论矿山地质灾害及其防治.pdf

收稿日期 2009Ο04Ο20 作者简介陈秀峰1970 - ,男,河北平泉人,在读硕士研究生,工程师,从事矿政管理工作。 doi 10. 3969/j . issn. 1005 - 2798. 2009. 09. 020 论矿山地质灾害及其防治 陈秀峰 1, 2 1. 河北理工大学,河北 唐山 063009; 2.河北省平泉县国土资源局,河北 平泉 067500 摘 要矿山地质灾害是地质灾害的一个小分支,是由于不正确开采地下矿产资源而直接诱发的人为地质 灾害,灾害的发生严重危及人类的生命,故具有重大的研究意义。我国是矿山地质灾害多发国家之一,其 具有种类多、 分布广、 影响大、 潜在灾害隐患突出等特点。故对矿山地质灾害必须予以高度关注,从多个方 面入手进行防治,为实现矿业可持续发展战略提供保证。 关键词矿山;地质灾害;防治 中图分类号 X4 文献标识码B 文章编号 1005Ο27982009 09Ο0051Ο02 矿山地质灾害是指由于人类采矿生产活动而引 发的一种破坏地质环境、 危及生命财产安全,并带来 重大经济损失的矿区灾害 [1 ]。它是地质灾害的一 个分支,也是自然灾害的重要组成部分。其主要表 现为① 矿山开采中的开山弃石和破坏植被,直接导 致该地区水土流失的加剧,并引发相应的地表塌陷 和山体滑坡;② 矿山抽排水则间接造成地下水位下 降、 矿区周围地下水资源枯竭;③ 地下开采的不正确 操作随时诱发地震、 岩爆、 冒顶片帮突水、 瓦斯爆炸、 地面开裂及沉陷等;④ 矿山剥离堆土、 尾矿废渣堆积 日益引起地表环境污染,露天尾矿库漏塌、 排土场失 稳滑移造成严重的泥石流灾害等。凡此种种,均是 矿山地质灾害的具体表现,其中尤以地表塌陷、 泥石 流、 井下突水、 崩塌-滑坡较为突出。因此深入了解 矿山地质灾害,并进行有效防治已刻不容缓。 1 我国现今矿山地质灾害概况 我国是一个矿业大国,近年来矿产行业发展迅 速,为国民经济的快速发展提供了重要的原材料及 能源物质基础。然而,矿山开采活动直接导致地质 环境的破坏,而地质环境的改变极易诱发地质灾 害 [2 ]。同时 ,由于很多矿山片面追求经济效益、 安 全管理意识淡化、 开采技术及设备的相对落后等,矿 山开采环境不断恶化,矿山地质灾害问题日趋严重。 从而严重制约了地方经济和社会的可持续发展,威 胁到人民生命财产安全。有关统计显示,我国每年 因地质灾害造成的直接损失达300亿元 [3 ]。由于我 国地大矿多,矿山地质灾害分布广泛、 时有发生,因 此必须先了解其灾害的本质成因,然后才能采取相 应的防治措施,从而获得最好的整治效果。 2 矿山主要地质灾害及其防治 2. 1 地表塌陷 对金属矿山来说,地表塌陷普遍存在。采用空 场法、 崩落法开采的地下矿山往往会形成巨大的采 空区和崩落空区,这些空区达到一定规模后会产生 大面积空区垮落,若预防和处理措施不当,则会造成 重大事故和灾害。近年来金属矿山地表塌陷呈急剧 上升之势。 2. 1. 1 地表塌陷的成因 造成塌陷的主要原因是采区不充填。当地下矿 层被采出之后,采空区的顶板岩层在自身重力和其 上覆岩层的压力作用下,产生向下的弯曲和移动。 当顶板岩层内部所形成的拉张应力超过该层岩层的 抗拉强度极限时,直接顶板首先发生断裂和破碎并 相继冒落。接着是上覆岩层相继向下弯曲、 移动,进 而发生断裂和离层。当矿层开采的范围扩大到某一 时刻,在地表就会形成一个比采空区大得多的塌陷 盆地。但是采矿过程是十分复杂的,并且涉及岩层 的结构、 构造、 岩性、 成分等许多因素,因而至今尚未 形成公认的通用的采矿塌陷机理 [4 ]。 2. 1. 2 地表塌陷的防治措施 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 [5 ]。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 15 问题探讨 总第119期 了矿山固体废弃物的处理问题,所以经济效益最佳。 2. 2 井下突水 这是最常见的矿山灾害,突发性强、 规模大,后 果严重。