礦山地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害學科的一個分支,是由于自然地質(zhì)作用和人為因素導致礦山生態(tài)地質(zhì)環(huán)境惡化,并造成人類生命財產(chǎn)損失或人類賴以生存的資源、環(huán)境嚴重破壞的災(zāi)害事件。隨著我國新一輪的經(jīng)濟快速發(fā)展,礦山資源需求量的增加將加速礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,顯著加大對環(huán)境的壓力。目前我國礦山存在種類多,分布廣,影響大,潛在災(zāi)害隱患突出等特點,并且存在上升的趨勢,給人民生命財產(chǎn)安全帶來很大的威脅。因此,加深了解礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要類型,對合理有效地利用資源和防止礦山地質(zhì)災(zāi)害具有重要意義。
1 礦山地質(zhì)災(zāi)害的主要類型
礦山地質(zhì)災(zāi)害種類繁多,礦山目前涉及較廣危害較大的地質(zhì)災(zāi)害主要有地表崩塌,井下突水、深井巖爆等。
1.1地表塌陷
地表塌陷主要發(fā)生在地下以井巷開采的礦山。礦山開采到一定的程度,形成大面積的采空區(qū)。在采空區(qū),若保留的礦柱不足,或因礦柱受損而失去支撐能力,就會造成地面塌陷。特別是那些礦體埋藏較淺,產(chǎn)狀較平緩的礦區(qū)(如煤礦),地面塌陷的現(xiàn)象更為常見。若采空區(qū)不回填,當?shù)V層開采的范圍擴大到某一時刻,在地表就會形成一個比采空區(qū)大得多的塌陷盆地。此外,在巖溶分布區(qū),還會因礦山排水疏干而導致溶洞上方地面塌陷。但是,由于采礦過程是十分復雜的,并且涉及巖層的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖性、成分等許多因素,因而至今尚未形成公認的通用的采礦塌陷機理。
1.2井下突水
我國有許多礦山地質(zhì)和水文地質(zhì)條件很復雜,采礦時對地下水必須進行疏干排水,甚至要深降強排,由此而出現(xiàn)了一系列的地質(zhì)環(huán)境問題,給礦山生產(chǎn)帶來許多災(zāi)害。井下突水是最常見的礦山災(zāi)害,突發(fā)性強、規(guī)模大,后果嚴重。井下突水主要由含水層引起,在違規(guī)操作或者非正常開采條件下,遇到積水巷道或采空區(qū)、溶洞、地下暗河等含水體,容易引起隔離巖層失穩(wěn),從而引起災(zāi)害。尤其是在水體下采礦,應(yīng)經(jīng)過專門論證以及采取專門的防治措施。另外,礦坑突水往往水文地質(zhì)條件復雜,存在軟弱破碎帶及斷裂構(gòu)造,造成頂、底板的穩(wěn)定性差。
1.3深井巖爆
在我國,當硬巖礦山開采深度超過600m即公認為深部開采。近年,部分金屬礦山進入1000m以下深部開采,高應(yīng)力條件下的硬巖層往往會發(fā)生地下巖爆。巖爆問題已是困擾采礦正常生產(chǎn)的主要問題之一。巖爆是高地應(yīng)力條件下地下工程開挖過程中,硬脆性圍巖因開挖卸荷導致洞壁應(yīng)力分異,儲存于巖體中的彈性應(yīng)變能突然釋放,因而產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲現(xiàn)象的一種動力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)害。它可能造成施工人員傷亡、施工設(shè)備毀壞、施工進度延緩,導致施工綜合成本增加,已成為世界性的地下工程難題之一。如紅透山銅礦目前開采已進入+900~+1100m深度,在1999年發(fā)生的一次中等程度的巖爆,導致近100m長的斜坡道一次性崩塌報廢和部分采場停產(chǎn)。
2 礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治
礦山的開采、挖掘是直接在巖土圈進行的,伴隨著我國礦山開采強度的增大,其所造成的環(huán)境破壞也越來越嚴重。下面主要從技術(shù)方面提出地質(zhì)災(zāi)害防治措施。
2.1地表塌陷的防治
金屬礦山采礦引起的地表沉降塌陷主要是由于采空區(qū)塌陷(空場采礦法礦柱支撐系統(tǒng)崩潰造成采空區(qū)頂板垮冒,崩落采礦法崩落頂板巖石形成覆蓋巖層)造成的。金屬礦山礦體開采多屬于非充分開采,地質(zhì)條件復雜多變,地表沉降、塌陷多具有局部性、突然性、隨機性,規(guī)律性較差。因此,對采礦引起的地表沉降、塌陷,國內(nèi)外開展的研究工作都較少。對于煤礦山采空區(qū)塌陷的治理方法很多,但較常用的方法是充填復墾法。這種方法是利用礦區(qū)附近的煤矸石、粉煤灰、露天礦剝離物等可供利用的充填材料充填采空塌陷地復田。這種方法多用于有足夠的充填材料且充填材料無污染,可經(jīng)濟有效防護治理的地區(qū),因其既解決了塌陷地復墾問題,又解決了礦山固體廢棄物的處理問題,所以經(jīng)濟效益最佳。
2.2井下突水的防治
預(yù)防斷裂出水是礦井防治水工作的主要內(nèi)容之一。首先應(yīng)當查明工作面斷裂分布情況,為預(yù)防斷裂出水提供依據(jù),對于斷裂處要加強支護,重點監(jiān)測,防止滯后出水。水壓是造成隔離巖層出水的重要因素,通過降低水壓來減少水壓對于隔離巖層的“頂劈”作用,預(yù)防出水。此外,應(yīng)當加強對礦井開采工作的管理,嚴禁違規(guī)操作和非正常開采。
2.3深井巖爆的防治
近年來,國外一些經(jīng)常發(fā)生巖爆的采礦大國在巖爆形成機理、預(yù)測預(yù)報等方面取得了很大的成就。如波蘭在煤的沖向傾向性實驗研究、沖擊傾向性的井下測定等都取得了很好的成就。我國在巖爆方面的研究起步比較晚,但是發(fā)展較快,取得的成就也比較顯著。例如,冬瓜山的微震監(jiān)測系統(tǒng)已調(diào)試成功。國內(nèi)外在巖爆的現(xiàn)場控制上,利用合理接排采掘順序,壓力預(yù)注水防止巖爆,卸壓爆破,改進施工方法以及合理的支護方式等措施。然而,對采礦引起的巖爆發(fā)生機理,或者說采礦引起的能景集聚或消散過程、規(guī)律,人們還遠未掌握。因此,在巖爆發(fā)生機理、條件、預(yù)測和控制等方面仍有許多問題,還須在理論和實踐上對巖爆做更深入地研究探索。
3 結(jié)語
我國是一個資源大國,隨著國家建設(shè)對于礦產(chǎn)資源需求的增長,礦山的數(shù)量也不斷增長,生產(chǎn)規(guī)模也日趨擴大。然而由于技術(shù)、管理、效益等原因,使得在礦石開發(fā)中,時有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。礦山地質(zhì)災(zāi)害種類繁多,不同的礦山地質(zhì)災(zāi)害有著不同的形成機制和誘發(fā)因素,針對不同的地質(zhì)災(zāi)必需采取不同的防治措施,保護人民生命財產(chǎn)安全,做到人與自然的和諧統(tǒng)