試論礦山地質(zhì)災(zāi)害成因及防治策略

陳剛?cè)A，姚志龍，唐傳雄

（湖北省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊(duì)，湖北 襄陽 441000）

礦產(chǎn)資源開采工作對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展改善人們生活水平，做出了非常巨大的貢獻(xiàn)。然而，伴隨礦山開采工作的不斷深入，也出現(xiàn)了很多新的問題。特別是礦山開采過程當(dāng)中對礦山區(qū)域的自然環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生較大破壞，如此一來導(dǎo)致各類礦山地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，不僅對國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展形成較大阻礙，而且還嚴(yán)重威脅到礦區(qū)周圍居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

所謂礦山地質(zhì)災(zāi)害是在礦山開采過程當(dāng)中，各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致礦山地質(zhì)環(huán)境破壞、威脅生命財(cái)產(chǎn)安全，并造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的礦區(qū)災(zāi)害。礦山地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害當(dāng)中的重要分支，而且也是自然災(zāi)害的重要組成內(nèi)容。如礦山開采工作過程當(dāng)中開山棄石，造成礦區(qū)發(fā)生嚴(yán)重水土流失，增加地表塌陷和山體滑坡發(fā)生幾率；礦山開采過程當(dāng)中大量抽排水，引發(fā)地下水位出現(xiàn)嚴(yán)重下降，致使礦區(qū)周圍地下水資源逐步走向枯竭;礦井開采還極易引發(fā)地震、巖爆、冒頂片幫突水、地面沉降開裂、瓦斯爆炸等災(zāi)害；礦山剝離堆土，大量的堆積尾礦廢渣使得地表環(huán)境遭受嚴(yán)重污染，露天尾礦庫出現(xiàn)滲漏、坍塌，排土場失穩(wěn)滑移，導(dǎo)致礦區(qū)頻繁出現(xiàn)泥石流災(zāi)害。以上這些都是常見的礦山地質(zhì)災(zāi)害，對礦業(yè)開發(fā)和人們生命財(cái)產(chǎn)安全威脅極大。我國是一個(gè)礦產(chǎn)資源大國，同時(shí)又是一個(gè)發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)過程當(dāng)中在礦產(chǎn)資源方面的需求量還非常大。另外礦業(yè)開發(fā)過程當(dāng)中，很長一段時(shí)間以來都是采用粗放式的開發(fā)方式，這樣一來導(dǎo)致礦山地質(zhì)環(huán)境面臨非常嚴(yán)峻的形勢，礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率還在不斷加劇。進(jìn)入新時(shí)期以來，社會(huì)各個(gè)方面建設(shè)形勢進(jìn)一步加快，使得資源需求量進(jìn)一步增長，但隨著市場經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步深入，給礦山企業(yè)也造成巨大沖擊，有的礦山企業(yè)只看重經(jīng)濟(jì)利益，忽視礦山安全生產(chǎn)，環(huán)保意識(shí)淡化。另外，由于不重視革新開采技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備，再加上礦區(qū)周圍存在的大量民采現(xiàn)象，給礦山地質(zhì)環(huán)境造成的破壞程度越發(fā)嚴(yán)峻，致使礦山區(qū)域長時(shí)間以來積聚的災(zāi)害隱患出現(xiàn)爆發(fā)，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的礦山地質(zhì)災(zāi)害。再者，礦山區(qū)域還存在很多潛在的致災(zāi)隱患，如果不重視防范，都發(fā)展成較大的礦山地質(zhì)災(zāi)害，礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不僅會(huì)嚴(yán)重影響礦山正常生產(chǎn)秩序，而且還會(huì)導(dǎo)致大量礦山設(shè)備、設(shè)施損壞，更甚者導(dǎo)致礦井報(bào)廢，引發(fā)大量人員傷亡，產(chǎn)生難以估量的后果，嚴(yán)重阻礙礦山企業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。所以了解與掌握礦山地質(zhì)災(zāi)害的成因，并采取有效措施進(jìn)行防治，便成為礦業(yè)開發(fā)過程當(dāng)中面臨的首要問題。

