不稳固岩层地质灾害机理及对策

李玉钦

摘要：经济社会的不断发展，对矿产资源的需求越来越大，促使矿山开采工作不断扩展，开采深度也在日渐加深。不仅增加了矿山开采难度，而且还造成严重的地质灾害问题，不仅严重影响矿山开采活动的稳步进行，同时还给人民、企业、环境等方面带来了极为严重的负面影响。而矿山地质灾害发生过程当中，不稳固岩层是引发矿山地质灾害的重要因素之一，常常造成矿山地质灾害频繁发生，给矿山企业带来巨大经济损失，严重威胁到人民的生命财产安全。为此下文针对不稳定岩层开采过程当中存在的一些问题进行详细分析和探讨，研究主要地质灾害的发生概率，介绍了有关矿山地质灾害类型充分结合对应采取的对策。参照类似矿山地质灾害实例，提出不稳固岩层前期新技术预测和治理相结合的反馈体系模型，为控制和减少不稳固岩层矿山地质灾害，起到有效的参考作用。

关键词：不稳固岩层；地质灾害；安全监测

1.引言

我国地大物博，矿产资源非常丰富，同时还存在很多零星矿藏，这些矿床整体开采条件较差，常常发生一些地质灾害问题，给矿山安全开采造成很大影响。近年来我国经济快速发展，对矿产资源的需求越来越大，这对于矿产品市场的发展起到了刺激作用。各大矿山企业也不断扩大矿产资源勘探工作，大量购买矿藏资源。在此背景下涌现出很多私人采矿队和矿山企业，他们在矿山开采过程当中，一味地追求矿山开采利益最大化，不重视矿山安全管理工作，投入方面还存在很大不足，开采观念比较落后，缺少先进的技术力量，而且还存在环境保护意识淡薄的情况，再加上不规范的民采活动，对于开采环境造成了巨大破坏，致使矿山开采过程当中，不断集聚灾害隐患，一旦矿山灾害爆发，不仅对矿山企业造成巨大经济损失，影响采矿工作的顺利进行，而且还会造成人员伤亡，破坏周围环境，并造成严重的矿产资源浪费，得不偿失。

近年来，非矿库泄漏、滑坡以及矿坑突水、矿山冒顶、地表塌陷等地质灾害频繁发生，不仅对矿山建设造成巨大影响，还造成严重的经济损失，威胁着人们的生命财产安全，也影响到矿山企业的持续稳步发展，对国家经济建设及社会发展也会造成严重的不良影响。

2.矿山地质灾害类型及机理

矿山地质灾害是一种破坏性巨大的地质灾害，主要是由于自然地质因素与人为因素共同作用引发的矿山生态地质环境恶化，会对人类造成生命财产损失，以及破坏人们赖以生存物质资源。

目前的矿山地质灾害主要有：（1）由于地下开采活动导致的地震灾害以及岩爆、突水冒顶片帮以及地表裂隙和塌陷等；（2）山体滑坡、尾矿库泄漏以及各种坍塌灾害；（3）排土场稳定性下降引发的泥石流灾害；（4）矿山开采过程当中对地下水抽排，导致的地下水位下降、污染以及水源枯竭等各种灾害。另外，矿山开采过程当中大量的废渣堆积以及剥离矿山堆土造成的环境污染问题也很严重。一些矿床分布于不稳固岩层之下，常常发生采空区塌陷以及崩塌泥石流灾害等，同时还有片帮，冒顶与水土流失等各种灾害。尤其是地下矿山开采过程当中，采空區塌陷问题非常突出，而露天矿山开采过程当中，常常导致滑坡、崩塌、泥石流等各种灾害，文中主要对不稳固岩层下矿山开采过程中产生地质灾害的机理进行分析探讨，并在此基础上提出有效的防治对策，希望能够控制和降低不稳固岩层地质灾害造成的不良影响，推动矿山开采工作的持续稳步发展。

