金属矿山地质灾害风险分析与管理研究.pdf

世界有色金属2023年6月上160金属矿山地质灾害风险分析与管理研究赵龙刚（甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0）摘 要：金属资源多为不可再生矿产资源，获取方式为深入金属矿山安全开采。但就目前的金属矿产资源开采情况看，金属矿山工程建设过程大多存在不少安全隐患，矿产资源开采、利用过程中的地质灾害问题首当其冲。鉴于此，文章以金属矿山地质灾害类型及成因分析为基础，重点围绕金属矿山地质灾害风险管理举措展开针对性研究分析，以期寻找到科学、适切的金属矿山地质灾害防治管理对策，确保金属矿山工程建设安全可靠。关键词：金属矿山；矿产资源；地质灾害；风险分析；防治管理中图分类号：P 6 9 4 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 1-0 1 6 0-3Risk analysis and management of geological hazards in metal minesZHAOLong-gang(T h e S e c o n d G e o l o g i c a l a n d Mi n e r a l E x p l o r a t i o n I n s t i t u t e o f G a n s u P r o v i n c i a l B u r e a u o f G e o l o g y a n d Mi n e r a l Re s o u r c e s,L a n z h o u 7 3 0 0 0 0,G a n s u)Abstract:Mo s t o f t h e me t a l r e s o u r c e s a r e n o n r e n e w a b l e mi n e r a l r e s o u r c e s,w h i c h c a n b e o b t a i n e d t h r o u g h s a f e mi n i n g i n me t a l mi n e s.Ho w e v e r,a s f a r a s t h e c u r r e n t mi n i n g o f me t a l mi n e r a l r e s o u r c e s i s c o n c e r n e d,t h e r e a r e ma n y p o t e n t i a l s a f e t y h a z a r d s i n mo s t me t a l mi n e e n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o n p r o c e s s e s,a n d g e o l o g i c a l d i s a s t e r s i n t h e mi n i n g a n d u t i l i z a t i o n o f mi n e r a l r e s o u r c e s b e a r t h e b r u n t.I n v i e w o f t h i s,b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e t y p e s a n d c a u s e s o f g e o l o g i c a l d i s a s t e r s i n me t a l mi n e s,t h i s p a p e r f o c u s e s o n t h e t a r g e t e d r e s e a r c h a n d a n a l y s i s o f t h e r i s k ma n a g e me n t me a s u r e s o f g e o l o g i c a l d i s a s t e r s i n me t a l mi n e s,i