礦山開發過程中地質災害的產生及其預防措施

韓科江

我國由于所處地理位置及其他因素影響是當前世界上地質災害發生次數最多的國家之一。礦山地質災害是地質災害的一項重要組成內容，指的是人類在出于自身發展需求對一些特定種類的控產資源進行開采中由于一些方式方法使用不正確而導致的有人為因素引發的地質災害。為此本文結合礦山勘察的工作經驗，對礦山各類地質災害的具體類型以及產生原因等一系列內容進行了詳細探討。在文章最后根據當前技術發展對一些常見的勘察方法進行了總結，并提出了一些有效的預防措施。

1 我國礦山地質災害概況

由于發展時間較短，為此我國礦業在開發的過程當中所采取的具體方式方法較為欠妥，缺乏精細化布局。這種情況的存在使得礦山的地質環境日益嚴峻，國內部分礦區的形勢不斷惡化。除此之外，市場經濟的不斷發展也給礦山企業帶來了極大的生存壓力，為了更好的應對市場競爭，一些礦山企業在生產中一味的重視經濟效益的提高，而安全及環保意識無法滿足時代發展需求。再加上開采技術以及一些生產設備為及時更新換代，導致礦山經過多年的開采之后災害隱患不斷出現。礦山地質災害問題日益嚴重，隱患持續增加。一旦這些隱患很可能造成極大的災難，對人民的生命財產安全造成威脅。

2 礦山地質災害誘發因素分析

2.1 疏干排水

在采礦活動實際開展的過程當中必須采取必要的設備以及技術手段對地下水進行有效處理，使其無法對開采活動造成影響，在必要的情況下還需要對地下水進行升降強排活動。這些工作雖然在一定程度上方便了礦產資源的開發，但是也很容易由于排水行為不當而導致一些地質災害的發生。具體而言存在以下幾類地質災害：

第一，礦井突水事件不斷發生。就當前而言，我國礦山開采工作在其實際進行的過程當中常常會由于種種因素的影響導致其出現礦井突水這一地質災害。該種類型的災害規模極其龐大，且在采礦活動進行中發生概率非常大。可以在極短的時間內將整個坑道填滿，進而給礦山生產工作帶來嚴重的后果，甚至會導致人員傷亡。礦井水害的發生條件有三個，分別是充足的水源、水流強度以及涌水通道。這三個條件的變化以及組合的區別將會對礦井水害的具體類型以及對礦山開采工作的危害程度產生決定性影響。根據災害的具體位置可將礦井水害劃分為地表水、老空水、頂板水等類型。對于煤礦來說在其實際開采的過程當中之所以會出現水害這一情況，最為重要的原因就是對于礦類物質進行挖掘的過程當中將透水斷層挖通，進而導致水流大量涌入礦井當中對挖掘工作造成影響。當遇到蓄水溶洞或暗河時這種災害將會變得更加明顯。就一般情況而言，不同類型的災害其產生誘因各有區別。對于一些處于地表上方的水源來說，之所以會對采礦工作造成干擾最為根本的原因是由于當這些區域雨季來臨時湖泊將會由于容納了大量的水源導致其水位不斷發生變化，進而使其產生洪水災害對地板產生破壞，進而使得大量的湖水涌入到礦道當中；除此之外對于一些礦產資源挖掘較為嚴重且未能及時對其進行回填的區域地表的土層將會由于種種因素的影響導致其出現塌陷，使其上方擁有蓄積雨水的能力。當雨水量太大超過采空區域的應力承受能力之后，蓄積的雨水將會大量涌入到礦井當中；對于老空水這種損害來說，之所以會產生這種類型的損害其主要誘因是煤礦的巷道或者是作業區域在不斷挖掘礦產資源的過程當中發到了一些蓄水量較大的區域，進而使得這些水流在短時間內進入到礦產資源挖掘區域當中，給采礦活動的正常進行造成破壞性影響；對于頂板水害來說，出現這類災害的主要誘因是采集礦產資源的過程當中影響范圍未得到有效控制，進而使得開采活動挖掘到了位于礦體上半部分。這部分巖層充滿了水，進而導致水流大量涌入對礦產開采活動造成嚴重影響；而對于底板水害來說，誘發其產生的因素有很多，主要是采礦工作在開展時由于未探明巖層的具體情況使得底板隔水層的隔水性能受到了破壞，進而使得巖層無法承受水流的沖擊導致其產生水流，并且最終使得水流進入到勘探面當中；很多煤礦的上覆和下伏地層皆為含水量較為豐富的石灰巖，尤其是對于北方地區的石炭二疊紀煤系地層來說更是如此。煤系內不但含有大量的水分，而且下伏為巨厚的奧陶紀灰巖。人類為了對這些礦產資源進行開發，會在開采的過程當中對地下水進行升降強排，進而導致地下水出現巨大的水頭差。水頭差將會導致煤層受到來自下部灰巖地下水高壓的威脅，進而在一些構造破碎帶以及隔水薄層等區域發生一些不必要的突水事故對礦井及職工的生命安全造成影響。

