1、地下开采产生的地质灾害及其防治方法摘要：本文介绍了我国常见矿山地下开采所产生的地质灾害的类型，分析了地下矿场引发的矿场地质灾害的成因。对遥感技术和综合物探技术在对矿场地质灾害的监测和探测预报的应用进行了叙述，对各项技术的适用情况进行了总结。最后针对前面提出的矿山地质灾害提出了相应的防治方法和技术处理。关键词：地下矿产开发 地质灾害 预报方法 灾害治理1 引言矿山地质灾害是地质灾害学科的一个分支，是由于自然地质作用和人为因素导致矿山生态地质环境恶化，并造成人类生命财产损失或人类赖以生存的资源、环境遭到严重破坏的灾害事件。我国 95%以上的一次能源、80%以上的工业原料、70%以上的农业生产资料都
2、来自于矿产资源，到 1998 年，全国共有大中型矿山 9100 余座、小型矿山近 20 万座，年矿业产值约 4000 亿元，矿产资源的开采在国民经济发展中具有举足轻重的地位（据矿业快报 2002 年第 21 期二次资源尾矿 ）。开采矿产资源在给人类提供物质原料的同时，也给矿区及周边地区带来了一系列的生态环境问题。我国正在开采的矿山安全事故不断发生，冒顶、地表塌陷、矿坑突水、滑坡等重大地质灾害也是时有发生。导致地质灾害发生的潜在的各类隐患很多，闭矿后大量的废弃矿场处于无人管理的状态，这些废弃矿场导致滑坡、泥石流等灾害不断发生。据初步统计，我国因采矿引起的塌陷有 180 多处，塌陷坑 1600 个
3、，塌陷面积 1150 平方公里。全国发生采矿塌陷灾害的城市近 40 个，造成严重破坏的有 25 个，每年因采矿造成地面塌陷的损失达4 亿元以上。因露天采矿、开挖和各类废渣、废石、尾矿堆置等直接破坏与侵占的土地高达 1.42.0 万平方公里，同时也以每年 200 平方公里的速度增加。因采矿产生的废水、废液，其排放总量占全国工业废水排放总量的 10% 以上，而处理率仅为 4.23%，大量的未经处理的废水排入江河湖海，产生了严重的污染。我国矿山企业每年产生固体废物达 133.8亿吨，产生 废石 107.3 亿吨，治理率仅为 17.95%；产生的尾矿每年达 26.5 亿吨，而治理率为 6.95%。由此
4、可见，矿山地质灾害的防治和治理是个十分严峻的问题，人类对矿产资源的开发利用所造成的地质环境的影响和破坏已日益明显和严重。 只有科学和客观的认识矿山地质灾害产生的原因，才能较好的处理矿山开采过程产生的这些问题，减少重大的经济损失。2 地下矿场的地质灾害类型、成因地下采场因开采产生的或潜在的地质灾害类型主要有地面变形灾害 (地面塌陷、地面沉降、地裂缝 )和矿井灾害 (瓦斯爆炸、煤突出、矿井突水、煤层自燃、塌方、冒顶、底鼓、岩爆、矿井热害 )两大类型。地面变形灾害主要是矿床地下开采形成采空区，矿坑顶部岩体在自重和外部力量的作用下向下陷落产生，采空区深度与面积、采掘面高度、地形地貌、地层岩性、地质构造
5、、水文地质条件等决定了地面塌陷、地裂缝的规模与空间分布，而地面变形灾害又可能进一步诱发山体开裂，进而发生崩塌、滑坡等地质灾害。矿井灾害多在采矿期间发生，其产生的原因主要是矿山采掘活动强烈改变了矿区的应力系统，导致地应力集中而出现塌方、冒顶、底鼓、岩爆等灾害，或由于破坏了原有的水文地质条件而导致突水、煤层自燃及矿井热害等灾害。2. 1 地表沉陷和塌陷矿山井下开采工程中，由于顶板岩石的冒落，引起地面发生大面积变形和塌陷，这种地表的塌陷致使大量的农田被废弃，村庄搬迁，给当地人民的生活和经济造成很大的损失。地表塌陷在金属矿较为普遍，大面积顶板冒落和岩体移动，引起地表塌陷，由于采空区的突发性崩塌，采空区
6、突然垮塌的高速气浪和冲击波不仅会造成人员伤亡和设备破坏，还会产生巨大的地震波、空气冲击波等灾害。据不完全统计，2001 年度全国因采矿引起的塌陷有 180 处，塌陷坑有 1600 个，塌陷面积有 1150 平方公里。全国发生采矿塌陷灾害的城市有 30 个，造成严重破坏的有 25 个，仅采矿塌陷造成的经济损失达 4 亿元以上，采矿业破坏土地面积达 400 万公顷。2. 2 冒顶地下开采中，上部矿岩层自然塌落的现象称为冒顶。采煤工作中有时有计划地放落上部煤层，也称为“冒顶”。冒顶事故在地下矿产开采中最为普遍，也是事故率最高的灾害之一，包括岩层脱落、块体冒落、不良地层塌落，未及时支护处理以及由于采矿
