礦山開采區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的誘因及治理方案研究

翟克禮

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)，遼寧 沈陽 110004）

很多礦山開采有關(guān)的文獻(xiàn)資料都會(huì)與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)聯(lián)，這是因?yàn)榈V山開采區(qū)總是會(huì)因?yàn)榉N種地質(zhì)原因發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致礦山周邊的居民點(diǎn)或者正在礦山內(nèi)部工作的人員受到傷害[1]。想要避免這類地質(zhì)災(zāi)害，就需要徹底分析礦山開采區(qū)的地質(zhì)特征，控制礦區(qū)開采的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，清除不穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，保護(hù)礦區(qū)工作人員的安全，是礦山周邊居民點(diǎn)的人民不再受到生命危險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失的威脅?；诖?，本文對(duì)礦山開采區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的誘因進(jìn)行研究，分析這些誘因會(huì)導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害，并提出地質(zhì)災(zāi)害的治理方案。

1 礦山開采區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的誘因研究

1.1 地下水徑流變化研究

礦山的開采通常會(huì)挖掘到地底，因此通常都會(huì)影響到地下水的流動(dòng)。由于每個(gè)礦區(qū)的礦層組成成分都不相同，但是在地下通常都能發(fā)揮隔水的作用，因此想要安全地開采地下的礦產(chǎn)，就需要在開采礦產(chǎn)之前將地下水完全抽干，只有這樣才能使礦物開采的過程順利進(jìn)行。伴隨著礦產(chǎn)的不斷開采，地下水上下兩側(cè)的隔離物質(zhì)在不斷減少，與之對(duì)應(yīng)的，地下能夠靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的空間越來越寬闊，此時(shí)的水層和礦物層就會(huì)之間融合到一起。一直到礦山開采的最后，各類會(huì)產(chǎn)生劇烈爆炸的操作會(huì)給礦山地下帶來巨大的動(dòng)能，導(dǎo)致地下水流動(dòng)的不穩(wěn)定，這樣劇烈的操作很可能會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)頂板出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫，有些地區(qū)會(huì)出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象[2]。大量的地下水會(huì)排除掉隔離帶的阻隔作用，融入礦洞內(nèi)，淹沒礦區(qū)。地下水的變動(dòng)會(huì)同時(shí)造成地表水流的變化，礦物開采時(shí)的基巖裂縫不僅不會(huì)出現(xiàn)壓力就近排放的特性，反而會(huì)由原本的向河道排水轉(zhuǎn)變?yōu)橄虻V洞排水。這樣一來，河道內(nèi)的水流沒有了來源，徑流量會(huì)隨之減少。在礦區(qū)開采越來越深入之后，礦洞內(nèi)部對(duì)地下水的推動(dòng)力和阻隔壓力越來越小，一些地表徑流量較小的河流甚至?xí)霈F(xiàn)斷流的現(xiàn)象。

1.2 地表壓力失衡研究

當(dāng)前我國開采礦山的方式絕大多數(shù)都會(huì)采用長壁式采礦法。由于礦產(chǎn)都是深藏在山體內(nèi)或地下，所以在開采的過程中會(huì)挖掘地表的土壤并將多余的土壤覆蓋在周邊地表之上[3]。這樣就會(huì)導(dǎo)致地表周邊松散層土壤的厚度不斷增加，壓力的失衡使得地表更容易出現(xiàn)裂縫，礦區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)采空塌陷的概率也會(huì)隨之增加。例如我國東部地區(qū)的一些煤礦產(chǎn)區(qū)內(nèi)，地下埋藏著充足的水資源，地表水位也達(dá)到了平均水準(zhǔn)線以上，這種情況下出現(xiàn)壓力失衡現(xiàn)象會(huì)直接使得該礦區(qū)的地表水形成一個(gè)湖泊。但是對(duì)于一些水資源較為稀缺的區(qū)域，如西北地區(qū)，在礦區(qū)周邊造成地表壓力失衡現(xiàn)象，使水資源匱乏現(xiàn)象進(jìn)一步加深，地表裂縫更加明顯。經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析可以得知，我國礦區(qū)周邊大多數(shù)的地面裂縫和塌陷，都是因?yàn)檫@些隨意堆積土壤，從而造成地表壓力失衡導(dǎo)致的。而且這些塌陷地區(qū)中耕地區(qū)的面積占比在43%以上，給人民的生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了嚴(yán)重的影響。并且在工業(yè)化背景下，金屬以及煤炭的礦產(chǎn)資源需求量不斷增加，礦產(chǎn)資源的開采量也在逐年增大，因此導(dǎo)致礦山開采區(qū)的地面裂縫和塌陷問題日益嚴(yán)重。除此之外，這些問題的出現(xiàn)還會(huì)造成一系列的生態(tài)環(huán)境問題，導(dǎo)致自然環(huán)境的失調(diào)。