第二，在疏干排水活動開展的過程當中，由于該項操作本身所具有的特點會使一些容易充水礦區的地面出現坍塌現象，如果地面存在一些建筑以及農田耕地的話無疑會對這些區域他正常活動進行造成干擾。就當前來說，經過對我國各大礦區的大量調查發現很多礦區附近都存在一定的地面塌陷情況，地下水位嚴重下降。一些工業及生活供水系統無法正常使用。

第三，一些礦山為了更好的對其內部礦產資源進行開發利用，將其地下水進行了疏干操作。這種行為導致一些淺層地下水長期無法得到有效恢復，進而使區域植物生長受到一定的阻礙，甚至于一些礦區出現了土地石化及沙化水土流失的現象對當地生態環境造成了極為嚴重的破壞。

2.2 其他因素

對于礦山的地質災害來說，有很多行為都會導致地質災害發生。有些行為在開采的過程當中無法避免。例如伴隨著礦山開采深度的持續增加，地應力會不斷增大。進而導致冒頂、片幫甚至巖爆等一系列地壓災害。而有些誘發因素則是由于開采人員在開采資源的過程當中未及時采取一些有效的預防措施或是在開采的過程當中采用的操作手法不規范所導致的。例如如果在礦產資源開采完畢之后未及時對采空的區域進行充填操作的話，將會導致地面塌陷等不良因素；再如若在開采中產生的廢水廢渣未對其進行處理便肆意排放將會使周邊生態環境受到一定程度的污染。此外還有對水文地質及構造不了解巷道偏離，盲目指揮等一系列因素都會導致地礦山地質災害的發生。還有一些礦山為了追求更高的經濟利益，全面擺脫在經營過程當中面臨的一些經濟危機，往往會采富棄貧、求近避遠。這些行為無疑會為其后期的發展埋下一定的災害隱患。

3 主要礦山地質災害類型及治理對策

3.1 泥石流

3.1.1 礦山建設對泥石流形成條件的影響

對于礦山建設活動來說，在實際進行的過程當中如若發生以下幾種情況很有可能造成泥石流：

第一，對于露天開采來說在實際進行的過程當中如果剝離廢石的速度遠遠超過正常水平的話很有可能會使得一些松散固體物質持續增多，進而出現大量的廢土。這些廢土將會成為泥石流的產生源地。除此之外在礦山修筑公路的過程當中，如若對山坡植物大量破壞的話也會產生數量極其龐大的廢棄土源。在礦山選礦時排出的廢渣一樣是泥石流物質的主要來源。

第二，增大了水體補給量。對于礦山來說在建設工作實際開展的過程當中不可避免的會對當地的植被造成一定的損壞。如果在這一過程當中不加控制的話，將會導致區域植被產生大面積破壞。進而使當地的地面結構產生變化，降低其調節雨水的能力。大大縮短其匯流時間，最終使得洪峰流量及洪水總量增加，最終導致泥石流的爆發。此外，如果礦山在開采過程當中產生的廢石對一些溝壑造成了堵塞的話也會導致后期伴隨著雨水的積累誘發泥石流。

第三，礦山建設工作的大量進行會使當地的地形條件產生劇烈的變化，大量的礦山廢石堆放在一起將會使山坡變得更加陡峭，進而使得區域地面高差進一步增大，加強了侵蝕能力。此外一些礦山廢水將會對高層床產生壓縮作用，進而使流體的動能不斷增大，使流體受到壓縮流速持續增大，最終誘發泥石流。

