水工环地质在矿山地质灾害活动中的应用.pdf

世界有色金属2023年6月上136水工环地质在矿山地质灾害活动中的应用杨洪海（宜昌远大实业集团有限公司，湖北 宜昌 4 4 4 2 0 0）摘 要：当前，随着经济的快速发展，对社会能源的需求越来越大，矿山的发展面临着一系列的地质灾害问题。文章通过对不同类型的矿山地质灾害（山体崩塌、滑坡、地面开裂、地面沉降等）进行分析，运用水工环地质技术，运用遥感、测绘等手段精确控制矿山山体的承载力，并根据山体地质地貌和地下水位的控制，提出了相应的防治对策。关键词：矿山地质灾害；水工环；防灾减灾中图分类号：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 3 6-3The application of hydraulic environmental geology in mining geological disaster activitiesYANGHong-hai(Y i c h a n g Y u a n d a I n d u s t r i a l G r o u p C o.,L t d,Y i c h a n g 4 4 4 2 0 0,C h i n a)Abstract:C u r r e n t l y,w i t h t h e r a p i d d e v e l o p me n t o f t h e e c o n o my,t h e d e ma n d f o r s o c i a l e n e r g y i s i n c r e a s i n g,a n d t h e d e v e l o p me n t o f mi n e s i s f a c i n g a s e r i e s o f g e o l o g i c a l d i s a s t e r p r o b l e ms.T h e a r t i c l e a n a l y z e s d i f f e r e n t t y p 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 mi n e s (s u c h a s mo u n t a i n c o l l a p s e s,l a n d s l i d e s,g r o u n d c r a c k s,g r o u n d s u b s i d e n c e,e t c.),u s e s h y d r a u l i c a n d e n v i r o n me n t a l g e o l o g i c a l t e c h n o l o g y,u s e s r e mo t e s e n s i n g,s u r v e y i n g a n d ma p p i n g me t h o d s t o a c c u r a t e l y c o n t r o l t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f mi n i n g mo u n t a i n s,a n d p r o p o s e s c o r r e s p o n d i n g p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l me a s u r e s b a s e d o n t h e g e o l o g i c a l a n d g e o mo r p h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e mo u n t a i n s a n d t h e c o n t r o l o f u n d e r g r o u n d w a t e r l e v e l s.Keywords:mi n i n g g e o l o g i c a l h a z a r d s;Hy d r a u l i c e n v i r o n me n t;D i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d r e d u c t i o n收稿日期：2 0 2 3-0 3作者简介：杨洪海，男，生于1 9 6 9 年，汉族，湖北远安人，采矿工程师、地质测绘工程师，研究方向：矿山开采、基础工程等的安全、高效利用。