礦山開采地質邊坡失穩性原理及治理措施

陳 喆

（中國建筑材料工業地質勘查中心遼寧總隊，遼寧 沈陽 110032）

近年來，由于我國礦山開采的范圍逐漸增大，采礦的技術和裝備水平也得到了一定的提高。雖然我國的礦產資源十分豐富，但是它仍具有不可再生性、稀少性以及分布不均勻性等特質。不僅如此，過度的開采對于礦山的地質環境也產生了很大的壓力。在礦山的開采過程中，地質邊坡的穩定是十分重要的。它不僅是礦山安全的保障，同時也是開采工作中的一個關鍵環節，并且直接關系到開礦人員的財產和人身安全。通常情況下，礦山邊坡一旦發生坍塌滑坡，會對開采設備造成極大的損壞，致使生產停頓，檢測系統報廢[1]。因此，為了更加有效地解決礦山邊坡穩定性的問題，國家開展了一系列的礦山邊坡地質的研究，并在部分礦山開采工程中進行試用。經過研究證明，礦山的巖石在存水狀態下會因為地質循環而產生凍土問題。而當礦山氣溫回暖時，巖石縫隙中的冰會逐漸融化，壓力也會減小，致使巖石兩壁向石心回推[2]。因此，本文主要對地質邊坡失穩性的原理進行分析研究，并提出相應的治理建議，以實現我國礦山的合理開發和利用，完成對環境的保護，以達到促進社會的可持續發展的目的。

1 礦山開采中的常見問題

雖然近幾年來，礦山開采技術逐漸變得成熟，但在開采的過程中還是存在一些常見的問題。首先，是開采難度大，導致工程事故頻發。礦山的開采方式有很多，但主要可以分為地下開采、封閉開采以及露天開采三種。在這之中，露天開采的應用較為廣泛。這種方式的開采難度相對較大，且邊坡防護工作較為困難，非常容易發生事故。有時工作人員為了達到開采目的，會利用爆破技術對其進行處理[3]。爆破時，礦山會產生劇烈的震動，且結構也會隨之發生改變，對礦山的穩定性造成極嚴重的影響，也加大了邊坡坍塌情況的發生率。其次，礦山開采時，山體滑坡災害的發生頻率增加。其實，在礦山的開采過程中，都會或多或少出現山體的滑坡現象。這是由于相關人員在沒有對礦山情況作出具體分析的情況下，就隨意擴大開采深度所造成的。一旦開采過程中出現滑坡情況，那勢必就會影響工程的進度，使相關部門承受不可估計的損失。最后，是礦山整體結構的穩定性不均勻的問題。但是近幾年來，礦山事故頻發，最大的原因是其開采穩定性較差。在開采期間，塌陷問題和落石問題是其不穩定性的主要表現。一旦發生，就可能會誘發更多的安全問題。

2 礦山開采地質邊坡失穩性原理的研究

其實，導致礦山開采地質邊坡的失穩因素有很多，但主要還是由于應力的影響。這種應力主要可以分為兩類，構造應力和殘存應力，它們同時對礦山的邊坡施壓，最后使其產生一個連帶效應，這便是造成礦山失穩的主要原理。接下來，對這個原理進行系統論述。首先，礦山邊坡本身的地質條件就十分復雜。在開采過程中，不同性質的巖體會顯現出不同的地質性能。通常情況下，花崗巖和石灰巖的邊坡穩定性較好。但是由于黃崗巖，麻花巖的擠壓、碰撞作用，會使整個礦洞出現塌陷、滑移的情況。此時，邊坡的結構面與礦山的地質界面是相互擠壓的，它在一定程度上，使整個巖體分散、破碎，最終形成沙礫狀。不同體積的砂礫體。在這樣的地質環境下，礦山邊坡的構造應力和殘存應力的作用被逐漸放大。開采時，礦山的邊坡區域之間會發生聚壓的現象。這主要是因為地質構造的不斷變化而形成的。但是可以通過計算，分析邊坡的構造應力具體數值，以此來做好防護。計算公式如下：

公式中：E表示構造應力，a表示巖體最高硬度，b表示巖體測定最低硬度，n表示礦山巖體的穩定性質子因數。通過以上公式，可以得出邊坡的構造應力。之后，利用得出的數值，再次計算邊坡的殘存應力。殘存應力主要是指邊坡在經過構造應力的作用之后，剩余的應力數值，通過這個數值，可以計算出邊坡側方結構的垂直長度。因此，邊坡的殘存應力計算公式如下：

