試論礦山地質災害成因及防治策略

陳剛華，姚志龍，唐傳雄

（湖北省地質局第八地質大隊，湖北 襄陽 441000）

礦產資源開采工作對于促進經濟社會發展改善人們生活水平，做出了非常巨大的貢獻。然而，伴隨礦山開采工作的不斷深入，也出現了很多新的問題。特別是礦山開采過程當中對礦山區域的自然環境和地質環境產生較大破壞，如此一來導致各類礦山地質災害頻繁發生，不僅對國家經濟社會健康發展形成較大阻礙，而且還嚴重威脅到礦區周圍居民生命財產安全。

所謂礦山地質災害是在礦山開采過程當中，各項生產活動導致礦山地質環境破壞、威脅生命財產安全，并造成嚴重經濟損失的礦區災害。礦山地質災害是地質災害當中的重要分支，而且也是自然災害的重要組成內容。如礦山開采工作過程當中開山棄石，造成礦區發生嚴重水土流失，增加地表塌陷和山體滑坡發生幾率；礦山開采過程當中大量抽排水，引發地下水位出現嚴重下降，致使礦區周圍地下水資源逐步走向枯竭;礦井開采還極易引發地震、巖爆、冒頂片幫突水、地面沉降開裂、瓦斯爆炸等災害；礦山剝離堆土，大量的堆積尾礦廢渣使得地表環境遭受嚴重污染，露天尾礦庫出現滲漏、坍塌，排土場失穩滑移，導致礦區頻繁出現泥石流災害。以上這些都是常見的礦山地質災害，對礦業開發和人們生命財產安全威脅極大。我國是一個礦產資源大國，同時又是一個發展中國家，經濟社會建設過程當中在礦產資源方面的需求量還非常大。另外礦業開發過程當中，很長一段時間以來都是采用粗放式的開發方式，這樣一來導致礦山地質環境面臨非常嚴峻的形勢，礦山地質災害發生頻率還在不斷加劇。進入新時期以來，社會各個方面建設形勢進一步加快，使得資源需求量進一步增長，但隨著市場經濟的進一步深入，給礦山企業也造成巨大沖擊，有的礦山企業只看重經濟利益，忽視礦山安全生產，環保意識淡化。另外，由于不重視革新開采技術和生產設備，再加上礦區周圍存在的大量民采現象，給礦山地質環境造成的破壞程度越發嚴峻，致使礦山區域長時間以來積聚的災害隱患出現爆發，出現了較為嚴重的礦山地質災害。再者，礦山區域還存在很多潛在的致災隱患，如果不重視防范，都發展成較大的礦山地質災害，礦山地質災害的發生不僅會嚴重影響礦山正常生產秩序，而且還會導致大量礦山設備、設施損壞，更甚者導致礦井報廢，引發大量人員傷亡，產生難以估量的后果，嚴重阻礙礦山企業持續穩步發展。所以了解與掌握礦山地質災害的成因，并采取有效措施進行防治，便成為礦業開發過程當中面臨的首要問題。

1 礦業開發與地質災害

當前經濟社會發展速度日漸加快，社會各個方面在建設與發展過程當中，對礦產資源的需求量與消耗量也出現了快速增長，這些也極大地刺激了礦山開采工作的快速發展。但是很多中小型礦山獲得迅猛發展的同時，管理工作卻沒有及時跟上，再加上很多小型礦山應用的開采設備技術較為落后，環保措施不完善，在開采礦山資源過程當中，對礦區環境造成嚴重破壞，使得開采環境發生明顯惡化，頻繁出現一些礦山地質災害問題，而如若一旦出現礦山地質災害，不僅會導致礦山設備設施的大量損壞，更甚者引發人員傷亡，還會產生較大的資源浪費。據調查，導致礦山地質災害發生的原因各不相同，有些因素是礦山開采過程當中無法避免的，如伴隨礦山開采深度的逐漸加深，產生了非常大的地應力，這樣一來便會使冒頂、片幫、巖爆等地質災害發生幾率進一步增加。同時也有一些礦山地質災害，是由于礦山開采過程當中管理不當、技術應用不規范、預防措施不到位所引發。如采礦過程當中產生的采空區充填不及時，隨意的排放廢水、廢渣，開采礦產資源過程當中沒有對礦山區域的水文地質條件和構造條件充分調查、巷道偏離、指揮不當、作業不規范、私挖亂采等，這些不利因素不斷發展，當達到一定程度便極易產生礦山地質災害。還有一些礦山在開采過程當中為了獲得更大的經濟效益，打破常規、求近避遠、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，致使礦山地質災害發生幾率進一步增加。另外，之前民采風潮泛濫，在開采礦產資源過程當中運用掠奪式的方式進行開采，造成很多大中型礦山資源開采遭受嚴重干擾，并對礦山周圍環境形成較大破壞，有些鄉鎮或者個體小礦點，在開采礦山資源過程當中只開發、不治理，對礦山環境造成巨大破壞，嚴重影響到礦山企業的后續發展，還形成很多災害隱患。

