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矿山环境地质灾害问题及其勘查措施研究论文

发布时间:2023-08-11 13:52:55 文章来源:SCI论文网 我要评论














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   摘要 :地质灾害是一种综合性的自然和人为因素引起的问题,需要我们关注、研究、预防和治理。地质灾害的形成与土层 结构和地表岩石的移动密切相关,对周边环境及地区造成了严 重的影响。在矿产行业领域, 地质灾害问题的研究和治理具有极 其重要的意义。本文在系统阐述矿山环境地质灾害诱发因素的 基础上, 进一步分析了地质灾害的问题和治理措施。提出了地质灾害的勘查方法, 旨在更准确地了解地质灾害的形成原因, 从而 采取更合理有效的防治措施。同时, 对矿山地质灾害治理方案进行了深入研究, 探索有效的应对策略, 以最大程度地减少我国地质灾害问题, 提供借鉴。

  关键词 :矿山环境,地质灾害,勘察方法,治理措施

  矿产资源是现代社会持续、稳定发展的基础之一。然而,我 国近年来矿山开采规模的扩大, 导致地质灾害问题频繁发生, 给 环境和人类带来了重大的危害。为了避免地质灾害问题对环境和人类造成更多的影响, 必须开展地质灾害的勘查工作。但是当 前存在部分企业为了追求经济利益,忽视矿山环境勘查和治理, 加上其他种种因素,导致矿山环境地质灾害问题日益严重。因 此,积极展开地质灾害勘查活动、有效治理地质灾害问题,是保障矿山资源开采安全的重要措施。

  1 诱发地质灾害问题因素

  1.1 疏干排水

  在开采矿产资源的过程中,矿产资源上方和下方都含有大 量的地下水,需要使用深降强排方式对其进行疏干和排放。然 而,这么做会导致水位差的显著增加, 从而导致矿井内部的压力 发生变化, 并经常引发矿井突水事故, 这不仅对矿井及人员的安 全构成威胁,而且会引发一系列地质灾害。事实上,正是由于实 施疏干排水操作, 导致了岩溶充水矿区地表的塌陷。这些塌陷现 象严重限制了周边地区的出行、农业和居住等日常行为的安全 性。当然,目前我国许多矿区附近都存在塌陷现象。由于地下水 位的降低,这些地区的工业区和居民区将受到影响 ;地表水的 疏干也将影响矿山附近的植物正常生长,最终导致矿区的水土 流失加剧, 并加快土地荒漠化的发展。

  1.2 其他因素

  地质灾害是由多个因素引起的。随着自动化矿业设备的应用,矿产资源的采集速率加快,矿井的深度也不断增加。这种应 力作用下, 矿山发生了严重的地质灾害, 例如矿井内部隧道的大

  面积垮塌。同时,由于安全防护措施不到位、采矿操作行为不规范、矿产开采管理不科学等因素,也会导致地质灾害的发生,包 括未充分掌握开采地质结构、不遵循规章制度的开采作业、回填土工序不及时、随意排放污水和废水等。这些因素长期积累下 来,会为矿山资源采集工作埋下安全隐患。如果在某一环节出现 问题, 就会造成无法挽回的矿山事故后果。

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  2 矿山环境地质灾害问题

  2.1 泥石流

  泥石流是一种普遍存在的地质灾害,其破坏性非常大、覆盖 面积很广。一旦发生泥石流灾害,它不仅会对周边环境造成影 响,严重时甚至可能带来塌陷的危害。因此,与砂石滑坡或洪水 相比, 泥石流所造成的影响是不可小觑的。泥石流的成因主要是 由于矿业资源的开发, 导致产生了大量的松散固体物质, 这些松 散物质在露天环境、采矿和挖掘过程中,被废料所掩盖,形成了 巨大的松散物堆积, 进而加速了泥石流的形成。在高强度的降雨 中,雨水顺着山坡流下,还会夹杂大量的泥沙、石块等物质,形 成泥沙、水混合的运动,如遭遇连绵的雨季,暴雨不止,整个山 区都将面临着泥石流的严重危害。

