矿山开发过程中地质灾害的产生及其预防措施

韩科江

我国由于所处地理位置及其他因素影响是当前世界上地质灾害发生次数最多的国家之一。矿山地质灾害是地质灾害的一项重要组成内容，指的是人类在出于自身发展需求对一些特定种类的控产资源进行开采中由于一些方式方法使用不正确而导致的有人为因素引发的地质灾害。为此本文结合矿山勘察的工作经验，对矿山各类地质灾害的具体类型以及产生原因等一系列内容进行了详细探讨。在文章最后根据当前技术发展对一些常见的勘察方法进行了总结，并提出了一些有效的预防措施。

1 我国矿山地质灾害概况

由于发展时间较短，为此我国矿业在开发的过程当中所采取的具体方式方法较为欠妥，缺乏精细化布局。这种情况的存在使得矿山的地质环境日益严峻，国内部分矿区的形势不断恶化。除此之外，市场经济的不断发展也给矿山企业带来了极大的生存压力，为了更好的应对市场竞争，一些矿山企业在生产中一味的重视经济效益的提高，而安全及环保意识无法满足时代发展需求。再加上开采技术以及一些生产设备为及时更新换代，导致矿山经过多年的开采之后灾害隐患不断出现。矿山地质灾害问题日益严重，隐患持续增加。一旦这些隐患很可能造成极大的灾难，对人民的生命财产安全造成威胁。

2 矿山地质灾害诱发因素分析

2.1 疏干排水

在采矿活动实际开展的过程当中必须采取必要的设备以及技术手段对地下水进行有效处理，使其无法对开采活动造成影响，在必要的情况下还需要对地下水进行升降强排活动。这些工作虽然在一定程度上方便了矿产资源的开发，但是也很容易由于排水行为不当而导致一些地质灾害的发生。具体而言存在以下几类地质灾害：

第一，矿井突水事件不断发生。就当前而言，我国矿山开采工作在其实际进行的过程当中常常会由于种种因素的影响导致其出现矿井突水这一地质灾害。该种类型的灾害规模极其庞大，且在采矿活动进行中发生概率非常大。可以在极短的时间内将整个坑道填满，进而给矿山生产工作带来严重的后果，甚至会导致人员伤亡。矿井水害的发生条件有三个，分别是充足的水源、水流强度以及涌水通道。这三个条件的变化以及组合的区别将会对矿井水害的具体类型以及对矿山开采工作的危害程度产生决定性影响。根据灾害的具体位置可将矿井水害划分为地表水、老空水、顶板水等类型。对于煤矿来说在其实际开采的过程当中之所以会出现水害这一情况，最为重要的原因就是对于矿类物质进行挖掘的过程当中将透水断层挖通，进而导致水流大量涌入矿井当中对挖掘工作造成影响。当遇到蓄水溶洞或暗河时这种灾害将会变得更加明显。就一般情况而言，不同类型的灾害其产生诱因各有区别。对于一些处于地表上方的水源来说，之所以会对采矿工作造成干扰最为根本的原因是由于当这些区域雨季来临时湖泊将会由于容纳了大量的水源导致其水位不断发生变化，进而使其产生洪水灾害对地板产生破坏，进而使得大量的湖水涌入到矿道当中；除此之外对于一些矿产资源挖掘较为严重且未能及时对其进行回填的区域地表的土层将会由于种种因素的影响导致其出现塌陷，使其上方拥有蓄积雨水的能力。当雨水量太大超过采空区域的应力承受能力之后，蓄积的雨水将会大量涌入到矿井当中；对于老空水这种损害来说，之所以会产生这种类型的损害其主要诱因是煤矿的巷道或者是作业区域在不断挖掘矿产资源的过程当中发到了一些蓄水量较大的区域，进而使得这些水流在短时间内进入到矿产资源挖掘区域当中，给采矿活动的正常进行造成破坏性影响；对于顶板水害来说，出现这类灾害的主要诱因是采集矿产资源的过程当中影响范围未得到有效控制，进而使得开采活动挖掘到了位于矿体上半部分。这部分岩层充满了水，进而导致水流大量涌入对矿产开采活动造成严重影响；而对于底板水害来说，诱发其产生的因素有很多，主要是采矿工作在开展时由于未探明岩层的具体情况使得底板隔水层的隔水性能受到了破坏，进而使得岩层无法承受水流的冲击导致其产生水流，并且最终使得水流进入到勘探面当中；很多煤矿的上覆和下伏地层皆为含水量较为丰富的石灰岩，尤其是对于北方地区的石炭二叠纪煤系地层来说更是如此。煤系内不但含有大量的水分，而且下伏为巨厚的奥陶纪灰岩。人类为了对这些矿产资源进行开发，会在开采的过程当中对地下水进行升降强排，进而导致地下水出现巨大的水头差。水头差将会导致煤层受到来自下部灰岩地下水高压的威胁，进而在一些构造破碎带以及隔水薄层等区域发生一些不必要的突水事故对矿井及职工的生命安全造成影响。

