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摘要:矿山地质灾害严重影响了矿山的正常生产生活秩序、破坏了矿山生态环境,本文以灾害的空间分布和成因关系对矿山地质灾害进行了分类,分析了导致矿山地质灾害的主要因素,并对矿山地质灾害的防治提出了建议。
关键词:矿山地质灾害 分类影响因素防治
中图分类号:TD1文献标识码: A
前言
我国地理位置独特,地质构造复杂,地球生态环境多变,是地质灾害的多发国家之一,地质灾害种类多、分布广、影响大、造成损失严重。矿山地质灾害是地质灾害的一个分支,是因人类的开采生产活动而直接诱发的矿区自然地质环境发生变化,产生影响人类正常生活和生产的灾害性地质作用和现象。我国是一个矿业大国,也是最大的发展中国家,矿产资源的年消耗量很大,加之开采技术和设备相对落后,导致大部分矿山地质环境形势严峻,部分矿区呈现加速恶化态势,近年来,重大矿山地质灾害屡有发生。因此,认识、防治矿山地质灾害意义重大。
1 矿山地质灾害的主要类型
矿山地质灾害种类繁多,按成灾与时间的关系,可分为突发性矿山地质灾害(如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等)和缓发性矿山地质灾害(如采空区的地面变形、环境污染等)。但最常见的是以灾害的空间分布和成因关系进行分类,包括岩土体变形灾害、地下水位改变引起的灾害、矿体内因引起的灾害。
1.1 岩土体变形灾害
1.1.1 矿山地面和采空区塌陷 、沉降
地面塌陷主要发生在地下以井巷开采的矿山。矿山采空区,若保留矿柱不足,或因矿柱受损而失去支撑能力,就会造成地面塌陷。特别是那些矿体埋藏较浅、产状较平缓的矿体(如煤矿),地面塌陷的现象更为常见。矿体埋藏相对较深的地下开采矿山,如果不能及时回填和崩落采空区,当其达到一定规模就会产生大面积塌陷。此外,在岩溶分布区,还会因矿山排水疏干而导致溶洞上方地面塌陷、沉降。地面塌陷和沉降的主要危害是损毁地面设施和大量耕地,破坏道路、线路和自然景观,造成矿区积水、土地盐渍化。由于地面塌陷爆发突然,往往造成较大的经济损失和人员伤亡,还可直接导致矿山某些地下巷道的塌毁,或使大气降水和地表水沿塌陷裂缝灌入坑内,造成淹井事故。
1.1.2 采矿场边坡失稳、滑坡与岩崩
采矿场边坡失稳、滑坡与岩崩主要发生在露天开采矿山和大型工程开挖现场。主要原因是不合理开采如采剥失调、边坡角度过陡、施工顺序混乱等造成边坡失稳,形成滑坡、泥石流、岩崩等灾害,这种灾害导致设备损毁、人员伤亡和增加大量的剥岩费用,甚至停产或关闭。
1.1.3 坑内岩爆
坑内岩爆又称矿山冲击,这是因矿坑周边和顶底板围岩,在受到强大的地壳应力作用而被强烈压缩,一旦因采掘施工出现自由面,即有可能产生岩石地应力的骤然释放,导致岩石大量破裂成碎块,并向坑内大量喷射、爆散,给矿山带来危害和灾难。
1.1.4 场库失稳
场库失稳主要发生在矿山的尾矿库、排土场、废石场,主要原因是坝体稳固性差、坝体渗漏管涌漫顶、管理不善或设计不合理造成坝体溃决崩塌,继而形成泥石流。这种灾害常给矿区居民生命财产带来巨大危害,同时也给环境造成巨大破坏和污染。
1.2 地下水位改变引起的灾害
1.2.1 矿坑突水涌水
这是最常见的矿山灾害,突发性强、规模大,后果严重。生产过程中常因区域水文资料不完善或对矿坑涌水量估计不足,采掘过程中打穿老窿积水、贯穿透水断层、骤遇蓄水溶洞或暗河,导致地下水或地面水大量涌入,造成井巷被淹、人员伤亡灾难。
