灾害地质学读书报告

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矿区地质灾害分析摘要:中国是世界上矿山地质灾害多发的国家之一。矿山地质灾害关系到国计民生,关系到社会的可持续发展,常见的矿山地质灾害包括矿井突水、瓦斯爆炸、采空区塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等。对矿山地质灾害必须予以高度关注,矿山地质灾害的防治是项综合的系统工程。本文对矿区地质灾害发生原因，表现形式与防治等对简要分析。

关键字:地质灾害，原因，表现形式，防治

一、前言

能源、冶金、有色金属等矿产资源的开采和利用，对国民经济的发展具有巨大促进作用。但地下矿产资源的开发会引起开采沉陷，从而引发一系列地质灾害，必须采取措施对灾害进行防治。开采沉陷是指地下有用矿物采出后，开采区域周围岩体的原始应力状态受到破坏，应力重新分布以达到新的平衡，在此过程中，岩层和地表产生连续的移动变形和非连续的开裂、冒落等破坏现象[1]。

二、采矿引起地质灾害的原因

当开采面积达到一定范围之后，起始于采场附近岩体的移动

和破坏将扩展到地表，引起地表变形，导致位于移动岩体内的井巷、峒室等以及位于开采影响范围内地表的房屋、建筑物、水体、铁路和管线等改变其原有状态，甚至破坏，称之为采动损害[2]。矿区开采沉陷引起的损害是一种突发性地质灾害，其实质是地下开采空间扩大而引起的岩体内应力变化且向其周围介质传播扩散的结果。岩体本身是一种非常复杂的介质，它不仅是由各种不同性质的岩层组成，而且还由于褶皱、断层等各种地质作用而产生了大量的不连续面。在一定的地质采矿条件下，开采引起的岩体应力变化，并向采空区上方岩层至地表传播扩散，按形变程度不同，可分为冒落带、断裂带、离层带和弯曲带。这4种变形带的出现

完全取决于由开采强度所导致的应力变化程度。从空间上来说，若地下开采的范围较小，开采煤层的埋藏深度较深，则开采沉陷波及的范围往往只局限于开采区域周围的岩体;若开采范围较大，开采煤层的埋藏深度较浅，则开采沉陷波及的范围就会从岩体迅速发展到地表，引起地表移动。

所谓地表移动，是指采空区面积扩大到一定范围后，岩层移动发展到地表，使地表产生移动和变形的过程。在开采影响波及到地表以后，结果是受采动影响的地表从原有标高向下沉降，从而在采空区上方地表形成一个比采空区面积大得多的沉陷区域，这种地表沉陷区域称为地表移动盆地(下沉盆地)俗称采煤塌陷地。同时，在地表移动盆地的外边缘区，地表可能产生裂缝;而在急倾斜煤层开采条件下，地表则可能出现漏斗状塌陷坑。这样，在地表移动盆地、裂缝及塌陷坑等灾害现象形成的过程中，改变了地表原有的形态，引起了

地表高低坡度及水平位置的变化，从而对位于影响范围内的道路，管路，河渠，建筑物，生态环境等等，都带来不同程度的影响和破坏。

三、采矿引起地质灾害的表现形式

3.1 采矿活动直接影响矿区内的水源

地下开采造成上覆岩层原始应力的破坏,上覆岩层出现冒落、断裂、离层、弯

曲等现象,当破坏发育至地表时地表出现下沉、裂缝、塌陷坑等破坏形式[3]。这种破坏一方面在一定程度上改变了地面降水的径流与汇水条件,使地表水通过裂缝渗入地下,引起河流水系的流量减小,严重时地表河流水系甚至出现断流现象;另一方面,由于采空区上覆岩层受到破坏,岩层裂隙更加发育,上覆岩层的含水层在水位和流向上受到干扰,地下水沿着发育的裂隙加速向采空区或深部岩体渗漏,使水位降低,严重时导致地下水疏干,井泉干涸。 3.2 采矿活动对地表建(构)筑物造成影响开采引起地表沉陷,使地表出现下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等移

动和变形,不同程度的引起地表建(构)筑物的破坏。对于矿井井田范围内大量的建

(构)筑物来讲(诸如自然村庄、永久性纪念物、铁路、公路、工业广场等),由于地下开采活动,位于开采影响范围内的建(构)筑物将受到破坏,严重时将失去原有使用价值[4]。如阳泉矿务局四矿前家掌中央风井,由于受采矿影响,造成中央风井错位而报废;潞安矿务局屯留矿井铁路专用线大部分位于塌陷区,最大塌陷深度在4 m左右,地表倾斜达30 mm/m以上,致使该铁路营运受到严重威胁。至于对居民住宅的破坏更是屡见不鲜。