礦山地質災害的發生類型，和礦山所處區域、礦產開采種類、開采規模大小以及應用的技術方式存在密切聯系性，通常而言，露天礦山開采常常造成嚴重的水土流失，同時還會增加排土場滑坡發生幾率，引發邊坡坍塌與泥石流災害等。而地下開采由于會產生很多采空區，受此影響，時常發生地裂縫、地面坍塌、巖爆、冒頂以及瓦斯脫水等地質災害，并且還會嚴重污染地表水，誘發尾礦泥石流災害，或礦井抽排水導致地下水位下降引發近地表水源枯竭等。礦山地質災害不僅類型較多，而且各種礦山地質災害其形成機制各不相同，并且存在不同的誘發因素，所以對于不同的礦山地質災害，應當運用針對性的措施進行防治。另外在開采礦產資源過程當中，應當將各方關系有效協調好，確保采礦工作持續穩定進行，并運用有效措施控制和減少對礦山周圍環境造成的破壞性。

針對一些頻繁發生的礦山地質災害，應當科學構建應急預案，以免在礦山事故發生時，產生巨大的經濟損失與人員傷亡，只有將礦山開采工作和保護自然環境以及保護人民生命財產安全充分融合在一起，實現開采工作與人和自然協調統一，才能將礦山開采的作用價值最大程度的體現出來。再者，地方政府應當將發展環境和保護環境二者關系有效處理好，打破地方保護主義，給予科學引導，提高監管水平，針對一些不符合開采標準的礦山企業堅決取締，這樣才能最大程度的避免對礦山環境造成的破壞性，減少礦山地質災害發生幾率。

2 礦山地質災害的主要類型及其成因分析

2.1 采空區塌陷

2.1.1 采空區塌陷及其成因

采礦作業生產過程當中應用崩落法、留礦法和空場法常常導致礦井之下產生大面積的崩落空區與采空區，這些大規模存在的采空區極易誘發坍塌等地質災害，坍塌坑一般呈現近圓形或者橢圓形，采空區面積較大的，深度從內到外不斷變小，特別有的礦藏埋藏深度相對較淺，大面積的松散覆蓋物，礦層覆巖強度不高，比例較小，有存在復雜的巖性組合，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，便會逐步向下發生彎曲與移動，如果頂板巖層內部出現拉長應力超過極限強度時，便會導致頂板出現破裂，上層覆蓋巖層也會不斷彎曲與移動，直到發生斷裂或離層情況，并波及到地表產生盆地塌陷坑。

2.1.2 采空區塌陷防治措施

①充填復墾法：在防治礦區采空區塌陷時，該法應用較多，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，所以充填材料必須要充足，同時還應當保證充填材料無污染，進而有效應對塌陷部位復墾問題，還能處理掉很多礦山固體廢物，既經濟又實惠。②崩落法：通過深孔爆破方式，崩落采空區圍巖，達到充填采空區的效果。③支撐法：采空區運用礦柱或者支架進行支撐，避免發生變形危險。④封閉法：主要適用于不會對主礦體、主礦道開采造成影響的小采空區。

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、脆性煤在遭受強大低壓因素影響下，破壞其極限平衡狀態突然向自由空間進行動力釋放的現象，是由于開挖隧道或者采礦工作當中誘發的地震，巖爆災害在很多礦山開采過程當中均有發生。

2.2.2 巖爆的預測及其防治

加強監測預報，通過實驗室對煤巖和巖塊力學參數進行測量，并根據彈性變形能量指數對巖爆發生概率支持造成的危險程度進行判定。同時加強現場觀測，通過聲響、震動以及鉆探施工過程當中鉆屑數量等做出預測預報。并可結合地球物理法、水分法、統計法以及地震波預測法等進行預報。在此基礎上采取有效的對策進行防治，如可運用超前應力解除法，鉆探施工過程當中鉆孔注水軟化圍巖，選擇科學的采挖技術措施，并做好預防工作，經支護與圍巖加固工作充分落到實處控制和減少巖爆災害的發生。

2.3 滑坡

2.3.1 滑坡及其成因

滑坡災害是由于巖土體自身重量滲透力、構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，沿著某一結構軟弱面出現位移的地質災害現象。巖土體開挖之前內部基本上保持平衡狀態，而隨著開發工作的不斷進行，面臨采場方面的巖體呈現臨空狀態，缺少有效支撐，改變了巖體當中的應力場，最終產生滑坡災害。

