礦山地質(zhì)災害分析

礦山地質(zhì)災害防治措施

1、概述

由于礦產(chǎn)開采過程勢必改變原有穩(wěn)定的礦藏條件，改變了當?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境，而由于人為的采礦活動改變了地質(zhì)環(huán)境所引起或誘發(fā)的災害被稱為礦山地質(zhì)災害。礦山地質(zhì)災害的發(fā)生會對生態(tài)環(huán)境、自然資源和經(jīng)濟社會造成不可估量的危害和破壞。

我國的礦產(chǎn)開采具有相當長的歷史，在相當長的時間內(nèi)，我國礦產(chǎn)開采技術(shù)和設(shè)備都比較落后，這種條件下的礦產(chǎn)開采導致礦山地質(zhì)環(huán)境不斷惡化，礦山地質(zhì)災害事故頻發(fā)。危及生命的礦難和環(huán)境災害時有發(fā)生，近年來還有逐漸上升的趨勢。因此，根據(jù)我國礦山地質(zhì)災害發(fā)生及發(fā)展規(guī)律、特點，將礦山地質(zhì)災害進行詳細分類，并根據(jù)其各自特點提出防治災害的措施，是一項十分必要的工作。

2、礦山地質(zhì)災害類型

就目前的科學技術(shù)發(fā)展狀況而言，采礦活動的范圍仍多數(shù)被限定在地球表面和巖石圈層內(nèi)部。在礦脈開采之前，礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境是處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。而采礦過程，是從地殼內(nèi)部的土壤、巖石圈層挖出大量的土石方，對地質(zhì)環(huán)境進行了巨大的破壞，使其處于非穩(wěn)定狀態(tài)。我們可以看出，不論鉆井開采、掘坑開采、注液開采，還是露天開采，都改變了原有的地質(zhì)環(huán)境，這種不平衡性的出現(xiàn)導致了地殼物質(zhì)的不穩(wěn)固，進而容易引發(fā)災難性地質(zhì)改變。

礦山地質(zhì)災害類型很多，若單從災害發(fā)生的速率加以區(qū)別，可分為突變型礦山地質(zhì)災害，如礦坑突水、瓦斯爆炸、巖爆等，另一種就是緩發(fā)型礦山地質(zhì)災害，如采空區(qū)的地面沉降，水體污染等。然而，在我們最常用的地質(zhì)災害分類，常常是以地質(zhì)災害的時空分布和成因關(guān)系來分類。這種分類方法有利于對地質(zhì)災害的成因進行深入探究，才能根據(jù)各種地質(zhì)災害類型制定相宜的防治措施。人為地質(zhì)作用過程中不合理或者不科學改變地質(zhì)環(huán)境，進而誘發(fā)的地質(zhì)災害基本涵蓋了除火山噴發(fā)之外的所有地質(zhì)災害類型，本文將就其特點簡要分類闡述。

2.1 巖土圈層形變?yōu)暮?/p>

這部分礦山地質(zhì)災害是由于采礦活動改變了礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境，導致地區(qū)地下和地表巖土圈層形變，進而引發(fā)的災難性后果。

2.1.1 誘發(fā)性地震

由于采礦活動致使巖土圈層結(jié)構(gòu)性失衡，這種失衡狀態(tài)反映在巖土圈層內(nèi)部就是地震與斷層錯位。短時間的斷層劇烈錯位容易產(chǎn)生誘發(fā)性地震。由于人為地質(zhì)改變而誘發(fā)的淺源性地震，深度小，危害和破壞力卻十分巨大。小震級的地震，就可能致使井下和地表巖土圈層的劇烈改變，從而對建筑物、地表結(jié)構(gòu)造成危害。

2.1.2 斷層錯位

斷層錯位也是圈層結(jié)構(gòu)性失衡的一種表現(xiàn)，不過由于斷層錯位具有緩發(fā)性，能量在緩慢積聚，短時間內(nèi)不易被測量和察覺。但是，可以預見，隨著開采活動的不斷進行，礦脈被采空后，斷層積聚能量會在短時間釋放，終究會造成巨大的危害，這種災害對礦山及周邊地質(zhì)環(huán)境的破壞力也十分巨大。