7、和地质结构引起的各种垮塌。特别是矿岩稳定性差的难采矿体及软弱夹层，易发生较大规模垮落，引起采场和巷道冒顶事故。2. 3 深部岩爆。岩爆属于小规模的地应力释放现象，指矿坑坑壁岩石碎块或者煤块等突然从围岩中弹出，并伴随有巨响、气浪和震动。矿山进入 1000 m 以下深部开采后，高应力条件下的硬岩层通常会发生岩爆。随着我国采矿工业的发展，部分 20 世纪六七十年代建设的矿山相继进入深部开采 , 一些新建矿山采矿深度较大。岩爆使洞室内的采矿设备和支护设施遭受毁坏，还可能造成人员伤亡。2.4 地下涌水。我国矿山地下水灾害非常严重，其主要表现形式为突水淹井、海水入侵、地下水水位下降、产生井下泥石流、引起地
8、面塌陷等。我国有许多矿山和水文地质条件很复杂，采矿过程中必须对地下水进行疏干排水，甚至要深降强排，由此引发了一系列的地质环境问题，给矿山生产带来许多灾害。突发性大量涌水虽然不是直接由地压引起，但与采矿作业密切相关，一旦接近积水的巷道和采空区或遇到溶洞和地下暗河等，在隔离岩层突然失稳的情况下易造成灾害。 3 矿山地质灾害监测预报常用方法矿山地质灾害的监测和预报是避免人员伤亡和减少经济损失的重要环节。例如，应用地震监测仪对矿震的监测，应用地面物探和遥感测定技术对边坡变形范围和边界的确定，应用卫星遥感资料对矿山地质灾害的评估，都取得了成功经验。下面就简单介绍常用的几种预测、预报方法。3.2 遥感技术
9、在矿山开发中的应用遥感技术应用于地质环境监测与治理已积累了丰富的经验，遥感技术根据各种生态环境要素在不同条件下的光谱特性成像特性进行数字图像处理，在信息提取、分类的基础上进行污染现状调查与环境要素分析，从而获得每一种环境要素的污染与破坏情况及区域生态环境的整体状况，并结合遥感影像上各种信息对主要污染源及其分布、污染扩散路径等进行分析。 时遥感技术在对滑坡预警方面也有着一定的应用，长期以来，遥感技术已经成为对区域地质灾害及其发育环境宏观调查的不可缺少的先进技术，在滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降等地质灾害的调查、监测和研究工作中发挥了重要的作用。通过对不同时相遥感资料的对比分析，就可以对矿山矿渣堆积
10、区进行解译和判断，从而预测、圈定堆积区滑坡地质灾害易发区。遥感技术还可以用来圈定地表沉降塌陷区范围，遥感影像中地面沉陷显著特征是沉降区边缘形成有一定高差，宽 1m2m，长数十米至上百米的不规则封闭、半封闭的环形带或条带影像，有时呈断断续续的带状，在环形带的上方，地面沉陷剖面位置色调较亮，下方色调较暗这些都是一些判别特征。3.3 综合物探技术的应用工程地球物理方法可以对隐伏的采空区、滑坡体的滑动面进行探测。还可以根据探测出的尾矿堆形成的空洞和松动区的分布情况来对其稳定性进行评价。在对矿山灾害勘查一般常采用高密度电阻率法和工程地震法,这两种方法作为轻便、快捷、经济有效的工程地质勘探方法已被国内外工
11、程界所共识。这两种方法是根据目标体的电性差异和层面反射层的存在进行探测，确定空洞的规模及其埋深、滑动面的埋深等参数。进而推断边坡或者尾矿场内部存在影响稳定性的隐患，从而达到对矿山地质灾害监控预警的目的。高密度电阻率法是以岩、矿石之间电阻率差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关的电场在空间上的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体（岩溶、风化层、 滑坡体等）的地球物理方法。高密度电法相对于传统电法而言采集数据量大，数据观测精度高，在电性不均匀体的探测中具有良好的地质效果。高密度电阻率法的探测深度随着供电电极距的增大而增大，当隔离系数 n 逐次增大时电极距也逐次增大，对地下