第二，在疏干排水活动开展的过程当中，由于该项操作本身所具有的特点会使一些容易充水矿区的地面出现坍塌现象，如果地面存在一些建筑以及农田耕地的话无疑会对这些区域他正常活动进行造成干扰。就当前来说，经过对我国各大矿区的大量调查发现很多矿区附近都存在一定的地面塌陷情况，地下水位严重下降。一些工业及生活供水系统无法正常使用。

第三，一些矿山为了更好的对其内部矿产资源进行开发利用，将其地下水进行了疏干操作。这种行为导致一些浅层地下水长期无法得到有效恢复，进而使区域植物生长受到一定的阻碍，甚至于一些矿区出现了土地石化及沙化水土流失的现象对当地生态环境造成了极为严重的破坏。

2.2 其他因素

对于矿山的地质灾害来说，有很多行为都会导致地质灾害发生。有些行为在开采的过程当中无法避免。例如伴随着矿山开采深度的持续增加，地应力会不断增大。进而导致冒顶、片帮甚至岩爆等一系列地压灾害。而有些诱发因素则是由于开采人员在开采资源的过程当中未及时采取一些有效的预防措施或是在开采的过程当中采用的操作手法不规范所导致的。例如如果在矿产资源开采完毕之后未及时对采空的区域进行充填操作的话，将会导致地面塌陷等不良因素；再如若在开采中产生的废水废渣未对其进行处理便肆意排放将会使周边生态环境受到一定程度的污染。此外还有对水文地质及构造不了解巷道偏离，盲目指挥等一系列因素都会导致地矿山地质灾害的发生。还有一些矿山为了追求更高的经济利益，全面摆脱在经营过程当中面临的一些经济危机，往往会采富弃贫、求近避远。这些行为无疑会为其后期的发展埋下一定的灾害隐患。

3 主要矿山地质灾害类型及治理对策

3.1 泥石流

3.1.1 矿山建设对泥石流形成条件的影响

对于矿山建设活动来说，在实际进行的过程当中如若发生以下几种情况很有可能造成泥石流：

第一，对于露天开采来说在实际进行的过程当中如果剥离废石的速度远远超过正常水平的话很有可能会使得一些松散固体物质持续增多，进而出现大量的废土。这些废土将会成为泥石流的产生源地。除此之外在矿山修筑公路的过程当中，如若对山坡植物大量破坏的话也会产生数量极其庞大的废弃土源。在矿山选矿时排出的废渣一样是泥石流物质的主要来源。

第二，增大了水体补给量。对于矿山来说在建设工作实际开展的过程当中不可避免的会对当地的植被造成一定的损坏。如果在这一过程当中不加控制的话，将会导致区域植被产生大面积破坏。进而使当地的地面结构产生变化，降低其调节雨水的能力。大大缩短其汇流时间，最终使得洪峰流量及洪水总量增加，最终导致泥石流的爆发。此外，如果矿山在开采过程当中产生的废石对一些沟壑造成了堵塞的话也会导致后期伴随着雨水的积累诱发泥石流。

第三，矿山建设工作的大量进行会使当地的地形条件产生剧烈的变化，大量的矿山废石堆放在一起将会使山坡变得更加陡峭，进而使得区域地面高差进一步增大，加强了侵蚀能力。此外一些矿山废水将会对高层床产生压缩作用，进而使流体的动能不断增大，使流体受到压缩流速持续增大，最终诱发泥石流。