矿山开采过程中，极易发生各种地质灾害，影响矿山开采的正常进行，对工程施工人员的人身、财产的安全构成了极大的威胁。水工环地质技术相对于传统的地质灾害防灾技术，具有较强的优越性，在矿山地质灾害防灾减灾方面具有较强的优越性，能够提高矿山地质灾害预防和治理工作的质量。1 关于水工环地质1.1 水工环地质概述随着时代的变迁，经济的飞速发展，尤其是对地质资源的过度开发，使整个地质体系的整体稳定性和完整性都受到严重的影响。在此基础上，要对地质形态有充分的认识，对其地质状况有比较全面的了解，并能在地质灾害发生前，对其地质状况做出一个判断，从而减少其对人类的影响1。1.2 水工环地质的勘测任务水工环地质勘查是一种科学、合理的地质勘探方法，能够最大限度地反映地质灾害发生的时间节点，通过水工环地质勘查，可以对绝大多数的灾害进行探测，这一工作比较复杂，涉及的方方面面，都会有相应的调整和优化。在进行初步的地质调查时，要先用基本的方法来大致的了解一下地质状况，然后再用电法进行勘探，这样可以提高勘察的效率，收集到的资料要经过科学的、合理的处理，才能达到预期的效果。1.3 水工环地质勘查工作的应用范围目前，水工环地质勘探工作在我国经济发展和科技进步的推动下，已有了长足的进步。但是，这并不意味着我国水工环地质勘探工作在世界上已达到了世界先进水平，仍存在许多缺陷和有待改进之处，因此，水工环地质勘探工作要继续改进和提高，必须采取相应的对策。随着水工环地质勘探工作的深入开展，各地区水文、环境等各方面的情况也在不断地变化。在实现可持续发展目标的前提下，必须强化生态环境的建设，才能促进社会和经济的稳定发展。2 水工环地质技术对减少矿山地质灾害的有效意义及作用水工环地质技术在当前矿山地质灾害防治中有着重要的作用和意义。在我国矿山地质灾害防治工作不断取得进展的情况下，水工环技术已有较好的技术支持，其应用领域也随之扩展。由于国家对矿山的整体控制，以及不断发展的人工智能和信息化技术的普及，水工环地质技术已广泛用于矿山生产中的地质灾害预防。通过自动化、信息化等技术促进矿山的绿色安全生产，提高安全管理水平，为绿色矿山的建设提供信息化的数据和技术支持，并应用离散元PFC、ABAQUS、comsol等软件有效模拟矿山地质灾害，分析矿山地质灾害存在的潜在风险，确保绿色矿山建设的安全性与经济性。当前，在绿色矿山开发的大背景下，安全高效的开采已成为当前矿业发展的主要任务，水工环地质技术将现场水文、工程概况与环境友好结合起来，在矿山开发工程的灾害控制中显示了其优越性，能够准确地监测矿山地质灾害2023年6月上 世界有色金属 137的等级，提高矿山地质灾害的防治水平，推动矿山地质防灾减灾技术全面化、系统化、规范化的进步。水工环地质技术已逐步成为矿山综合防治的一项主要技术措施，它是确保矿山安全水平提高的必要手段2。3 水工环地质勘测中的技术3.1 GPS技术这种技术是一种全球范围内的GPS，它的重要性不言而喻，目前在水工环地质勘探中得到了广泛的应用，而且还能节省人力和时间，使得测量结果更具时效性。GPS是利用卫星的位置来精确地探测地质地区，在探测的地区设置接收设备，基准站安装GPS接收机，将采集到的信息全部同步到测量设备的前端，再由计算机技术将其显示出来。3.2 GPR技术这一技术中文名为地质雷达，它的工作原理和功能与GPS一样，都是以无限制的方式传送信息，而GPR则是以电磁感应方式进行信息传递。首先，要建造一座特殊的发射天线，接收电磁信号，并通过声波探测原理，对整个地质构造进行全方位的探测。GPR技术采用的是节点法，因此测量的范围不如GPS技术，在某些方面还不够完善，但是这种方法具有较高的采集速度、较高的自由度和较好的可视化效果。由于受测量区域的限制，这种方法的适用范围有限，适用于测量厚度较大的基面、断层等，以水工环地质勘探为基础，对建筑物进行了基础地质勘察，并对水库地质进行了勘察。