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置于頂部，及時排除地表水。對滑坡體的外形有效改變，將邊坡滑坡區域分層高度有效降低，設置多個分層個數，并構建安全平臺，放緩坡腳，支擋與錨固等各項措施來減少滑坡災害發生幾率。

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行，會有很多松散碎屑堆積物產生，這些松散堆積物為泥石流災害形成提供了更為充足的物質來源，大量的堆積物。在礦山開采過程當中能否出現位移和斜坡上的堆積物靜力平衡是否給打破存在密切關聯性。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生垂直的正壓力，并隨著斜坡向下發生運動分離產生下滑動力，由于坡面和堆積物有滑動阻力產生，行程較大的摩擦力與抗剪強度，便是人們常說的臨界起動力，倘若該動力與臨界起動力相比較小時，堆積物此時處于較穩定的狀態，而超過臨界起動力斜坡上的松散堆積物便會向下發生滑動，另外暴雨因素影響下，會使得泥石流災害發生幾率進一步增加。

2.4.2 泥石流防治措施

防治礦山泥石流災害一般多采用攔擋措施，并聯合排泄疏導，針對一些泥石流災害高發的地質條件應當合理設置攔截壩，有效封固這些松散物質，并將溝渠設置在合理位置上，防止泥石流災害發生時，可以及時順暢的排出泥石流，并區別對待開挖廢石與剝離渣土過程當中產生的不同巖土體，在底部放置堅硬的部分，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

礦山開采工作實施過程當中產生的大量松散堆積物空隙較大，結構較為松散，而在水流因素影響下，松散物顆粒質量無法有效抵抗水流，進而出現位移引發水土流失。并且伴隨礦山開采工作的不斷進行，改變了礦山區域原有的地形地貌，更破壞了礦山內部原來的平衡性，如果山坡土體休止角發生增大，將會打破原有的平衡支撐，也會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滑坡面，這些便會大幅增加水土流失發生幾率。

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生，運用水土林草措施發揮著非常關鍵的作用，通過水土林草措施構建以防護水蝕、風蝕的綜合系統，對于巖土體能夠起到良好的固結作用，而控制和減少水土流失的發生。

2.6 崩塌

2.6.1 崩塌及其成因

坍塌發生部位主要在高陡邊坡以及開采中了臺階部位，常常以失穩孤石、風化斷裂破碎、泥夾石等形式出現，而且崩塌災害具有突發性的特點，不易觀察，從地質層面進行分析，一些軟弱結構面與斷裂破碎帶，還高陡危崖部位較為多發，由于在這些區域上分布的巖體穩定性不良，遭受風雨輕侵蝕，再加上巖土體自重等各種因素便會引發崩塌災害。

2.6.2 崩塌的防治措施

有效控制臺階高度，對于一些軟弱結構面或者有大量風化破碎物存在的區域，應當將臺階高度有效降低，并對邊坡放緩，減少堆積物自身重量。通過調查發現，一般臺階制在8m高度以下為最佳，對于時常出現滾石的區域，在對安全警示標志合理設置的同時，應當將攔截構筑物設置于破腳部位，并將生產過程當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，開采終了爆破作業過程當中，運用邊坡預裂爆破也可運用逐孔降震措施來減少爆破給邊坡造成的破壞性。

2.7 環境地質問題

2.7.1 環境地質問題成因

隨著礦山開采工作的不斷進行，也會導致大量的土地資源被占用，進而對礦區地表生態以及地面景觀造成巨大破壞性，平原地區開采過程當中，粘土礦以及沙土會對大量耕地和草地造成占用。山區地帶開采多金屬礦，不僅會占用耕地，還會占用林地。所以礦產資源開發過程當中，對土地資源、森林資源也會造成很大影響。特別是產生的廢水、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，還會出現較為嚴重的環境地質問題，如堆放的煤矸石，常常會釋放很多有毒有害氣體進入到大氣當中，造成嚴重污染，礦區生產過程當中產生的大量廢水，如果未經處理，隨意排放，就會嚴重污染礦區地下水資源。

2.7.2 環境災害治理措施

在水土保持方面林草措施發揮著十分重要的作用，通過加強經濟林、防護林、草地、薪炭林等植被，有效固結礦山區的土壤，可以大幅減少礦山環境地質問題的發生。另外在礦井及風口井上方應當合理運用相應的支護措施與防護措施，可以減少井口坍塌問題，防止地表水反流到井內。并按照規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，增加環境地質災害發生幾率。

3 結語

國內礦山數目眾多且其分布廣泛，在加上某些礦區技術、設備以及管理等相對落后而造成了礦山災害頻發，給社會穩定及人民的生命及財產安全都帶來的嚴重的威脅。因此，對礦山資源進行合理有效的利用，在開采過程中加強信息化監測與管理并能準確的預報預測礦山地質災害，加強對災害的治理，才能保證實現煤炭安全生產和可持續發展體現了工作中的以人為本。