1.2.2 坑内溃沙涌泥
这是常与矿坑突水相伴而生的灾害。当采掘过程中骤遇蓄水溶洞,常见溶洞或断裂中充填的泥沙和岩屑伴随地下水一起涌入,另外一些透水断层和地裂缝也常会使浅部第四纪沉积物随下漏的地表径流涌入坑内。其结果是使坑道被泥沙阻塞,机器、人员被泥沙所埋,严重时甚至会使矿山遭受毁灭性的打击。 转贴于 中1.3 环境污染
环境污染是矿山灾害的另一种重要形式。因采矿、选矿产生的“三废”物质,由于未经有效处理就被排放到江河湖海中,造成环境污染公害事件。采矿还会造成水土流失、土地砂化、盐渍化、地下水断流、地下水位下降等。
1.3 矿体内因引起的灾害
1.3.1 瓦斯爆炸和矿坑火灾
这種灾害最常见于煤矿。由于通风不良,使瓦斯积聚发生爆炸,造成井下作业人员伤亡,矿井被毁;矿坑火灾除见于煤矿外,也见于一些硫化矿床。因硫化物氧化生热,在热量聚积到一定程度时则发生自燃,引发矿山火灾。个别地区由于个体采矿活动泛滥,坑内使用大量木支护及非阻燃材料,管理不善造成矿山火灾。矿山火灾的危害极大,严重损耗地下矿产资源,如有的煤矿在地下已燃烧上百年,其资源损耗量十分巨大,使当地气候发生改变,农作物和树木大量死亡,田地荒芜,环境严重恶化。
1.3.2 地热
随着开采深度加大,地热危害不断加剧。我国已有许多矿山开采深度达到800m以下,矿山因含硫量高,开采深度又大,地温非常高。矿山地热灾害导致矿工劳动环境恶劣,严重影响了有关矿山的正常生产。
2 导致矿山地质灾害的主要因素
2.1复杂的地质环境
我国地域辽阔,地质构造、地形地貌以及气候条件极为复杂。许多矿山大多处于山区或山区与平原的结合部,该部位构造及活化断裂发育,活动断裂分布广泛,节理裂隙发育,岩石整体性差,力学强度低,在爆破震动和地下水的潜蚀、溶蚀作用下,极易软化、泥化、断裂塌落,这些性质决定了塌陷、滑坡、泥石流等突发性矿山地质灾害的必然性,而采矿过程中不合理的采掘工艺和“三废”排放方式则使已十分脆弱的矿山地质环境进一步恶化,从而诱发各种矿山生态环境问题。
2.2 过分追求经济效益,缺乏灾害意识
长期以来,许多地区矿产资源开发执行着多能耗、多污染、资源难以综合利用的传统路线。灾害意识不强,过分追求经济效益,忽略矿山灾害的防治,是造成矿山灾害事故频发的根本原因。尤其是八十年代后期,个别地区在“肥水快流”思想指导下引发的开发热、采矿热,乡镇及个体小矿山、采矿点蜂拥而上,部分国有矿也转为个人承包,其中有很多矿山,生产设备简陋,生产工艺落后,管理水平低下,安全生产条件极差。无序的开采,给矿区环境带来极大的冲击和破坏,矿山灾害事故频发。
2.3 开采技术和设备相对落后
许多矿山建矿时间悠久,开采工艺落后,设备更新慢,管理落后,导致矿产资源的开发利用率低,对绝大多数伴生的有益元素无法回收。矿山生产过程中的高贫化率、低的综合回收利用率和低的资源二次开发利用率造成了矿山环境进一步恶化。
2.4 矿山企业负担沉重,矿山地质灾害治理资金短缺
矿山地质灾害问题很多属于历史“沉淀”,历史欠帐太多是造成矿山地质灾害难以治理的重要原因。许多矿山建设于计划经济时期,矿山企业属国家所有,企业所得利润大部上缴国家,这样矿业开发带来的利润被抽走了,而采矿形成的灾害却留在了当地。计划经济时期建设的许多矿山目前已处于资源枯竭或经济效益滑坡,根本无力承担根治矿山地质灾害的费用。
3 矿山地质灾害的防治
3.1技术性防治措施
3.1.1 切实贯彻“以防为主、防治结合、综合治理”的方针