2.1采空区塌陷机理

在地下矿山开采过程当中，由于采矿阶段的不同，同时再加上各个采矿盘区中的矿块被采出之后，造成大量缺少支撑的空区面积。由于采空区面积不断扩大，加上顶板自身存在的重量和上覆层带来的巨大压力作用，会逐渐出现变形问题，引发弯曲或者移动现象。当逐步积累到一定程度之后，顶板岩层内部所形成的拉应力大于该岩层的抗拉强度极限值时，便会导致空区顶板出现断裂或者破坏，导致顶板破碎的岩石出现冒落。在破坏采空区顶板时，处于上覆的岩层还会不断向下进行弯曲与移动，导致冒落灾害的发生，特别是由于开采范围逐渐增大，再加上矿山开采过程当中爆破因素影响以及人体自身存在的重量，采空区顶板稳定性被彻底打破，同时对周围岩体也造成很大影响，并且这种影响是持续性的还会不断加大。随着矿层开采范围逐渐扩大，由于爆破因素扰动，导致采空区顶板以及分布在上覆岩体和周边破碎的围岩不断下落，或者突然垮塌，造成严重的地面塌陷，形成崩落带，如果这些破坏区域存在建筑物或者农田，也必定会受到相应的影响。

2.2边坡失稳与滑坡机理

由于风化侵蚀以及水、爆破震动等各种因素影响导致坡体底部软弱结构面强度出现改变，顺着软弱的结构面产生倾倒或者滑动，便会引发边坡失稳灾害的发生。露天开采过程当中，应当开挖一段台阶，这一阶段矿山开采活动结束之后，需要对一定台阶坡度进行保留，来确保台阶外侧岩体稳定性。伴随露天采矿工作的不断扩大，形成很多台阶面，产生很多工作帮或者非工作帮，而在朝向采场一侧，帮坡面上的岩体处于一种临空状态，侧面支撑能力缺失。而且在开采过程当中台阶面逐渐扩大，由于并帮，致使边帮的角度越来越大，减弱了破体稳定性，同时重新分布岩体中的各种应力，导致坡体发生变形，坡体的平衡难以维持，某一结构面剪切强度无法承受岩体应力，结构弱面逐渐延伸，破坏岩体结构，而导致滑移现象的产生，滑移在不断积累过程当中，便会形成滑坡灾害。

2.3冒顶与片帮机理

在矿山开采过程当中，冒顶片帮具有普遍性，同时也具有偶然性，近年来矿山安全生产问题受到了人们的普遍关注。但是矿山开采过程当中，伴随开掘活动以及采矿活动等对岩石进行切割，原来的应力平衡被打破，导致应力条件在井巷以及周围岩矿中进行重新分布。很多节理层理发育于不稳固的岩层当中，形成很多新的裂隙，难以有效支撑围岩，同时具有应力集中现象存在于巷道顶板以及两侧，由于风化以及水解等各种因素影响，顶板以及两帮的岩矿不断变形引发垮落。采掘活动又扰动顶板及其两侧围岩，由于重力因素影响，出现脱落与垮塌，在缺少支护或者支护不对时，极易导致冒顶片帮事故出现。

2.4排土场崩塌与滑坡机理

矿山开采过程当中产生大量的废弃岩石、废土，大量堆放在排土场，逐渐的累加在一起，导致边坡不稳情况出现，加剧滑坡灾害的发生。这些边坡灾害的发生和路堤边坡以及路堑边坡存在很大不同，这些废石、废土是自然堆积，未进行夯实，而且堆积的这些废石料都有自然安息角存在。如果堆积的坡度超过这个自然安息角之后，堆体将会出现一些滑移现象应引起崩塌，对排土场不合理的选址以及过度堆积，在山洪作用因素影响下，滑坡灾害发生时便会是崩塌和泥土共同下泄，产生泥石流，引发严重的灾害。

3.地质灾害实例及对策

3.1采空区塌陷事件及对策

这种灾害的事例非常多，而且造成的破坏和影响非常的大。都里铁矿是安阳市的一个重要铁矿，在开采过程中突然出现大面积的地面塌陷，塌陷坑长、宽、深分别为100m、50m、60m。定远县石膏矿在开采过程当中，也出现大面积的采空区塌陷，达到23000m2，大于2m的最大沉降。黑龙江的西林铅锌矿以及河北寿王坟铜矿在开采过程当中，也产生大面积的采空区崩塌问题。

在治理这些采空区塌陷过程当中，应当对应力集中位置进行转移，避免岩体应力过度集中，也可释放围岩中的应力，来减少此类灾害发生，确保矿山安全生产。对于这些采空区塌陷，可以通过崩落围岩手段进行处理，也可利用充填料进行填充，还可预留矿柱进行支撑，并可开展封闭隔离，通过混合法进行处理。

