露天矿山崩塌地质灾害的形成机理及防治研究.pdf

冶金与材料第 44 卷露天矿山崩塌地质灾害的形成机理及防治研究王尧（贵州省地矿局一零二地质大队，贵州 遵义563000）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：在开采露天矿山过程中形成的高陡边坡，如未能对其进行及时处理，极易导致崩塌地质灾害发生，从而对施工企业的经济效益、施工人员的生命安全造成严重影响，因此，探寻并落实合理有效的防治措施十分必要。文章主要针对露天矿山施工作业的实际情况，对边坡稳定性和崩塌的产生机理进行分析，并提出了防治边坡崩塌的措施，旨在给施工企业和人员提供帮助，减少或预防崩塌地质灾害的发生。关键词：露天矿山；崩塌地质灾害；形成机理及防治措施作者简介：王尧（1989），男，贵州绥阳人，主要研究方向：地质灾害防治。近年来，矿山开采的规模越来越大，同时伴随地质灾害频发，其中露天矿崩塌就是其中之一。露天矿崩塌地质灾害形成机制复杂多变，受地质、工程、气象和水文等多因素影响。由于地质结构、岩层结构及岩土力学特性等因素的不均匀性与不稳定性，是造成露天矿坍塌的重要原因。另外，采矿方法的不合理、采矿设计与管理不当等人为因素成为了崩塌灾害发生的主要原因。因此，开展露天矿崩塌地质灾害形成机制的研究，对提高露天矿的安全生产和减少灾害事故具有重要意义。1露天矿山开采对环境造成的影响1.1地质灾害日益严重目前，矿产企业对矿山地质灾害防治工作的重视程度不高，频繁的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，严重影响了矿业工程的可持续发展。露天矿地质灾害主要表现为：（1）区域地质平衡遭到破坏，特别是在边坡开挖时，若防护措施不当，易造成山体（边坡）失稳、周围岩体结构发生破坏，进而诱发崩塌、滑坡等地质灾害。（2）矿渣随意堆放，大量堆积在山体原有的岩体结构上，一旦超过岩体结构的承载能力，就会发生崩塌，引发山体滑坡。（3）炉渣堆放地点不合理，工人直接顺沟堆放，遇降雨天气，大量地表水积聚于沟内，并沿沟内排出大量的地表水，并随炉渣沿沟流下，形成泥石流咱2暂。1.2石漠化情况不断加剧完成露天矿山开采工作之后，地区范围内的矿产资源所剩无几，地表就会出现很多开采断面，随处可见残留的矿石、矿体，还有随便摆放的矿渣和碎石堆，这些垃圾物不但会对附近生态环境产生直接影响，还会造成比较严重的石漠化情况。1.3生态系统被严重破坏开采完露天矿山之后，地区范围内的地表土被完全刨除，植被失去了基本的生存条件和空间，矿渣和碎石随处摆放，还会对其他非开采作业范围的土壤环境产生影响，从而严重破坏生态系统。1.4占用大量土地资源开采露天矿山的过程中，会出现很多的碎石和其他固体废物，这些废物应选择适当的位置和方法，实施集中处理，倘若施工单位没有采取科学合理的处理措施，随意摆放废物，就会占用大量土地资源，从而导致资源浪费。1.5区域水土流失严重露天矿山开始开采作业之后，所在地的植物就会消失，地上只剩下各种碎石和开采后留下的岩石及断面，这就造成区域内彻底失去原本的水土涵养能力，大大增加了水土流失的发生概率，倘若未尽早控制改善，很可能会造成区域荒漠化情况咱3暂。1.6污染周边水源开采露天矿山需使用大量的水资源，而且还要排放很多的废弃水，包括常见的矿坑水、洗矿选矿水等，矿渣和各种固体废弃物在碰到雨天后，其中的矿物质也会给雨水溶解，从而污染干净的地表水。开采露天矿山过程中产生的废水和对附近水域的污染，倘若没有及时有效地控制，就会跟随地表水的循环，对地下水和附近农田土地造成污染，导致对生态环境的破坏加剧，对地区的经济发展和环保工作带来显著影响。1.7大气污染严重开采完矿山之后，矿区会留下很多的岩石粉末、矿渣、各种碎石等，在自然风的作用下，这些废物会到处飘荡，进而导致严重的粉尘污染。2露天矿山开采过程中的地质灾害类型开采露天矿山时，需挖掘大量的岩层和地表土，对矿区内原本的岩石结构产生直接破坏，生成一个新的开采断面，地区边坡角度增加，地质灾害的发生率大大178第 1 期提高，所以，对露天矿山开采作业进行分析，主要地质灾害包括岩石崩塌、滑坡、泥石流等。2.1岩石崩塌开采露天矿山的时候，需切割、爆破各种岩石，另外企业为提升开采作业的效率，缩减开挖量，一般具体开挖坡度都80%，边坡处并未根据施工方案设置成台阶结构，而是直接施工成高、陡的大边坡。