n o r d e r t o f i n d s c i e n t i f i c a n d a p p r o p r i a t e ma n a g e me n t c o u n t e r me a s u r e s f o r t h e p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f g e o l o g i c a l d i s a s t e r s i n me t a l mi n e s,a n d e n s u r e t h e s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y o f t h e c o n s t r u c t i o n o f me t a l mi n e p r o j e c t s.Keywords:me t a l mi n e s;Mi n e r a l r e s o u r c e s;G e o l o g i c a l h a z a r d s;Ri s k a n a l y s i s;P r e v e n t i o n a n d c o n t r o l ma n a g e me n t收稿日期：2 0 2 3-0 3作者简介：赵龙刚，男，生于1 9 8 9 年，河北沧州人，水工环工程师，研究方向：地质灾害勘查、设计、施工、预算，矿山环境恢复治理。随着我国社会经济飞速发展，金属矿产资源需求日益剧增，金属矿山开采工程项目亦同步增多。然而，由于矿产资源开采技术、开采设备以及开采手段等原因的制约，与金属矿产资源开采紧密相关的风险安全管理水平却未见提升，矿产资源开采过程中各种地质灾害问题时有发生，为我国金属矿山高效开采带来不小负面影响。对此，笔者以“金属矿山工程地质灾害风险管理”为主题，通过寻找有效的地质灾害风险防治对策，为金属矿山工程项目高效建设提供参考性意见。1 金属矿山地质灾害类型与地质灾害成因顾名思义，“金属矿山地质灾害”通常指矿产资源开采利用过程中，由于人为开采不当或自然应力变化而引发的金属矿山地质环境改变问题1。为避免金属矿山地质灾害对生产人员的生命安全与人身健康造成威胁，笔者在细述可行的金属矿山地质灾害风险防治举措前，在本部分先行分析金属矿山地质灾害常见类型及其成因，以期为合理开展金属矿山地质灾害风险管理厘清方向，奠定基础。1.1 地质灾害类型1.1.1 泥石流“泥石流”是较为常见的金属矿山地质灾害问题之一。简单来说即下雨次数多、下雨时间长且降雨量大造成泥土松软、岩体失稳等，从而引发山体滑坡或山体崩塌。在金属矿山地区，地表泥石流大多会直接冲进矿坑，因部分金属矿山的矿洞在地表之下2。所以，雨季来临，泥石流地质灾害一旦形成，并涌入采矿场矿洞，对矿洞通道造成堵塞，矿产资源的安全生产与矿区工作人员生命安全便皆有可能遭受严重伤害。1.1.2 岩爆“岩爆”主要指资源开采造成应力失衡所引发的地质灾害问题。因金属矿山矿产资源开采在地表千米以下，矿洞内环境处于深部高应力范围，一旦应力作用出现失衡，矿产开采环境便有可能出现岩爆。岩爆灾害现象为：采矿环境内石块飞出、岩体爆裂。爆裂程度以及石块飞出的多少、大小皆与采矿实际深度及强度相关。1.1.3 地表塌陷“地表塌陷灾害”主要指当矿洞内矿产资源被开采而出，采空区的上覆岩层慢慢开始沉降，甚至垮塌。换言之即，采矿环境因矿产资源采出导致岩层移动，而这种岩层变化由内而外传递至地表环境，便会引发地表塌陷、沉降等地质灾害问题，对周边地区的建筑物、公路、居民等造成严重影响3。此外，矿洞采空区顶板突然垮降也会一定程度引发井下风2023年6月上 世界有色金属 161暴、微震等传递至地表。若是矿震冲击过于巨大，还会对采矿环境内的开采生产人员生命安全造成伤害。1.1.4 尾矿库泄漏、倒塌“尾矿库泄漏、倒塌”通常指大面积、长时间降雨后，存放矿产资源以及部分未处理有害物质的尾矿库建筑开始出现松软、失稳问题，从而引有害物质泄漏及尾矿库建筑倒塌，对矿区附近环境造成破坏，带来不可估量的经济损失。