3.2边坡失稳与滑坡事件及对策

这类灾害造成的破坏性非常巨大，常常会引发严重的经济损失和人员伤亡。如姑山露天采场在矿山开采过程当中，东北角区域曾经出现严重的坍塌位移，滑体的长、宽分别为120m、25m，达到8×104m3。拉拉铜矿在2001年时，出现的滑坡灾害、滑坡体达到3×104m3的塌方量；在2006年时还在同一位置再次发生滑坡灾害，而且此次发生面积更大，塌方量达到了6×104m3。在应对此类灾害过程当中，应当对坡面角合理确定，并做好监测检查工作，将维护工作充分落到实处，把防洪设施设置于露天矿的边缘进行水流疏导，同时加固边坡，有效监测滑坡体，避免无证开采情况，严禁非法开采。

3.3冒顶与片帮事件及对策

在采矿作业过程当中，冒顶片帮事故发生概率在40%左右，规模相对较小，然而引发的破坏性却非常巨大。如罗子沟油页岩矿在2007年曾经发生过严重的冒顶片帮事故，造成二人死亡。包头泉山金矿在2008年4月发生一次严重的冒顶片帮事故，引发一人死亡。为了更好地应对冒顶片帮事故发生，应当及时检查顶板松石并做好相应的处理工作，对采矿方法科学选择，以免延时长时间暴露，及时支护、锚固，做好位移监测预报。

3.4排土场发生崩落与滑坡事故的分析及对策

在设计排土场过程中，需要和厂址区域的水文地质与工程地质条件充分结合，综合考虑各种因素，科学地进行选址。在确保稳固和安全前提下，对排土场的场址范围以及技术规格和相关参数进行确定，并制定相应的进度计划，科学合理地进行安排，保证经济效益和安全性，并做好环境保护工作。霍林河北露天矿排土场在2005年曾经出现过严重的滑坡事故，造成巨大的经济损失。在应对这些灾害过程当中，可以采用下列措施，如对排土场的排头设施进行建设与完善，合理的建设护墙挡坡，对排土工艺合理调整，做好科学的选址，加强排土场位移监测。

4.灾害预测控制新思路

地质灾害不仅具有偶发性的特点，同时还有其发生的必然性，对各类地质灾害发生情况进行分析研究，很多地质灾害的发生机理是由于长时间的积累所引发。在地质灾害控制过程中，一些矿山企业采用被动式的措施进行防治。巷道与采场掘进初期采取的措施较为主动，通过支护措施来保护岩层破碎地带，面对不稳固的围岩采掘过程当中，利用边采掘边支护的方式，由于后期阶段不重视收集处理岩层信息，致使一些灾害发生之后利用补救措施进行应对，而很多地质灾害的发生主要是由于监测处理不完善所致，所以，应当针对矿山地质灾害制定完善的信息反馈系统（见图1）。

该系统在灾害信息收集过程中，基于监测系统，结合现场勘查开展相应检测。系统对数据进行分析处理，并向管理部门反馈预测信息。管理部门依照地质灾害的实际位置以及严重情况，持续性地进行监测，达到防治与预防的协同发展。

（1）监测系统：能够自动监测岩体的应力以及温湿度变化和位移情况。

（2）信息采集：采集的信息不仅包括检测系统返回的信息，而且还涉及工作人员提供的初期切断地质条件，和实际现场观测与勘察，并收集机器扰动以及爆破、震动等各种因素，同时筛选相应的数据，对有用的信息进行选择，并排除干扰，在动态数据库中输入、处理相关数据。

（3）動态数据库系统：对于全部信息进行存储，对岩石稳定性展开综合分析，对监测对象稳固性展开预测，并对可能发生灾害的区域进行预报，向管理部门及时反馈。

（4）管理部门：根据监测预报情况，制定完善的处理措施。

（5）设计施工：根据管理部门指示要求，科学合理的设计施工措施，并在设计要求下组织施工。该系统主要是预防为主，治理为辅，在控制和降低灾害发生时，避免机械设备和人员伤亡，同时避免农田和建筑物遭受破坏，有效控制了治理费用的投入。

5.结语

当前，高速发展的信息化技术，并在矿山建设中得到了普遍应用。矿山地质灾害信息反馈系统的构建，对矿山安全生产提供了很大帮助，不仅可以对矿山地质灾害进行监测与分析，同时还能动态地进行监测与预报。这些先进的信息化技术手段应用于矿山建设与发展过程中，不仅大大提升了矿山地质灾害的监测预报能力，还为矿山地质灾害治理提供了很大的便利，有效预防矿山地质灾害的发生，对提高采矿的安全性意义重大。

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