1.3 礦山開采的廢物污染大氣環(huán)境

在礦山開采的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些比較常見的固體廢物，如果這些固體廢物沒有得到及時(shí)妥善的處理，而是隨意丟棄在礦山周圍，就會(huì)給礦山開采區(qū)周邊的自然環(huán)境帶來極大的壓力[4]。同時(shí)有一些礦山開采過程中會(huì)使用火藥等化學(xué)用品，這些化學(xué)藥品有時(shí)會(huì)排放出諸如，二氧化硫、一氧化碳等有毒氣體，這些有毒氣體飄散在大氣中與水蒸氣相結(jié)合，到了夏季就會(huì)隨著雨水的沖刷降落到地面。這些有毒物質(zhì)一旦滲入入土壤中，就會(huì)影響到該地區(qū)大片環(huán)境生物的生理健康，不但會(huì)出現(xiàn)植物大面積死亡的情況，還會(huì)使周邊的動(dòng)物因飲用水不潔而生病或死亡。這樣一來，整片礦山開采區(qū)的生態(tài)環(huán)境都會(huì)遭到破壞，土壤因生態(tài)環(huán)境的不協(xié)調(diào)而逐漸疏松，河道周邊的泥土?xí)u漸形成淤泥，流入附近的河流或湖泊中。長此以往，河道的河床漸漸抬升，整片區(qū)域的抗洪能力就會(huì)逐年下降。此時(shí)，一旦遇到暴雨、臺(tái)風(fēng)等大范圍降雨的自然天氣，礦山開采區(qū)就很容易形成泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，礦山周邊的居民就會(huì)因此受到生命的威脅。

2 礦山開采誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害類型介紹

礦山開采區(qū)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害又被稱為礦井地質(zhì)災(zāi)害或者采礦帶地質(zhì)災(zāi)害，絕大多數(shù)礦山地質(zhì)災(zāi)害都是由上述三個(gè)原因共同造成的。

2.1 礦山坍塌事故

礦山坍塌事故是所有礦山地質(zhì)災(zāi)害中最常見的一種，也是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可能會(huì)對(duì)礦山開采地帶工作人員造成傷害最大的一種。礦山坍塌事故的主要表現(xiàn)形式是礦洞內(nèi)巖石土壤的坍塌， 礦山開發(fā)過程中，經(jīng)常會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而造成礦山表面巖石脫落、地層陷落等問題[5]。能形成礦脈的山區(qū)內(nèi)部，巖石層和軟弱夾層的中間結(jié)構(gòu)存在補(bǔ)位缺失問題，因此這片穩(wěn)定性較差的區(qū)域，就成為了礦山坍塌事故的主要發(fā)生場(chǎng)所。而且由于巖石層和軟弱夾層在礦山開采區(qū)普遍存在，礦山坍塌事故發(fā)生的地點(diǎn)就具備十分隨機(jī)的特性，因此礦山開采區(qū)的任意地點(diǎn)都可能面臨著礦山坍塌事故的發(fā)生。