1 礦業(yè)開發(fā)與地質(zhì)災(zāi)害

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度日漸加快，社會(huì)各個(gè)方面在建設(shè)與發(fā)展過程當(dāng)中，對礦產(chǎn)資源的需求量與消耗量也出現(xiàn)了快速增長，這些也極大地刺激了礦山開采工作的快速發(fā)展。但是很多中小型礦山獲得迅猛發(fā)展的同時(shí)，管理工作卻沒有及時(shí)跟上，再加上很多小型礦山應(yīng)用的開采設(shè)備技術(shù)較為落后，環(huán)保措施不完善，在開采礦山資源過程當(dāng)中，對礦區(qū)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，使得開采環(huán)境發(fā)生明顯惡化，頻繁出現(xiàn)一些礦山地質(zhì)災(zāi)害問題，而如若一旦出現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害，不僅會(huì)導(dǎo)致礦山設(shè)備設(shè)施的大量損壞，更甚者引發(fā)人員傷亡，還會(huì)產(chǎn)生較大的資源浪費(fèi)。據(jù)調(diào)查，導(dǎo)致礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因各不相同，有些因素是礦山開采過程當(dāng)中無法避免的，如伴隨礦山開采深度的逐漸加深，產(chǎn)生了非常大的地應(yīng)力，這樣一來便會(huì)使冒頂、片幫、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生幾率進(jìn)一步增加。同時(shí)也有一些礦山地質(zhì)災(zāi)害，是由于礦山開采過程當(dāng)中管理不當(dāng)、技術(shù)應(yīng)用不規(guī)范、預(yù)防措施不到位所引發(fā)。如采礦過程當(dāng)中產(chǎn)生的采空區(qū)充填不及時(shí)，隨意的排放廢水、廢渣，開采礦產(chǎn)資源過程當(dāng)中沒有對礦山區(qū)域的水文地質(zhì)條件和構(gòu)造條件充分調(diào)查、巷道偏離、指揮不當(dāng)、作業(yè)不規(guī)范、私挖亂采等，這些不利因素不斷發(fā)展，當(dāng)達(dá)到一定程度便極易產(chǎn)生礦山地質(zhì)災(zāi)害。還有一些礦山在開采過程當(dāng)中為了獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，打破常規(guī)、求近避遠(yuǎn)、采富棄貧這樣一來給接下來的礦山開采工作埋下很多安全隱患，致使礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生幾率進(jìn)一步增加。另外，之前民采風(fēng)潮泛濫，在開采礦產(chǎn)資源過程當(dāng)中運(yùn)用掠奪式的方式進(jìn)行開采，造成很多大中型礦山資源開采遭受嚴(yán)重干擾，并對礦山周圍環(huán)境形成較大破壞，有些鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者個(gè)體小礦點(diǎn)，在開采礦山資源過程當(dāng)中只開發(fā)、不治理，對礦山環(huán)境造成巨大破壞，嚴(yán)重影響到礦山企業(yè)的后續(xù)發(fā)展，還形成很多災(zāi)害隱患。

礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生類型，和礦山所處區(qū)域、礦產(chǎn)開采種類、開采規(guī)模大小以及應(yīng)用的技術(shù)方式存在密切聯(lián)系性，通常而言，露天礦山開采常常造成嚴(yán)重的水土流失，同時(shí)還會(huì)增加排土場滑坡發(fā)生幾率，引發(fā)邊坡坍塌與泥石流災(zāi)害等。而地下開采由于會(huì)產(chǎn)生很多采空區(qū)，受此影響，時(shí)常發(fā)生地裂縫、地面坍塌、巖爆、冒頂以及瓦斯脫水等地質(zhì)災(zāi)害，并且還會(huì)嚴(yán)重污染地表水，誘發(fā)尾礦泥石流災(zāi)害，或礦井抽排水導(dǎo)致地下水位下降引發(fā)近地表水源枯竭等。礦山地質(zhì)災(zāi)害不僅類型較多，而且各種礦山地質(zhì)災(zāi)害其形成機(jī)制各不相同，并且存在不同的誘發(fā)因素，所以對于不同的礦山地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用針對性的措施進(jìn)行防治。另外在開采礦產(chǎn)資源過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)將各方關(guān)系有效協(xié)調(diào)好，確保采礦工作持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，并運(yùn)用有效措施控制和減少對礦山周圍環(huán)境造成的破壞性。

