矿山地质灾害类型及防治措施

1、概述
由于矿产开采过程势必改变原有稳定的矿藏条件,改变了当地的地质环境,而由于人为的采矿活动改变了地质环境所引起或诱发的灾害被称为矿山地质灾害。矿山地质灾害的发生会对生态环境、自然资源和经济社会造成不可估量的危害和破坏。我国的矿产开采具有相当长的历史,在相当长的时间内,我国矿产开采技术和设备都比较落后,这种条件下的矿产开采导致矿山地质环境不断恶化,矿山地质灾害事故频发。危及生命的矿难和环境灾害时有发生,近年来还有逐渐上升的趋势。因此,根据我国矿山地质灾害发生及发展规律、特点,将矿山地质灾害进行详细分类,并根据其各自特点提出防治灾害的措施,是一项十分必要的工作。

 

2、矿山地质灾害类型

就目前的科学技术发展状况而言,采矿活动的范围仍多数被限定在地球表面和岩石圈层内部。在矿脉开采之前,矿区地质环境是处于稳定平衡状态。而采矿过程,是从地壳内部的土壤、岩石圈层挖出大量的土石方,对地质环境进行了巨大的破坏,使其处于非稳定状态。我们可以看出,不论钻井开采、掘坑开采、注液开采,还是露天开采,都改变了原有的地质环境,这种不平衡性的出现导致了地壳物质的不稳固,进而容易引发灾难性地质改变。
                     

矿山地质灾害类型很多,若单从灾害发生的速率加以区别,可分为突变型矿山地质灾害,如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等,另一种就是缓发型矿山地质灾害,如采空区的地面沉降,水体污染等。然而,在我们最常用的地质灾害分类,常常是以地质灾害的时空分布和成因关系来分类。这种分类方法有利于对地质灾害的成因进行深入探究,才能根据各种地质灾害类型制定相宜的防治措施。人为地质作用过程中不合理或者不科学改变地质环境,进而诱发的地质灾害基本涵盖了除火山喷发之外的所有地质灾害类型,本文将就其特点简要分类阐述。

 

2.1岩土圈层形变灾害

这部分矿山地质灾害是由于采矿活动改变了矿区的地质环境,导致地区地下和地表岩土圈层形变,进而引发的灾难性后果。

 

2.1.1诱发性地震

由于采矿活动致使岩土圈层结构性失衡,这种失衡状态反映在岩土圈层内部就是地震与断层错位。短时间的断层剧烈错位容易产生诱发性地震。由于人为地质改变而诱发的浅源性地震,深度小,危害和破坏力却十分巨大。小震级的地震,就可能致使井下和地表岩土圈层的剧烈改变,从而对建筑物、地表结构造成危害。

 

2.1.2断层错位

断层错位也是圈层结构性失衡的一种表现,不过由于断层错位具有缓发性,能量在缓慢积聚,短时间内不易被测量和察觉。但是,可以预见,随着开采活动的不断进行,矿脉被采空后,断层积聚能量会在短时间释放,终究会造成巨大的危害,这种灾害对矿山及周边地质环境的破坏力也十分巨大。

 

 2.1.3地面圈层形变

地下岩土圈层的形变,往往导致地表岩土圈层下陷、沉降、开裂等,进而引发危害性巨大的矿山地质灾害。例如,矿山地面和采空区塌陷、矿区地面沉降,地面开裂。一般的矿区地面塌陷主要发生在井巷开采的矿山地区。矿脉埋藏较浅,矿区地面平缓,地面塌陷与沉降的现象较为常见。而矿脉埋藏深、距地表较远的开采区,如果不能及时回填矿渣,就有可能发生大面积塌陷,地面塌陷、沉降和开裂不仅可破坏水土、建筑物,还可能毁坏道路、水库等公共资源与建筑,造成更大的危害。

 