矿井突水灾害的发生,煤矿多于金属矿,据 统计,近30年来,我国煤矿突水,淹没全矿井58次, 部分淹井64次,造成经济损失达27亿元。由于突 水的威胁,我国煤炭矿床约有150亿t储量不能开 发利用 [6 ]。一些大型金属矿透水事故也有发生 ,而 且一旦发生,危害更大,如 2001年7月17日南丹 大厂矿区拉卡锡矿矿坑涌水,导致81人死亡。 2. 2. 1 井下突水的成因 断裂构造是造成突水的重要因素断裂构造破 坏了底板完整性,降低了底板的强度;断裂带破碎、 软弱,易形成导水通道;断层带充水成为充水带,更 使水文地质条件复杂化。水压过大也是形成井下突 水的重要因素之一,水压过大容易造成顶板漏水。 在采矿过程中的突发性大量涌水很多也与违规操作 或非正常开采有关。 2. 2. 2 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。 2. 3 泥石流 泥石流从成因类型上分主要有暴雨型泥石流和 尾矿库溃坝型泥石流 [7]。其中暴雨型泥石流按物 源又可分为以滑坡、 崩塌、 水土流失等松散堆积物为 主的和以采矿弃土为主的两种类型。但无论哪种类 型,一旦发生,都会造成重大损失。1965年个旧锡 矿火谷都尾矿坝发生坝前滑坡,造成溃坝,库内约 370万m 3 尾矿泥浆形成泥石流,冲毁下游农场及12 个村庄的房屋575间、 耕田533 hm 2 ,因灾害死亡 171人、 伤92人,损失粮食67万kg,伤耕牛37头, 冲坏公路、 桥梁和水利、 输电设施多处,迫使云锡公 司及地方厂停产10天,经济损失上千万元。 2. 3. 1 泥石流的成因 泥石流的形成需要三个基本因素① 山地河流 域内,坡地上或河床内有数量足够的岩石破坏产物; ② 有数量足够的水体;③有切割强烈的山地地形。 据泥石流形成的三个必要条件说明,泥石流的形成 主要取决于地质因素、 水文地貌因素和气象因素。 然而,除此之外,还有很多因素对泥石流的形成也有 一定的影响,有时甚至取决定性的作用,如植物、 土 壤、 土体、 水文等因素。 2. 3. 2 泥石流的防治措施 泥石流的防治措施包括工程措施和生物措施。 工程措施的治理目的是减少灾害的发生频度,降低 灾害的危害程度。一般是拦挡、 排导和支护措施。 对物质来源即上游的矿渣松散体进行拦挡,阻拦了 泥石流的物质来源。修建拦挡坝或谷坊,同时,布置 合理的排水措施,使土水分离。中下游进行排导,疏 通沟道,防止沿途淤积漫流,冲毁田地,对沿途沟道 边坡进行支护,防止塌方和道路毁坏。合适的地点 修建速流通道,加速泥石流的排导。生物措施生物 措施的治理目的一是治理水土流失,二是吸收有害 物质,净化土壤。 2. 4 崩塌 滑坡 崩塌 滑坡是严重的斜坡变形现象,主要发生 在雨季 [4 ]。它的发生一方面取决于斜坡自身的基 础条件,另一方面与斜坡受到的营力作用有关。崩 塌 滑坡是一种严重的矿山地质灾害,会带来严重 的经济损失。1998年6月22日福建省福鼎矿矿山 堆渣边坡失稳,致死17人、 伤10人 [8 ]。 2. 4. 1 崩塌 滑坡的成因 地质构造是崩塌 滑坡活动的重要影响因素。 断裂构造不但使斜坡岩土体发育大量裂隙,甚至使 斜坡变得支离破碎,而且促进了斜坡岩土体的风化 作用和地下水活动,降低了斜坡的稳定性,加大了崩 塌 滑坡活动的可能性。 外界条件是导致崩塌-滑坡的诱发因素。主要 由于暴雨、 洪水、 融雪、 水库渗漏溃决,以及人工灌溉 或排水等原因,使大量地表水或地下水进入斜坡,岩 石抗剪强度急剧下降,从而诱发崩塌 滑坡。此外, 地震、 人为爆破工程开挖等也可诱发崩塌 滑坡。 2. 4. 2 崩塌 滑坡的防治措施 崩塌 滑坡的防治措施主要有清除危岩;对规 模小、 危险程度高的危岩体可采用静态爆破或手工 方法予以清除,消除隐患;消除或减轻地表水、 地下 水对滑坡的诱发作用;改善斜坡状况,增加滑坡平衡 稳定条件;加强监测预报,及时躲避搬迁。 3 结 语 我国是一个资源大国,随着国家建设对于矿产 资源需求的增长,矿山的数量也不断增长,生产规模 也日趋扩大。然而由于技术管理及效益等原因的影 响,资源开发中的安全形式相当严峻,地表塌陷、 井 下突水、 泥石流、 崩塌 滑坡等地质灾害时有发生, 给社会稳定和人民生命财产安全带来了严重影响。 