公式中：A表示殘存應力，m表示巖體側方高度，x表示作用力總力值，y表示作用力相對力值，k表示應力慣性函數。通過計算之后，得出邊坡的殘存數值。礦山開采工程可以通過相關的數值，利用構造應力和殘存應力的原理，對邊坡的實際情況進行測算。

3 礦山開采地質邊坡失穩情況的治理措施

3.1 健全地質保護機制并完善管理制度

要對礦山地質邊坡的失穩情況進行治理，首先就要建立一套完整的地質保護機制和管理制度。一方面，要在可持續發展的基礎上進行礦山邊坡的標準化建設，并投入新型的技術強化研發，不斷完善礦山地質環境的管理制度、礦山地質環境治理恢復基金制度。另一方面，要對礦產資源開采工程的作業程序進行合理化設置。利用遙感技術以及人工智能技術對礦山綜合環境進行勘察預測，以此來確保開采方案的高效落實，實現對礦山環境的動態管理與保護。

3.2 推行多元化的治理工程

傳統的礦山邊坡治理措施相對較為單一，且治理效果不是十分好。在礦山的采空區中，也經常會發生坍塌的現象。對此，通常需要推行多元化的礦山邊坡治理工程。首先，可以先擴大整個礦洞的空間范圍，使其便于開采。之后以混凝土將礦洞頂端密封，達到礦洞與外界隔離的作用。不僅如此，還需要構建清斷水溝，使其發揮一定的阻斷作用，在防止邊坡移動的同時，也防止相關的水源流入礦洞之中，導致邊坡滑落。

3.3 進行礦山土地的復墾

對礦山土地進行復墾，是一項十分有效的邊坡治理措施。但是復墾的基礎條件則是對泥石流問題的處理。對泥石流的治理需要在廢石、棄土堆外圍設置擋土墻，以降低礦體結構的失穩風險。之后，要在礦洞下游處，臨近與礦山最低處的位置，修建多處砂石攔筑壩，同時在大壩的周圍均勻地種植綠色植物，以此來對廢石、沙礫堆進行復墾。這樣的方式，在一定程度上，不僅有利于控制礦山開采時泥石流事故的發生，還間接的避免了其他災害的出現。接下來，要對礦山土地進行復墾。可以先對需要種植的植物進行選擇。這些植物的選擇標準主要應該以韌性強，存活率高，穩定性好等來進行選擇。

3.4 加強礦山邊坡的實時監控

在完成以上治理措施之后，需要對礦山邊坡的實施情況進行監控。由于礦山巖體開鑿的多面性，導致礦山邊坡很容易受到地殼振動、雨水浸泡、風力侵蝕等因素的影響。所以，完整的礦山監控系統可以幫助開采人員更好地完成工作。并通過所得的數據對礦山開采的指導、邊坡的防災減災等工作進行處理，使相關的開采人員可以及時、精準地掌握礦山邊坡的具體情況。中小型的礦山開采工程，每月會對礦山邊坡的相關情況監測2次，并從中獲取相關的數據信息。而大型的礦山開采工程則會每月進行3次的實況監測。當工程處于降水量集中的季節時，還會進行不定期的抽查監測。這樣不僅可以降低災害的發生幾率。

3.5 增強開采邊坡各項參數的控制

要想減少礦山邊坡的災害發生率，就需要在源頭進行控制。所以，需要增強對邊坡各項參數的基礎性控制，擴大其相關的綜合治理范圍。首先，需要確定礦山邊坡平臺的寬度和高度，并對其側方的礦洞情況進行核查，保證礦洞處于安全狀態。但是需要注意的是，礦山邊坡的高度通常是不一致的，它會隨著開采進度而不斷變化。所以可以利用測定儀器對數值先進行精準地測定，之后利用沙袋阻擋、樹木種植以及邊坡維護等方法對具體問題解決。然后，對邊坡相應的寬度進行控制。這個寬度一般對礦山開采的工作有一定的影響。一般情況下，中小型礦山開采所需要的寬度大概在6-7米，而大型礦山開采所需要的寬度為10米左右，因此，在動工之前，需要對這個數值作出嚴謹的控制。

4 結束語

礦山邊坡穩定性是礦山開采過程中不可忽視的關鍵環節。一旦邊坡的穩定性達不到要求，往往容易導致邊坡垮塌、滑坡等事故的發生，不僅會影響工程的進度，同時還有可能造成開采人員的傷亡。間接造成礦山資源的損失，并增加礦山開采的成本。因此，要對礦山開采地質邊坡的失穩問題加以治理，以此來保證礦山開采工程的順利施行。