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矿山地质灾害类型及勘查方法 李 艺,李明顺,庞春勇 广西师范大学 环境与资源学院,广西 桂林541004 摘 要根据灾害的空间分布和成因关系,矿山地质灾害主要有岩土体变形灾害、 地下水位改变引 起的灾害和矿体内因引起的灾害等3大类型。对这些类型及其亚类型进行了论述,对矿山地质灾害的 现代新技术勘查方法进行了介绍,并特别指出在这些勘查方法技术中,应用计算机技术和 “3S”遥感 RS、 全球定位系统GPS和地理信息系统 GIS 技术,实施综合探测技术方法是必然趋势。 关键词矿山;灾害类型;勘查方法 中图分类号P694 ;P631. 8 文献标识码C 文章编号1008 - 4495200705 - 0068 - 03 收稿日期2007 - 01 - 15;2007 - 06 - 06修回 基金项目国家自然科学基金资助项目30560032 ;广西 基金资助项目桂科基0575047 作者简介李 艺,男,教授,研究方向为矿产资源与环 境。E- mail liyi03 sina. com。 矿山地质灾害是由于人为的采矿活动所直接引 起或诱发的灾害,可对生态环境和自然资源造成严 重危害和破坏。我国是采矿大国,开采技术和设备 相对落后,民采干扰十分严重,导致矿山开采环境不 断恶化,矿山地质灾害事故如冒顶、 地表塌陷、 矿坑 突水等有逐年上升趋势。因此,研究矿山地质灾害 的发生及发展规律,提出防治灾害的措施,是1项十 分迫切和重要的任务。 1 矿山地质灾害类型 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 分布和成因关系分类。 1. 1 岩土体变形灾害 1. 1. 1 矿山地面和采空区塌陷 地面塌陷主要发生在地下以井巷开采的矿山。 在矿山采空区,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,产状较平缓的矿区如煤矿 , 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,如河北寿王坟铜矿、 黑龙 江西林铅锌矿都发生过大面积采空区崩塌。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,如广西柳江锰矿采矿区发生的岩溶塌 陷。地面塌陷不仅破坏可耕地资源、 建筑物,毁坏道 路、 水库,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,直至停工停产。 1. 1. 2 采矿场边坡失稳、 滑坡与岩崩 主要原因是不合理开采如采剥失调、 边坡角度 过陡等造成,这种灾害多发生在露天开采的非金属 矿山和建材矿山。l980年湖北盐池河磷矿所发生的 山崩事件 [1] ,使矿山毁于一旦,死难307人,危害极 大,是此类灾害的典型例子。在中国最大的锰矿生 产基地 广西下雷锰矿和天等锰矿等矿山的露天 采区,由于地处中低山地貌和多雨地区,坡度过陡而 常易发生采场边帮、 废石场等滑坡灾害。 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,一旦因采掘挖空出现自由面,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 采矿诱发地震 因采矿活动而诱发的地震,震源浅、 危害大,小 震级的地震即可导致井下和地表的严重破环。如湖 南涟源市的青山硫铁矿 [2] 因地下采空区过大,在 1996年7月发生里氏2. 6级的地震。广西大厂100 号矿体因民采太泛滥,19992000年采场冒顶频繁, 造成多次有感地震。可以预计,随着我国各矿山向 深部采掘的发展,此类地震的出现频率也将增加,由 此对矿山及周边地区的危害也势必加剧。 1. 1. 5 场库失稳 场库失稳主要是由于尾矿坝溃决崩塌继而形成 86 2007年10月 矿业安全与环保 第34卷第5期 泥石流造成的危害。此灾害发生的原因有① 坝体 稳定性差;② 因洪水漫顶而溃坝;③ 因坝体渗漏管涌 而溃坝;④ 因坝体浸润软化或坝基过度沉陷而溃坝。 此外,由于坝体无正规设计施工而失事也频有发生。 如广西南丹县鸿图选矿厂在2000年因坝体稳定性 差发生垮坝事故 [3] ,广西凌云县逻楼金矿因设计施 工不善而在1992年发生堆浸场尾矿坝崩坝;广西天 等锰矿尾矿库坝体中曾出现 “管涌”17处而导致溃坝 危机。尾矿坝崩坝事故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。生产过程中常因对矿坑涌水量估计不足,采掘 过程中打穿老窿,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。特别是在民采严重干扰的矿山,开采技 术低下,乱采滥挖,缺乏安全监督,这种由民采引发的 突发性灾害的潜在威胁极大,如2001年广西南丹县拉 甲坡矿发生的 “7.17” 特大矿难事故 [4] 。 