3.1.2 泥石流的治理措施

在对于泥石流进行治理时，经过多年的发展当前人们已经发展出了多种技术措施。具体而言，可以将治理措施分为两大类型，分别为工程措施以及生物措施下面对其进行一一探讨：

就工程措施来说，在实际应用的过程当中最为重要的目的是为了通过一系列方式方法降低灾害的发生频率减少灾害的破坏。一般而言人们会通过拦挡、排档以及支护等方式展开相应的防护工作。首先通过一定的技术手段对泥石流的物质来源，也就是一些来源于上游的矿渣松散体进行拦挡，进而减少泥石流的物质来源。具体而言可以修建栏坝或谷坊等设施对其进行拦截。此外为了增强拦截效果，减少拦截压力还应当在适当的区域布置一些排水设施使得泥土与水流得以分离。在中线区域进行有效的排导操作，对各个沟道进行疏通。通过这样的手段可以全面防止沿途淤泥漫流对田地造成摧毁，对于一些沿途的孤岛边坡应当展开有效的支护工作，防止出现塌方或道路毁坏等情况。在合适的点位应当修建流速通道对泥石流进行有效的疏导作业。

生物措施。生物措施在应用的过程当中最为主要的目的有两项：一是对于水土流失进行有效治理，二是通过生物措施的有效应用吸收矿山在开采中产生的一些有害物质，进而使当地土壤得到净化。

生物措施与工程措施相结合。就一般情况而言，金属矿围岩的硬度较大。在对其进行开采时产生的堆积物除了上覆盖覆土层以及风化岩石外还存在着一些体积较大的难以分化的块状堆积物，进而形成地质灾害，例如崩塌、滑坡以及泥石流等等。除此之外还有一些金属矿床在开采及原料冶炼的过程当中会对地下水产生一定程度的污染。在这样的情况下为了保障当地居民的身体健康应当对其进行治理。对于一些非金属矿来说由于其在形成时是通过沉积的方式形成的，因此在开采时需要挖掘出大量的松散沉积生成物，这些物质极易风化，进而导致地面塌陷、泥石流等灾害的发生。

3.2 塌陷

当地下矿层开采工作完毕之后，采空区的顶板岩层将会在自重及其他应力的影响下产生向下的弯曲地移动。一旦顶板岩层内部受到的张拉应力超过岩层的抗拉极限之后将会导致顶板岩层出现断裂及破碎。这种情况将会伴随着采矿工作的不断进行愈加严重。当岩层开采范围扩大到一定程度时将会在地表形成一个比采空区更大的塌陷盆地对地表的各类建筑物以及农田造成严重破坏。经过多年的发展当前已经发展出了多种治理方案对矿山采空区塌陷进行治理，常用的为充填复垦法。这种方法在实际应用中需要用到矿区附近的煤矸石、粉煤灰等物质。通过这些物质对采空塌陷区进行充填操作。这种方法充填材料充足且无污染，可以有效防护治理地区。不但可以全面解决塌陷地复垦问题，还可以解决矿山固体废弃物的处理问题，有着非常好的经济性。

4 矿山地质灾害勘查方法

4.1 地球信息技术综合法

33S技术的发展及应用可以让人类从宏观上把握各种地质灾害的分布及发展规律。通过GPS技术可以精确定位灾害发生具体位置；RS技术则可以通过对矿区遥感图像的叠加分析获取矿区各时期地貌破坏程度以及塌陷区形态等内容；GIS技术可以对矿山灾害信息数据进行空间上的分析，让管理人员能够在最短的时间内掌握到灾情，并且采取针对性的措施对其进行处理。3S技术的大量应用全面弥补了常规技术手段无法处理的任务，例如危险地带、矿山灾害调查、矿山积水塌陷区等。

4.2 水文地质与岩土力学试验方法

水文地质及岩土力学试验类型多种多样，是矿山地质灾害调查工作在实际开展中极为重要的手段之一。很多调查成果都需要通过水文地质与岩土力学获取。对于地质矿山地质灾害调查工作来说，在实际开展的过程当中包含的内容较多，例如水质测验、淋浴室浸泡实验等。而岩土力学试验则包括室外原位力学试验、室内岩土物理力学性质实验。