2.1.3 地面圈層形變

地下巖土圈層的形變，往往導致地表巖土圈層下陷、沉降、開裂等，進而引發(fā)危害性巨大的礦山地質(zhì)災害。例如，礦山地面和采空區(qū)塌陷、礦區(qū)地面沉降，地面開裂。一般的礦區(qū)地面塌陷主要發(fā)生在井巷開采的礦山地區(qū)。礦脈埋藏較淺，礦區(qū)地面平緩，地面塌陷與沉降的現(xiàn)象較為常見。而礦脈埋藏深、距地表較遠的開采區(qū)，如果不能及時回填礦渣，就有可能發(fā)生大面積塌陷，地面塌陷、沉降和開裂不僅可破壞水土、建筑物，還可能毀壞道路、水庫等公共資源與建筑，造成更大的危害。

2.1.4 斜坡巖土體運動

這一類災害是由于采礦區(qū)地質(zhì)邊坡或地表斷層邊緣結(jié)構(gòu)不穩(wěn)造成的災害，如崩塌、滑坡、泥石流等。例如采礦邊坡失穩(wěn)，常常會造成邊坡巖土滑坡，巖崩等災難，泥土邊坡在雨后形成流動性土體，形成災害性泥石流等。這些地質(zhì)災害發(fā)生的主要原因是不合理造成的采剝失調(diào)、邊坡角度過陡等形成不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。此一類型礦山地質(zhì)災害多發(fā)生在露天開采或掘坑開采礦山。這種災害常常瞬時發(fā)生，但造成結(jié)果危害性更大，如礦山山崩，往往使礦產(chǎn)毀于一旦，造成人員大量傷亡，危害極大，是此類災害的典型例子。

2.1.5 礦坑工程災害

不合理的礦山開采手段與落手的開采方式，常會造成礦山地下工程災害事故的發(fā)生，如洞井塌方、冒頂、偏幫、鼓底、巖爆等。這些災害均是因為礦井、礦坑內(nèi)的巖土圈層發(fā)生地殼應(yīng)力變化，而導致巖層、土層應(yīng)力突然釋放，導致大量巖石、碎屑，并向坑井內(nèi)突進，給礦井開采帶來危害，危急礦工安全并造成財產(chǎn)損失。例如坑內(nèi)巖爆就是因礦坑周邊和頂?shù)装鍑鷰r，在受到巨大的巖石圈層應(yīng)力作用狀況下，一旦因采掘面不能維持平衡，即有可能產(chǎn)生巖石圈層應(yīng)力突然釋放，導致巖石破裂迸裂，并向坑內(nèi)大量噴射、爆散，從而給礦山帶來毀滅性災難。

2.2 地下水位異變?yōu)暮?/p>

礦山開采過程中，深層開采有時會破壞地下水自由淺水層或?qū)訅汉畬拥慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進而引起地下水位和礦山地質(zhì)環(huán)境的改變，造成災害性后果。

2.2.1 礦坑突水涌水

礦坑、礦井突水、涌水是最常見的礦山災害之一。由于地下水位的短時間迅速改變，致使礦坑突然進水。這種礦山地質(zhì)災害突發(fā)性強、規(guī)模大，導致后果也十分嚴重。

采礦過程中常因?qū)ΦV坑涌水量的排空速度估計不足，采掘過程中穿透隔水斷層，或者驟遇蓄水溶洞、暗河，導致地下水大量涌人，造成坑井被水淹沒，造成人員傷亡或其他嚴重災難性后果。這種災害在盜采嚴重礦山頻發(fā)，多數(shù)因為開采技術(shù)低下，私挖亂采的盜采現(xiàn)象存在，相互均有可能突破蓄水坑洞，引發(fā)災難性后果。