2.1.4斜坡岩土体运动

这一类灾害是由于采矿区地质边坡或地表断层边缘结构不稳造成的灾害,如崩塌、滑坡、泥石流等。例如采矿边坡失稳,常常会造成边坡岩土滑坡,岩崩等灾难,泥土边坡在雨后形成流动性土体,形成灾害性泥石流等。这些地质灾害发生的主要原因是不合理造成的采剥失调、边坡角度过陡等形成不稳定结构。此一类型矿山地质灾害多发生在露天开采或掘坑开采矿山。这种灾害常常瞬时发生,但造成结果危害性更大,如矿山山崩,往往使矿产毁于一旦,造成人员大量伤亡,危害极大,是此类灾害的典型例子。

 

 2.1.5矿坑工程灾害

不合理的矿山开采手段与落手的开采方式,常会造成矿山地下工程灾害事故的发生,如洞井塌方、冒顶、偏帮、鼓底、岩爆等。这些灾害均是因为矿井、矿坑内的岩土圈层发生地壳应力变化,而导致岩层、土层应力突然释放,导致大量岩石、碎屑,并向坑井内突进,给矿井开采带来危害,危急矿工安全并造成财产损失。例如坑内岩爆就是因矿坑周边和顶底板围岩,在受到巨大的岩石圈层应力作用状况下,一旦因采掘面不能维持平衡,即有可能产生岩石圈层应力突然释放,导致岩石破裂迸裂,并向坑内大量喷射、爆散,从而给矿山带来毁灭性灾难。

 

2.2地下水位异变灾害

矿山开采过程中,深层开采有时会破坏地下水自由浅水层或层压含水层的结构稳定性,进而引起地下水位和矿山地质环境的改变,造成灾害性后果。

 

2.2.1矿坑突水涌水

矿坑、矿井突水、涌水是最常见的矿山灾害之一。由于地下水位的短时间迅速改变,致使矿坑突然进水。这种矿山地质灾害突发性强、规模大,导致后果也十分严重。
采矿过程中常因对矿坑涌水量的排空速度估计不足,采掘过程中穿透隔水断层,或者骤遇蓄水溶洞、暗河,导致地下水大量涌人,造成坑井被水淹没,造成人员伤亡或其他严重灾难性后果。这种灾害在盗采严重矿山频发,多数因为开采技术低下,私挖乱采的盗采现象存在,坑内涌砂是矿坑突水的伴生灾害,当矿坑采掘过程中遭遇富含泥沙的蓄水层或溶洞,突破隔水层后,泥沙和岩屑随水一起涌入矿坑,造成涌浆灾害。另外一些透水断层和潜水层也常会因为断层错位,夹杂沉积物下漏涌人坑内,其结果是使矿坑被泥浆阻塞,设备和开采人员被泥沙掩埋,致使矿山遭受灾难性后果。  

2.2.3地下水漏失

由于矿山开采,破坏了地下水埋藏条件,造成地下水的水源补给跟不上消耗的速度。比如矿山开采造成地下河流的改道,过分开采破坏潜水层,这些地质环境的改变,造成地下水位超常下降,从引发地下水源枯竭灾害,进而引发河水漏失、泉水干涸,造成局域性干旱区。

 

2.3矿体内因引起的灾害

这类矿山地质灾害常常是因为矿山地质环境改变后,一些偶发因素造成的突变性的灾难性后果。

 

2.3.1瓦斯爆炸

瓦斯爆炸灾害最常见于大小煤矿,由于矿坑通风条件不良,使瓦斯在封闭空间内积聚到一定程度,偶然因素引发爆炸。这种灾害常常造成矿山开采人员群死群伤,矿井被剧烈的爆炸损毁,造成巨大的人员与财产损失。

 

2.3.2煤层自燃

由于煤层开采,是一部分开采矿面暴露在空气中,部分煤矿石因氧化放热导致温度逐渐升高,热量集聚后温度升高速度骤然加快,温度升高到煤的着火点时,便会引起燃烧。煤层自燃现象在古今中外时有发生,我国每年因为煤层自燃破坏煤炭资源多达2亿吨,经济损失巨大。