倘若矿产分布角度和作业断面边坡角度是相对的情况，那么边坡岩层卸荷裂隙发育，岩层稳定性迅速降低，一旦碰到大范围的地震、降雨、矿山爆破等情况，这个施工区域的楔形体就会下滑，破坏岩层结构，最后产生大规模的岩石崩塌情况，对施工人员的生命安全造成严重影响咱4暂遥2.2滑坡开采岩石矿山时，施工量庞大，矿区中的地表土和岩石等大范围剥离，掏空覆盖层的前端，跟随开采作业的不断实施，没有施工区域的表土层由于结构比较松散，极易顺着岩土结合面滑下来，轻微情况是开采施工面垮塌，若严重则表土层会大范围往下滑落，山体滑坡就会在极短时间内发生，对整个矿区人员的生命和财产安全造成威胁。露天矿山开采施工会形成较多的碎石和矿渣，若处理不当，随便放置在矿区，堆积体结构稳定性就会不断降低。同时，如果没有保护好堆积体表面，雨水渗入，还会使结构强度下降，若出现震动，或者上层重量超过结构承重极限，将会导致严重的山体滑坡。2.3泥石流由于露天矿的采矿活动将彻底摧毁该地区原来的地表构造，致使该地区的地形地貌发生了较大变化，从而破坏了原来的地质平衡。由于采矿活动的不断开展，地表被毁的面积越来越大，该地区的土壤持水性也在不断降低。当暴雨来临时，会有大量的地表径流顺着山坡向下游涌来。矿山生产中大量的固体废物堆积于山坡上或沟谷地带，易被地面径流冲刷而导致滑坡。因采矿作业的特殊性，在采矿后会出现三面环山，前缘开阔，四周山势陡峻。这样的地形有利于降雨的集聚，使天然降雨向较窄的范围内聚集，加大了侵蚀作用。由于地质与开采工艺的进步，矿山中各种固体废物将沿着山体快速滑坡，形成泥石流，其危害性与危险性也将大幅增加咱5暂。3矿山地质灾害的防治原则第一，采取预防为主的防治措施，能降低煤矿生产过程中对人民群众的人身和财产危害。只有对其进行有效预防，才能达到理想的防治效果，防止严重危害。为此，必须贯彻“以防为主”的原则，加强对灾害的预报，防止工作中出现的人员伤亡。按照风险等级，对现场人员进行合理的撤离，将事故造成的损失降到最低。第二，把重点防控和整体计划有机地结合起来，矿山地质灾害的预防与控制是一项长期而又十分重要的系统工程，做好防灾减灾工作，将其危害降到最低，显得尤为重要。在制订防治规划时，要结合各地区的实际状况及各时期的社会经济发展需要，确定合理的防治目标方向、措施与策略，以引导防治工作的开展。第三，坚持以人为本的原则。矿山地质灾害的预防与控制，以保障人们的生命财产和降低财产的损失为首要任务，而保障人员的生命安全则是重中之重。所以，在矿山生产实践中，只要始终贯彻“以人为本”的理念，就可以有效地减少工作中的人员损失，保证人们的生命和财产安全。4矿山崩塌地质灾害的防治措施4.1分台阶切坡没有根据施工方案开采，且临空高差较大的既有边坡，需要按照矿山开采作业要求中提出的参数要求，如阶段高度、台阶坡面角、平台宽度等，开展划分台阶、切坡操作。今后在开采矿山的过程中，需严格根据设计方案进行台阶开采，以保证边坡稳定性。4.2清理危岩体如果边坡的岩石质量高、构造裂隙少，就可以通过机械或者人工的方式，清理破碎、松动的危岩体，清理过程中需按照“一看二敲三撬”的要求进行，采用从上到下、分区跳段的模式作业，所有施工段的长度都应尽可能控制在 15cm 左右，禁止使用从下到上的形式开挖。清理坡面的时候，不可以出现幅度很大的凸起和凹陷情况，尤其是在清理危岩体坡面的过程中，应保证经过周边达到平稳、顺利连接。针对松动、坡面破碎的岩体，就需要采用机械和人工的方式撬挖。清理完的浮石应第一时间运到别处，不能大量堆积在边坡顶部。4.3边坡加固卸荷裂隙区及危岩区的裂隙相比密集，对于不能达到分台阶切坡条件的情况下，将一些危岩体清理干净之后，维持坡面整洁，使用锚件加挂网的形式，喷护锚固危岩体，进一步改善或控制卸荷裂隙的出现和加剧，还可以使已生成的危岩体被有效加固。开展设计加固工作的时候，应将卸荷裂隙扩展的牵引带作为关键加固区，来开展设置锚固工程。固定铁丝网的过程中，需保证伸出坡顶最少 50cm，坡脚埋设在 20cm 以上。4.4截排水将截、排水沟设置于矿山边坡上，避免坡面被地表水冲蚀。这只能当作其他防治措施的辅助内容咱6暂。4.5监测施工期间，需安排专门的人员来巡查边坡，将结构面发育、风化严重的区域当作重点，同时做好拍照和记录。在多雨季节和出现岩移形变的情况下，应适当增加王尧：露天矿山崩塌地质灾害的形成机理及防治研究179冶金与材料第 44 卷监测次数，最好保证每小时一次，或者每天一次，做到不间断跟踪监测。