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試論磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害特征及形成機制

2021-12-30 21:03:44劉東華施杰李
科技研究·理論版 2021年12期
關(guān)鍵詞:磷礦泥石流巖土

劉東華 施杰李

摘要:我國磷礦資源豐富,磷礦儲量位居世界第二,主要分布在我國南方地區(qū),開采的方式有露天和地下開采兩種。在開采磷礦活動中,會改變礦山巖土體原始的受力結(jié)構(gòu),繼而引發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害,輕則影響到磷礦的正常開采,重則危及附近人群、礦工的安全。因此,對磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害的特征及形成機制的研究十分的必要,本文針對該地質(zhì)災(zāi)害的類型與特征進行分析,明確了其形成的機制,提出了災(zāi)害防控的措施,以降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率,確保磷礦開采的安全、順利開展。

關(guān)鍵詞:磷礦礦山;地質(zhì)災(zāi)害;磷礦地質(zhì)災(zāi)害

磷礦礦山巖土體結(jié)構(gòu)受到開采活動的影響,產(chǎn)生了一系列的變化,像拉裂、位移等,原有的結(jié)構(gòu)遭到人為因素的破壞,導(dǎo)致滑坡、泥石流、地表裂縫、塌陷等災(zāi)害的發(fā)生。為了保證磷礦開采活動的安全開展,在磷礦開采過程中對工作面進行信息化、實時監(jiān)測,準確掌控開采對礦山巖土體造成的影響,結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害形成的機制,制定災(zāi)害預(yù)防措施,以形成對地質(zhì)災(zāi)害的有效防控。

1.磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害與特征分析

1.1地質(zhì)災(zāi)害類型

從磷礦礦山發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的成因來看,主要是受到人為開采因素的影響,破壞了磷礦礦山的穩(wěn)定性,由此引發(fā)多種地質(zhì)災(zāi)害問題,具體如下。

一是礦山崩塌,如果磷礦開采位于陡斜坡位置,開采過程中破壞了此處的巖體結(jié)構(gòu),巖土體在自身重量和地球重力的作用下,脫離母體,從而發(fā)生礦山崩塌災(zāi)害,大量的巖土體堆積在礦山腳下,是磷礦礦山發(fā)生概率較高的地質(zhì)災(zāi)害之一。

二是礦山滑坡,開采磷礦過程中,對礦山的巖土體造成擾動,原始的受力結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,導(dǎo)致巖土體從斜坡下滑,產(chǎn)生礦山滑坡災(zāi)害。

三是泥石流,磷礦礦山發(fā)生該地質(zhì)災(zāi)害,主要集合了兩個方面的影響因素,一方面是在磷礦開采活動中,對礦山表面的巖土體造成擾動,結(jié)構(gòu)不夠牢固,加上開采產(chǎn)生的廢棄礦渣等覆蓋在礦山表面;另一方面是在礦山表面松散破碎、巖土體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)的情況下,再加上雨水的作用,形成具有流動性的混合物,這些混合物借助礦山的坡度,速度非常快的流向山下,形成礦山泥石流,具有很大的危害性。

四是地面塌陷,磷礦礦山長期地下開采,如果回填處理工作不到位,將逐漸產(chǎn)生面積較大的采空區(qū),有可能引起礦山表面的巖土層塌陷。

五是地表裂縫,受到磷礦生產(chǎn)的影響,整個礦山的巖體結(jié)構(gòu)受到不同程度的影響,累及礦山附近的地表,形成礦山地表裂縫災(zāi)害,并且該災(zāi)害常常伴隨著其他礦山地質(zhì)災(zāi)害,像塌陷、滑坡、崩塌等。

1.2災(zāi)害特征

磷礦礦山的開采活動是引發(fā)其地質(zhì)災(zāi)害的誘因,地下開采形成采空區(qū),由其周邊的巖石體支撐整個空間,開采直接改變了該處的原始受力結(jié)構(gòu),整體的穩(wěn)定性遭到破壞,一旦巖石體的荷載力不夠,頂層重量超過其承受的極限后,將引發(fā)礦山的地質(zhì)災(zāi)害。比如,礦山塌陷就是采空區(qū)頂板巖層承載力不夠,形成上層巖土體塌陷問題,而且塌陷的面積要大于采空區(qū),中間位置塌陷明顯,塌陷區(qū)的周邊不規(guī)則,邊緣位置存在裂縫,整個塌陷區(qū)為沉陷盆地。如果礦山處于氣候濕潤地區(qū),有軟弱巖層,礦山本身陡立,那么發(fā)生崩塌、滑坡的可能性較大。像云南磷礦露天開采,對采剝技術(shù)要求非常高,使用大型的采掘運輸設(shè)備,有的采礦區(qū)位于陡壁位置,且云南地區(qū)為亞熱帶高原季風氣候,在氣候濕潤階段開采,有可能導(dǎo)致滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害。礦山泥石流的發(fā)生需要具備一定的條件,一是礦山易積水且坡度較大;二是礦山淺部巖石體松散;三是短時間內(nèi)有大降雨,或者是有其他水源。在沒有水源的情況下發(fā)生的泥石流,主要的原因是礦山過于陡峭,并且在外力的作用下,礦山表面的松散巖土體迅速向下流動,但流動的距離較短,通常是石流,破壞力不容小覷。