4.3 地球物理勘察方法

就当前而言，为了对矿山地质灾害进行更好的查看，人类研发出了高密度电阻率法。该技术与岩土体导电性差异为基础对其详细情况进行有效探测。该方法在应用中可以通过多个装置对矿区数据进行采集，不但可以对区域的深度方向进行变化进行研究，同时还可以对属于不同方向的电性变换进行分析。通过参数转化等多种方式得到一些更具价值的比参数，有效预测灾害的发生以及具体范围等。该项技术对于一些深度较小的区域探查效果十分明显，例如山西平定矾土矿采空区便可以利用三种方法进行测量，进而获得区域深度闭合圈的异常情况。技术人员通过对专看资料的详细研究，最终确定了该区域采空区的分布范围。

视电阻率法在应用中可以用于对采空区域进行有效圈定，一般来说金属矿山内部的矿体属于块状硫化物，导电性较为优异，电阻率较低。而待查明采空区内部以空气进行充填，而空气的电导率电阻率非常大。通过视电阻率法可以对这种差别进行详细探测，进而确定采空区。瞬变电磁法在应用中需要通过不接地回线及接地线源向地下发送一次脉冲电磁场。在脉冲磁场的间隙期间可以通过线图或接地电极观测地下半空间的二次涡流场变化进而对区域的实际情况进行有效探测。此外该方法在应用的过程当中，信噪比比其他的技术要高的多，有着非常强大的分辨率。可以查明矿区采空区的异常情况。

浅层地震法在应用中需要通过人工手段对地震波进行有效激发，然后对地震波在地层中的传播规律进行有效研究，是获取地下地质小构造及底层岩性信息的一种物探方法。通过浅层反射法的有效应用不仅可以对地层界面的起伏变化情况进行详细阐明，而且还能探测到地下隐伏断层空洞陷落柱等。人们常常应用该项技术对滑坡断裂面、采空区等潜在地质灾害进行探测。

4.4 其他方法

对于矿山地质灾害调查工作而言，在实际进行的过程当中地球化学勘探法有着非常重要的意义。通过该项方法对第一矿区进行勘察可以对其环境污染情况进行全面了解。化探方法可以对污染因素及污染源进行探测，对于提出污染治理方案有着非常重要的意义。

5 矿山地质灾害的预防

为了合理应对当前发生率相对较高的矿山灾害以及灾害隐患，政府应当积极行动起来加大对矿产相关企业的监管力度。主管责任部门应当明确其一应当肩负的责任，根据矿山开采的实际情况采取针对性的治理手段对矿山环境及灾害源加大监管力度，防止矿山在开采中发生新的隐患。而矿山企业也应当明确企业担当，对各项开采中采取的操作进行有效规范。合理的利用开发矿产资源，充分意识到规范开采与其长期发展所具有的紧密联系。将防灾减灾活动贯穿于矿山资源开采的整个过程当中。除此之外，相关研究人员应当进一步加大对矿山地质灾害的防治研究力度，将其纳入到矿业领域的基础性研究当中，将矿山灾害、环保、安全生产三项因素有机的统一在一起。矿山研究工作应当依靠科技进步，通过一些高新技术的应用充分了解各类灾害的发生机制，并且对于灾害进行严格监测。例如可以将矿业在开采过程当中出现的地下空地进行改造，将其改造为尾矿库之后不但可以有效消除地下空区给矿山带来的安全隐患，还可以全面减少尾矿库建设及灾害治理过程中产生的费用，有效改善矿山区域的生产以及生活条件。通过一系列必要的技术手段将矿山建设为环保无公害的新矿山是我国今后矿业发展的重要方向。当对采矿区域的具体地理位置确立之后，可便可以采用多种防治手段对其进行治理。具体而言有以下几种方式：

第一，在采矿的过程当中及时对出现的采矿区进行回填操作；第二，对于一些可能出现塌陷的区域应当提前发出预警措施，对现有的建筑及设施进行必要的防护；第三，在矿山设计操作进行中应当尽可能的避开城市及以及一些重要设施。除此之外构建信息化矿山开创安全高效可持续的矿业发展新模式是中国采矿业未来发展的必由之路。

6 结语

综合文章上面所描述的内容不难发现，之所以采矿操作会引发地质灾害最主要的原因是采取的采矿方法不科学所导致的。因此人类应当充分认识到环境保护与人类生存所具有的密切联系，采用一些合理的采矿方式有效解决资源需求与保护人类生产资源之间的矛盾。在矿山开采上必须始终坚持谁开发谁保护，谁破坏谁治理这一重要原则。加大对矿山环境的管理力度，只有这样才能使我国采矿业获得可持续发展。