3.1.2 泥石流的治理措施

在對于泥石流進行治理時，經過多年的發展當前人們已經發展出了多種技術措施。具體而言，可以將治理措施分為兩大類型，分別為工程措施以及生物措施下面對其進行一一探討：

就工程措施來說，在實際應用的過程當中最為重要的目的是為了通過一系列方式方法降低災害的發生頻率減少災害的破壞。一般而言人們會通過攔擋、排檔以及支護等方式展開相應的防護工作。首先通過一定的技術手段對泥石流的物質來源，也就是一些來源于上游的礦渣松散體進行攔擋，進而減少泥石流的物質來源。具體而言可以修建欄壩或谷坊等設施對其進行攔截。此外為了增強攔截效果，減少攔截壓力還應當在適當的區域布置一些排水設施使得泥土與水流得以分離。在中線區域進行有效的排導操作，對各個溝道進行疏通。通過這樣的手段可以全面防止沿途淤泥漫流對田地造成摧毀，對于一些沿途的孤島邊坡應當展開有效的支護工作，防止出現塌方或道路毀壞等情況。在合適的點位應當修建流速通道對泥石流進行有效的疏導作業。

生物措施。生物措施在應用的過程當中最為主要的目的有兩項：一是對于水土流失進行有效治理，二是通過生物措施的有效應用吸收礦山在開采中產生的一些有害物質，進而使當地土壤得到凈化。

生物措施與工程措施相結合。就一般情況而言，金屬礦圍巖的硬度較大。在對其進行開采時產生的堆積物除了上覆蓋覆土層以及風化巖石外還存在著一些體積較大的難以分化的塊狀堆積物，進而形成地質災害，例如崩塌、滑坡以及泥石流等等。除此之外還有一些金屬礦床在開采及原料冶煉的過程當中會對地下水產生一定程度的污染。在這樣的情況下為了保障當地居民的身體健康應當對其進行治理。對于一些非金屬礦來說由于其在形成時是通過沉積的方式形成的，因此在開采時需要挖掘出大量的松散沉積生成物，這些物質極易風化，進而導致地面塌陷、泥石流等災害的發生。

3.2 塌陷

當地下礦層開采工作完畢之后，采空區的頂板巖層將會在自重及其他應力的影響下產生向下的彎曲地移動。一旦頂板巖層內部受到的張拉應力超過巖層的抗拉極限之后將會導致頂板巖層出現斷裂及破碎。這種情況將會伴隨著采礦工作的不斷進行愈加嚴重。當巖層開采范圍擴大到一定程度時將會在地表形成一個比采空區更大的塌陷盆地對地表的各類建筑物以及農田造成嚴重破壞。經過多年的發展當前已經發展出了多種治理方案對礦山采空區塌陷進行治理，常用的為充填復墾法。這種方法在實際應用中需要用到礦區附近的煤矸石、粉煤灰等物質。通過這些物質對采空塌陷區進行充填操作。這種方法充填材料充足且無污染，可以有效防護治理地區。不但可以全面解決塌陷地復墾問題，還可以解決礦山固體廢棄物的處理問題，有著非常好的經濟性。

4 礦山地質災害勘查方法

4.1 地球信息技術綜合法

33S技術的發展及應用可以讓人類從宏觀上把握各種地質災害的分布及發展規律。通過GPS技術可以精確定位災害發生具體位置；RS技術則可以通過對礦區遙感圖像的疊加分析獲取礦區各時期地貌破壞程度以及塌陷區形態等內容；GIS技術可以對礦山災害信息數據進行空間上的分析，讓管理人員能夠在最短的時間內掌握到災情，并且采取針對性的措施對其進行處理。3S技術的大量應用全面彌補了常規技術手段無法處理的任務，例如危險地帶、礦山災害調查、礦山積水塌陷區等。

4.2 水文地質與巖土力學試驗方法

水文地質及巖土力學試驗類型多種多樣，是礦山地質災害調查工作在實際開展中極為重要的手段之一。很多調查成果都需要通過水文地質與巖土力學獲取。對于地質礦山地質災害調查工作來說，在實際開展的過程當中包含的內容較多，例如水質測驗、淋浴室浸泡實驗等。而巖土力學試驗則包括室外原位力學試驗、室內巖土物理力學性質實驗。

