露天矿山开采及地质灾害防治技术

王文泽

（中铁十九局集团矿业投资有限公司，北京 100000）

0 引言

我国对于资源的需求量比较大，所以在矿山露天开采时也不断提高开采效率，采用科学的开采技术和工艺。现阶段，虽然矿山露天开采技术有所提升，但在相关技术应用与管理中仍存在一定问题，在经济增长的同时地质环境问题依旧较为突出。过度的开发使得矿山周围生态系统遭到破坏，为有效减小地质灾害发生率与环境污染，应当积极开展治理工作。

1 露天矿山开采技术

1.1 爆破技术

矿井开挖中涉及很多的新工艺，其中爆破作业技术就包括在其中，而爆炸破碎技术的使用范围也相当广泛，在挤压、微差爆破等工艺中也都出现，而这种新工艺技术的产生和大规模使用成功克服了以往所面临的困难问题，如难爆岩体的破裂问题和炸药破碎减震问题等。由于现代科学技术的日趋成熟，一些新型的火药与爆破工具也层出不穷，并且还在不断地更新与换代中。

1.2 露天矿山采剥工艺

矿体上部有很厚的覆盖层，正式开采前需要彻底清除上面的杂草与树根，并将其运送到排土场统一堆放，然后使用挖掘机把覆盖层的黏土直接铲除。可以采用潜孔钻机凿岩，矿体和岩石包裹体采用中深孔钻爆。爆破后的矿石，可以用挖掘机装入自卸汽车或输送带，运出矿区进行加工。结合实际开采中容易存在的有害因素及危险，制订有效的安全技术举措，有效解决可能危及露天开采安全生产的隐患。

1.3 排土技术

排土工艺对露天矿山非常关键，它不但直接关系到企业产量和面积的扩大，并且同时还直接关系到交通、排土等工艺过程的效率。排土技术主要通过土地开拓方式或交通方法确定，而利用排土场的特性就可以衡量矿山企业是不是能够长时间实施露天开采作业。而露天矿利用动力装备实现排土施工的，主要是因为该技术设备在施工上具有机动灵活、爬坡特性较好的独特优势，适合于任何地质条件，也可以堆设为各种坡形和平原形排土场。也因为其排土线路的施工速度相对快、投入较少、易于维护，排土施工方式与排土场的操作和保养也就相对地比较简便。在矿井的各种排土开挖活动中，一般是使用比较灵活、机械化的各种排土方法，其中既包括了单台阶式排土方法，也含有了多台阶式的分层排土方法。一般条件下，根据勘探线的规模，可分别安排一辆推土机或配备一辆新型自动化车辆实施排土[1]。对于露天矿山的施工排土方式和施工排土场危害防治技术的发展，主要体现在以下3 个重要方面：①施工中采用了效能较高的排土装置，增加了施工排土强度。②继续扩大了建筑单位的建设用地总体规模和建设体积，并增加了材料堆放面积和构筑物堆设高度，降低了排土场的建设面积。③对全部排土场地全部实施了复垦，有效降低了污染。

1.4 边坡处理技术

首先，就是保护处理技术的使用，在边坡工程建设中较为普遍的情况是塌方现象，施工人员就必须首先对事故的高发地段进行防护处理，把一定范围内的渣砂彻底清除，然后再重新设计防护挡墙实施保护，该保护挡墙通常由锚杆钢筋捆扎以及大直径钢筋所构成。其次，是紧急处置手段的运用。工程技术人员首先要全面了解边坡施工的常见事故类型，一旦产生了突发事件，必须要迅速判断现场的发生状态，进而对发生事件的边坡进行现场采样调查，以确定其物质成分、岩体性质和土层厚度等，从而更正确地预测滑坡参数，为现场的安全运行奠定了理论基础。最后，对控制参数的正确控制[2]。

1.5 防排水技术

露天矿区是完全裸露在大自然当中的，并且在露天的状况下完成所有的生产工作，露天矿区受自然环境影响较大，而且一旦遇到雨季就很有可能造成整个矿区生产操作的全部停机，为防止此类现象的出现，就需要对相应的防排水技术进行应用。这种技术关键是通过布设截水沟或防洪堤等方式，阻隔、疏导矿区采矿之外的汇水或者径流速度水，相应的防排水措施也不仅是用来起到保证山洪暴发峰值时洪水可以顺畅流出的目的，还可以避免地表水流进采矿范围作业面中去，从而造成了麻烦。

