，在穩(wěn)定斜坡上對危險斜坡巖體作開挖處理，按照實際危險斜坡巖體的傾斜角度，對開挖位置、角度及深度進行設(shè)計，做好這些準(zhǔn)備工作之后，在挖掘處安裝爆破裝置，需要注意的是，爆破物的計量需要與實際的削坡體積相匹配，避免由于過度爆破引起意外地質(zhì)災(zāi)害。通過削坡處理，一方面可以有效降低危險斜坡帶來的安全隱患，另一方面，也可以減小斜坡體的荷載。削坡后，新鮮巖體暴露與礦山表面，在一定程度上也可以提高斜坡坡度上的穩(wěn)定度；在此基礎(chǔ)上，同時進行礦山的危石清除工作。與削坡過程中的爆破操作相結(jié)合，采用機械對存在脫離基巖可能性較大的危石、孤石、浮石進行清除，為了避免作業(yè)過程中造成不必要的人身安全問題、同時保護坡腳的施工設(shè)施，清除工作的開展利用礦山開采間歇、臨時中斷時進行；以此同時，對人為的開采活動進行控制，保護礦山巖體之間的平衡結(jié)構(gòu)和荷載強度，將負面影響降低到最低。以上措施主要基礎(chǔ)性活動為主，除此之外，還需要通過建筑施工的方式對礦山崩塌災(zāi)害進行防治。

首先，對應(yīng)力相對集中的坡腳、邊坡、以及可能出現(xiàn)溜坍、塌落滑坡的高坡坡腳，建立混凝土擋土墻，建立對邊坡運動產(chǎn)生抑制作用的阻力。需要注意到是，擋土墻對地質(zhì)因條件要求較高，要求其具有良好的應(yīng)力強度，當(dāng)可能出現(xiàn)滑坡的高度、面積較大時，擋土墻也需要更大的橫向空間，這實際需要適當(dāng)增大開挖量。圖1所示為擋土墻的斷面形式。其次，通過支頂設(shè)施對巨型倒懸或外懸危巖體進行加固，緩解危巖墜落、傾倒趨勢。一般需要進行單獨支頂?shù)奈r體積以及重量都比較大，因此，支頂結(jié)構(gòu)的體積和重量使其發(fā)揮作用的基礎(chǔ)，否則由于其自身穩(wěn)定性的問題，會加大施工風(fēng)險；危巖除以外懸形式存在，還包括坡面凹腔形成的危巖。對于這類安全隱患，采用混凝土對危巖進行填筑，結(jié)合凹腔的實際情況對其進行嵌補。需要注意的是，嵌補實施的基礎(chǔ)是穩(wěn)定的接觸結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 擋土墻斷面形式

圖2 嵌補結(jié)構(gòu)基本示意圖

當(dāng)坡面存在較多危石時，要通過大量的局部開挖工作為嵌補結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。對于礦山表面堅固度較低的位置，通過構(gòu)建漿砌石護面，由此避免坡面在風(fēng)化和水土流失作用下產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害隱患。但坡面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低，因此，在實施過程中，要求邊坡角度和單級高度要在可控范圍內(nèi)。

在被動防治措施中，主要是針對發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害后的破壞減緩，主要包括以下幾個方面。首先，在礦山坡腳位置設(shè)置一定寬度和深度的落石槽，用以承接由于防護疏漏產(chǎn)生的落石，落石槽是設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)是確保落石停留在保護區(qū)域意外的范圍內(nèi)，當(dāng)實地條件存在限制時，通過增加開挖寬度和深度來實現(xiàn)落石槽的功能；其次，對于崩塌的規(guī)模和頻率存在一定的不可預(yù)測性，因此，在礦山施工和設(shè)備設(shè)施布局時，選擇合理避讓空間，將潛在災(zāi)害所能威脅的范圍以外，做到一勞永逸。

1.2 滑坡災(zāi)害防治措施

滑坡災(zāi)害的發(fā)生一般伴隨著雨水沖刷作用，同時，礦石淺層地質(zhì)的結(jié)構(gòu)對其也有一定的影響，因此，防治措施的選用要結(jié)合地形地貌等具體工程條件，有針對性的實施。根據(jù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的成因，對其防治時，首先減少形成滑坡關(guān)鍵因素，包括挖除小規(guī)模、淺層滑坡，修建導(dǎo)滑設(shè)施，調(diào)整其滑動方向；修建截水溝、排水溝，合理排導(dǎo)地表水；修建盲溝、滲溝，合理排導(dǎo)地下水；修建擋水墻、砌石護坡，降低雨水沖刷帶來的地質(zhì)災(zāi)害隱患。

滑坡災(zāi)害受雨水作用影響較大，建排水設(shè)施要結(jié)合其它措施才能奏效。在防治措施設(shè)施初期，采用成本較低的臨時排水設(shè)施，并用粘土或水泥漿對滑體后緣裂縫進行填充，用聚乙烯布覆蓋表面，做好防滲處理，防治后期修建永久排水設(shè)施時，以滑坡形狀特點為基礎(chǔ)，在滑坡周圍按最大降雨量鋪設(shè)防滲、排水設(shè)施，防止地表水進入滑坡區(qū)域。人工邊坡建筑參考值如表1所示。