 

2.3.3矿山火灾

矿坑火灾常见于煤矿的煤矸石山和硫化物矿床,因为煤矸石和硫化物也能氧化生热,进而引发火灾。矿山火灾对周围环境的大气危害也十分严重,一些常年燃烧的矿山,使当地空气污染严重,区域小气候发生改变,矿区周围苗木大量死亡,田地荒芜,环境状况堪忧。  

 2.3.4地热

矿山开采过程中,凡需通过深入岩土圈层开采矿产资源,包括煤炭、金属和非金属矿等,当达到一定深度后都会遇到矿井温度升高的危害。通常矿山开采深度达到800米以后,矿山因含硫量高,开采深度大,地温非常高,也会导致矿工劳动环境恶劣,严重影响正常生产。

 

2.4矿山环境化学污染灾害

采矿、选矿产生的废渣、废水、废气物质造成环境污染,也是矿山地质灾害日趋凸显的一种形式。这些废弃物未经有效处理,直接堆弃或者无序排放,都会造成环境污染公害事件。这种环境灾难还会引发水土流失、土地砂化、盐渍化、地下水断流等相关次生灾难。这些污染事件的后果,往往长期影响人与动物的身体状况,导致国民经济和资源、环境的不可持续发展。  

2.4.1尾库、场库灾害

许多矿山开采,都伴随着矿场与尾矿库的存在。场库失稳主要是由于尾矿坝体不能承受压力决堤后形成泥石流造成巨大的危害。尾矿库溃坝常常因为坝体稳定性在日益增加的压力,或因废矿液溢出,坝体管涌而发生决堤。尾矿溃堤给矿区人民生产生活都带来不可估量的灾难性后果,同时也会给当地水土环境造成污染和长期危害。  

2.4.2水土环境污染

矿山开采废水矿坑地下水、选矿、冶炼污水、尾矿渗漏水等,都会造成矿区水源与地下水的污染,同时废液中的重金属污染元素、有毒有害元素的存在,也会长期存留在土壤中,形成持久性的环境灾害。矿业废水量大,多数来不及处理,直接被无序排放进入环境水体,直接或间接造成区域性水土环境污染,致使矿区地表水、地下水源、农田遭受长期污染。这种如此危害性常常是潜在性的,其危害性更大。

2.4.3土地退化

露天开采和掘坑开采是水土流失和土地沙化的一个影响因素。在露天开采和掘坑开采过程中,地表植被、土坡土体的破坏,尾矿的扩展都会导致水土流失和土地退化。而大量的采矿排水,致使土地盐碱化。

 

3、矿山地质灾害的勘查方法

由于矿山的地质灾害都在深部发生,勘查多采用遥感信息技术与物理勘查方法。

 

3.1地球信息技术综合方法

目前的信息技术主要是利用遥感集合“3S”技术,及时掌握地质灾害可能的分布、发生地点与区域。如利用全球卫星定位系统对地质灾害发生的高危点位精确定位,并利用遥感卫星进行叠加分析,预测灾变发生趋势。  

3.2地球物理勘查方法

主要指应用物理手段,探测岩土圈层相关信息,确定采空区、断层位移、磁场变化等可能的灾害伴发信息,对地质灾害进行提前分析与预测。地球物理勘查矿山地质灾害的方法主要包括高密度电阻率法、视电阻率法、瞬变电磁法、浅层地震法等。这些方法是预测潜在矿山地质灾害重要技术手段。

 

3.3环境化学勘测方法

在矿山地质灾害预防过程中,人们也常常使用地球化学勘查方法。例如对矿区环境污染的监测,化学探测方法具有不可替代的优势。这种方法的应用能够有效确定污染因素、预测污染趋势、追溯污染源、划分污染区,为污染治理方案的制定提供重要的科学依据和技术支持。
 