1.1.5 地质环境污染“地质环境污染”指在矿产资源被开采、利用的金属矿山周边地区，常见一些花草枯萎、树木凋零、河流枯竭等地质灾害现象。致使此类地质灾害现象出现的主要原因是开采污水以及选矿水等的长期排放。而日积月累，矿产开采污水以及选矿水的排放，除了对地质环境造成严重破坏，还会对居住在周边的居民日常生活造成干扰，威胁居民身体健康，甚至引发水土流失。图1金属矿山地质灾害类型占比图1.2 地质灾害成因无论是上文分析的泥石流、岩爆，还是地表塌陷、尾矿库泄漏及倒塌等地质灾害问题，其风险本质都是原始地质环境产生变化，遭到破坏。因此，要深入分析金属矿山地质灾害成因，首先，笔者从自然因素角度切入。即，金属矿山工程项目开展过程，地质灾害最低条件形成，由矿体本身性质造成了地质灾害，如：矿体构造多、强度低、易于失稳等特点引发矿震、崩塌。其次，笔者从人为因素角度切入。即，矿体条件稳定，正式开始矿产资源开采后，采矿环境由于自然应力平衡被改变而出现冒顶、崩塌等地质灾害。如：人为打通含水层引发突水、透水问题；人为开采造成地质失稳引发崩塌滑坡。或者矿体本身稳定但强度不高，一旦开采支护措施不到位，岩体垮落便极大可能发生4。对此，相关部门与工作人员必须以避免地质灾害条件形成为导，对矿区地质灾害监控、监测不断强化，着眼矿区开采安全管理，有效预防地质灾害发生。2 金属矿山地质灾害风险合理防治与管理的应对之策结合前文分析可知，金属矿山地质灾害种类繁多，且大部分地质灾害问题发生的条件与特征皆不相同。所以，在了解金属矿山地质灾害及其成因的基础上，为能进一步避免金属矿山地质灾害条件形成，科学管理金属矿山地质灾害风险，笔者在本部分主要以“预测预防”为核心，从技术预防与管理预防两个角度，详细阐述金属矿山地质灾害风险管理应对之策。2.1 管理对策2.1.1 加强对地质灾害的监控预测预报首先，要加强对金属矿山地质灾害风险的有效管理与防治，相关部门必须借助科技手段对金属矿山地质灾害科学预判，以此为安全开采提供保障5。例如，针对金属矿山冒顶、片帮风险，工作人员运用位移计对采矿环境顶部、帮部位移变化进行不间断的持续性监测，一旦监测到快速位移，立即发出风险警告；针对金属矿山积水、瓦斯风险等，则是运用与其安全监控相关的精密探测器，在网络畅通基础上，联网式时时监控其数据信息变化，为金属矿山地质灾害风险管理与防治提供精确、可靠的数据信息支持。2.1.2 合理规划金属矿山开发开采方案其次，为在确保金属矿山高效开采的同时，最大程度上避免金属矿山地质灾害发生，矿山企业相关部门应合理地设计金属矿山采矿方案，对矿产资源开采科学布局6。具体而言：金属矿山矿产资源开采利用严格遵循“先远后近”、“先上后下”开采原则，矿区特殊区域在特定时间段专门加强相关地质灾害问题预防强度及力度。如：应急方案规划，应急设备准备等，以此确保金属矿山地质灾害风险一旦发现，第一时间针对处理，绝不耽误。此外，在不耽误矿产资源开采生产工作，将金属矿山地质灾害风险管理工作列入日常的生产规划，严格按照“切忌无序开采”、“切忌随意开挖”等要求基础上，对于易于积水的采矿区域，特别是具有高渗透性的矿体，及时做好疏水、排水工作，防止岩体出现开裂、崩塌、失稳等引发泥石流地质灾害。2.1.3 建立完善的矿山地质灾害信息库最后，为尽可能系统的掌握金属矿山工程各类型地质灾害风险特点，进而针对性展开安全管理工作，地质灾害管理部门应建立完善的金属矿山地质灾害数据信息库，在该数据信息库中，对金属矿山地质灾害相关信息归纳、分类、整合7。换言之，先开展金属矿山地质灾害风险普查工作，通过地质灾害风险普查，对具体的金属矿山地质灾害进行分类，并分析其地质灾害发生集中时间点、发展态势、所存在隐患。后引入互联网与信息技术，丰富金属矿山地质灾害数据信息输入输出系统，确保一旦有矿区发生地质灾害，就近区世界有色金属2023年6月上162域的工作人员可以实赶往施救援。如此一来，引入并应用互联网技术的金属矿山地质灾害数据信息库，不仅实现了金属矿山地质灾害风险管理方法即时互通共享，还在各种金属矿山地质灾害整合、分类过程中，潜移默化提高工作人员防灾意识。2.2 技术对策2.2.1 突水、透水防控细观自然灾害类相关新闻可以发现，我国深受水害困扰多年，且至今仍偶有发生水灾事故。