矿山建设与矿山地质灾害防治同步规划、同步实施,避免走“先破坏后治理”的老路。加强矿山矿业开发活动前的综合管理,矿山企业在开发前,开展潜在地质灾害的调查,在调查分析的基础上编制地质灾害防治方案防治规划,从勘察、设计等源头上进行管控。加强宣传教育、舆论监督和政府监管职能,提高公民灾害意识、生态环保意识和法制观念。加强对采矿权人和矿业开发从业人员矿山地质灾害知识的培训,树立矿业可持续发展的理念。
3.1.2 矿山地质灾害的监测
随着国家对地质灾害问题的高度重视以及科学技术的发展,全国地质环境监测网络逐渐形成,遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)等技术得到了运用和推广。在开展地质环境监测的同时,开展了对矿山地质灾害的调查和监测,运用水文地质与岩土力学实验、高密度电磁率法、瞬变电磁法、浅层地震法等方法,对采空区、塌陷区、地下水体、断层、岩石风化层、滑坡进行了有效的预测,并结合各种矿山地质灾害的特点,设置监测点,定期或不定期(如汛期、冰雪消融期)重点监测,形成“监、控、防”体系,减少矿山地质灾害的发生。
3.1.3 提高矿山开采技术水平
近年来,国家更加重视和鼓励矿山环境保护和矿业合理开发的研究,矿业开发过程中引发的地质灾害及防治、矿业三废的处理、废弃物回收与综合利用等技术日趋成熟,部分新建矿山采用先进的采、选技术和综合加工利用技术,实现了无废开采和无尾排放,提高了劳动生产率和资源利用率,减少了矿山地质灾害的发生。
3.2 工程防治措施
3.2.1采空区、塌陷区防治
矿山采空区、塌陷区治理的最有效方法是充填复垦,这种方法是利用矿区内排放的无害废弃物充填采空区、塌陷区,平整覆土后种植植被,最后复垦为农田,也解决了废弃物引起的灾害,具有良好的经济效益。同时,在塌陷区周边设置排水沟、挡水坝,防止地表水大量灌入对井下生产造成危害,在地下采场地表错动影响范围及塌陷区外围设立警戒标志和警戒网,防止无关人员入内。
3.2.2 采矿场边坡防治
根据矿区地质特点合理设计采矿场边坡,严格按照采剥计划施工,是防止采矿场边坡失稳、滑坡的前提,同时,在边坡设置排水沟,在坡底施工抗滑挡墙、加筋挡墙、锚杆挡墙,减少灾害的影响。对于排土场、废石场采取削坡、设置排水沟、抗滑挡墙等措施进行防治。
3.2.3 井下突水防治
预防断裂出水是矿井防治突水的主要内容之一。首先应运用各种技术手段查明工作区域断裂分布情况,为防治突水提供依据,对断裂处应加强注浆、支护。水压是造成隔离岩层出水的重要因素,通过合理的放排水设计降低水压,预防隔离岩层受压出水。同时应当加强对矿井开采工作的管理,“有疑必探、逢掘必探”,严禁违规操作和非正常开采。
3.2.4泥石流防治
防治矿山的尾矿库、排土场、废石场发生泥石流最主要的措施是固土、拦挡、排导和支护等工程措施。固土是在尾矿库、排土场、废石场等坡面上种植合适的植被,防止水土流失;拦挡是设置挡墙等工程,阻拦上游的矿渣松散体等泥石流的物质来源;排导是布置合理的排水设施(排水沟、排水泵站等),使水土分离,疏通沟道,防止漫流;支护是对尾矿库、排土场、废石场周边的沟道边坡进行支护加固,防治塌方和损毁。
4 结语
矿山地质灾害是影响矿业可持续发展的重要因素,对矿山的正常生产生活影响巨大。认识、预防、治理矿山地质灾害,是实现合理利用矿产资源、保护矿山环境、建设绿色矿山的必要途径。
作者简介:吴成房,男,河北邯郸人,工程师,从事矿山管理工作。
参考文献:[1] 岳境等.矿山开采引發的地质灾害及其治理方案初探[J].资源环境与工程.2006,(5):536-538
