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矿山工程地质灾害成因及控制措施研究论文

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2023-08-11 08:56:25    来源:    作者:xiaodi

摘要:我国的矿山工程地质灾害涵盖滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷等多种类型。这些灾害对矿山工程的建设和建筑结构的稳定性都会造成严重影响,因此在矿山工程建设过程中必须采取有效的控制措施以尽可能减少不利影响。

  摘要:我国的矿山工程地质灾害涵盖滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷等多种类型。这些灾害对矿山工程的建设和建筑结构的稳定性都会造成严重影响,因此在矿山工程建设过程中必须采取有效的控制措施以尽可能减少不利影响。要控制地质灾害,研究施工期间各类地质灾害成因及相关防控技术至关重要。只有深入了解各种灾害发生的根本原因,才能有针对性地采取有效的预防措施,从而将矿山工程地质灾害的影响降至最低,以确保矿山工程施工的安全和稳定。

  关键词:矿山工程;地质灾害;成因;控制措施

  矿山工程地质灾害的形成源于矿山开采过程中对周围环境的不可避免的影响。由于这种灾害的严重性,其不仅会威胁当地居民的生命安全,还会造成严重的经济损失。因此,有必要采取有效措施降低矿山工程地质灾害造成的风险。在选择合理的矿山开采方法和开采模式方面,需要根据当地的地质环境情况进行科学分析和评估,以确保矿山开采活动的顺利进行。除此之外,还需要加强对矿山安全管理的监督,提高技术水平和人员素质,并加大投入,提高矿山安全防范措施的效果。只有这样,才能更好地保护人民生命安全和国家财产安全。

  1矿山工程地质灾害类型

  矿山工程地质灾害是指在矿山开采过程中,由于工程活动所引发的各种地质环境问题。矿山工程活动包括工程开挖、爆破、抽排水和地下水开采等。这种灾害可分为两大类:采矿引起的地质灾害和非采矿引起的地质灾害。矿山工程地质灾害的发生对矿山和周边地区都会造成不良影响,不仅会给矿山本身带来破坏,而且会对环境造成具有持续性的负面影响。因此,针对矿山工程地质灾害,必须加强监测和评估工作,制定科学的预防措施,以保障人民群众的生命财产安全和可持续发展。

  1.1滑坡

  矿山滑坡是一种常见的地质灾害,其引发原因可以分为矿坑滑坡和露天开采滑坡两种。前者通常是指在采矿过程中,由于人工开挖或其他扰动等因素,导致山体岩石破碎或发生滑移而产生的现象。而后者则是因为开采方法和顺序不当而导致的滑坡。值得注意的是,当岩层倾角大于10度时,往往容易出现滑坡现象。因此,在进行矿山开采的过程中,必须密切关注地质条件,采取科学合理的防范措施,以降低矿山滑坡对人类社会和自然环境带来的威胁。

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  1.2崩塌

  矿山工程建设所引发的崩塌主要分为两种类型:采空区崩塌和高陡边坡崩塌。当矿山进行露天开采时,必然会形成大规模的采空区,而随着采空区范围的不断扩大,岩体也会因此变得松散、破碎并发生变形。如果没有对采空区采取有效的措施加以处理,周围的岩石将会不断坍塌,这是导致矿山工程地质灾害的最主要原因之一。此外,矿山开采过程中产生的松散岩土,如矿渣、废石等,也会沿裂隙或裂缝滑落至采空区。还有在矿山开采过程中,大量堆放的矿石废渣与废石也会顺着裂隙滑动至采空区,从而加剧了矿山工程地质灾害的发生概率。

  1.3泥石流

  在矿山开采的过程中,通常会伴随着大量的废弃石料和渣土。如果这些废弃物得不到有效的处理,就会导致泥石流等灾害的产生。比如,在矿场上方挖掘隧道时,将大量的废弃石料输送到岩层中。当这些废弃石料进入矿区后,受到雨水和暴雨的影响,就很容易形成泥石流。因此,在矿山开采过程中,应该认真对待废弃物的处理问题,尤其是对于潜在的泥石流危险地段,更需要加强监测和防范措施,以确保矿山开采的安全可持续发展。