3.3 地表塌陷与裂缝等不断发生

采矿活动引起大面积

的地表塌陷,据不完全统计,

至1996年全国煤矿范围内

约有30万公顷塌陷面积,

平均每采万吨煤塌陷面积

0.2 公顷,在塌陷同时,地表

出现高度、深度不等的裂缝

[5]。如位于阳泉矿务局井田范围内的狮脑山,由于塌陷造成地表形态损坏,形成长300 m,宽1.2,1.3 m,深0.6,1.5 m的大裂缝,使地面产生高低不平。1995年,山西省孟县青城村北侧,煤矿采空区突发塌陷,范围达4万余平方米,使村庄80%的民房产生裂缝。1994大同黄土坡煤矿采空区塌陷,致使楼房倒塌,21人死亡,40多人受伤。

3.4 煤层瓦斯突出透水事故不断发生

一方面,由于高强度的开采,使地下采场应力失去平衡,这时赋存在矿体中较为

稳定的瓦斯在突然失去平衡状态下突出,再加上未有防范措施,而酿成重大恶性事故;另一方面,由于中小矿区乱采乱掘,科学技术及装备落后,加之不讲究科学管理,盲目追求产量,在超采情况下,瓦斯浓度急剧上升而引起爆炸。山西省临汾市河底煤矿1998年12月份发生的特大瓦斯爆炸,造成47人死亡的恶性事故,造成重大的经济损失。由于个体业主在经济利益的驱动下,挑肥拣瘦,越界开采,随意在大矿

井田内乱采乱挖,使国营大矿的安全受到严重威胁,恶性事故不断发生。如西山矿区由于个体煤矿的非法开采,于1996年8月4日发生洪水淹没官地和杜儿坪两个特大型矿井的恶性事故,死亡60多人,一次经济损失就达2.4亿元之多,损失之惨重,国内罕见。 3.5 采矿塌陷造成地表土壤退化水土流失加剧

研究表明,地表坡

度的变化是引起土壤侵

蚀与退化的主要因素,地

下开采引起地表塌陷形

成塌陷盆地,从而使地表

坡度发生改变。当地表下

沉达到稳定后,地表产生

的附加坡度大小取决于地表倾斜的程度,而影响地表倾斜的因素非常复杂,不同地区、不同采煤方法所引起地表的倾斜程度差别很大。因此,一般情况下,地表达到充分采动后其最大倾斜值在120,130 mm/m之间,相当于使地表产生的附加坡度值为7?。由此将引起地表发生中度侵蚀。可见,地表塌陷引起的水土流失和土壤退化将不容忽视。 3.6 采矿引起山体滑坡频繁发生

当山体坡度超过25?,地表为砂质粘土和坡积物时,由于长时期受风化侵蚀或水流冲刷而处于自然平衡的临界状态,当受到采矿影响时,很容易出现裂隙、滑动,继而出现大面积的山体滑坡。调查资料

表明,由于受采矿影响而

引起的山体滑坡在山西

各矿区已多次发生如西

山矿区由于采矿而引起

的坡体坍塌、崩塌等突

发性的明显采动滑坡

180余处,滑坡影响面积

约3 平方千米.阳泉矿区二矿大南沟口古滑坡因采矿影响而发生新的滑动,使滑体推动下方二级台地蠕动,导致附近石太铁路路基向桃河推移了近20米,使道床鼓起,被迫改线重修,损失近千万元。

3.7 采矿对其生态环境的影响

由以上分析可知,采矿引起的地质灾害其表现形式是多种多样的,而危害程度及对矿区生态环境的影响将十分严重。 3.7.1 对水资源的破坏使矿区内工农业生产用水和居民生活用水受到影响[6]

由于水源的破坏,直接影响到矿区工农业生产用水和居民生活用水。根据对山西统配煤矿的调查了解,由于工业用水的严重短缺而使矿区经济损失达10%,20%.而矿区开采影响范围内80%的农村缺水,缺水人数占农村总人数的60%以上,严重干扰了矿区内农村居民的正常生活,由此而引起的矛盾日益尖锐。为解决农民日常生活用水,矿方不得不每年化去大量资金,无形中加重了企业的负担。