[2] 陈秀峰.论矿山地质灾害及其防治[J].煤炭地质与勘探,2009,18(9):51-52
关键词:矿山地质灾害 分类影响因素防治
中图分类号:TD1文献标识码: A
前言
我国地理位置独特,地质构造复杂,地球生态环境多变,是地质灾害的多发国家之一,地质灾害种类多、分布广、影响大、造成损失严重。矿山地质灾害是地质灾害的一个分支,是因人类的开采生产活动而直接诱发的矿区自然地质环境发生变化,产生影响人类正常生活和生产的灾害性地质作用和现象。我国是一个矿业大国,也是最大的发展中国家,矿产资源的年消耗量很大,加之开采技术和设备相对落后,导致大部分矿山地质环境形势严峻,部分矿区呈现加速恶化态势,近年来,重大矿山地质灾害屡有发生。因此,认识、防治矿山地质灾害意义重大。
1 矿山地质灾害的主要类型
矿山地质灾害种类繁多,按成灾与时间的关系,可分为突发性矿山地质灾害(如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等)和缓发性矿山地质灾害(如采空区的地面变形、环境污染等)。但最常见的是以灾害的空间分布和成因关系进行分类,包括岩土体变形灾害、地下水位改变引起的灾害、矿体内因引起的灾害。
1.1 岩土体变形灾害
1.1.1 矿山地面和采空区塌陷 、沉降
地面塌陷主要发生在地下以井巷开采的矿山。矿山采空区,若保留矿柱不足,或因矿柱受损而失去支撑能力,就会造成地面塌陷。特别是那些矿体埋藏较浅、产状较平缓的矿体(如煤矿),地面塌陷的现象更为常见。矿体埋藏相对较深的地下开采矿山,如果不能及时回填和崩落采空区,当其达到一定规模就会产生大面积塌陷。此外,在岩溶分布区,还会因矿山排水疏干而导致溶洞上方地面塌陷、沉降。地面塌陷和沉降的主要危害是损毁地面设施和大量耕地,破坏道路、线路和自然景观,造成矿区积水、土地盐渍化。由于地面塌陷爆发突然,往往造成较大的经济损失和人员伤亡,还可直接导致矿山某些地下巷道的塌毁,或使大气降水和地表水沿塌陷裂缝灌入坑内,造成淹井事故。
1.1.2 采矿场边坡失稳、滑坡与岩崩
采矿场边坡失稳、滑坡与岩崩主要发生在露天开采矿山和大型工程开挖现场。主要原因是不合理开采如采剥失调、边坡角度过陡、施工顺序混乱等造成边坡失稳,形成滑坡、泥石流、岩崩等灾害,这种灾害导致设备损毁、人员伤亡和增加大量的剥岩费用,甚至停产或关闭。
1.1.3 坑内岩爆
坑内岩爆又称矿山冲击,这是因矿坑周边和顶底板围岩,在受到强大的地壳应力作用而被强烈压缩,一旦因采掘施工出现自由面,即有可能产生岩石地应力的骤然释放,导致岩石大量破裂成碎块,并向坑内大量喷射、爆散,给矿山带来危害和灾难。
1.1.4 场库失稳
场库失稳主要发生在矿山的尾矿库、排土场、废石场,主要原因是坝体稳固性差、坝体渗漏管涌漫顶、管理不善或设计不合理造成坝体溃决崩塌,继而形成泥石流。这种灾害常给矿区居民生命财产带来巨大危害,同时也给环境造成巨大破坏和污染。
1.2 地下水位改变引起的灾害
1.2.1 矿坑突水涌水
这是最常见的矿山灾害,突发性强、规模大,后果严重。生产过程中常因区域水文资料不完善或对矿坑涌水量估计不足,采掘过程中打穿老窿积水、贯穿透水断层、骤遇蓄水溶洞或暗河,导致地下水或地面水大量涌入,造成井巷被淹、人员伤亡灾难。
1.2.2 坑内溃沙涌泥
