王 倩

(河南省资源环境调查一院，河南 郑州 450000)

0 引言

作为我国国民经济的支柱产业，矿产工程能够为人民谋福利，增加就业机会，提高矿业工人的收入水平，在我国经济增长中发挥着重要的作用。但在矿山工程开采过程中，由于自然因素、人为因素等影响，极易引发多种地质灾害，比如滑坡、泥石流等，造成严重经济损失和人员伤亡。为了有效治理地质灾害，必须重视矿山工程地质勘查工作，采取适合的勘查方法，做好矿山地质环境评价及地质灾害危险性评估，最大限度降低地质灾害对工程设施及周边环境的影响，保证矿山生产的安全。

1 矿山工程概述

随着工业化程度的加深，对于能源的需求量越来越大，矿产资源在国民经济中的地位不断攀升，一跃成为了国家支柱型产业。据相关资料分析，我国一次性能源占比高达95%，工业原料占比高于80%，且多数农业生产资料及35%饮用水均来源于矿产资源。据不完全统计，我国现已开发及利用的矿种数量已达到180多种，全国遍布矿山多达上万座，分布在各个地区。矿山工程的特点主要有：建设项目较为分散、地质环境条件复杂、各功能区对地质环境的要求及破坏程度差异相对较大等。结合上述特点评估矿山地质灾害的危害性，对如何有效防治矿山地质灾害具有指导性意义。

矿山生产代表着巨大的经济利益，但与此同时也带来了诸多危害，尤其是开采、勘查技术不先进，管理不当等，均会引发大量地质灾害，甚至造成严重环境污染问题，最终影响生态平衡。愈加突出的环境问题不仅会影响当地经济发展水平，甚至会威胁到人民群众的生命安全。随着矿山资源的过度或不当开发，将进一步加剧崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的影响。

2 地质灾害的类型及原因

我国是世界上地质灾害最频繁、受灾最严重的国家之一，具有分布广、时段集中、损失严重等特点。根据自然资源部统计数据2021年中国地质灾害中，山体滑坡数量为2 335起；崩塌灾害1 746起，泥石流灾情数量为374起，地面塌陷灾情数量为285起，地裂缝灾情数量21起，地面沉降灾情数量11起，可能伤亡人员2.6万人，同比增长39.96%。矿山地质灾害类型很多，根据不同的划分方式，可分为不同的灾害形式，最常见的有岩土体变形灾害、地下水位改变引起的灾害等，其特点具体如下。

2.1 岩土体变形灾害

1)矿山地面和采空区塌陷。地面塌陷主要发生于地下的井巷开采矿山中，在矿山采空区域，如果存留的矿柱不够，或者是由于矿柱损坏等原因而造成支撑力不足，基本上都会引发地面塌陷。尤其是一些矿体埋藏深度不够、产状相对平缓的煤矿，一旦地面塌陷，势必会造成严重损失，甚至出现人员伤亡，这也是矿山生产危险性较大的因素。针对那些矿体埋藏深度较大的地下开采矿山，若采空区回填不及时，一旦出现问题，同样会引发塌陷。除此之外，由于矿山排水疏干等问题，在岩溶分布区域很容易出现溶洞上方地面塌陷现象。地面塌陷之后，不仅会损坏耕地和构筑物，还会对周围的道路等造成严重损坏，甚至导致矿山地下巷道塌陷。最严重的情况下，顺着塌陷裂缝将会有大量地表水、雨水渗入，出现淹井危害，影响矿山生产安全。乌鲁木齐煤矿采矿区塌陷图如图1所示。

图1 乌鲁木齐煤矿采矿区塌陷

2)采矿场边坡失稳、滑坡及岩崩。若矿山开采不合理，比如边坡角度不合理、采剥不协调等，均会出现边坡失稳、滑坡等地质灾害，这类灾害多发生于露天开采的矿山，比如一些非金属矿山或者建材矿山等。美国犹他州铜矿山滑坡如图2所示。

图2 美国犹他州铜矿山滑坡

3)坑内岩爆。也被称之为矿山冲击，其原因是由于在强大的地壳应力作用，矿坑周边及顶底板围岩会被强烈压缩，若采掘挖空之后会产生自由面，极易出现岩石地应力瞬间激发，进而出现岩石破裂，并快速向坑内爆散，危害矿山工程安全。

4)采矿诱发地震。采矿过程中，由于不正确的操作，很可能会诱发地震，即使地震震级小、震源浅，但依旧会产生较大危害，严重破坏井下和地表结构。

5)场库失稳。当尾矿坝溃决崩塌之后，极易发生泥石流灾害，出现场库失稳危害。这种灾害不仅会危害矿区人民的生命财产安全，也会带来严重的环境污染。

2.2 地下水位改变引起的灾害

1)矿坑突水涌水。在矿山地质灾害当中，矿坑突水涌水规模较大，且具有很强的突发性，一旦出现此类灾害，将会造成严重的后果。在矿山生产时，若无法准确估算矿坑涌水量，或者采掘时打穿老窿，将透水断层打破，一旦遇到有蓄水溶洞等情况，便会涌入大量地下或地面水，淹没井巷。