  2.2 地表塌陷

  在目前的采矿塌陷过程中,可以看到这整个过程的复杂性, 这其中涉及的因素也非常多。在矿产资源的采集过程中, 采空区 域顶部岩石层因为自身重力、上覆岩层的压力等影响, 使得它内 部结构形成扩张应力,并且逐渐向下弯曲。随着时间的推移,这 会导致顶部出现断裂和破碎程度的不同等问题。随着矿产资源 开采范围的扩大,顶部层无法承担压力时,地表就会发生塌陷, 这进而会对周边的建筑物、公路、农田等产生巨大的影响。同 时,当开采队伍的工作疏忽或者采空区回填作业的质量没有达 到标准时, 下层地质结构可能会出现疏松或中空问题, 在多因素 的共同作用下, 山体和地表就有可能遭受塌陷等灾害。一旦发生 了此类灾害,从业人员的逃生概率非常渺茫,正如河池 10.28矿 山坍塌事故所造成的2 人死亡和 11 人失踪。

  2.3 山体滑坡

  山体滑坡往往在雨季时发生。其发生原因主要是由于矿山 斜坡上的土体、岩层受水流冲刷、侵蚀、浸泡等自然因素或是人 工结构面切割、重力蠕变等因素的影响, 导致在应力场发生了系 列变化。这些变化让山体中较为脆弱柔软的土、岩面自然下滑,

  最终形成崩塌滑坡。这种动力势能很强,加上山体滑坡的速度 快,具有很强的破坏力。这是矿山环境地质灾害中的一种主要形 式,给矿山企业带来了严重的危害和损失。目前,我国的露天矿 场、采石场以及铁矿石等矿产资源开采中, 山体滑坡的主要原因 是违法开采挖掘, 而不是按照合理的开采顺序有序进行。

  3 地质灾害问题勘察方法

  3.1 地理信息技术

  在矿山勘查领域,遥感 (RS) 技术以数码相机和传输处理为 基础, 可根据勘查需求对广阔的区域进行有效识别和定位。通过 将测量反馈数据信息转化为图片,不仅实现了精准真实的矿山 环境测量工作,而且还有效地拓展了勘查范围和提高了勘查工 作效率。此外, 遥感技术为地质灾害的预防和治理提供了充足的 数据支持。地理信息系统 (GIS) 技术借助计算机系统,并将有关 矿山环境地理信息数据呈现在屏幕上,以便更好地发现规律变 化。鉴于矿山地质灾害的频发,涉及的影响因素较多,通常的做 法是按照不同类别对该地理信息进行管理,或者是反复分析和 组合这些信息。借助 GIS 技术,勘查人员能够实现对矿山地质灾 害的动态监测, 从而保障矿产资源采集的安全性。全球定位系统 (GPS) 技术利用卫星对勘查区域进行精确的定位测量,获取所需 信息。它具有操作简单、定位准确、功能齐全、全天候无间断的 优点。使用 GPS 定位仪并按照标准操作规范进行,便可以采集 矿山环境中的许多参数数据,生成相应的三维坐标数据。例如, 可以利用 GPS 技术对矿山区域进行精确定位,并传输不同时段 的地表地貌信息数据 ;利用遥感 (RS) 技术生成卫星图像,叠加 对比各时段的矿山区域破坏程度 ;利用地理信息系统 (GIS) 技术 对矿山环境实际情况和地质灾害情况等信息进行分析。

  3.2 水文地质及岩土力学试验法

  在矿山环境勘查的过程中,水文地质勘测是一个至关重要的部分, 并且需要将其与岩土力学结合起来。通过实验结果获取 勘测数据, 可以确保试验法应用的可靠性和有效性。在勘测过程中,需要对矿山地区中岩石层分布及受力情况进行探究, 并分析 其力学作用。此外, 还需要实施渗透性试验以确定水层顶板的实际情况, 从而确保矿山资源开采的安全性。通过对水文及岩土的 勘查分析,可以便于在矿产资源采集前对矿山环境具体情况进行了解和掌握,并为相关单位提供充足、科学的数据信息。通过 这些数据分析结果,有关单位可以制定出科学的地质灾害预防治理措施, 以避免矿山环境地质灾害问题的频繁发生。

  3.3 地球物理勘探方法

  地球物理勘查方法在矿山资源勘探和地质灾害预警中起着 非常重要的作用。这些方法包括视电阻率法、高密度电阻率法、 瞬变电磁法和浅层地震法。视电阻率法针对金属类矿山资源特 点,通过观察地下电流场区域中电阻率差异, 可以区分矿井中采 空区域的界线,或者岩石层、结构层断裂空白区域,从而有效勘查出地质灾害隐患问题。

