礦山開采中地質災害防治措施

杜 敏，王鳳嬌，張志飛，張曉凱，付少杰

（河北省地質環境監測院，河北 石家莊 050011）

隨著社會的發展，對礦產資源的需求量也在不斷增加，這直接推動了我國的礦業發展。企業要充分利用礦產資源，順應時代發展需要，加強安全生產，提高職工的勞動能力，只有如此，礦山地質災害的防治作用才能得到最大程度地發揮，從而提高企業在市場上的競爭力。我國礦山多位于地質條件較為復雜的地區，制約著礦產資源的開發，有關部門要落實好礦山地質災害防治和地質環境保護措施，保證生產的安全性。如此便可有效提升員工的工作效率，保證員工的安全。

1 礦山地質災害類型

我國目前的礦業活動主要局限于地表和巖石圈內。在礦產資源開發以前，礦山的地質條件一直保持著一個穩定的平衡。而礦山資源開采則是將大量的土石方從地球表面土層和巖石圈層中挖掘出來，在一定程度上會改變當地現有的地質環境，打破原有的平衡。其中，不論鉆井開采、掘坑開采、注液開采，還是露天開采，都會使地質環境發生變化，這種失衡會造成地殼結構的不穩定，從而引起地質災害[1]。礦山地質災害種類繁多，僅從其發生速度上進行區分，一是突變型地質災害，如礦坑突水、瓦斯爆炸、巖爆等，二是采空區地表塌陷、地裂縫等緩發型礦山地質災害。但是，目前人們對地質災害的劃分，往往是根據其空間、時間、成因等因素進行劃分。通過對不同類型的地質災害進行分類，可以更好地研究其成因，并據此制定相應的防治對策。以下所介紹的地質災害主要是由礦山開采導致的地質環境發生變化，而造成了地質災害。

1.1 采礦誘發地震造成地質災害

由于采礦活動導致巖土圈層結構性失衡，這種失衡的狀況表現為誘發地震和斷裂錯位。短時間內發生強烈的斷層錯位，極易誘發地震。和自然地震相比，誘發地震的地震源較淺，范圍較小，但是危害和破壞力卻巨大，誘發性地震的發生，就會導致地表巖土層發生較大改變，對周邊的建筑物和地表結構帶來一定程度的危害。

1.2 采礦導致地面圈層形變造成地質災害

在地下采礦中，不按規范建設與開采，導致地下巖土圈層的形變，從而使地表巖土圈層下陷、沉降、開裂等，進而引發具有一定危害性的礦山地質災害。在采空區，如果礦柱的數目不夠或者有一定程度的破壞，那么整個采空區的承載力就會降低，如果沒有足夠的支撐力，就會發生地表沉降；在礦體埋藏較淺的區塊，則容易直接發生坍塌，若采空區不及時回填，就算埋得再深，也會造成地表一定程度的下陷。一旦發生下陷，會對道路、周邊建筑環境、耕地資源等產生重大影響。在采礦活動中，若有不合理的采掘情況，就有可能造成礦場的邊坡不穩定導致坍塌，尤其是在礦山露天開采的地質環境中，更是如此。其中，地面塌陷、開裂，不但會對土壤、建筑物造成破壞，還會對道路、水庫等公共資源和建筑物造成破壞。

1.3 采礦不合理導致斜坡巖土體失穩造成地質災害

該類型的災害主要由于采礦不合理導致邊坡失穩造成崩塌、滑坡、泥石流等。不按規范開采礦山邊坡，往往會造成邊坡的巖土滑坡、崩塌等災害，甚至形成泥石流。造成這種地質災害的主要原因是采剝失調，邊坡角度太陡，從而導致了不穩定的構造。這一類型的礦山地質災害主要集中在露天或挖坑礦山。這些災難往往是瞬間的，但其后果卻更加嚴重，如礦山山崩，往往使礦產毀于一旦，造成了大量的人員傷亡，非常危險，這是一種非常典型的災害[2]。