表1 不同材質(zhì)人工邊坡允許坡度參考值

為從根本上防治礦山滑坡災(zāi)害，建立抗滑工程阻止滑坡的發(fā)育。在礦山滑坡上建立抗滑樁，通過人工挖孔灌注樁，對深層處于擠壓階段的滑坡進行施工。對于淺部滑坡，采用錨固措施進行治理，將斜坡上已經(jīng)被低強度結(jié)構(gòu)面切割的巖層重新整合，組成為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并通過巖體與錨桿之間存在的摩擦力阻止巖塊的下滑趨勢；并通過灌漿固化滑坡地帶巖土的性質(zhì)。灌漿材料主要以石灰漿、石灰砂漿、水泥漿、粘土漿等為主，增加滑帶土的強度，降低滑坡發(fā)生的概率。

1.3 泥石流防治措施

針對礦山泥石流防治的措施，以工程措施為主。由于一般情況下，礦山的開采線路和建筑都已固定，自由度很小，因此在礦山遭受泥石流危害時，主要采用下列工程措施進行防護。首先，對礦山進行引流。建立截流壩和引水渠道，引導(dǎo)泥石流上游、支溝進入主河，減少主溝形成泥石流的動力和水量條件，減小泥石流的規(guī)模，降低泥石流的危害；除此之外，建立合理的水流排導(dǎo)設(shè)施。分別建立急流槽和明洞渡槽，使泥石流通過礦山，而不給礦山造成危害。對于發(fā)生泥石流災(zāi)害時的危害減緩，主要通過上攔下排、粗?jǐn)r細排相結(jié)合的方式進行。在泥石流上游適當(dāng)位置，采用鋼筋混凝土修建攔沙壩，抬高壩上游侵蝕基準(zhǔn)面防止溝道繼續(xù)下切，并攔擋部分泥石流物質(zhì)，減少形成泥石流的物質(zhì)，同時利用攔擋建筑物及其溢流口的位置，適度調(diào)節(jié)泥石的流向。通過以上方法，對礦山進行主要災(zāi)害防治，在整個防治系統(tǒng)的總體布局輪廓基礎(chǔ)上，采取具體的方案。不同災(zāi)害防治措施相互配合，組成優(yōu)化的礦山地質(zhì)災(zāi)害防治方法，以提高防治工作的實效性和經(jīng)濟性。

2 試驗測試

為驗證所提方法的有效性，進行試驗測試。以某礦山為實驗對象，已知該礦山目前已開采礦井9個，開采深度最深為502m，所在區(qū)域為丘陵地貌，地表植被破壞嚴(yán)重，表層土質(zhì)為碎石土，巖性為花崗巖，混有部分硅化變質(zhì)巖性，巖層走向為北向東40°-60°，上陡下緩，上部傾角為20°-30°，下部傾角10°-18°。坡體位于1260-1330m之間，上部寬約145m，厚度10-15m，總體積約56×104m3，部分位置傾角出現(xiàn)大于30°的情況，區(qū)域環(huán)境氣候以干燥為主，偶有10-15mm大規(guī)模降雨。為體現(xiàn)實驗結(jié)果的可靠性，分別采用文獻[5]提出的礦山地質(zhì)災(zāi)害防治方法和文獻[6]提出的礦山地質(zhì)環(huán)境治理對策作為對比，同時進行該礦山的災(zāi)害治理工作。實驗過程中，三種方法分別以礦山的3處礦井為中心，開展半徑為100m的災(zāi)害防治工作。試驗周期為50天，分別統(tǒng)計不同方法下，礦山是災(zāi)害發(fā)生情況，具體結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同方法災(zāi)害防治結(jié)果

由于試驗期間未出現(xiàn)降雨天氣，因此實驗結(jié)果中不包含泥石流災(zāi)害的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通過圖3可知，在三種方法中，本文方法下災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)最少，在實驗開始的前10天，發(fā)生了小幅度的地震情況，因此在前10天的災(zāi)害統(tǒng)計結(jié)果中，相對于其他試驗階段，出現(xiàn)了較高的災(zāi)害發(fā)生頻率。但本文方法的災(zāi)害總數(shù)始終在15次以內(nèi)。這主要是因為所提方法實現(xiàn)了對實驗環(huán)境的多元化分析，結(jié)合了礦山地質(zhì)、環(huán)境、開采程度等多方面因素，提高了對災(zāi)害的防治強度和針對性，降低災(zāi)害發(fā)生頻率。在此基礎(chǔ)上，分別統(tǒng)計了三種防治方法下，災(zāi)害發(fā)生方規(guī)模，其結(jié)果表2所示。

表2 不同方法災(zāi)害防治程度

從表1中可以看出，對比文獻[5]和文獻[6]方法，本文方法的防治方法下，災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模明顯減小，根據(jù)圖3統(tǒng)計的災(zāi)害次數(shù)，結(jié)合表1的統(tǒng)計結(jié)果，可以得出結(jié)論，本文方法在有效降低災(zāi)害發(fā)生頻率的同時，還可以在一定程度上縮小災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模，降低損失，對于礦山地質(zhì)災(zāi)害的具有良好的治理效果。

3 結(jié)語

地質(zhì)災(zāi)害是嚴(yán)重威脅人民生命和財產(chǎn)安全的一種自然災(zāi)害，礦山特殊的地理位置，山地多、雨量充沛、降雨分布不均，常年受到臺風(fēng)的影響導(dǎo)致極端天氣的發(fā)生，加上人類工程活動大量增多，直接導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)易發(fā)，嚴(yán)重威脅礦山民的生命和財產(chǎn)安全。本文提出礦山地質(zhì)災(zāi)害防治多元化治理方法研究，以期降低由于礦山地質(zhì)災(zāi)害帶來的生命和財產(chǎn)損失。