下转第60页 25 2009年9月 陈秀峰论矿山地质灾害及其防治 第18卷第9期 该锚杆钻机的工作原理是当机载锚杆钻机工 作时,首先机座下面的滑轨油缸推动机座从掘进机 后部滑动到掘进机前部,然后伸缩油缸推动伸缩臂 前移,根据巷道的断面形状,调整举升油缸、 左右回 转油缸、 旋转油缸、 摆动油缸就可以打不同角度的锚 杆。对于2. 4 m深的锚孔,可一次成孔,钻锚索孔 时,可以多次成孔。 该机载锚杆钻机具有以下结构特点① 该锚杆 钻机通过滑轨布置在掘进机机身上,工作时前移,不 工作时退后到掘进机尾部,所以对主机的截割、 装载 的影响很小;② 采用单臂锚杆钻机,对眼钻孔灵活方 便;③ 钻臂系统采用液压传动,钻孔迅速,噪音低;④ 伸缩臂前端安装有旋转油缸,可以打不同角度的锚 杆;⑤ 锚杆钻机的整机质量小,而且便于拆装。 3 与现在普遍使用配套方式的分析比较 目前我国煤矿机掘巷道施工方式普遍采用掘进 机与单体风动锚杆钻机相配套。先由掘进机截割、 装载,再由锚杆钻机进入空顶区进行作业。这种配 套方式与该项目研制的机载锚杆钻机比较如下 1 提高生产率方面。采用现在普遍使用配 套方式,目前综合平均月进尺较低,因为当掘进机截 割装载一个工作循环完成后,需要退后掘进机才能 实现锚杆支护,而掘进机机载锚杆钻机工作时,不需 要退后掘进机即可实现掘后即锚顺序执行,缩短了 作业时间,提高了生产效率。而且在岩石顶板的巷 道中,掘进机机载锚杆钻机比单体风动钻机的钻孔 速度更快,钻孔稳定性更好。 2 降低工人劳动强度。采用掘进机机载锚 杆钻机提高了掘锚的自动化水平,减少了工人的数 量;风动锚杆钻机需要工人来移动,而掘进机机载锚 杆钻机利用掘进机自身的行走来移动锚杆钻机,降 低了工人的劳动强度。 4 推广应用前景 按照国家规划,“ 十一五 ” 期间,我国要建成380 多处安全高效矿井,对高端煤机产品的需求量将会 大幅度增加,而掘进和锚杆支护是急待解决的问题, 所以对掘进机机载锚杆钻机的需求量会逐年增加。 而掘进机机载锚杆钻机可根据巷道的断面形状,所 需不同系列的掘进机配套不同类型的钻臂,来满足 众多矿井的不同需求。通过将产品系列化可实现量 大面广的产业化局面。另外通过改型设计,可轻易 地衍生出掘进机机载双臂、 三臂锚杆钻机,提高锚杆 支护的速度,进一步推动我国综掘巷道工作面自动 化程度的提高,适合我国建设高产、 高效矿井的需 要。 参考文献 [1] 光 宁. ABM25型带锚杆机的掘进机[J ].建井技术, 2005, 262. [2] 徐成富.掘进机机载锚杆钻机共泵液压系统应用[J ]. 煤矿机械, 2006, 278. [3] 高春华,吴家雷. S100型掘进机机载锚杆机的设计与 安装[J ].煤炭技术, 19982. [责任编辑王玉梅] 上接第52页因此,对矿山地质灾害必须给予足够 的重视,必须认识到环境保护和矿产合理开发利用 是矿业可持续发展的关键性因素。运用合理的采矿 方法,尽可能避免矿山开采引发的不良地质灾害,只 有这样才能促进我国矿业的蓬勃发展。 参考文献 [1] 杨志刚.矿山地质灾害的探讨[J ].西部探矿工程, 2008 3 125 - 127. [2] 韩 华.矿山环境治理地质灾害危险性评估技术探讨 [J ].城市地质, 2006, 11 50 - 56. [3] 闫国杰.矿山地质灾害研究与防治[ J ].中国矿业, 2004, 133 66 - 68. [4 ] 赵永久.矿山环境地质灾害问题及其勘查方法[J ].地 质灾害与环境保护, 2008, 192 104 - 107. [5 ] 岳 境.矿山开采引发的地质灾害及其治理方案初探 [J ].地质灾害与环境保护, 2003, 144 25 - 29. [6 ] 魏东岩.矿山地质灾害分析[J ].化工矿产地质, 2003, 25 2 89 - 93. [7 ] 黄 玉.云南省矿山环境地质问题研究及对策[D ].昆 明昆明理工大学, 2007. [8 ] 任军旗.矿山地质环境治理[J ].中国水运, 2007 7 140 - 141. [责任编辑王玉梅] 06 2009年9月 冀俊伟等 EBJ - 120TP型掘进机机载锚杆钻机的设计研究 第18卷第9期