2 不同類型地質災害的防治方式

2.1 地表沉陷防治方式

2.1.1 房柱開采法

地下采礦普遍采用房柱開采法，房柱采礦法是由礦柱和礦房互相交錯布置的，礦柱可為矩形、條形或圓形，礦柱的寬度為3m～6m，礦房寬度為6m～12m。如果在礦井里進行回采，通常情況下，礦柱是不會被回收的，但是這種開采方式有一定的局限性，因為這種開采方式會導致一部分的巖層礦體流失，企業就會有一定的資源損失，而對于那些圍巖和礦石利用率比較低的礦山，采用這種方法是比較合適的。且這種開采法可有效的防止地面沉降的發生。

2.1.2 協同開采法

建立多個相鄰工作面，合理地規劃相鄰工作面之間的間距、位置關系和采掘次序，稱之為協同開采法。采用此方法，一工作面開采造成的地面變形可以由另一工作面開采造成的地面變形互相抵消，這樣可以減小整體的地表位移，并對地面建筑進行了保護，可以有效的降低地表沉陷的發生。

2.2 山體滑坡防治方式

為避免礦山開采而引發山體滑坡，可采取如下防治方式：

2.2.1 建設減壓角

大部分的滑坡都是由于其抗滑性差所致。通常，可以在阻滑段上設置減壓角，去除一些土石，再將其壓入阻滑段。其主要目的在于使斜坡整體下滑力小于抗滑力，對滑坡的抵抗作用更大。同時，為保證工程的穩定性和安全性，必須結合滑坡腳壓，確定具體的開挖量[3]。

2.2.2 利用擋墻

在工程施工中，擋土墻是一種優良的施工方法，其主要原料為石塊或水泥、鋼筋等。從材質上來說，可以設計成干砌石、漿砌石、鋼筋混凝土擋土墻等。一般將其設置在斜坡的邊沿，可有效地防止滑坡。在進行設計時，要充分考慮到滑坡本身的推動力，以提高其合理性為前提，充分利用滑坡的阻隔效應。

2.2.3 固定邊坡

要提高邊坡的穩定性，首先要做的就是加固斜坡的穩定性。在實際治理中，可以先在地表上種植植物，使坡面土壤穩定，防止水土流失。另外，對于有些地段可采用噴漿法，固定邊坡上的松散物質。最后，結合周邊的地形條件，對斜坡坡度進行合理的減緩，并對斜坡進行開挖，減少自重，提高邊坡的抗滑力。

2.2.4 做好監測

對于可能出現山體滑坡的區域需做好監測工作，其中，需對可能出現滑坡的區域及影響區域進行詳細地調查，并派專人定期巡查，可因地制宜的使用簡單的觀測方法進行監測，也可借助于有關的設備和儀器進行監測。

2.2.5 綜合性對策

（1）當發生山體滑坡的現象時，要針對具體情況采取相應措施，防止這種現象所造成的危害進一步擴大。

（2）要從影響滑坡的主要原因著手，加大對滑坡的控制。在進行整治的同時，要充分考慮措施的有效性和實用性，盡可能地確保一次治理。

（3）在采用減載方法進行滑坡治理時，如果滑坡下面沒有可靠的抗滑區域，僅僅采用減荷措施，就只是減緩了滑坡的下滑速度，并不能達到穩定滑坡的目的。所以，卸荷措施要與排水、支擋等措施有機地結合起來，才能取得較好的效果。

（4）降雨后，降雨直接滲入土壤，使土體容重增大，滑移力也增大。從某種意義上講，降雨是引起邊坡失穩的根本原因，因此，要加強對邊坡的排水管理，預防滑坡。

（5）在進行礦山開采等重要建筑施工前，一定要對施工現場進行詳細的勘察，檢查施工現場有沒有出現滑坡征兆，并對施工現場進行規范、科學地選址，盡可能地遠離可能出現滑坡的地區[4]。