国内许多水力学专家都围绕地下水害防治，展开了大量的研究调查与分析。为此，对于突水、透水机理提出了多种有效预防、防治措施。对金属矿山地质灾害风险进行合理管理，自然就需要采用这些先进的突水、透水防控措施，为高效、安全的金属矿山工程项目开展提供保障8。如：在弱保护区使用挖掘机补帷幕技术，科学完成堵水、防水工作；在矿产资源开采、利用过程中，采用先进的隔离带预测方法，精准测算好采场隔离区域。2.2.2 地表沉陷防控针对上文分析的金属矿山地表沉降、塌陷地质灾害，笔者认为可以采用房柱式开采方法，实现采空区地顶板垮落的一定程度延缓，从而避免或者说降低矿震灾害发生频率，科学减小地表沉降、塌陷幅度。此外，当然也可以采用充填法开采技术，为采空区注入适当的填充物，为岩体提供一定支撑力，来减弱采空区应力变化强度、力度，尽可能防止采空区上浮岩层快速垮落。而为了进一步减弱采空区上覆岩层垮落问题发生，切实增强地表沉降、塌陷防控效果，还可以有选择性地使用注浆技术，针对采空区上覆岩层进行缝隙填堵，进而增强其实质支撑力度，减弱由采空区上覆岩层垮落锁导致的矿震以及地表沉降、塌陷灾害。2.2.3 岩爆防控理解了金属矿山岩爆地质灾害发生原因，再对岩爆灾害进行针对性预防管理，笔者主张先一定程度参考国内学者的相关研究、调查及分析结论。只因，虽然目前对于岩爆灾害的研究尚未形成统一理论，但是，大量研究采集的数据与分析，显然具有可参考价值。以此为基，再根据金属矿山的具体矿山地质灾害风险表现，在实践中对岩爆灾害进行预防，即，对岩爆灾害风险进行规范化管理，在开采穿层、揭露矿体时，重点倾向于岩石原本自然应力被打破后的弹性释放管理，便可与提前完成的地质勘察相互结合，做好有效的岩石应力释放，避免岩石应力在一点一点的破坏积淀中带来严重的岩爆地质隐患。2.2.4 落实地质勘察工作地质勘察工作与金属矿山地质灾害风险管理预防工作密切相关，不可分割。要想真正意义上全方位做好金属矿山1陈旭.矿山地质灾害风险评价与风险管理方法J.中国金属通报,2022,(06):210-212.2祝大卫.金属矿山地质环境问题及防治措施J.中国金属通报,2021,(09):132-133.3姚晓东.有色金属矿山边坡地质灾害分析及防治评 矿山工程地质学 J.有色金属工程,2021,11(04):147.4张建国,姜瑞辰.金属矿山主要地质灾害类型分析与防治对策研究J.中国矿山工程,2020,49(06):18-21.5刘 刚.金 属 矿 山 地 质 勘 查 和 勘 查 灾 害 防 治 探 讨 J.冶 金 管理,2020,(17):85-86.6王开庆.贵州地区金属矿山开采地质灾害方面的问题以贵州地区某矿山为例J.世界有色金属,2020,(11):177-178.7舒渊.有色金属矿山边坡地质灾害防治技术及防护措施J.世界有色金属,2019,(11):264-265.8卢遥.大型金属矿山边坡地质灾害治理及预防措施J.中国金属通报,2019,(02):233-234.地质灾害风险管理预防工作，除上述可行举措外，矿产企业与相关部门还应将金属矿山地质勘察工作视作金属矿山地质灾害防治工作的前提与关键，制定详实、合理的金属矿山地质勘察计划。而后，应用先进的地质勘探技术，做好有效的地质勘察，为金属矿山地质灾害风险管理与防治奠定基础。如，使用直流电法勘探，以岩体与异物导电性不同为基础，为采矿环境局部建立稳定电场，对比矿区不同位置电场的强弱变化，为局部区域地质构造、积水情况等地质灾害隐患情况科学判断。使用GPS，利用网络技术优势，系统化的对金属矿山地质灾害隐患进行定位与分析。或者使用TSP物探法，借助在采矿区局部设置微量爆破形成震源，而后测量回声，检出所测范围内隐患点、异常点的方式，降低金属矿山地质灾害发生可能。3 结语综上所述，金属矿山工程建设与我国社会经济发展密不可分，但金属矿山开采毋庸置疑是一把“双刃剑”。若金属矿山工程建设过程的地质灾害风险管理不到位，那金属矿山地质灾害带来的各种风险隐患，都会直接间接影响到周边地区甚至更大范围内人民的正常生活与人身安全。为此，金属矿山工程必须对地质灾害风险管理工作高度重视，建立科学的地质灾害风险管理制度，以此为金属矿山工程稳定、可靠建设提供保障。