  高密度电阻率法则是利用岩石、土壤之间导电性差异,通过 对电性的水平方向和深度化情况展开客观研究分析,可对地质 灾害进行范围、深度的预估。该方法相比普通电阻率法具有更好 的数据采集效率和更高的精度, 有利于避免电极干扰。

  瞬变电磁法则以不接地回线或接地线源发射一次脉冲电磁 场为基础。利用电磁感应衰减过程,可以对脉冲电磁场变化规 律进行测量, 从而得到不同深度的特征。这一方法具有分辨能力 强、异常响应强、适应性好等优点,被广泛应用于含水地质和矿 山采空区等地质灾害预警方面。

  浅层地震法则是利用人工手段对地震波进行激发。通过对 地层地震波传播规律进行探究, 可以查明地下地质构造, 从而获 取地层中岩性信息。该方法能直接反映地层界面的起伏变化幅 度,能够对地下空间中的断层、空洞、陷落柱等异常进行探测, 使得潜在的地质灾害得以有效勘查出来。

  4 矿山环境地质灾害问题治理措施

  4.1 泥石流治理措施

  首先,针对泥石流灾害,需要采取有效的工程措施。这些措 施包括合理地利用支护预防措施,以及采用拦挡和排导等工程 建设方式,对不同类型的物质进行良好的拦截效应。特别是在 矿山坡面上,泥石流源头主要物质包括松散的矿渣以及大小碎 石等,必须加以控制和管理,以确保这些物质无法随水流被排 放至山脚。同时, 应该进行疏通处理, 以避免既有排导槽出现严 重的淤积现象,从而有效地降低泥石流灾害的发生率,并减轻 灾害的危害及波及程度。其次,生物措施也是防治泥石流灾害 中非常重要的一种措施。采取生物措施的目的是通过恢复矿山 山体及周边地区绿植率的方法,从而起到防风固沙、保持水土、 涵养水源的作用。这不仅有效地避免了矿山周围环境中的水土 流失现象加剧,而且还可以对有害物质进行吸收,发挥出土壤 净化的功效。

  4.2 地表塌陷治理措施

  目前,有多种假说提出不同角度对矿山地表塌陷形成机制 进行了解释说明,如冒落岩块铰结论、砌体梁平衡学说等。为有 效减轻地表塌陷对矿山环境的影响, 可采用充填复垦法, 利用粉 灰尘、矿矸石等作为填充材料对采空区进行地表填补和农田恢 复。合理应用该方法,不仅可以妥善解决现有地表塌陷问题,还 可以大幅提高矿山开采时对固体废弃物的处理效率,同时推动 矿产资源开采具备良好的经济效益。

  4.3 山体滑坡治理措施

  为了保证露天矿场开采有序进行,必须确保边坡岩体结构 的稳定性。通常, 工作台阶的采掘只需达到最边界位置就可视为 最终边坡。若最终边坡角度数值较大,则容易发生滑坡,严重威胁开采人员的安全 ;若最终边坡角度数值较小,则会影响到采 矿的经济效益。因此,矿场需建立专业技术团队,对边坡定期进 行检查和维护,以确保其稳定性。在关键时刻,可以采用人工放 坡的方法,如铺设草坡、种植灌木、砌筑拦挡或设置排水槽,将 雨水引流, 避免冲刷边坡, 引发山体滑坡灾害。

  5 预防与治理矿山环境地质灾害的有效路径

  5.1 实施分区预防控制

  在矿山环境地质灾害预防控制工作之前,有必要对地质灾 害按照等级进行分类。这可以划分为重大、次重大和一般三级, 以便于科学的设定相应的防治方案。首先, 重大防控区稳定性相 对较低,地质灾害风险性高,非常容易导致人员的伤亡事故。相 关的机构需要同当地多个部门密切合作,实施联合的防控管理 措施,并落实好责任制。其次,次重大防控区稳定性也比较低, 但是地质灾害的风险比较可控。应采取监测预防措施, 由政府部 门发挥职能, 安排专业团队进行地质灾害排查, 确保矿山开采的 安全性。最后,一般防控区稳定性比较高,危害等级较低,且风 险可控。需要邀请矿山周边村委会定期安排人员检查记录, 有关 机构将记录信息存储,以此来减轻地质灾害给财产和生命带来 的危害。