（6）在進行斜坡開挖和填方施工時，必須事先了解坡體的巖土情況和排水情況。要加強邊坡治理和排水工程的設計，不要隨意對邊坡進行開挖，防止出現滑坡。

2.3 地裂縫防治方式

在采礦過程中，要盡量減小地裂縫發生的可能性，以下兩種方式對礦山地裂縫的防治具有一定的指導意義。

2.3.1 充填開采法

對于地下采礦，形成采空區的，根據回采技術要求，采用充填材料回填采空區的開采方法稱為充填開采法；充填體在采空區中具有降低采場壓力、支護圍巖、減少、延緩和阻止圍巖變形的功能；既能有效地回收礦柱，又能很好地處理工程垃圾，保護環境，還能防止地裂縫的發生。依據采場結構、回采方向、充填方法、所采用的充填材料等，可將充填開采法可劃分為上向分層充填法、下向分層充填法、嗣后充填法、壁式充填法等。上向分層充填法是目前國內外應用最廣泛的充填采礦法之一，將礦塊劃分為礦房、礦柱，先采礦房，后采礦柱。礦房由底向上分層開采，每次開采一層或多層后，及時進行充填，以維持上、下盤的圍巖穩定，創造連續開采的工作環境；礦柱部分也要采用充填法或其它適當的方法，并按照適當的回采次序進行開采。而對于礦體中價值極高，但礦巖不穩定的礦床，如果采用上向水平分層充填方法無法確保采礦的安全，則應考慮下向進路充填。它的主要特點是：在各階段，采用分層人工假頂的保護，由上往下依次進行回采，進路充填。由于施工環節較多，對人造假頂的強度和整體性要求很高，所以制造費用很高。而分層充填法雖然回收率高，貧化率低，但其充填過程復雜，且每一次充填后都要經過一段時間的維護，才能繼續進行下一步的開采，從而提高了生產成本，也降低產量。當礦巖穩定性良好時，可采取嗣后充填法，其特點如下：先將礦體分為礦房和礦柱，采用空場法回采礦柱，當整個礦體開采完成后，進行一次膠結充填，形成一種人造礦柱。當膠結物達到一定的維護期后，采用相同的方式，在人工礦柱的保護下再次回采，回采結束后再進行一次非膠結充填。由于充填工作是在礦塊的整個階段內一次完成，又稱為階段充填法。充填開采法保證了采空區圍巖的穩定性，可避免礦區閉坑后產生地裂縫。

2.3.2 灌漿法

對某些老礦場，尤其是正在開采中的礦場，對已發育的地裂縫進行治理是非常必要的。在進行治理之前，必須對其幾何特征、成因進行研究。在有裂縫或是沉降區域的邊沿地帶，可以采取注漿處理。

2.4 泥石流防治方式

對礦區易發生泥石流區域進行一定治理，可有效預防礦區因發生泥石流而造成損失。

2.4.1 生態生物防治

隨著科學技術的飛速發展，必須適應時代發展的需要，采用先進的技術和方法，以達到防治泥石流災害的目的。在規劃與施工中，一般都是以植被為根本，根據不同的泥石流發育類型及其特定的分布特征，科學、合理地構建和種植各類植被群落[5]。充分利用樹木對土壤的固持力，促進其本身的抗滑性，比如，通過水土保持，可以形成一套可以抵御泥石流的生物防御系統。在實際應用中，生物控制泥石流的方法主要是對植物的合理利用，通過對地表植物的改良，可以有效地提高土壤的滲透性和持水性。堅持因地制宜的基本原理，促進各類功能各異的植被得到合理利用，只有這樣，才能有效地保護土壤，同時也能控制洪水，逐步實現控制泥石流的基本目標。