2 露天矿山开采过程中的地质灾害类型

露天矿山开采需大规模剥离地表土壤与岩层，并直接破坏区域原有的岩石结构，形成全新的开采断面，区域边坡角度变大，地质灾害发生的可能性大幅上升，因此，分析露天矿山开采工作实际，其地质灾害主要有岩石崩塌、滑坡、泥石流等。

2.1 泥石流

露天矿山开采会彻底破坏区域原有的地表结构，区域地貌特征大规模改变，原有的地质平衡被打破。随着开采工作的不断进行，地貌被破坏面积不断扩大，区域整体的保水能力持续下滑，一旦遭遇强降水天气，短时大量地表水将会沿着山体表面冲刷而下。开采环节产生的固体废弃物被堆放在山体表面，抑或是堆放在山沟位置，这些破碎的废弃物很可能被汇聚而来的地表水冲走，最终形成露天矿区泥石流。此外，矿山开挖后因开采工作的特性，经常会形成三面环山、前缘地形开阔且周边山体陡峭的地貌特征，这种地貌很容易造成降水汇集，大量自然降水汇集到相对狭窄的区域，冲刷能力大幅提高，矿区各类固体废弃物顺山势而下，破坏力与危险系数直线上升。

2.2 岩石崩塌

露天矿山开采需要对岩石进行切割、爆破，此外开采环节为提高效率，减少开挖量，实际开挖坡度通常在80°以上，边坡位置没有按照设计要求设置为台阶结构，而是直接形成高且陡的大边坡。如果矿产分布角度与作业断面边坡角度处于相反或相切状态，则边坡岩层卸荷裂隙发育，岩层稳定性急剧下滑，如果遭遇大规模降水、地震抑或是矿山爆破，这一作业区域的楔形体将向下滑动，岩层结构被进一步破坏，最终出现大面积岩石崩塌现象，严重威胁现场作业人员的人身安全[3]。

2.3 滑坡

岩石矿山开采过程中，开挖作业量十分庞大，矿区表面的土壤以及岩石等被大面积剥离，覆盖层的前端会被掏空，伴随着开采工作的持续进行，未作业区域的表土层因其结构较为松散，很容易沿着岩土结合面下滑，轻则出现开采作业面表面垮塌，严重时，大面积表土层向下滑落，山体滑坡将在极短时间内威胁到整个采矿区域人民群众的生命与财产安全。露天矿山开采作业将会产生大量矿渣与碎石，如果这些废弃物未能得到妥善处理，在矿区随意堆放，堆积体的结构稳定性将会持续下滑。此外，堆积体表面未能得到有效保护，自然降水渗入其中，进一步影响结构强度，一旦出现震动，抑或是上层重量超出结构承受极限，就会引发严重的滑坡灾害。

3 露天矿山开采及地质灾害防治措施

3.1 严格管理责任

露天矿实际开采不但要严格遵守安全管理计划要求施工，也需要进一步提升对现场采矿的安全管理水平，并预估判断现场中潜在的风险。通过合理举措将风险消灭在萌芽状态，同时要严格考核管理者各项能力，综合评估正常实施的露天采矿工作，重视能够完善之处，努力将其做到最好。此过程中，管理人员需要自我反省，在哪些方面可以尽善尽美，进而最大程度地实现采矿作业效率及管理人员专业水平的提升。此外，想要使管理者有效贯彻执行安全管理工作，可与各采矿方签订合同，确保各方严格执行安全管理计划。通过合同约束管理人员和其他人员的行为，并利用责任到人的分配方式，督促各部门人员按照安全生产制度，把安全管理目标落实，保证生产工作的安全。

3.2 边坡稳定预防安全措施

对采场可能发生的地质灾害应做以下防范以及安全措施。①采用自上而下的台阶开采.在最终边坡设安全平台清扫平台宽，采取采剥并举，剥离先行的原则。②在开采过程中，定期检查边坡。清理边坡上的危石、浮石，对危险地带应及时采取维护措施。应定期对最终台阶进行检查，不稳定地段在暴雨过后及时检查，发现异常要及时处理，报告有关主管部门。③在最终边坡的安全、清扫平台上设置排水沟，将大气降水及渗透裂隙水汇集后集中排出，防止雨水、裂隙水等对边坡的冲刷，起到保护边坡稳定的作用[4]。