4、矿山地质灾害的防治措施

综上所述,矿山地质灾害由于时空特点与产生条件各有特点,随着矿山地质勘查的手段逐步应用,我们应针对上述分类和勘查手段,采取有力的防治措施,才能防止矿山地质灾害的发生,有效地减少人员伤亡和财产损失。根据矿山地质灾害发生的特点,有些矿山地质灾害我们能从主观上加以预防,有些地质灾害由自然诱因引起,我们不可能有效预防,因此我们制定具体的防治手段应包括如措施:
(1)  建立和完善矿山开采前的风险评估与环境评估,并制定环境保护与恢复治理的政策法规和规划体系。做到开采前严格评估,开产中积极防范,开采后积极恢复,把矿山地质环境恢复与土地复恳纳入法规,强制推行。
(2)  加强宣传,普及矿山地质灾害防治知识,提高矿山开采人员素质,增强其对地质灾害的危机感与警觉性。提高矿山生产过程中全员防灾、减灾技能与手段,强化矿山地质灾害的防、险避险、抢险培训。
(3)  开发与应用先进的信息化、地球物理勘查手段、地球化学勘查手段,对矿山地质进行严密监视,对可能发生的潜在灾害施行实时监测、动态监测,建立矿山地质灾害监测系统,实现矿山地质与环境生态动态跟踪与管理体系,避免重大人员财产损失。
(4)  加强矿坑、矿井边坡设计,进行边坡监测,坚固挡墙稳固边坡地质构造,开挖后如果出现开裂变形,及时做地质勘察,并做好预防措施。合理建设尾矿矿坝,形成稳定矿场与尾矿库,降低滑坡和塌方风险。
(5)  对于坑道开采,在坑道内一定要做好支护,做到边开采边支护,防止因矿顶坍塌、冒顶等产生的危害,尤其上方有住户处要预防引起上部地面开裂,同时做好坑道的排水设计,以防因矿坑涌水造成危害。
(6)  加强矿山环境监督与检查,进行全面、系统的地质环境和地质灾害影响评估。对破坏生态环境的小矿、低产能矿场进行坚决关停。对于污染型采矿区,制定科学开采和“三废”排放方案,减少次生地质灾害的发生。进行矿场开采后生态环境恢复治理,对于可回填的废矿进行积极回填。
(7)  对于闭坑矿山地质灾害的防治和生态环境恢复,应该及时进行治理和生态恢复工作,全面推进矿山地质灾害防治与环境综合治理,进行复垦,提高土地复垦率,结合生态措施实施矿山生态环境综合治理示范工程。弃渣场经处理后再敷表土、植草种树。通过上述地质环境恢复工作,减少水土流失,恢复矿山的生态功能,达到生态恢复和维护人类与环境和谐的目的。
(8)  将矿山地质灾害防治工作纳入政府议事日程和国民经济发展规划、计划,按一定比例安排地质灾害防治经费,如建立矿山环境恢复治理、政府资助矿山环保、地质灾害调查防治等基金。
(9)  在矿山开采区应严格禁止私采乱挖和越界开采,减少人为扰动,做好植被保护和水土保持工作,积极推行地质环境恢复方案及措施为防止水土流失、恢复植被和景观。监督与制止开采弃渣胡乱堆弃和不加处理排放,强制其必须统一堆放到开采境界线以外的矿山弃渣场内。
(10)加大防治工作的资金支持,加强应该矿山等相关企业对矿山地质灾害的关注度,预留地质灾害调度金,构建地质灾害、环境灾难补偿制和问责制。同时加强生态补偿制度,加大惩罚力度,用经济手段调节灾害防治力度。  

 

5、结语

矿山地质灾害类型多,引发因素多样,不同类型的矿山地质灾害有着不同的形成机制和表现形式。针对不同矿区的地质环境特点,我们应该选择适当的矿山开采方案,并进行积极的地质灾害勘查方法,做到将灾害消灭在萌芽期。综观当前对矿山地质灾害类型、勘查技术方法和预防措施,查明矿山地质灾害特征,预测灾害体的发展变化,提出防治措施,为矿山防灾减灾提出合理建议。

 (完)


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