  5.2 健全灾害预警体系

  地质灾害预警体系是防控工作的关键,其应用效果十分明 显。该系统在实时动态监测地质灾害方面发挥着重要的作用。 通过系统监测矿山地表环境、结构特征及其变化情况, 防治人员 可以根据数据反馈结果制定出有效的治理措施。为了实现地质 灾害防治的有效性,有关机构需要明确其监测职能并充分利用 现代化监测设备和全新技术, 对矿山地表环境、地质结构等变化 情况进行监测。而另一方面,应建立健全的地质灾害预警体系, 借鉴新型科学技术和现代管理理念,有序开展并落实地质灾害 的防治工作。通过科学预测和监督,及时查明矿山异常情况,收 集并整理有关地质灾害的信息数据, 进行数据分析与讨论, 准确 预警地质灾害, 为受灾人群提供充足的自救时间。

  5.3 合理规划开采操作

  矿产资源开采行为的合理规范是科学预防地质灾害的重要 途径。相关部门应高度关注这一环节的实施,并需注意以下两 点。首先,在矿山开采规划过程中,必须按照标准边坡参数设计 矿坑边坡度, 以防止在开采过程中发生岩石变形、边坡滑动等现 象。其次,在开采前,必须做好充分准备,注重拦挡、排导工程 建设, 加强对采矿现场人员开采行为的监管, 特别是对过去已经 发生过地质灾害的区域进行督查, 以避免类似灾害再次发生。

  5.4 加强地质安全防护

  在探矿前,对于矿山边坡失稳问题,需要进行详细的地质勘察,并进行科学分析,确保设计数据符合国家标准及行业规 定。具体而言,必须要注意台阶高低和坡度的适宜性。尤其是在 地质松软区域, 其表层经历长期的风化侵蚀后, 易出现结构破碎 等问题, 因此必须按照规范要求, 规划较低的台阶高度或较缓的 边坡坡度。一般而言,将台阶高度控制在 8 米左右较为适宜。此 外,需要做好拦截工作, 特别是一些容易发生落石现象的矿山开 采现场。对应区域应设置警示标志并采取预防措施, 例如设置坡 脚、拦挡拦截坠落物体等方法来防范。最后,也非常重要的是要 做好防水工作, 同时针对地表及矿井要安装防水措施, 避免矿井 水流出现并降低排水工作量, 从根本上预防突水事故的发生。

  5.5 利用液压动态技术

  在矿山地质灾害预防治理中,液压动态矿区技术被广泛运 用,通过增设勘查点位和利用该技术进行数据信息的模拟分析。 同时,这一技术与大数据、云计算等功能相结合,对矿山资源赋 存情况进行了统筹规划,为矿山未来的合理开采提供了数据基 础。利用该技术应用, 矿山地质数据的精准性得到了一定程度的 提升, 实际情况与数据之间的差距也得到了有效的缩小, 进而避 免了地质灾害的发生。因此, 该技术也为矿山地质灾害防治方案 的制定与落实提供了有益支持。

  5.6 合理规划防治工程

  为了保障矿山边坡的稳定性和减少雨水渗透,必须对已有 的排水管线布局进行调整。通过将排水管道安装在凹槽内, 能够 在山洪或强降雨的情况下, 防止大量的水流湍急冲刷, 从而彻底 预防矿山地质灾害的发生。目前,应用的边坡防护、拦截水流、 支护防护等工程项目已成为业界的热门选择。山体滑坡灾害发 生时, 必须结合详细的岩土勘查报告, 实施科学有效的水文地质 防治措施, 增强边坡稳定管理的实际效果。在施工项目的建设过 程中, 必须严密遵守矿产开采规范, 以保证开采进度和安全生产 的有机结合。

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  6 结论

  在新的时代背景下,矿山资源采集时的地质灾害问题和勘 察及防治措施的研究非常必要。这不仅可以提高矿产品的开采 效率,还可以在一定程度上保护矿山环境,促进采矿产业的长 远、稳定发展。近年来,由于多种因素的影响,矿山环境地质灾 害问题频繁发生,对社会的发展产生了负面影响。因此,在实践 中,有关机构和人员必须高度关注矿山环境地质灾害问题。他们 应结合实际情况对矿山环境地质灾害问题的诱因展开分析,并 在此基础上运用科学、合理的勘察方法, 制定和实施地质灾害预 防和控制措施。这样,才能确保矿山资源开采质量,有效提高该 行业的综合效益。
 
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