2.2 泥石流

泥石流通常是因?yàn)榈V山開采過程中出產(chǎn)的廢物大量污染環(huán)境而導(dǎo)致的，通常會(huì)造成礦山開采區(qū)外部溝谷縱橫，丘壑連綿。而在這樣特殊的地理環(huán)境下，一旦發(fā)生暴雨、臺(tái)風(fēng)等天氣，就會(huì)直接導(dǎo)致水流沖擊泥沙從高處落下，形成特殊的洪流，也就是泥石流。通常只會(huì)發(fā)生在水土流失較為嚴(yán)重的區(qū)域，而且其地下的巖石層與地上的土壤層都受到了侵蝕，因此地表的植被都遭到了不同程度地破壞[6]。一旦該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境受到了損害，發(fā)生泥石流的可能性就會(huì)大大增加。另外，礦山開采區(qū)開采出來的土壤、廢渣、碎石等物質(zhì)如果大范圍堆積在礦山周邊，很可能會(huì)在泥石流發(fā)生的時(shí)候增大泥石流的威力與流速。礦山地區(qū)發(fā)生的泥石流災(zāi)害，不但會(huì)對(duì)礦山內(nèi)部的工作人員造成生命威脅，還會(huì)影響到礦山周邊村鎮(zhèn)中人們的正常生活。

2.3 采空區(qū)塌陷

礦山開采區(qū)塌陷與礦山坍塌不同，通常是指由于礦山開發(fā)過程中，地下的礦產(chǎn)資源被透支性開采，以至于地下的巖石洞壁出現(xiàn)了虛空的現(xiàn)象。當(dāng)這種虛空現(xiàn)象形成一定的規(guī)模以后，地面的結(jié)構(gòu)就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)礦山開采區(qū)塌陷現(xiàn)象。想要造成這種類型的塌陷，就需要在礦山開采時(shí)采取空?qǐng)龇ɑ虮缆浞▉磉M(jìn)行開采工作。因此，若是沒有在開采礦山礦產(chǎn)時(shí)及時(shí)填充被挖空的區(qū)域，該片區(qū)域就會(huì)經(jīng)常發(fā)生礦山開采區(qū)塌陷事故。一旦礦山開采區(qū)塌陷，不但會(huì)導(dǎo)致地面的建筑和道路變形損壞，嚴(yán)重時(shí)期甚至?xí)斐缮襟w滑移。另外，上文中的礦山坍塌事故也多半是由于礦山開采區(qū)塌陷而導(dǎo)致的。能夠影響到礦山開采區(qū)塌陷的因素可以分為人為因素或自然因素，其中人為因素多半是處于礦山開采技術(shù)或工作人員操作不當(dāng)，而自然因素則多半是因?yàn)楫?dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)易發(fā)生地震等。

2.4 崩塌滑坡事故

如果礦山開采區(qū)發(fā)生了采空區(qū)塌陷現(xiàn)象，那么該片區(qū)域就很有可能發(fā)生崩塌滑坡事故。這種類型的災(zāi)害可能發(fā)生的地點(diǎn)范圍十分廣泛，無論是在露天的開采區(qū)還是深藏在井下或礦山內(nèi)部的開采區(qū)都有可能會(huì)發(fā)生，只是具體的表現(xiàn)形式會(huì)不同。露天礦物開采區(qū)的崩塌滑坡事故主要表現(xiàn)為礦物帶邊坡滑落，而深藏在井下或礦山內(nèi)部的開采區(qū)發(fā)生崩塌滑落事故主要表現(xiàn)形式是地表塌陷和崩塌也就是采空區(qū)塌陷。一般情況下，深藏在井下或礦山內(nèi)部的開采區(qū)發(fā)生崩塌滑落事故，所能造成的影響比露天開采區(qū)的崩塌滑坡事故更大，其造成的經(jīng)濟(jì)損失也有很大的差別。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害的治理方案研究