12、深部介质的反映能力亦逐步增加。工程地震在工程勘探中常采用纵波反射法，反射波法是根据地震波在弹性介质中的传播理论，通过人工在地面激发地震波向地下深处传播，遇弹性分界面就会产生波的反射；通过检波器和地震仪接收返回的反射波，进行时频特征和振幅特征分析，从而能了解到地下地质体的特征信息，达到勘查的目的。根据地层中探测目标的物理性质的不同有针对性的选择合适的物探方法，可以更好和更经济地进行地质灾害体的探测。常用的还有地质雷达探测，瞬变电磁法等一些地球物理勘探方法。4 矿山地质灾害的预防与治理措施4.1 设计时采用合理、科学的采矿方法设计前应了解采场地压的显现特点及采场地压的活动规律，结合矿体的开采条件，
13、进行类比分析找出安全可靠的开采方法。对于壁式体系的开采，必须进行工程类比，并按下述内容对地压进行控制，在初次来压期间必须对工作面进行支护，进行来压预测预报，掌握来压的周期。对于房柱式开采体系，由于上覆岩层重量转移，使矿柱中的应力增加，形成支承压力，矿柱表面可能发生片帮、压裂。因此应确定合理的矿柱尺寸，及时处理采空区，加固顶板及控制地压。4.2 采用适当的支护方式采场地压灾害的防治措施包括工程界广泛使用的支护手段，在“围岩支护”共同耦合作用的指导下，先后产生了喷射混凝土、喷锚、锚索、挡墙、注浆加固、锚喷网加注浆支护等支护手段。实践表明，各种复杂的工程地质以及不正确的井巷支护方式是导致井巷失稳的主
14、要原因，从而间接引发了矿山事故中发生率最高的冒顶片帮事故。因此，为了保证井下安全施工，就需要采取正确的支护方式去改善井巷的稳定条件。实际工程中，各矿山规模要从地质条件出发，在考虑支护工程类型、围岩特性及影响井巷稳定性因素的基础上，选择合适及安全的支护方式。4.3 井下突水的防治措施预防断裂出水是矿井防治水工作的主要内容之一。首先应当查明工作面断裂分布情况,为预防断裂出水提供依据，对于断裂处要加强支护，重点监测,防止滞后出水。水压是造成隔离岩层出水的重要因素，通过降低水压来减少水压对于隔离岩层的“顶劈”作用，预防出水。此外，应当加强对矿井开采工作的管理，严禁违规操作和非正常开采。4.5 地表塌陷
15、的防治措施对矿山采空区塌陷的治理方法很多，但较常用的方法是充填复垦法。这种方法是利用矿区附近的煤矸石、粉煤灰、露天矿剥离物等可供利用的充填材料充填采空塌陷地复田。这种方法多用于有足够的充填材料且充填材料无污染，可经济有效防护治理的地区，因其既解决了塌陷地复垦问题，又解决了矿山固体废弃物的处理问题，所以经济效益最佳。矿山充填新技术可以充分利用矿山尾矿和废石，使回采空间随矿石的采出而被充填，能保护围岩不发生塌陷、消除或减少尾矿库， 实现采矿工业安全生产与环境协调发展。包括高浓度全尾矿、赤泥、废石水泥浆和废石砂浆胶结充填技术等矿山充填新技术。该技术实现了充填作业全盘机械化和管道化，大幅降低了工人的劳
16、动强度，而且为矿山机械化和自动化奠定了基础，具有充填效率高、充填体水泥用量少、充填成本低和充填料浓度高等特点，充填系统和充填工艺简单可靠，对材料要求与应用适用面广，可应用于不同条件的矿山充填， 解决各种开采条件、开采规模和不同地域的金属矿山胶结充填技术难题。5 结论矿山地质灾害作为一种自然灾害，随着国民经济的发展和人类活动的加剧，其发生频率和造成的经济损失也日益增大，其防治工作和技术研究迫在眉睫。我们应从当地的实际出发，分析不同矿山可能发生的地质灾害及其成因。把现有的矿山地质灾害点纳入正常的监测防治轨道，最大限度地减少矿山地质灾害造成的人员伤亡和经济财产损失，促进国民经济、社会环境协调发展。矿山地质灾害作为一种内外地质作用的产物，其成因、危害及防治措施都具有较强的专业性。为了更好地对矿山灾害进行预测和预报，应在矿山地质灾害频发的矿区设立监测网络系统，利用先进的监测仪器和电子计算机，对灾害进行较准确的、超前的预报预测，及时采取防范措施。对于滑坡，崩塌等灾害，则可实施灌浆、锚固等工程措施；而对潜在的地面沉降应及时采取人工回灌等防治措施。总之应针对不同类型的矿山地质灾害，结合当地实际，采取综合治理措施，这样才能取得良好的防治效果，减少国家和人民的财产损失，确保矿山开发的安全运行。