針對一些頻繁發(fā)生的礦山地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)當(dāng)科學(xué)構(gòu)建應(yīng)急預(yù)案，以免在礦山事故發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡，只有將礦山開采工作和保護(hù)自然環(huán)境以及保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全充分融合在一起，實(shí)現(xiàn)開采工作與人和自然協(xié)調(diào)統(tǒng)一，才能將礦山開采的作用價(jià)值最大程度的體現(xiàn)出來。再者，地方政府應(yīng)當(dāng)將發(fā)展環(huán)境和保護(hù)環(huán)境二者關(guān)系有效處理好，打破地方保護(hù)主義，給予科學(xué)引導(dǎo)，提高監(jiān)管水平，針對一些不符合開采標(biāo)準(zhǔn)的礦山企業(yè)堅(jiān)決取締，這樣才能最大程度的避免對礦山環(huán)境造成的破壞性，減少礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生幾率。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要類型及其成因分析

2.1 采空區(qū)塌陷

2.1.1 采空區(qū)塌陷及其成因

采礦作業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中應(yīng)用崩落法、留礦法和空場法常常導(dǎo)致礦井之下產(chǎn)生大面積的崩落空區(qū)與采空區(qū)，這些大規(guī)模存在的采空區(qū)極易誘發(fā)坍塌等地質(zhì)災(zāi)害，坍塌坑一般呈現(xiàn)近圓形或者橢圓形，采空區(qū)面積較大的，深度從內(nèi)到外不斷變小，特別有的礦藏埋藏深度相對較淺，大面積的松散覆蓋物，礦層覆巖強(qiáng)度不高，比例較小，有存在復(fù)雜的巖性組合，而開采底層礦藏之后，頂板巖層受覆蓋巖層以及自身重力因素影響，便會(huì)逐步向下發(fā)生彎曲與移動(dòng)，如果頂板巖層內(nèi)部出現(xiàn)拉長應(yīng)力超過極限強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致頂板出現(xiàn)破裂，上層覆蓋巖層也會(huì)不斷彎曲與移動(dòng)，直到發(fā)生斷裂或離層情況，并波及到地表產(chǎn)生盆地塌陷坑。

2.1.2 采空區(qū)塌陷防治措施

①充填復(fù)墾法：在防治礦區(qū)采空區(qū)塌陷時(shí)，該法應(yīng)用較多，就是將露天礦剝離物或者煤矸石粉煤灰作為充填物充填至采空區(qū)，所以充填材料必須要充足，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)保證充填材料無污染，進(jìn)而有效應(yīng)對塌陷部位復(fù)墾問題，還能處理掉很多礦山固體廢物，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠。②崩落法：通過深孔爆破方式，崩落采空區(qū)圍巖，達(dá)到充填采空區(qū)的效果。③支撐法：采空區(qū)運(yùn)用礦柱或者支架進(jìn)行支撐，避免發(fā)生變形危險(xiǎn)。④封閉法：主要適用于不會(huì)對主礦體、主礦道開采造成影響的小采空區(qū)。

2.2 巖爆

2.2.1 巖爆及其成因

巖爆又被稱之為沖擊地壓，主要是指礦體、巖體、脆性煤在遭受強(qiáng)大低壓因素影響下，破壞其極限平衡狀態(tài)突然向自由空間進(jìn)行動(dòng)力釋放的現(xiàn)象，是由于開挖隧道或者采礦工作當(dāng)中誘發(fā)的地震，巖爆災(zāi)害在很多礦山開采過程當(dāng)中均有發(fā)生。

2.2.2 巖爆的預(yù)測及其防治

加強(qiáng)監(jiān)測預(yù)報(bào)，通過實(shí)驗(yàn)室對煤巖和巖塊力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量，并根據(jù)彈性變形能量指數(shù)對巖爆發(fā)生概率支持造成的危險(xiǎn)程度進(jìn)行判定。同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場觀測，通過聲響、震動(dòng)以及鉆探施工過程當(dāng)中鉆屑數(shù)量等做出預(yù)測預(yù)報(bào)。并可結(jié)合地球物理法、水分法、統(tǒng)計(jì)法以及地震波預(yù)測法等進(jìn)行預(yù)報(bào)。在此基礎(chǔ)上采取有效的對策進(jìn)行防治，如可運(yùn)用超前應(yīng)力解除法，鉆探施工過程當(dāng)中鉆孔注水軟化圍巖，選擇科學(xué)的采挖技術(shù)措施，并做好預(yù)防工作，經(jīng)支護(hù)與圍巖加固工作充分落到實(shí)處控制和減少巖爆災(zāi)害的發(fā)生。