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。 1. 2. 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,如我国 贵州兴仁因铊污染造成的 “鬼剃头” 事件 [5] 等。除环 境污染外,采矿还会造成水土流失、 土地砂化、 盐渍 化、 地下水断流等,其结果是矿区环境日益恶化,影 响人的身体健康,最终也影响矿山的生产。 1. 3 矿体内因引起的灾害 1. 3. 1 瓦斯爆炸和矿坑火灾 这种灾害最常见于煤矿。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。矿山火灾的危害极大,而且 还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。此外,矿山火灾 对周围环境的危害也令人触目惊心,如一些久烧不 熄的矿山,常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800 m以下,矿山因含硫 量高,开采深度又大,地温非常高。如凡口铅锌矿的 深井,实测岩石温度达41℃;安徽冬瓜山铜矿深部 实测岩石温度达36～37℃;广西高峰锡矿深部矿坑 岩石温度达38℃ 以上 [6] 。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 矿山地质灾害的勘查方法 2. 1 地球信息技术综合方法 主要是 “3S” 技术的应用,可以从宏观上掌握地 质灾害的分布、 发生、 发展规律。如GPS可以对灾害 发生地进行精确定位;RS技术可以利用矿区的多时 相遥感图像进行叠加分析,获取矿区不同时期的地 貌破坏程度、 塌陷区的形态、 面积、 矿业废弃物的类 型及分布状况、 环境污染状况及生态环境状况; GIS 技术可以对矿山灾害信息数据进行空间有效分析, 方便管理人员迅速掌握灾情,有效进行防灾减灾工 作。 “3S” 技术的应用弥补了以前常规的技术手段 如地形测量等难于胜任的空白,特别是对危险地 带的矿山灾害的调查,如矿山积水塌陷区等。 2. 2 地球物理勘查方法 2. 2. 1 高密度电阻率法 高密度电阻率法是以岩土体导电性差异为基础 的一类物探方法 [7 - 9] ,该方法一次布极即可进行多 装置数据采集,既可研究深度方向的电性变化,也可 研究水平方向的电性变化,通过参数换算取得更多 突出的有效异常的比值参数,利于潜在灾害的埋深、 范围等的推断解释。它对不太深的采空区、 地下水 系、 岩石风化层等的勘查十分有效。例如,山西平定 矾土矿采空区,通过采用高密度电阻率法进行测量, 获得深部的闭合圈异常,结合钻探资料,圈定了该区 采空区的平面分布 [10]范围。 2. 2. 2 视电阻率法 视电阻率法可用于圈定采空区。一般金属矿山 都是块状硫化物矿体,它是一种良导电体,具有极低 的电阻率,而有待探明的采空区为空气充填,空气是 绝缘高阻,其电阻率与硫化物矿体的电阻率有显著 差别,利用视电阻率法揭示这种差别存在的范围就 是圈定的采空区 [11] 。 2. 2. 3 瞬变电磁法 瞬变电磁法是利用不接地回线或接地线源向地 下发送一次脉冲电磁场,在一次脉冲磁场的间歇期 间,利用线图或接地电极观测地下半空间二次涡流 96 2007年10月 矿业安全与环保 第34卷第5期 场的变化,从而达到探测的目的。同时,该方法信噪 比高、 分辨力强、 探测深度大、 探测速度快,较容易发 现矿区的采空区异常 [12] 。 2. 2. 4 浅层地震法 浅层地震法是由人工手段激发地震波,再通过 研究地震波在地层中的传播规律,以查明地下地质 小构造及获取地层岩性信息的一种物探方法。其中 的浅层反射法,不仅能直观地反映地层界面的起伏 变化,而且还能探测地下隐伏断层、 空洞、 陷落柱以 及各种异常物体,是滑坡、 断裂面、 采空区等潜在地 质灾害的有效勘查方法之一。 2. 3 其他方法 在矿山地质灾害的勘查中,地球化学勘查方法 也可发挥重要作用,特别是对矿区环境污染的勘查, 化探方法可以充分发挥其优势,在污染因素查定、 探 测污染源、 污染机制过程研究、 圈定污染异常区, 以及提出污染治理方案等方面将起决定性作用。 3 结语 矿山地质灾害种类繁多,不同的矿山地质灾害 有着不同的形成机制和诱发因素,针对不同矿区的 地质环境特点,选择适当的地质灾害勘查方法,对防 灾减灾有十分重要的意义。 综观当前对矿山地质灾害的勘查技术方法,实 施综合探测技术方法是必然趋势;概括而言,就是在 GIS系统支持下,综合应用地质调查和遥感图像等资 料,首先在矿区范围内分析和预测灾害发生的异常 可疑区,以缩小勘查靶区,然后据此以电法、 重力、 磁 法及地震法等物探手段对灾害体可疑区进行精查, 查明灾害体的特征,预测灾害体的发展变化,提出防 治措施,从而达到防灾减灾的目的。 参考文献 [1]张玉琪.论盐池河磷矿山崩的采矿技术因素及教训[J ]. 化工矿物与加工,19815 27 - 30. 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