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灾害地质学念书报告
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进展,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。
对矿山地质灾害必需予以高度关注,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,对国民经济的进展具有庞大增进作用。
但地下矿产资源的开发会引发开采沉陷,从而引发一系列地质灾害,必需采取办法对灾害进行防治。
开采沉陷是指地下有效矿物采出后,开采区域周围岩体的原始应力状态受到破坏,应力从头散布以达到新的平衡,在此进程中,岩层和地表产生持续的移动变形和非持续的开裂、冒落等破坏现象[1]。
二、采矿引发地质灾害的原因
当开采面积达到必然范围以后,起始于采场周围岩体的移动和破坏将扩展到地表,引发地表变形,致使位于移动岩体内的井巷、峒室等和位于开采影响范围内地表的衡宇、建筑物、水体、铁路和管线等改变其原有状态,乃至破坏,称之为采动损害[2]。
矿区开采沉陷引发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发的岩体内应力转变且向其周围介质传播扩散的结果。
岩体本身是一种超级复杂的介质,它不仅是由各类不同性质的岩层组成,而且还由于褶皱、断层等各类地质作用而产生了大量的不持续面。
在必然的地质采矿条件下,开采引发的岩体应力转变,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致使的应力转变程度。
从空间上来讲,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进展到地表,引发地表移动。
所谓地表移动,是指采空区面积扩大到必然范围后,岩层移动进展到地表,使地表产生移动和变形的进程。
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,地表可能产生裂痕;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。
如此,在地表移动盆地、裂痕及塌陷坑等灾害现象形成的进程中,改变了地表原有的形态,引发了地表高低坡度及水平位置的转变,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、采矿引发地质灾害的表现形式
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、裂痕、塌陷坑等破坏形式[3]。
这种破坏一方面在必然程度上改变了地面降水的径流与汇水条件,使地表水通过裂痕渗入地下,引发河流水系的流量减小,严峻时地表河流水系乃至出现断流现象;另一方面,由于采空区上覆岩层受到破坏,岩层裂隙加倍发育,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,严峻时致使地下水疏干,井泉干枯。
采矿活动对地表建(构)筑物造成影响
开采引发地表沉陷,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,不同程度的引发地表建(构)筑物的破坏。
对于矿井井田范围内大量的建(构)筑物来讲(诸如自然村落、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,严峻时将失去原有利用价值[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份位于塌陷区,最大塌陷深度在4m左右,地表倾斜达30mm/m以上,致使该铁路营运受到严峻要挟。
至于对居民住宅的破坏更是不足为奇。
地表塌陷与裂痕等不断发生
采矿活动引发大面积的地表塌陷,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公顷,在塌陷同时,地表出现高度、深度不等的裂痕[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300m,宽~m,深~m的大裂痕,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,使村落80%的民房产生裂痕。
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。
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固的瓦斯在突然失去平衡状态下突出,再加上未有防范办法,而酿成重大恶性事故;另一方面,由于中小矿区乱采乱掘,科学技术及装备掉队,加上不讲究科学管理,盲目追求产量,在超采情形下,瓦斯浓度急剧上升而引发爆炸。
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,随意在大矿井田内哄采乱挖,使国营大矿的安全受到严峻要挟,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,一次经济损失就达亿元之多,损失之惨重,国内罕有。
采矿塌陷造成地表土壤退化水土流失加重
研究表明,地表坡度的转变是引发土壤侵蚀与退化的主要因素,地下开采引发地表塌陷形成塌陷盆地,从而使地表坡度发生改变。
本地表下沉达到稳固后,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超级复杂,不同地域、不同采煤方式所引发地表的倾斜程度不同专门大。
因此,一般情形下,地表达到充分采动后其最大倾斜值在120~130mm/m之间,相当于使地表产生的附加坡度值为7°。
由此将引发地表发生中度侵蚀。
可见,地表塌陷引发的水土流失和土壤退化将不容轻忽。
采矿引发山体滑坡频繁发生
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洗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发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发的坡体坍塌、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,致使周围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,损失近万万元。
采矿对其生态环境的影响
由以上分析可知,采矿引发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峻。
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。
按照对山西统配煤矿的调查了解,由于工业用水的严峻欠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,严峻干扰了矿区内农村居民的正常生活,由此而引发的矛盾日趋尖锐。
为解决农人日常生活用水,矿方不能不每一年化去大量资金,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别离为倾斜i=3mm/m,曲率K=×10-3/m,水平变形E=2mm/m[5].固然不同的建(构)筑物所经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超级敏感,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办法时,可能由于地表塌陷而受到不同程度的损害或破坏,严峻时将失去其利用价值。
另外,当水平拉伸变形大约在~mm/m时,象砂质轻亚粘土质黄土覆盖的地表将出现裂痕,裂痕的大小与深厚比有直接的关系,严峻时将出现阶梯状塌陷、塌陷坑等。
据不完全统计,山西省由于采矿引发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,还有200多个村落的民房也受到程度不同的破坏。
3.7.3 采矿对土地生态环境的影响
1)采矿可加重土壤侵蚀,使土壤退化日趋严峻。
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,引发的水土流失和土壤侵蚀也越严峻。
另外,由于地表裂痕的产生,地表与地下水向深部渗漏,使潜水位下降,致使土壤湿度减小,使本来干燥的土地加倍干燥。
由于土壤侵蚀程度的加重与土壤湿度的减小,土壤退化、沙化现象日愈严峻,土地质量下降而造成弃耕现象,特
别是干旱山区加倍严峻。
2)采矿对植被的影响,使矿区生态环境日趋恶化。
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%.本地表出现滑坡、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峻影响。
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]。
矿山建设之前的地质勘探工作
矿床地质勘探工作的功效是矿山设计的大体依据。
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,必需要按照规范,严格进行。
矿山采、选、冶要把环境保护放在首位
(1)在开采进程中,致使事故的原因,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。
固然,有的是利用采矿机电设备陈腐,还有的是利用冒充伪劣机电产品所造成的。
(2)采、选、冶进程中的三废治理,对废气治理,要着重改良窑炉的生产工艺,在回收和污染处置上狠下功夫;对废水处置,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置经验。
在这方面,美国用人造湿地来处置废水的经验是可取的;对废渣处置,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。
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和盐碱化,这是个严峻问题。
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,一是要提高熟悉,二是要认真组织,三是要增加资金投入,提高复垦率。
应用高新科学技术,增强地质灾害监测
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肯定,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庞大的损失与不可挽回的悲剧,咱们必需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办法,尽可能减少没必要要的伤亡与地质灾害的发生。
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