3.7.2 采矿影响造成地面建筑物自然景观和人工生态等的破坏

研究表明,一般砖木结构建设物的允许的临界变形值分别为倾斜i=3 mm/m,曲率K=0.2×10-3/m,水平变形E=2 mm/m[5].当然不同的建(构)筑物所承受的变形值也不一样。底面积小的高大建筑物和大型机械设备对地基的倾斜变形非常敏感,长形建筑物对水平拉伸和曲率变形很敏感;铁路和高速公路,对地基的下沉和水平移动要求很高。但不论何种建(构)筑物,当受到采矿影响而不采取保护措施时,可能由于地表塌陷而受到不同程度的损害或破坏,严重时将失去其使用价值。另外,当水平拉伸变形大约在1.0,2.0 mm/m时,象砂质轻亚粘土质黄土覆盖的地表将出现裂缝,裂缝的大小与深厚比有直接的关系,严重时将出现阶梯状塌陷、塌陷坑等。据不完全统计,山西省由于采矿引起的地质灾害危及村民安全而被迫迁村的已多达145个自然村,另有200多个村庄的民房也遭到程度不同的破坏。

3.7.3 采矿对土地生态环境的影响

1)采矿可加剧土壤侵蚀,使土壤退化日益严重。由于地表产生倾斜而改变了原有的地表坡度,使原有的径流发生改变,坡度大径流量大,引起的水土流失和土壤侵蚀也越严重。另外,由于地表裂缝的产生,地表与地下水向深部渗漏,使潜水位下降,导致土壤湿度减小,使本来干燥的土地更加干燥。由于土壤侵蚀程度的加剧与土壤湿度的减小,土壤退化、沙化现象日愈严重,土地质量下降而造成弃耕现象,特别是干旱山区更加严重。

2)采矿对植被的影响,使矿区生态环境日益恶化。土壤和水分是植

物生存的必要条件,采矿造成水土流失和土壤侵蚀,地下和地表水体的破坏,必然对地表植被产生影响。对山西省调查资料表明,在采矿影响范围内的农作物,一般轻度破坏造成作物减产为10%,中度破坏为10%,20%,重度破坏为20%,30%.当地表出现滑坡、坍塌等重度破坏时将造成作物绝产、树木和草灌死亡。使矿区内生态环境受到严重影响。

四、矿区地质灾害防治

矿山地质灾害的防治是个系统工程,这不仅是矿山采、选、冶的事,也关系到矿山建设之前的地质勘探工作的全面性和准确性[7]。

4.1矿山建设之前的地质勘探工作

矿床地质勘探工作的成果是矿山设计的基本依据。它的质量的好坏是决定矿山地质灾害发生的一个前提条件。地质勘探工作不仅要查明确切的矿石储量,而且还要查明矿床的地质构造背景,尤其是新构造运动的条件,还要查明矿床周围的地理环境、生态环境和水文地质条件。总之,矿床地质勘探报告的质量极为重要的。该种报告的评定审查,必须要根据规范,严格进行。

4.2矿山采、选、冶要把环境保护放在首位

(1)在开采过程中,导致事故的原因,多半是不按科学办事,不按规章制度办事,滥采乱挖,吃富弃贫,过量开采。当然,有的是使用采矿机电设备陈旧,还有的是使用假冒伪劣机电产品所造成的。

(2)采、选、冶过程中的三废治理,对废气治理,要着重改进窑炉的生产工艺,在回收和污染处理上狠下工夫;对废水处理,要改革工艺,

更新设备,减少废水和污染物的排放，提高水的重复利用率。特别值的提出的是,要效仿国外先进的废水处理经验。在这方面,美国用人造湿地来处理废水的经验是可取的;对废渣处理,要着眼于综合利用,变废为宝。例如,煤歼石既可用作建筑材料,又可用于筑路,还可用于回填采空区。

(3)采空区和岩溶塌陷区要及时回填。

4.3增加土地复垦率

矿山大量侵占可耕地,矿业活动致使水土流失和沙化以及盐碱化,这是个严重问题。当前首要的任务是将采空区土地及废渣堆放场地进行复垦。要切实做好该项工作,一是要提高认识,二是要认真组织,三是要增加资金投入,提高复垦率。

4.4应用高新科学技术,加强地质灾害监测

矿山地质灾害的监测是避免人员伤亡和减少经济损失的重要环节。例如,应用地震监测仪对矿震的监测,应用地面物探和遥感测定技术对煤层自燃范围和边界的确定,应用卫星遥感资料对矿山地质灾害的评估,都取得了成功经验。

五、结语

矿区地质灾害已经给国家和人民造成了巨大的损失与不可挽回的悲剧，我们必须重视矿区地质灾害的防范与治理工作，在采矿之前做好足够的分析与安全措施，尽量减少不必要的伤亡与地质灾害的发生。

参考文献

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