这是常与矿坑突水相伴而生的灾害。当采掘过程中骤遇蓄水溶洞,常见溶洞或断裂中充填的泥沙和岩屑伴随地下水一起涌入,另外一些透水断层和地裂缝也常会使浅部第四纪沉积物随下漏的地表径流涌入坑内。其结果是使坑道被泥沙阻塞,机器、人员被泥沙所埋,严重时甚至会使矿山遭受毁灭性的打击。 转贴于 中1.3 环境污染
环境污染是矿山灾害的另一种重要形式。因采矿、选矿产生的“三废”物质,由于未经有效处理就被排放到江河湖海中,造成环境污染公害事件。采矿还会造成水土流失、土地砂化、盐渍化、地下水断流、地下水位下降等。
1.3 矿体内因引起的灾害
1.3.1 瓦斯爆炸和矿坑火灾
这種灾害最常见于煤矿。由于通风不良,使瓦斯积聚发生爆炸,造成井下作业人员伤亡,矿井被毁;矿坑火灾除见于煤矿外,也见于一些硫化矿床。因硫化物氧化生热,在热量聚积到一定程度时则发生自燃,引发矿山火灾。个别地区由于个体采矿活动泛滥,坑内使用大量木支护及非阻燃材料,管理不善造成矿山火灾。矿山火灾的危害极大,严重损耗地下矿产资源,如有的煤矿在地下已燃烧上百年,其资源损耗量十分巨大,使当地气候发生改变,农作物和树木大量死亡,田地荒芜,环境严重恶化。
1.3.2 地热
随着开采深度加大,地热危害不断加剧。我国已有许多矿山开采深度达到800m以下,矿山因含硫量高,开采深度又大,地温非常高。矿山地热灾害导致矿工劳动环境恶劣,严重影响了有关矿山的正常生产。
2 导致矿山地质灾害的主要因素
2.1复杂的地质环境
我国地域辽阔,地质构造、地形地貌以及气候条件极为复杂。许多矿山大多处于山区或山区与平原的结合部,该部位构造及活化断裂发育,活动断裂分布广泛,节理裂隙发育,岩石整体性差,力学强度低,在爆破震动和地下水的潜蚀、溶蚀作用下,极易软化、泥化、断裂塌落,这些性质决定了塌陷、滑坡、泥石流等突发性矿山地质灾害的必然性,而采矿过程中不合理的采掘工艺和“三废”排放方式则使已十分脆弱的矿山地质环境进一步恶化,从而诱发各种矿山生态环境问题。
2.2 过分追求经济效益,缺乏灾害意识
长期以来,许多地区矿产资源开发执行着多能耗、多污染、资源难以综合利用的传统路线。灾害意识不强,过分追求经济效益,忽略矿山灾害的防治,是造成矿山灾害事故频发的根本原因。尤其是八十年代后期,个别地区在“肥水快流”思想指导下引发的开发热、采矿热,乡镇及个体小矿山、采矿点蜂拥而上,部分国有矿也转为个人承包,其中有很多矿山,生产设备简陋,生产工艺落后,管理水平低下,安全生产条件极差。无序的开采,给矿区环境带来极大的冲击和破坏,矿山灾害事故频发。
2.3 开采技术和设备相对落后
许多矿山建矿时间悠久,开采工艺落后,设备更新慢,管理落后,导致矿产资源的开发利用率低,对绝大多数伴生的有益元素无法回收。矿山生产过程中的高贫化率、低的综合回收利用率和低的资源二次开发利用率造成了矿山环境进一步恶化。
2.4 矿山企业负担沉重,矿山地质灾害治理资金短缺
矿山地质灾害问题很多属于历史“沉淀”,历史欠帐太多是造成矿山地质灾害难以治理的重要原因。许多矿山建设于计划经济时期,矿山企业属国家所有,企业所得利润大部上缴国家,这样矿业开发带来的利润被抽走了,而采矿形成的灾害却留在了当地。计划经济时期建设的许多矿山目前已处于资源枯竭或经济效益滑坡,根本无力承担根治矿山地质灾害的费用。
3 矿山地质灾害的防治
3.1技术性防治措施
3.1.1 切实贯彻“以防为主、防治结合、综合治理”的方针