2.4.2 工程防治

在治理礦山泥石流的過程中，因其本身的物質來源通常是土、石、渣等，在礦山開采中，由于廢棄的固體物質持續積累且堆放不合理，在遇到強降雨時，極有可能會引發泥石流。因此必須綜合考慮周圍的環境和植被，對礦山開采過程中產生的土、石、渣進行科學、合理的堆放，使其符合礦山管理的規定，避免泥石流等地質災害的發生。應加強對場地排水的管護，并對其進行有效的管理與控制。在廢石場附近，可以修建引水工程，將排污場上游的水流有組織地引至下游，減弱水流所造成的影響，這樣可以有效地降低泥石流發生的概率。在實際操作中，可以將廢棄的物質堆積在一個平臺上或填埋起來，并修建排水設施，使雨水能順利排出，如果平臺上出現了塌陷和裂縫，那么就必須馬上進行填充，盡早治理，避免引發更大的災害。在堆積廢棄物的平臺上，可在廢棄物表層覆土，種植一些樹木或撒一些草籽，使自然植被得以逐步恢復，從而對礦場泥石流防治起到一定作用。泥石流攔擋工程也是防治泥石流的一項重要措施。在治理泥石流時，也可以砌筑攔擋工程，能很好地阻擋泥石流中的固體物質，而對泥石流漿不會產生什么阻礙作用。在提出并運用巖土工程控制對策時，主要都是以排導工程為主，根據礦山泥石流特征，一般會采用攔渣壩或沖淤平臺等方法。當棄渣場地處于斜坡上時，可以在渣場周圍科學、合理地布置擋渣墻和截流溝。

3 提升礦山地質災害防治水平的措施

3.1 加強安全管理

要強化礦山企業的安全管理，必須先從觀念上進行改變，增強員工的安全意識，在工作中，要不斷地借鑒國內外先進的技術、方法，并根據具體情況，采取相應的對策，以應付各種可能發生的危險。并且，要注意防治結合，礦區生產必須切實貫徹以預防、控制相結合的保護工作方針，在礦山地質環境保護工作中，要把消除地質環境問題作為首要任務，采取行之有效的措施，防止因礦產資源的開發與利用，給礦區的地質、生態環境帶來嚴重的危害，避免生態失衡的發生，真正地做到防患于未然。同時，在工程建設中，應建立健全的安全管理制度，以保證工人的工作狀態，維持工程的正常進行。應利用科學方法，對礦山的地質狀況、地質災害類型等進行分析，并針對問題提出相應的應對措施和防范措施，使礦山的安全得以有效地提高；其次，要加大對礦山科技的投資，積極引進先進的裝備，從而推動礦山企業的安全發展；同時，要強化礦山地質災害防治的相關法律、法規，嚴格執行國家有關規定，有利于維護礦山生態環境，提高資源利用率，為企業持續安全發展奠定堅實的基礎[6]。

3.2 設立防治基金

礦山的地質災害防治是需要投入一定的資金，否則，其防治工作無法開展。近年來，由于災情頻發，造成的損失越來越大，各級政府十分重視地質災害的防治工作，每年都要撥款專項資金，對重點地質災害進行調查、治理。設立地質災害專項防治資金，可有效地對其進行投資管理。

3.3 預警技術應用

在實際工作中，可以運用多種技術測量方法，提高地質災害預測資料的可信度，為今后的地質災害防治工作提供科學依據。同時，還可以建立一個預警信息數據庫，對各種類型的數據進行定期匯總、分析、整理，為今后的風險預報工作提供可靠的基礎。對于有條件的礦山企業，可以請地質災害防治部門對有可能發生地質災害的地段安裝相應的災害預警設備。

4 總結

綜上所述，在礦山的建設和開采過程中，由于滑坡、崩塌、地面坍塌等問題，給礦山的正常建設和生產帶來了極大的影響。為保證礦山生產安全、穩定、有序地開展，要根據礦山地質災害的特點，采取行之有效的技術措施，各企業也應加大重視，把安全風險降到最低。