3.3 TEM技术这是一种新的勘测方法，也叫瞬变电磁法，是一种应用于航天探测的方法，由于其特殊性，目前还没有在国内推广开来，而水工环地质则是一种可以用来测量金属矿物的方法，根据这种方法，可以对测量技术进行优化，从而提高测量的效率。TEM技术更像是一种导引技术，利用电磁装置作为信号的接收器，利用回路导流的方式将电磁波转换成脉冲，而电磁波的感应位置不太稳定，在勘探的时候，如果碰到一些不稳定的材料，很可能会引起二次涡流场，因此要对地质状况有一个大致的认识，不能直接进行勘测。3.4 RTK技术这种技术是一种基于GPS的实时差分法，它具有较高的稳定性，测量结果的准确度可以达到毫米级，并能对卫星的数据进行准确的监控，从而减少卫星的误差。在水工环地质灾害预报中，利用流体设备来实现对其进行可视化处理，并对其进行可视化分析。4 现存的矿山地质灾害4.1 地震地震是由于板块运动和挤压产生的巨大能量，造成地面强烈的震动，周边建筑物倒塌，地面隆起，地表开裂，目前的技术还不能准确预报地震。由于地壳板块的移动以及彼此间的挤压所产生的巨大能量，使得地震对社会和人民都造成了很大的损害，因此，目前国内尚不能进行精确的地震预报。在发生地震时，由于矿山内部的岩体发生震动，导致了矿山坍塌，给矿山工人的人身安全带来了严重的威胁。因此，必须充分运用水工环进行地质勘测工作，以增强矿山的安全管理水平。4.2 山体滑坡滑坡是指在斜坡上，大量的土体在滑动面上滑行，以崩塌、滑移为主。在地质灾害中，滑坡和崩塌是相互依存的，塌方会导致山体滑坡，而滑坡也会引发山体崩塌。由于滑坡造成地表植被的裸露，使得地表岩层受到风化侵蚀，从而对矿山的稳定产生不利的影响。4.3 岩体崩塌岩体坍塌是指在受到外力作用或自身重力作用下，岩石强度降低，流水冲刷引起岩石结构的改变。非均质性层理、块状裸露均可导致岩体坍塌。一般情况下，当岩体倾斜超过45、高度超过35 m时，若无外部支撑，很容易发生坍塌，而在矿山内部，由于采矿而使原有的岩层稳定发生了变化，结构不均匀的裂缝也会产生坍塌的潜在危险，从而造成巨大的经济和人身安全隐患。4.4 地面不均匀沉降由于人为和自然因素共同作用，造成了地表的非均质性沉降。随着城市规模的增大，城市中心区的土地供应紧张，推动了城市地下空间的发展。由于城市地下工程的施工，引起了周边建筑物地基的非均质性沉降，在矿山施工中，由于地表承载力的缺乏，在矿山周边大量施工，致使矿山底部的地基发生不均匀沉降，从而引起了严重的地质灾害。4.5 地面裂缝地面裂缝的类型有：地表裂缝、地下空间的不合理开发、地下水的不合理使用。在矿山生产中，由于开采量过大，造成地面不均匀沉降和开裂，存在着一定的危险。由于裂缝宽度过宽、长度过长，造成矿山坍塌和其他安全隐患，对矿山的安全稳定造成了很大的影响。5 水工环地质技术在矿山工程防灾减灾中的实际应用5.1 水工环地质技术在地震地质灾害中的应用水工环地质技术中的雷达技术能有效地确保地质勘探的精度，同时又能保证近距离地质勘查工作的质量，利用地质雷达将电磁波传下，在非均匀介质中，由于电磁波在非均匀介质中的传播速率不同，因此，在遇到障碍时，将其反射回地表。将地质雷达技术用于矿山工程，既能使地质勘探工作自动化，又能确保其精度。利用地质雷达进行地质灾害的相关控制，在地震勘探和地面裂缝变形方面也有很好的应用。在地震发生时，地壳内部会产生两种波形，其中以横波的破坏最大，它的速度较慢，影响范围较大，相对于纵波，它对地面的破坏作用要大得多。在地震后，还可能引发滑坡、管线破坏等不良后果。因此，在矿山地质灾害防治工作中，应充分考虑各种不利因素的影响，以保证在不破坏原有地质构造的基础上，尽量降低灾害造成的损害。世界有色金属2023年6月上138如将遥感技术和水工环地质技术相结合，应用遥感技术对矿区地形进行了监测，并对其进行了日常数据采集，为矿山的防灾减灾工作提供了科学依据，降低了经济和财产的损失。表1是各种地震强度的危险程度。表1不同地震烈度的危害性序号烈度危害程度13人无感受，只有仪器能记录到23夜深人静时人有感受345睡觉的人惊醒，吊灯摆动46器皿倾倒、房屋轻微损坏567房屋破坏，地面裂缝6910房倒屋塌，地面破坏严重71012毁灭性的破坏，山河形态改变从表1可以看出，当地震强度达到一定程度时，会引起地震区域的地质地貌变化，对房屋、路面、桥梁等建筑结构产生损害。