2.3 滑坡

2.3.1 滑坡及其成因

滑坡災(zāi)害是由于巖土體自身重量滲透力、構(gòu)造力等諸多因素共同作用所造成。位于斜坡上的巖土體由于自身重力因素和水以及其他外力因素共同影響下，沿著某一結(jié)構(gòu)軟弱面出現(xiàn)位移的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。巖土體開挖之前內(nèi)部基本上保持平衡狀態(tài)，而隨著開發(fā)工作的不斷進(jìn)行，面臨采場方面的巖體呈現(xiàn)臨空狀態(tài)，缺少有效支撐，改變了巖體當(dāng)中的應(yīng)力場，最終產(chǎn)生滑坡災(zāi)害。

2.3.2 滑坡防治措施

控制和減少水造成的危害，把工作面設(shè)置為反坡避免雨水大量匯聚造成沖刷，將截洪溝與排水溝設(shè)置于頂部，及時(shí)排除地表水。對滑坡體的外形有效改變，將邊坡滑坡區(qū)域分層高度有效降低，設(shè)置多個(gè)分層個(gè)數(shù)，并構(gòu)建安全平臺(tái)，放緩坡腳，支擋與錨固等各項(xiàng)措施來減少滑坡災(zāi)害發(fā)生幾率。

2.4 泥石流

2.4.1 泥石流及形成原因

隨著礦山開采工作的不斷進(jìn)行，會(huì)有很多松散碎屑堆積物產(chǎn)生，這些松散堆積物為泥石流災(zāi)害形成提供了更為充足的物質(zhì)來源，大量的堆積物。在礦山開采過程當(dāng)中能否出現(xiàn)位移和斜坡上的堆積物靜力平衡是否給打破存在密切關(guān)聯(lián)性。斜坡上堆積的松散堆積物由于自身重力因素影響用坡面產(chǎn)生垂直的正壓力，并隨著斜坡向下發(fā)生運(yùn)動(dòng)分離產(chǎn)生下滑動(dòng)力，由于坡面和堆積物有滑動(dòng)阻力產(chǎn)生，行程較大的摩擦力與抗剪強(qiáng)度，便是人們常說的臨界起動(dòng)力，倘若該動(dòng)力與臨界起動(dòng)力相比較小時(shí)，堆積物此時(shí)處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，而超過臨界起動(dòng)力斜坡上的松散堆積物便會(huì)向下發(fā)生滑動(dòng)，另外暴雨因素影響下，會(huì)使得泥石流災(zāi)害發(fā)生幾率進(jìn)一步增加。

2.4.2 泥石流防治措施

防治礦山泥石流災(zāi)害一般多采用攔擋措施，并聯(lián)合排泄疏導(dǎo)，針對一些泥石流災(zāi)害高發(fā)的地質(zhì)條件應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置攔截壩，有效封固這些松散物質(zhì)，并將溝渠設(shè)置在合理位置上，防止泥石流災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可以及時(shí)順暢的排出泥石流，并區(qū)別對待開挖廢石與剝離渣土過程當(dāng)中產(chǎn)生的不同巖土體，在底部放置堅(jiān)硬的部分，并將松散部分放置于表層。

2.5 水土流失

2.5.1 水土流失及形成原因

礦山開采工作實(shí)施過程當(dāng)中產(chǎn)生的大量松散堆積物空隙較大，結(jié)構(gòu)較為松散，而在水流因素影響下，松散物顆粒質(zhì)量無法有效抵抗水流，進(jìn)而出現(xiàn)位移引發(fā)水土流失。并且伴隨礦山開采工作的不斷進(jìn)行，改變了礦山區(qū)域原有的地形地貌，更破壞了礦山內(nèi)部原來的平衡性，如果山坡土體休止角發(fā)生增大，將會(huì)打破原有的平衡支撐，也會(huì)由于棄渣過高堆積遭遇降水滲入之后，使得堆積物自身重量不斷增加，在堆積體上方部位出現(xiàn)滑坡面，這些便會(huì)大幅增加水土流失發(fā)生幾率。

2.5.2 水土流失防治措施

為了有效防止礦山水土流失情況的發(fā)生，運(yùn)用水土林草措施發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用，通過水土林草措施構(gòu)建以防護(hù)水蝕、風(fēng)蝕的綜合系統(tǒng)，對于巖土體能夠起到良好的固結(jié)作用，而控制和減少水土流失的發(fā)生。