2)坑内溃沙涌泥。作为一种与矿坑突水相生相伴的一种灾害，在矿山采掘生产环节，若突然遇到蓄水溶洞，在涌入地下水的同时，往往还会涌入泥沙、岩屑等物质，这种情况下，泥沙将会堵塞坑道，淹埋机械设备甚至工作人员，危害矿山安全。

3 矿山工程地质勘查的常用方法

由于矿山工程施工条件及作业环境差，将会大幅增加施工难度，进而引发一系列的问题，其中地质灾害危害性最大。一旦诱发地质灾害，将会带来无法挽回的严重损失。为此，必须重视矿山工程地质勘查工作，勘查作为矿山开发的首要阶段，必须充分发挥其在这一过程的重要作用。勘探生产可以利用先进的技术条件进一步查明矿山的真实情况，能够加快采矿过程中的工作运转周期和效率。为增加储量，延长矿山开采年限，在开采中应加大平行度，在上下壁及深部寻找和研究双轨或其他盲矿体，开展土地利用综合研究，进行最适宜的开采。结合工程实际，采取合理的勘查方法，目前最常见的地质勘查方法有以下两种。

3.1 综合信息技术勘查

矿山工程地质勘查中信息技术发挥着十分重要的作用。最常见的地质勘查信息技术有GPS、RS、GIS，这3种信息技术的功能强大，可实现传感、卫星定位等功能。在矿山工程生产过程中，可用于采集空间信息并进行分析。其中地理信息系统(GIS)是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间和地理分布有关数据的空间信息系统。近几年，随着GIS相关技术的成熟，利用GIS的可视化管理功能和强大的空间分析功能，结合专业模型解决地球科学中相关问题的探索越来越多，并取得了丰硕的成果，但以往的GIS工作多集中在地质环境的评价上，对GIS在工程地质环境评价中的应用还未见过十分系统的研究报告。21世纪是信息化的时代，通过大量先进的信息化技术的应用，可以克服传统勘查技术的缺陷，突破以往的局限性，提高生产的安全性。同时，通过远程控制技术的合理应用，能够及时确定勘查的范围，确保收集到的数据信息准确、客观，并评价地质灾害产生的危害性，增强地质勘查的工作效率，有效预防及防治地质灾害。

3.2 物理勘查

目前，在矿山工程地质勘查工作当中，不仅要掌握矿山的一些地质基本信息，比如地形地貌地势等，此外，还要注重物理勘查，对土壤岩石等进行深入了解与剖析。在这一方面，主要有2种常用的物理勘查方法。

1)浅层地震法。作为一种重要的地质灾害勘查方法，浅层地震勘探具有极强的分辨能力，且能够准确进行空间定位。浅层地震法在使用过程中，还涉及到其他技术，比如反射波技术、折射波技术等，总体来讲，该项技术具有很高的精准度，且经济性良好，十分符合矿山工程地质勘查工作需求。在实际工作中，通过浅层地震仪，便可对岩石、土壤的物理参数进行分析与处理，由此对矿山工程地质情况进行判断。

2)高密度电阻率法。该方法主要是利用地质勘探的方法找出并分析岩石、土壤的导电性能及其之间的关系。在电流作用下，不同岩土的传导性存在一定差异，利用这一原理，便可获取准确的地质勘查信息。

4 矿山工程地质灾害治理对策

随着地质勘查方法的不断进步，在提高矿山地质灾害的勘测结果准确性上也有了较大的进步。在矿山开采过程中，会由于地质环境的影响而导致矿山地质灾害出现影响到开采的安全性的情况。针对矿山地质灾害进行解决和预防，不断深化对矿山地质灾害的研究，保障矿山开采工作的顺利进行。

4.1 完善排水设施

在矿山工程建设过程中，综合考虑水质所带来的潜在安全事故和风险，避免造成矿山工程地质灾害问题。

1)设置矿山地表水防截排设施。在防治因地下水所引发的地质灾害时，可利用挖掘断面、设置排水沟、夯实表土等方式，这样不仅能够有效避免及控制滑坡外水流量，还能合理地转化大气降水，将其转化为径流排放，最大限度降低了矿山工程出现滑坡等灾害的概率。

2)地下排水。在矿山滑坡前缘设置一些排水设施，可以有效收集矿山滑坡体中的地下水，进而起到减小地下水压力和滑体重量的作用，同时还能增强矿山的抗滑能力，加强滑坡体的稳固性。