2.2.2 坑內(nèi)潰沙涌泥

坑內(nèi)涌砂是礦坑突水的伴生災害，當?shù)V坑采掘過程中遭遇富含泥沙的蓄水層或溶洞，突破隔水層后，泥沙和巖屑隨水一起涌入礦坑，造成涌漿災害。另外一些透水斷層和潛水層也常會因為斷層錯位，夾雜沉積物下漏涌人坑內(nèi)，其結(jié)果是使礦坑被泥漿阻塞，設(shè)備和開采人員被泥沙掩埋，致使礦山遭受災難性后果。

2.2.3 地下水漏失

由于礦山開采，破壞了地下水埋藏條件，造成地下水的水源補給跟不上消耗的速度。比如礦山開采造成地下河流的改道，過分開采破壞潛水層，這些地質(zhì)環(huán)境的改變，造成地下水位超常下降，從引發(fā)地下水源枯竭災害，進而引發(fā)河水漏失、泉水干涸，造成局域性干旱區(qū)。

2.3 礦體內(nèi)因引起的災害

這類礦山地質(zhì)災害常常是因為礦山地質(zhì)環(huán)境改變后，一些偶發(fā)因素造成的突變性的災難性后果。

2.3.1 瓦斯爆炸

瓦斯爆炸災害最常見于大小煤礦，由于礦坑通風條件不良，使瓦斯在封閉空間內(nèi)積聚到一定程度，偶然因素引發(fā)爆炸。這種災害常常造成礦山開采人員群死群傷，礦井被劇烈的爆炸損毀，造成巨大的人員與財產(chǎn)損失。

2.3.2 煤層自燃

由于煤層開采，是一部分開采礦面暴露在空氣中，部分煤礦石因氧化放熱導致溫度逐漸升高，熱量集聚后溫度升高速度驟然加快，溫度升高到煤的著火點時，便會引起燃燒。煤層自燃現(xiàn)象在古今中外時有發(fā)生，我國每年因為煤層自燃破壞煤炭資源多達2億噸，經(jīng)濟損失巨大。

2.3.3 礦山火災

礦坑火災常見于煤礦的煤矸石山和硫化物礦床，因為煤矸石和硫化物也能氧化生熱，進而引發(fā)火災。礦山火災對周圍環(huán)境的大氣危害也十分嚴重，一些常年燃燒的礦山，使當?shù)乜諝馕廴緡乐?，區(qū)域小氣候發(fā)生改變，礦區(qū)周圍苗木大量死亡，田地荒蕪，環(huán)境狀況堪憂。

2.3.4 地熱

礦山開采過程中，凡需通過深入巖土圈層開采礦產(chǎn)資源，包括煤炭、金屬和非金屬礦等，當達到一定深度后都會遇到礦井溫度升高的危害。通常礦山開采深度達到800 米以后，礦山因含硫量高，開采深度大，地溫非常高，也會導致礦工勞動環(huán)境惡劣，嚴重影響正常生產(chǎn)。

2.4 礦山環(huán)境化學污染災害

采礦、選礦產(chǎn)生的廢渣、廢水、廢氣物質(zhì)造成環(huán)境污染，也是礦山地質(zhì)災害日趨凸顯的一種形式。這些廢棄物未經(jīng)有效處理，直接堆棄或者無序排放，都會造成環(huán)境污染公害事件。這種環(huán)境災難還會引發(fā)水土流失、土地砂化、鹽漬化、地下水斷流等相關(guān)次生災難。這些污染事件的后果，往往長期影響人與動物的身體狀況，導致國民經(jīng)濟和資源、環(huán)境的不可持續(xù)發(fā)展。

2.4.1 尾庫、場庫災害

許多礦山開采，都伴隨著礦場與尾礦庫的存在。場庫失穩(wěn)主要是由于尾礦壩體不能承受壓力決堤后形成泥石流造成巨大的危害。尾礦庫潰壩常常因為壩體穩(wěn)定性在日益增加的壓力，或因廢礦液溢出，壩體管涌而發(fā)生決堤。尾礦潰堤給礦區(qū)人民生產(chǎn)生活都帶來不可估量的災難性后果，同時也會給當?shù)厮镰h(huán)境造成污染和長期危害。