矿山建设与矿山地质灾害防治同步规划、同步实施,避免走“先破坏后治理”的老路。加强矿山矿业开发活动前的综合管理,矿山企业在开发前,开展潜在地质灾害的调查,在调查分析的基础上编制地质灾害防治方案防治规划,从勘察、设计等源头上进行管控。加强宣传教育、舆论监督和政府监管职能,提高公民灾害意识、生态环保意识和法制观念。加强对采矿权人和矿业开发从业人员矿山地质灾害知识的培训,树立矿业可持续发展的理念。
3.1.2 矿山地质灾害的监测
随着国家对地质灾害问题的高度重视以及科学技术的发展,全国地质环境监测网络逐渐形成,遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)等技术得到了运用和推广。在开展地质环境监测的同时,开展了对矿山地质灾害的调查和监测,运用水文地质与岩土力学实验、高密度电磁率法、瞬变电磁法、浅层地震法等方法,对采空区、塌陷区、地下水体、断层、岩石风化层、滑坡进行了有效的预测,并结合各种矿山地质灾害的特点,设置监测点,定期或不定期(如汛期、冰雪消融期)重点监测,形成“监、控、防”体系,减少矿山地质灾害的发生。
3.1.3 提高矿山开采技术水平
近年来,国家更加重视和鼓励矿山环境保护和矿业合理开发的研究,矿业开发过程中引发的地质灾害及防治、矿业三废的处理、废弃物回收与综合利用等技术日趋成熟,部分新建矿山采用先进的采、选技术和综合加工利用技术,实现了无废开采和无尾排放,提高了劳动生产率和资源利用率,减少了矿山地质灾害的发生。
3.2 工程防治措施
3.2.1采空区、塌陷区防治
矿山采空区、塌陷区治理的最有效方法是充填复垦,这种方法是利用矿区内排放的无害废弃物充填采空区、塌陷区,平整覆土后种植植被,最后复垦为农田,也解决了废弃物引起的灾害,具有良好的经济效益。同时,在塌陷区周边设置排水沟、挡水坝,防止地表水大量灌入对井下生产造成危害,在地下采场地表错动影响范围及塌陷区外围设立警戒标志和警戒网,防止无关人员入内。
3.2.2 采矿场边坡防治
根据矿区地质特点合理设计采矿场边坡,严格按照采剥计划施工,是防止采矿场边坡失稳、滑坡的前提,同时,在边坡设置排水沟,在坡底施工抗滑挡墙、加筋挡墙、锚杆挡墙,减少灾害的影响。对于排土场、废石场采取削坡、设置排水沟、抗滑挡墙等措施进行防治。
3.2.3 井下突水防治
预防断裂出水是矿井防治突水的主要内容之一。首先应运用各种技术手段查明工作区域断裂分布情况,为防治突水提供依据,对断裂处应加强注浆、支护。水压是造成隔离岩层出水的重要因素,通过合理的放排水设计降低水压,预防隔离岩层受压出水。同时应当加强对矿井开采工作的管理,“有疑必探、逢掘必探”,严禁违规操作和非正常开采。
3.2.4泥石流防治
防治矿山的尾矿库、排土场、废石场发生泥石流最主要的措施是固土、拦挡、排导和支护等工程措施。固土是在尾矿库、排土场、废石场等坡面上种植合适的植被,防止水土流失;拦挡是设置挡墙等工程,阻拦上游的矿渣松散体等泥石流的物质来源;排导是布置合理的排水设施(排水沟、排水泵站等),使水土分离,疏通沟道,防止漫流;支护是对尾矿库、排土场、废石场周边的沟道边坡进行支护加固,防治塌方和损毁。
4 结语
矿山地质灾害是影响矿业可持续发展的重要因素,对矿山的正常生产生活影响巨大。认识、预防、治理矿山地质灾害,是实现合理利用矿产资源、保护矿山环境、建设绿色矿山的必要途径。
作者简介:吴成房,男,河北邯郸人,工程师,从事矿山管理工作。
参考文献:[1] 岳境等.矿山开采引發的地质灾害及其治理方案初探[J].资源环境与工程.2006,(5):536-538
[2] 陈秀峰.论矿山地质灾害及其防治[J].煤炭地质与勘探,2009,18(9):51-52