如果发现岩移倾向，需第一时间上报，同时立即落实危岩清除和加固措施，确保安全作业，这个方式是关键性措施，崩塌地质灾害的重点是预防，而监测就是重中之重。4.6高新预警技术手段利用高新技术手段对露天矿进行监测预警，不但能够节约人力资源，而且能够不间断进行监测，做到及时预警。可以通过卫星或者航空平台获得矿山大范围的地质信息，包括矿山地貌、地表形态以及植被状况，监测地貌变化，如果发现地表塌陷、滑坡征兆，需要及时提醒，发出警报。矿山开采期间可能会引发地壳运动，增加地震发生的可能性，还可通过地震传感器，对矿山周边地震情况进行监测，保障矿山安全。通过地震雷达技术能够发送电磁波并且接收反射信号，判断岩石稳定性，及时发现岩石变形和破裂迹象，从而对可能出现的山体滑坡、矿山崩塌等地质灾害进行预警。矿山负责主体根据预警信号提前做出防范措施，将地质灾害可能造成的人员伤亡和经济损失降到最低。4.7隔离对边远地区封闭矿井或长期遗弃矿井进行治理时，因为通常并未严格按照科学的开发利用规划进行设计和开采，在关闭矿井后形成了一个高陡的斜坡。若进行边坡加固，所需费用很高，对政府和中小型企业来说，是很大的负担，但若按分段截坡方式进行加固，则更加会造成土地资源的损失。因此，针对这样的斜坡，可以通过修建隔离网的措施，达到对边坡影响区的完全封闭，防止人畜的进入，使其可以自然稳定。尽管此方法不能从根本上解决防止崩塌地质灾害，但可大大减轻人员伤亡，减少生命和财产损失。5矿山地质环境综合保护建议5.1针对高陡坡进行边坡防治在露天矿开发过程中，除追求经济利益外，还需有关单位及主管部门加大对高陡边坡的整治力度。首先，要从采矿的源头着手，尽可能地降低高陡边坡的产生，严格按照分级采矿的规定和原则，同时要控制好斜坡的倾角，保证斜坡的斜度不大于 65毅，单个斜坡的高不大于 10m。其次，针对既有高陡边坡，要采取合理的截排水措施，重视采用工程治理措施，以保证边坡的稳定性为终极目的，同时要强化监控与管理。5.2针对不稳定堆积体进行防治在露天矿的采矿活动中，往往会出现大量的堆积物，这些堆积物因其自身的不稳定特性，导致了地质灾害的频繁出现。为此，应从多个角度对堆积物进行有效控制。一方面，施工企业要严格控制固体废物总量的形成，合理地选取堆放地点，严禁任意破坏地表覆盖层。另一方面，对于已经形成的固体废物，要进行适当的综合利用，并将其应用于矿区道路及矿区周围的基础设施中，以增加固废的利用率，进而降低堆积量。为防止下雨对堆积体边坡的稳定产生不利影响，降低滑坡灾害造成的人身安全和财产损失，施工单位应在其前沿设置挡墙或拦渣大坝，并在其表层安放相应的保护措施。5.3加强矿山安全生产教育工作露天矿山中的安全生产工作，需要从施工人员的教育着手，强化技术的更新和普及，增强施工人员的安全意识，重视“人本”管理理念，重视开采工作中对生态环境的保护。单位管理人员需积极树立榜样，并充分发挥自身作用，通过自己影响他人，强化对各个开采作业和防治工作的监管效用，将安全作业保障制度全方位落实。同时，在平时的工作中也应按时开展安全宣教活动，使所有人都可以意识到矿山安全作业和生态保护的必要性和重要性。6结束语总之，在露天矿山开采过程中，崩塌地质灾害的产生机理，主要是各种因素共同作用导致的，所以要想对露天矿山崩塌地质灾害进行有效防治，就应采用综合措施。只有不断深入科学研究，强化监测预警工作，保证合理监管规划，定期组织教育培训，才可以积极有效地预防或减少露天矿山崩塌地质灾害的出现，进一步确保矿山作业者和广大人民群众的生命与财产安全。参考文献1 朱万成，徐晓冬，李磊，等.金属矿山地质灾害风险智能监测预警技术现状与展望 J/OL.金属矿山，1-302023-12-29http：/ 王彤标，宋绍飞，王刘文，等.山区煤矿可研阶段地质灾害危险性评估的重要性 J.地质灾害与环境保护，2023，34（3）：97-104.3 张华湘，孙乾征，樊善兴，等.滑坡易发性评价方法和精度比较以贵州省大方县为例 J.贵州地质，2023，40（3）：302-309+295.4 王星，吕东.贵州万山区新屋场崩塌成因机制分析及风险评价 J.贵州科学，2023，41（4）：70-73.5 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