4.2 削坡、刷方减荷处理

为了避免边坡破坏，可根据矿山工程的实际情况，适当减小矿山周边梯田、公路的坡度，从而减小滑坡体的坡度及滑坡的重量，恢复边坡的稳定性。若为切割类岩石，则可采用多样式的堆放方式，减小荷载，提高边坡稳定性。此外，还可选用埋入式抗滑桩，利用桩和围岩的共同作用，向稳定地层传递传动推力，以此达到稳定土层锚固的效果，并稳定滑坡。对于稳定边坡而言，削坡减荷处理无疑是最经济、最合理的一项措施。在获取滑坡段滑坡推力及剩余滑坡推力的前提下，如何保证削坡减荷设计的合理性，需要进行分析。根据相关要求，可按设计工况条件下，滑坡体剪出口位置的剩余下滑力进行削坡位置、规模等参数的确定，其根本目的是为了消除或控制剪出口位置的不平衡推力，将其降低到小于等于0，以此确保设计工况下滑坡具有稳定性。例如，某滑坡总体上可看作是牵引式滑坡失稳，其下部滑坡已出现滑走现象，残留滑体的体积量相对较小，为此，在设计时，提出了2种方案：彻底削除剩余滑坡，按1：1.5将滑坡后缘放缓处理，削坡之后，种植植被护坡；先用黏土夯实后缘裂隙并封闭处理，将植被种植于滑坡体前缘滑动面。经过比对分析，由于方案2中边坡过于陡峭，施工起来较为困难，加上所需粘土用量多，从工期、经济来看，方案2并不符合要求。为此，最终选择了方案1，即彻底削除剩余滑坡，表1为具体削坡方量。

表1 三个剖面削坡方量统计表

在边坡上部刷边，可以起到减小坡面坡度的效果，同时，还能够将地表上的松散杂物清理干净，以此稳定边坡。

坚持“以防为主，防治结合”的原则。对可能形成塌陷的区域，必须提高矿井设计阶段就体现预防的意识。煤矿在采矿当中采用的减塌方案，如充填采矿法或条带采矿法，井下采用支撑结构和软弱岩层实施加固等措施应大力推广。对已经发生的采空塌陷，采取钻孔灌浆等技术手段尽快将采空区关闭。需要加强监测网工程建设，深入研究地面变形规律及发展趋势，多方法限制灾情的扩展。

4.3 建设圬工防护工程

砌体保护工程与开挖关系紧密，常见的砌体保护工程主要有平台、拱形骨架、侧沟等。针对沟槽，应严格遵循设计的尺寸大小进行开挖，避免尺寸不合适导致开挖有误，或者边坡失稳等问题。在完成砌体保护工作之后，还应该及时进行植被保护，避免施工过程中降雨导致严重冲刷边坡。

4.4 预应力锚索加固

在大面积滑坡综合治理当中，预应力锚索框架加固是一项至关重要的处理措施，对于稳定边坡十分有利。因此，矿山工程地质灾害治理中，必须做好预应力锚索加固工作，规范施工工艺，全面提升工程质量。要按照设计图纸规定，合理布设已刷边坡的锚孔位置，并准确放入钻井支架，保证位置准确，且支架的稳定性与承载力均须满足规定要求。同时，还要重视钢管支架的性能，尤其是稳定性、承载力等方面，也可选用钢管脚手架用于加固。

4.5 植被护坡处理

矿山工程地质灾害防治中，还需要重视边坡植被护坡施工。目前，多采用两种播种方法，即湿法喷播植草和客土喷播。在植被选择时，应多采用乡土植物，保证植物与当地的气候、环境、土壤条件相符，且生命力顽强，易于成活。同时，相关部门应该给予一定的资金和政策支持，对矿山工程体系的建设以及未来的维护提供完善的工程体系，提高矿山工程抵抗环境问题和地质灾害的能力，在一定程度上，也对规范人类生产行为起到了一定的示范和引导作用。

比如TBS植被技术的应用，该项技术是通过植被根系的力学加固和地上生物量的水文效应，以达到护坡及改善生态环境的作用。在TBS技术中，厚层基材是关键，其主要构成部分包括绿色基材、纤维与植壤土。表2为绿化基材的主要技术指标，其操作主要流程为清理、平整坡面—铺设固定复合网—搅拌植被混凝土—覆盖无纺布—喷水养护。相比传统浆砌片石坡技术，厚层基材喷射护坡技术更具经济性，可节约20%～30%成本，且具有良好的环境效益。

表2 绿色基材的主要技术指标

5 结语

采矿业是我国经济支柱型产业，随着矿山工程建设项目的不断增加，规模也越来越大，在带来巨大经济效益的同时，人类工程活动也对地质环境造成了很大影响，加上气候等因素的作用，矿山工程地质灾害问题引起了人们的广泛关注。为了有效防治地质灾害，须做好地质勘查工作，根据勘查参数及相关信息，做好地质环境评价工作，并制定相应的防治措施，减少地质灾害所带来的损失，最大限度减少地质灾害对工程项目运行的影响，保障矿山安全生产。