2.形成機制

2.1地下開采

地下開采直接改變了礦山巖土體原始的受力狀態(tài),覆巖體發(fā)生了不同程度的變動,這些巖體相互之間拉裂、陷落,增加了巖體之間的裂隙,再加上開采過程中,使用大型采掘運輸設(shè)備,進一步增加了巖體拉裂程度,一旦超出巖體的承載極限,覆巖體最為薄弱之處率先變性破壞。當變性累積到一定的程度后,覆巖體向著臨空方向崩塌。如果是軟弱巖體結(jié)構(gòu)處發(fā)生變性,促使其覆巖體拉裂,由上向下逐漸延伸,在重力的作用下,破裂范圍逐漸擴大,向下開始滑移,導(dǎo)致滑坡發(fā)生。地下采空區(qū)圍巖的支撐力不足,力學強度差,在覆巖體重量與地球重力的作用下,向著采空區(qū)塌陷,從而引發(fā)了礦山塌陷地質(zhì)災(zāi)害。

2.2露天開采

露天開采是在磷礦礦山的表面進行層層剝離,使用的是大型采掘機械,機械震動對淺層巖土體造成擾動,損傷其結(jié)構(gòu),如果損傷的巖體底部為軟弱結(jié)構(gòu),受到外力的作用,引起淺層巖土體的不穩(wěn)定,一旦突破巖土體的平衡極限,巖土體向下滑動,導(dǎo)致滑坡地質(zhì)災(zāi)害。如果巖土體結(jié)構(gòu)松散,在完成露天開采后,巖土體過于破碎,在發(fā)生強降雨時,這些破碎的砂石、土壤由固態(tài)變?yōu)樘厥獾幕旌衔?,從礦山上以極快的速度流動,進而導(dǎo)致泥石流災(zāi)害,該災(zāi)害的強弱與水體有著直接的關(guān)系。

3.磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害的防控措施

3.1加強監(jiān)測工作

地下磷礦開采微震監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用較為廣泛,主要用于監(jiān)測巖體破裂產(chǎn)生的震動。使用該技術(shù)可觀測到開采活動產(chǎn)生的微小地震,在地下開采區(qū)域內(nèi)布置一定數(shù)量的檢波器,實時采集震動數(shù)據(jù),通過對采集數(shù)據(jù)的分析和處理后,可以準確進行破裂位置的定位。露天開采使用的是全天候、實時在線監(jiān)測系統(tǒng),對露天開采活動進行全過程的監(jiān)測,極大減少了礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率。比如,在開采礦山發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害高的區(qū)域,設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng),如圖2所示,實時監(jiān)測該處的動態(tài),形成對礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防作用。

3.2運用信息化系統(tǒng)

根據(jù)磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防的實際需要,構(gòu)建礦山地質(zhì)災(zāi)害信息化管理系統(tǒng),收集處理分析開采活動中的各項數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)價值的挖掘,評估地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性,以便于提前做好防控措施。磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害防控工作,是一個系統(tǒng)性的工作,需對開采活動進行全過程的監(jiān)測、信息化的管理,通過開采數(shù)據(jù)信息的采集分析,進行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報與評估,打造出礦山開采地理信息系統(tǒng),形成對礦山地質(zhì)災(zāi)害的有效把控。

結(jié)語:磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害形成的原因與開采活動、巖土體結(jié)構(gòu)、外部力量等有關(guān),通過地質(zhì)災(zāi)害特征的分析,可以確定地質(zhì)災(zāi)害的危害程度,對磷礦開采的影響程度。而對其進行形成機制的研究,明確其形成的根本原因,以為礦山地質(zhì)災(zāi)害的防控提供依據(jù)。磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害除了影響正常的開采生產(chǎn)外,滑坡、泥石流、崩塌等,危及磷礦的生產(chǎn)安全。因此,磷礦企業(yè)應(yīng)對礦山地質(zhì)災(zāi)害的特征和形成機制進行深入的調(diào)查分析研究,以使用有效的災(zāi)害防控措施,最大程度上避免磷礦礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

參考文獻:

[1]王奕辰,商朋強.中國磷礦礦山地質(zhì)環(huán)境研究進展[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì),2019,41(3):5.

[2]李磊磊,李天成,李隨領(lǐng).河南省固始縣陳集磷礦地質(zhì)特征及成因淺析[J].低碳世界,2019,9(1):2.

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