2.4.2 水土環(huán)境污染

礦山開采廢水礦坑地下水、選礦、冶煉污水、尾礦滲漏水等，都會造成礦區(qū)水源與地下水的污染，同時廢液中的重金屬污染元素、有毒有害元素的存在，也會長期存留在土壤中，形成持久性的環(huán)境災害。礦業(yè)廢水量大，多數(shù)來不及處理，直接被無序排放進入環(huán)境水體，直接或間接造成區(qū)域性水土環(huán)境污染，致使礦區(qū)地表水、地下水源、農(nóng)田遭受長期污染。這種如此危害性常常是潛在性的，其危害性更大。

2.4.3 土地退化

露天開采和掘坑開采是水土流失和土地沙化的一個影響因素。在露天開采和掘坑開采過程中，地表植被、土坡土體的破壞，尾礦的擴展都會導致水土流失和土地退化。而大量的采礦排水，致使土地鹽堿化。

3、礦山地質(zhì)災害的勘查方法

由于礦山的地質(zhì)災害都在深部發(fā)生，勘查多采用遙感信息技術(shù)與物理勘查方法。

3.1 地球信息技術(shù)綜合方法

目前的信息技術(shù)主要是利用遙感集合“3S”技術(shù)，及時掌握地質(zhì)災害可能的分布、發(fā)生地點與區(qū)域。如利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)對地質(zhì)災害發(fā)生的高危點位精確定位，并利用遙感衛(wèi)星進行疊加分析，預測災變發(fā)生趨勢。

3.2 地球物理勘查方法

主要指應(yīng)用物理手段，探測巖土圈層相關(guān)信息，確定采空區(qū)、斷層位移、磁場變化等可能的災害伴發(fā)信息，對地質(zhì)災害進行提前分析與預測。地球物理勘查礦山地質(zhì)災害的方法主要包括高密度電阻率法、視電阻率法、瞬變電磁法、淺層地震法等。這些方法是預測潛在礦山地質(zhì)災害重要技術(shù)手段。

3.3 環(huán)境化學勘測方法

在礦山地質(zhì)災害預防過程中，人們也常常使用地球化學勘查方法。例如對礦區(qū)環(huán)境污染的監(jiān)測，化學探測方法具有不可替代的優(yōu)勢。這種方法的應(yīng)用能夠有效確定污染因素、預測污染趨勢、追溯污染源、劃分污染區(qū)，為污染治理方案的制定提供重要的科學依據(jù)和技術(shù)支持。

4、礦山地質(zhì)災害的防治措施

綜上所述，礦山地質(zhì)災害由于時空特點與產(chǎn)生條件各有特點，隨著礦山地質(zhì)勘查的手段逐步應(yīng)用，我們應(yīng)針對上述分類和勘查手段，采取有力的防治措施，才能防止礦山地質(zhì)災害的發(fā)生，有效地減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。根據(jù)礦山地質(zhì)災害發(fā)生的特點，有些礦山地質(zhì)災害我們能從主觀上加以預防，有些地質(zhì)災害由自然誘因引起，我們不可能有效預防，因此我們制定具體的防治手段應(yīng)包括如措施：

(1) 建立和完善礦山開采前的風險評估與環(huán)境評估，并制定環(huán)境保護與恢復治理的政策法規(guī)和規(guī)劃體系。做到開采前嚴格評估，開產(chǎn)中積極防范，開采后積極恢復，把礦山地質(zhì)環(huán)境恢復與土地復懇納入法規(guī)，強制推行。

(2) 加強宣傳，普及礦山地質(zhì)災害防治知識，提高礦山開采人員素質(zhì)，增強其對地質(zhì)災害的危機感與警覺性。提高礦山生產(chǎn)過程中全員防災、減災技能與手段，強化礦山地質(zhì)災害的防、險避險、搶險培訓。