3.1 礦山坍塌事故治理措施研究

在治理礦山坍塌事故的過程中，首先需要對(duì)礦山開采區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合礦山開采的計(jì)劃和施工進(jìn)度，分析該地區(qū)的地下孔洞分布，找到礦山坍塌的規(guī)律，避免礦山坍塌對(duì)周邊居民的日常生活造成更大的不良影響。關(guān)于這一點(diǎn)，不同的礦山開采區(qū)有不同地質(zhì)環(huán)境以及其具體的分析方法，導(dǎo)致相應(yīng)的沉陷程度也有所差異。因此在實(shí)際的統(tǒng)計(jì)中，每個(gè)不同的礦山都需要通過具體的觀測(cè)來測(cè)量礦山的坍塌數(shù)據(jù)，之后再由負(fù)責(zé)分析工作的人員對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行研究，總結(jié)出礦山坍塌的規(guī)律，以便為該地區(qū)的礦山坍塌地質(zhì)災(zāi)害提前做好預(yù)防工作。除此之外，還可以通過對(duì)礦區(qū)坍塌事故發(fā)生頻率的了解，找到礦山坍塌的根本原因，進(jìn)而采取有效的措施對(duì)其進(jìn)行預(yù)防。

3.2 泥石流事故治理措施研究

想要治理泥石流事故，就需要從礦山周邊地區(qū)的環(huán)境保護(hù)入手。無論是大氣的環(huán)境保護(hù)還是水資源或制備的環(huán)境保護(hù)，都需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶幚怼５V山開采區(qū)內(nèi)在很多時(shí)候都會(huì)有廢棄物的堆積，這些礦區(qū)開采造成的污染不但會(huì)影響水源、土壤，還很可能會(huì)導(dǎo)致大氣環(huán)境的惡化。這樣的環(huán)境惡化會(huì)增大水土流失的幾率，從而造成泥石流事故[7]。此時(shí)就需要從環(huán)境治理的角度出發(fā)，將廢棄的礦物再利用，通過植樹造林等方式解決水土流失，開挖河道，降低河床的高度，防止洪水等事故發(fā)生。除此以外，還需要提前做好環(huán)境進(jìn)一步惡化的防治工作，從開源以及節(jié)流的雙重角度考慮。

3.3 采空區(qū)塌陷治理措施研究

對(duì)于采空區(qū)塌陷的治理問題，相關(guān)的礦區(qū)工作人員或者環(huán)境治理人員最應(yīng)該做的就是提前防探工作。各礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是不同的，因此采空區(qū)內(nèi)發(fā)生塌陷事故的原因也各不相同。想要治理采空區(qū)塌陷事故，就必須真正掌握該礦區(qū)詳細(xì)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，了解各個(gè)礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造帶斷裂的原因，對(duì)采空區(qū)發(fā)生塌陷的原因進(jìn)行總結(jié)和分析，以便能夠提前有針對(duì)性地預(yù)防和填坑[8]。另外，由于地下水的影響，一些已經(jīng)發(fā)生了塌陷的采空區(qū)已經(jīng)被地下水填充，此時(shí)還需要注意及時(shí)進(jìn)行疏水處理。而想要解決地下水壓的問題，就要及時(shí)地采取降壓措施，迅速排水，從而達(dá)到從源頭降低水壓的目的，有效地防止采空區(qū)內(nèi)的地質(zhì)塌陷導(dǎo)致的地下水蔓延污染。

3.4 崩塌滑坡治理措施研究

礦山開采區(qū)崩塌滑坡事故是礦區(qū)開采過程中最常見的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)于被破壞得較為嚴(yán)重的地區(qū)，可以通過填土的方式補(bǔ)救，并使用大型機(jī)械將該區(qū)域的土壤壓實(shí)。而如果是被破壞得較輕微的區(qū)域則可以不去處理，等待時(shí)間的自然修復(fù)。

3 結(jié)束語

綜上所述，礦山開采區(qū)內(nèi)很容易出現(xiàn)各種地質(zhì)問題，造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。這些地質(zhì)災(zāi)害多半是由于地下水徑流變化、礦物開采廢料造成的環(huán)境污染或者地表壓力失衡等問題導(dǎo)致的。通過科學(xué)的方法找到解決這些地質(zhì)災(zāi)害的方法，能夠?qū)ΦV山開采區(qū)周邊的村鎮(zhèn)或者礦區(qū)工作人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來正面的影響。