利用水工环地质技术进行地质灾害调查时，要针对不同的灾害类型，合理选用相应的测量手段。利用宏观和微观信号的变化，精确地获得地震资料，在很大程度上进行了防震工作。在地震监测中，GPS技术可以对各板块的移动和闭锁进行分析，并对断裂的位置和危险区域进行预测。利用地震波反射法测量地质条件，可以利用爆破技术在勘探区域内产生震源。在地震波的传播中，信号会不断地传递，在遇到喀斯特发育区时，会有一些信号被反射，而另一些信号会继续扩散。5.2 水工环地质技术在坍塌灾害中的应用大量的采矿活动造成了山体结构的破坏，严重地影响了山体的生态环境，给矿山的灾害防治带来了困难。因此，要预防山岩崩塌，就必须加大水利水电工程技术的运用，建立相应的风险预警等级，并采取相应的对策，以减轻由于采矿不当导致的山体结构承载力下降，从而导致滑坡。技术人员应利用水工环技术进行风险预警，对山体滑坡隐患进行科学的分析和探测，制订相应的应急预案，建立滑坡危险概率等级与相应的救援措施。加强矿山地质灾害救援工作，降低矿山垮塌造成的经济损失。5.3 水工环地质技术在滑坡灾害中的应用水工环地质技术是通过采集矿山岩体的力学参数，对岩层中的非均质性结构和裂缝的扩展方向进行探测，并对裸露的土壤进行监测，并在滑坡发生之前及时采取相应的防治措施，进行人员转移。通过对矿山内地层地貌、地层岩性、地层倾角、岩石构造等方面的资料进行分析，并结合近年来山体植被的种植情况，模拟计算了山体滑坡发生的概率和破坏模式，通过水文观察、山体地表观察，开展矿山滑坡地质防灾减灾工作。主要包括两个部分：在此基础上，利用水工环地质技术，结合滑坡特征和滑坡面资料，构建了一个地质灾害参数数据库。数据库中应明确滑坡面和滑坡池的有关参数，并根据各监测资料和滑坡范围，建立相应的参数模型；滑坡的破坏形式以土体和岩体的剪切破坏为主，采用数值仿真技术，结合地表土层和岩体的有关参数，可以准确地判断出滑坡的具体位置，并在山体上设置锚杆、修建挡墙等技术来加强地表土壤；采用挡石栅栏、挡土墙等围护结构，防止土体崩塌和崩塌，从而减少山体滑坡对矿山的破坏。5.4 水工环地质技术在地面沉降中的应用根据地面塌陷区的具体地质条件，在进行水工环防灾减灾的同时，对地表岩层或土壤的软化原因进行了详细的分析，并对其产生的原因和预防方法进行了深入的探讨，并将上述方法应用于水工环地质技术，为今后的防灾减灾工作做好相应的技术准备和预防。由于开采区域地下水资源抽取过多，致使矿区地下水位迅速下降，造成地表大面积塌陷。由于地表沉降的非均匀性造成了附近矿山的山体和建筑物的不同程度损坏，因此，采用水工环地质技术进行地表沉降监测是控制地表塌陷的一个重要环节。使技术人员能够为矿山的安全生产提供数据支撑，并能在一定的水位线以内开展相应的工作。对矿区的水文地质情况进行了详细的描述，其中包括矿床开采和采矿引起的地面塌陷范围等，采用科学的绘图方法，获取矿山的安全生产资料，从而指导矿山的安全生产，从而防止地质灾害的发生。5.5 水工环地质技术在地面裂缝中的应用在矿山生产中，经常采用爆破等施工方法，爆破会造成不均匀的岩层开裂，裂隙的大小对岩层的强度有很大的影响。利用水工环地质技术，找出了矿区内岩石非均匀裂隙的开度和扩展方向，对主要地质体、断裂带、破碎带等进行了科学的研究。为了防止人为的非理性开采，造成山体大面积开裂，对工人的财产和生命造成极大的危害。在矿山裂缝灾害防治中，应用水工环地质技术，必须事先了解有关的地质参数，并对其进行分析。对开采中出现的裂缝部位进行实时监控，在生产中，重点控制可能出现的裂缝部位，并对相关的裂缝进行预防，从而达到及早发现裂缝，并在扩展前采取相应的措施。在采矿过程中，应严格遵守工业规范，防止因人为的非理性施工行为而造成的地质裂缝。6 结语由此可见，水工环地质技术既能分析其成因，又能对各种诱发因素进行分析，从而为矿山的安全、环保开采提供科学依据。同时，文章还对水工环地质技术在矿山地质灾害防治中的应用进行了探讨，并就目前我国矿山发展所面临的多种可能的地质灾害进行了探讨，以推进矿山的防灾能力，提高矿山建设的整体水平，有效地解决目前我国矿产资源紧缺的问题。1杨颖.水工环地质在矿山地质灾害治理中的应用J.世界有色金属,2022(7):130-132.2张瑞鹏,李岩涛,安成龙.水工环地质技术在矿山地质灾害防治中的应用J.内蒙古煤炭经济,2022(10):181-183.