4.3 地球物理勘察方法

就當前而言，為了對礦山地質災害進行更好的查看，人類研發出了高密度電阻率法。該技術與巖土體導電性差異為基礎對其詳細情況進行有效探測。該方法在應用中可以通過多個裝置對礦區數據進行采集，不但可以對區域的深度方向進行變化進行研究，同時還可以對屬于不同方向的電性變換進行分析。通過參數轉化等多種方式得到一些更具價值的比參數，有效預測災害的發生以及具體范圍等。該項技術對于一些深度較小的區域探查效果十分明顯，例如山西平定礬土礦采空區便可以利用三種方法進行測量，進而獲得區域深度閉合圈的異常情況。技術人員通過對專看資料的詳細研究，最終確定了該區域采空區的分布范圍。

視電阻率法在應用中可以用于對采空區域進行有效圈定，一般來說金屬礦山內部的礦體屬于塊狀硫化物，導電性較為優異，電阻率較低。而待查明采空區內部以空氣進行充填，而空氣的電導率電阻率非常大。通過視電阻率法可以對這種差別進行詳細探測，進而確定采空區。瞬變電磁法在應用中需要通過不接地回線及接地線源向地下發送一次脈沖電磁場。在脈沖磁場的間隙期間可以通過線圖或接地電極觀測地下半空間的二次渦流場變化進而對區域的實際情況進行有效探測。此外該方法在應用的過程當中，信噪比比其他的技術要高的多，有著非常強大的分辨率。可以查明礦區采空區的異常情況。

淺層地震法在應用中需要通過人工手段對地震波進行有效激發，然后對地震波在地層中的傳播規律進行有效研究，是獲取地下地質小構造及底層巖性信息的一種物探方法。通過淺層反射法的有效應用不僅可以對地層界面的起伏變化情況進行詳細闡明，而且還能探測到地下隱伏斷層空洞陷落柱等。人們常常應用該項技術對滑坡斷裂面、采空區等潛在地質災害進行探測。

4.4 其他方法

對于礦山地質災害調查工作而言，在實際進行的過程當中地球化學勘探法有著非常重要的意義。通過該項方法對第一礦區進行勘察可以對其環境污染情況進行全面了解。化探方法可以對污染因素及污染源進行探測，對于提出污染治理方案有著非常重要的意義。

5 礦山地質災害的預防

為了合理應對當前發生率相對較高的礦山災害以及災害隱患，政府應當積極行動起來加大對礦產相關企業的監管力度。主管責任部門應當明確其一應當肩負的責任，根據礦山開采的實際情況采取針對性的治理手段對礦山環境及災害源加大監管力度，防止礦山在開采中發生新的隱患。而礦山企業也應當明確企業擔當，對各項開采中采取的操作進行有效規范。合理的利用開發礦產資源，充分意識到規范開采與其長期發展所具有的緊密聯系。將防災減災活動貫穿于礦山資源開采的整個過程當中。除此之外，相關研究人員應當進一步加大對礦山地質災害的防治研究力度，將其納入到礦業領域的基礎性研究當中，將礦山災害、環保、安全生產三項因素有機的統一在一起。礦山研究工作應當依靠科技進步，通過一些高新技術的應用充分了解各類災害的發生機制，并且對于災害進行嚴格監測。例如可以將礦業在開采過程當中出現的地下空地進行改造，將其改造為尾礦庫之后不但可以有效消除地下空區給礦山帶來的安全隱患，還可以全面減少尾礦庫建設及災害治理過程中產生的費用，有效改善礦山區域的生產以及生活條件。通過一系列必要的技術手段將礦山建設為環保無公害的新礦山是我國今后礦業發展的重要方向。當對采礦區域的具體地理位置確立之后，可便可以采用多種防治手段對其進行治理。具體而言有以下幾種方式：

第一，在采礦的過程當中及時對出現的采礦區進行回填操作；第二，對于一些可能出現塌陷的區域應當提前發出預警措施，對現有的建筑及設施進行必要的防護；第三，在礦山設計操作進行中應當盡可能的避開城市及以及一些重要設施。除此之外構建信息化礦山開創安全高效可持續的礦業發展新模式是中國采礦業未來發展的必由之路。

6 結語

綜合文章上面所描述的內容不難發現，之所以采礦操作會引發地質災害最主要的原因是采取的采礦方法不科學所導致的。因此人類應當充分認識到環境保護與人類生存所具有的密切聯系，采用一些合理的采礦方式有效解決資源需求與保護人類生產資源之間的矛盾。在礦山開采上必須始終堅持誰開發誰保護，誰破壞誰治理這一重要原則。加大對礦山環境的管理力度，只有這樣才能使我國采礦業獲得可持續發展。