3.3 崩塌灾害防治

露天矿区矿山崩塌灾害防治工作的重点在于对潜在崩塌体的加固。矿山开采企业应建立专业的地质灾害防治团队，针对潜在的崩塌体进行全面排查，全面消除区域崩塌隐患，避免矿山崩塌而影响人民群众生命财产安全。依照当前露天矿山的开采作业特征，崩塌体可分为3 种规模。如果是规模较小的潜在危险源，工程团队可对其进行凿除作业，提前清理，避免崩塌体掉落影响到开采工作。如果是规模中等的潜在崩塌体，开采企业可在合适位置设置落石平台或防护网等安全保障措施，崩塌体在崩落时受到这些防护体系的阻挡，冲击力被削弱，进而避免出现区域大面积持续崩塌的现象。如果崩塌体规模较大，常规工程手段无法在短时间内完成清除，且各类防护工作也不能形成有效保障，开采企业应采取定向爆破的方式，提前解决崩塌隐患。

3.4 做好矿山生态恢复，加大矿区复垦种植的力度

相关部门需要结合地质环境治理和采矿权，对各种调控手段加以利用，督促企业在矿山开采期间把地质环境的恢复治理工作做好，从而落实资源开发与环境保护工作。一方面，在露天矿山开采期间，需要具备良好的地质环境保护意识，提升土地复垦方面的责任感，以此确保在开采期间把土地复垦的准备工作做好。另一方面，要对恢复生态环境和土地复垦的技术加以利用，重点研究矿区生态治理，以此有效提升矿山地质环境的治理效率。同时，要结合不同地域和类型的矿区，对相关技术进行合理应用，坚持可持续发展原则，提升耕地数量，平衡区域内耕地占补。

3.5 采用矿山地面减沉技术

矿山开采过程中需要建设大规模的巷道，而在完成开采工作以后，这些区域就会形成采空区，如果没有对这些区域进行有效的回填处理，很容易破坏周围的生态环境。因此，为了能够尽量减少采矿区域引发的地质灾害，通常会选择使用地面减沉技术进行治理，在实际应用过程中，地面减沉技术主要就是对采矿区域进行填充，通常会选择尾矿、沙或者厂沙炉渣等材料进行回填处理，尽量减少地质灾害的产生有效降低矿产开采活动，对周围环境产生的破坏。对于矿山地质来说，如果出现地面沉降现象，必然会对周围环境产生破坏，例如遇到降水天气就会对地面形成冲刷作用，进而破坏周围的土壤结构，很有可能会引发水土流失或者泥石流等灾害，而使用地面减沉技术能够有效减少沉降现象的产生，更好地保护周围的生态环境，进而降低地质灾害出现的概率[5]。

3.6 做好地质调查，建立地质环境信息系统

要对地区水文地质环境特点与实际情况进行预先了解，对地质条件进行明确，并全面调查矿区水文地质工程实施期间容易发生的问题。根据相关数据信息，利用信息技术建立地质环境综合信息系统。首先，在地质调查期间，应明确矿区地下水含水岩体结构，同时对水文地质参数以及各项参数信息重新进行界定，从而使地下水资源评价工作有效落实。其次，要想把可靠的参考依据提供给地下水资源的开发利用，要详细划分地下水系统，并全面评价地下水补排情况以及水资源开发利用情况。此外，要总结区分地下水的化学特征和土质物理特征等方面，建设应急水源区域，有利于应急供水用水。另一方面，要区分岩体工程地质，对岩体地质环境的稳定性进行评价。还要对矿区水文地质问题的类型以及地质分布特征进行明确，并采取针对性的防治措施。

4 结语

综上所述，与地下开采工作相比，露天开采生产管理工作的原理比较简单，因此，多数露天开采单位在开采期间不够重视地质灾害的防治工作。与此同时，在露天矿山开采期间，极有可能会出现崩塌以及滑坡等情况，不仅会对开采工作进度造成一定阻碍，还对开采人员的生命安全产生了一定威胁。露天开采单位应该根据实际的工作环境以及企业情况，做好地质灾害防治工作，深入分析开采过程中的各种影响因素，制定针对性的解决措施，以此确保露天开采工作的顺利进行。