2.6 崩塌

2.6.1 崩塌及其成因

坍塌發(fā)生部位主要在高陡邊坡以及開采中了臺(tái)階部位，常常以失穩(wěn)孤石、風(fēng)化斷裂破碎、泥夾石等形式出現(xiàn)，而且崩塌災(zāi)害具有突發(fā)性的特點(diǎn)，不易觀察，從地質(zhì)層面進(jìn)行分析，一些軟弱結(jié)構(gòu)面與斷裂破碎帶，還高陡危崖部位較為多發(fā)，由于在這些區(qū)域上分布的巖體穩(wěn)定性不良，遭受風(fēng)雨輕侵蝕，再加上巖土體自重等各種因素便會(huì)引發(fā)崩塌災(zāi)害。

2.6.2 崩塌的防治措施

有效控制臺(tái)階高度，對于一些軟弱結(jié)構(gòu)面或者有大量風(fēng)化破碎物存在的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)將臺(tái)階高度有效降低，并對邊坡放緩，減少堆積物自身重量。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一般臺(tái)階制在8m高度以下為最佳，對于時(shí)常出現(xiàn)滾石的區(qū)域，在對安全警示標(biāo)志合理設(shè)置的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)將攔截構(gòu)筑物設(shè)置于破腳部位，并將生產(chǎn)過程當(dāng)中的剝離物傾倒在坡腳一定部位上來有效組織渣土與滾石，開采終了爆破作業(yè)過程當(dāng)中，運(yùn)用邊坡預(yù)裂爆破也可運(yùn)用逐孔降震措施來減少爆破給邊坡造成的破壞性。

2.7 環(huán)境地質(zhì)問題

2.7.1 環(huán)境地質(zhì)問題成因

隨著礦山開采工作的不斷進(jìn)行，也會(huì)導(dǎo)致大量的土地資源被占用，進(jìn)而對礦區(qū)地表生態(tài)以及地面景觀造成巨大破壞性，平原地區(qū)開采過程當(dāng)中，粘土礦以及沙土?xí)Υ罅扛睾筒莸卦斐烧加谩Ｉ絽^(qū)地帶開采多金屬礦，不僅會(huì)占用耕地，還會(huì)占用林地。所以礦產(chǎn)資源開發(fā)過程當(dāng)中，對土地資源、森林資源也會(huì)造成很大影響。特別是產(chǎn)生的廢水、廢渣以及廢石，不僅對耕地、林地造成大量占用，倘若堆放不合理，還會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問題，如堆放的煤矸石，常常會(huì)釋放很多有毒有害氣體進(jìn)入到大氣當(dāng)中，造成嚴(yán)重污染，礦區(qū)生產(chǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的大量廢水，如果未經(jīng)處理，隨意排放，就會(huì)嚴(yán)重污染礦區(qū)地下水資源。

2.7.2 環(huán)境災(zāi)害治理措施

在水土保持方面林草措施發(fā)揮著十分重要的作用，通過加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)林、防護(hù)林、草地、薪炭林等植被，有效固結(jié)礦山區(qū)的土壤，可以大幅減少礦山環(huán)境地質(zhì)問題的發(fā)生。另外在礦井及風(fēng)口井上方應(yīng)當(dāng)合理運(yùn)用相應(yīng)的支護(hù)措施與防護(hù)措施，可以減少井口坍塌問題，防止地表水反流到井內(nèi)。并按照規(guī)定合理處理松散填土和廢氣礦渣，以免露天條件下隨意堆放松散物，增加環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生幾率。

3 結(jié)語

國內(nèi)礦山數(shù)目眾多且其分布廣泛，在加上某些礦區(qū)技術(shù)、設(shè)備以及管理等相對落后而造成了礦山災(zāi)害頻發(fā)，給社會(huì)穩(wěn)定及人民的生命及財(cái)產(chǎn)安全都帶來的嚴(yán)重的威脅。因此，對礦山資源進(jìn)行合理有效的利用，在開采過程中加強(qiáng)信息化監(jiān)測與管理并能準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)預(yù)測礦山地質(zhì)災(zāi)害，加強(qiáng)對災(zāi)害的治理，才能保證實(shí)現(xiàn)煤炭安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)了工作中的以人為本。