(3) 開發(fā)與應(yīng)用先進的信息化、地球物理勘查手段、地球化學勘查手段，對礦山地質(zhì)進行嚴密監(jiān)視，對可能發(fā)生的潛在災害施行實時監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)測，建立礦山地質(zhì)災害監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)礦山地質(zhì)與環(huán)境生態(tài)動態(tài)跟蹤與管理體系，避免重大人員財產(chǎn)損失。

(4) 加強礦坑、礦井邊坡設(shè)計，進行邊坡監(jiān)測，堅固擋墻穩(wěn)固邊坡地質(zhì)構(gòu)造，開挖后如果出現(xiàn)開裂變形，及時做地質(zhì)勘察，并做好預防措施。合理建設(shè)尾礦礦壩，形成穩(wěn)定礦場與尾礦庫，降低滑坡和塌方風險。

(5) 對于坑道開采，在坑道內(nèi)一定要做好支護，做到邊開采邊支護，防止因礦頂坍塌、冒頂?shù)犬a(chǎn)生的危害，尤其上方有住戶處要預防引起上部地面開裂，同時做好坑道的排水設(shè)計，以防因礦坑涌水造成危害。

(6)加強礦山環(huán)境監(jiān)督與檢查，進行全面、系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災害影響評估。對破壞生態(tài)環(huán)境的小礦、低產(chǎn)能礦場進行堅決關(guān)停。對于污染型采礦區(qū)，制定科學開采和“三廢”排放方案，減少次生地質(zhì)災害的發(fā)生。進行礦場開采后生態(tài)環(huán)境恢復治理，對于可回填的廢礦進行積極回填。

(7)對于閉坑礦山地質(zhì)災害的防治和生態(tài)環(huán)境恢復，應(yīng)該及時進行治理和生態(tài)恢復工作，全面推進礦山地質(zhì)災害防治與環(huán)境綜合治理，進行復墾，提高土地復墾率，結(jié)合生態(tài)措施實施礦山生態(tài)環(huán)境綜合治理示范工程。棄渣場經(jīng)處理后再敷表土、植草種樹。通過上述地質(zhì)環(huán)境恢復工作，減少水土流失，恢復礦山的生態(tài)功能，達到生態(tài)恢復和維護人類與環(huán)境和諧的目的。

(8)將礦山地質(zhì)災害防治工作納入政府議事日程和國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、計劃，按一定比例安排地質(zhì)災害防治經(jīng)費，如建立礦山環(huán)境恢復治理、政府資助礦山環(huán)保、地質(zhì)災害調(diào)查防治等基金。

(9)在礦山開采區(qū)應(yīng)嚴格禁止私采亂挖和越界開采，減少人為擾動，做好植被保護和水土保持工作，積極推行地質(zhì)環(huán)境恢復方案及措施為防止水土流失、恢復植被和景觀。監(jiān)督與制止開采棄渣胡亂堆棄和不加處理排放，強制其必須統(tǒng)一堆放到開采境界線以外的礦山棄渣場內(nèi)。

(10)加大防治工作的資金支持，加強應(yīng)該礦山等相關(guān)企業(yè)對礦山地質(zhì)災害的關(guān)注度，預留地質(zhì)災害調(diào)度金，構(gòu)建地質(zhì)災害、環(huán)境災難補償制和問責制。同時加強生態(tài)補償制度，加大懲罰力度，用經(jīng)濟手段調(diào)節(jié)災害防治力度。

5、結(jié)語

礦山地質(zhì)災害類型多，引發(fā)因素多樣，不同類型的礦山地質(zhì)災害有著不同的形成機制和表現(xiàn)形式。針對不同礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境特點，我們應(yīng)該選擇適當?shù)牡V山開采方案，并進行積極的地質(zhì)災害勘查方法，做到將災害消滅在萌芽期。綜觀當前對礦山地質(zhì)災害類型、勘查技術(shù)方法和預防措施，查明礦山地質(zhì)災害特征，預測災害體的發(fā)展變化，提出防治措施，為礦山防災減災提出合理建議。