  1.4地裂缝

  地裂缝常见于地下开采矿山的地质灾害之中,其主要危害对象是矿山地面。这种灾害的根源在于矿业开采导致地面沉降和地裂缝,也可能是由岩体节理及裂隙等因素引起的。地裂缝会给矿区地表带来显著的垂直及水平位移,进而对该矿区及周边地区造成严重破坏。

  1.5采空区地面沉降

  地下采矿,特别是井下采空,是在地下挖掘获取矿藏的过程中产生的一种现象。这种现象会导致采出物质的空洞部分无法支撑地表,从而导致地表不均匀沉降和裂缝出现。如果情况严重,将会对周围建筑物的稳定性产生影响,并有可能形成地面塌陷坑。这些塌陷坑不仅会破坏地面的植被,还会引起水土流失,导致河流和道路遭受损坏并变成河道和沟渠。

  2矿山工程地质灾害的成因

  矿山工程地质灾害是一种由于人类工程活动所致,例如采矿、爆破、岩土开挖和建筑物建设等,导致地质构造及岩体原始状态被破坏或改变的现象。这种现象产生的结果是破坏地质环境,并对人类的生命安全和财产安全造成影响。它是一个非常严峻的问题,需要高度重视。

  2.1采矿

  采矿是现代矿业中的重要活动,通常分为露天和地下两种方式。露天采矿是一种直接利用机械或人力在浅表层地表挖掘出矿床的方法。它包括了破碎爆破、挖掘和运输等程序。

  采矿活动会对矿山周边环境产生不可避免的影响。地面塌陷、崩塌和滑坡等灾害常常会被引发。此外,采矿还会导致地表植被的破坏,形成土地沙漠化,并引发泥石流等地质灾害。在采矿过程中,由于爆破振动、井巷失稳和空巷冒顶等原因,矿山环境遭到破坏而引发地质灾害,例如岩爆(矿体或岩体遇水膨胀崩裂,爆速高,威力巨大的爆炸)、地表塌陷(采矿使地表下沉并形成坑道)和地面振动(采掘过程中产生的震动波)。

  为了预防矿山工程地质灾害的发生,采取两个方面的防范措施。一方面,要合理布置井下作业巷道和硐室,提高井巷的稳定性;另一方面,要加强对采场的地质勘查工作。此类工作可以查明采场顶板破碎程度、裂隙发育程度、岩体质量以及水文地质条件等特征,分析采场冒顶原因及顶板变形特点并进行防治处理。对于采空造成的地面塌陷、地表裂缝等灾害,必须采取相应的防治措施。

  2.2爆破

  露天开采的主要特点在于其开挖高度大、强度高等。由于露天采场崩落岩石,直接将其抛出采空区或沿矿体走向形成高陡的崩落台阶,因此破坏其完整性和稳定性是其主要问题之一。相反,矿山开采则是从地表向深部开采,在矿体和围岩中进行采矿作业。

  一般情况下,当采用不分散、低装药量和深孔爆破的方法时,矿体上覆岩层易于发生崩落。而当采用集中装药,并适当增加装药量时,则会导致上覆岩层的破坏。爆破振动是导致岩体产生裂隙、崩塌和破坏的主要原因。由于爆破振动的作用,岩体裂隙大量产生并贯通至岩体下部的岩层中,从而使岩体的完整性遭到破坏。当爆源与围岩间有较大距离时,会引起周围围岩的松动破碎,造成崩塌现象。此外,爆破时产生的冲击波和飞石也会对附近建筑物和人员造成危害。总之,露天开采与矿山开采在采矿过程中存在着不同的特点和问题。为了确保采矿的安全性和可持续性发展,必须采用科学合理的采矿方法和技术,并加强岩体监测和预警体系的建立,在矿山开采中注重保护生态环境和人类健康。

  2.3岩土开挖

  矿山工程的开挖对地质环境造成了严重的破坏,增加了地质灾害的概率,甚至可能导致灾难性的后果。其中最为严重的地质灾害是矿山工程所引起的地表沉陷、滑坡和坍塌。例如,采空区的塌陷会使整个矿山报废,造成巨大的经济损失。此外,在进行边坡岩土开挖时,往往会导致边坡失稳,出现滑坡和崩塌等灾害。当开挖边坡的高度大于允许值的3倍时,就可能诱发崩塌和滑坡。此外,岩土开挖还会产生大量的废渣,对环境造成严重的污染。

  在采矿结束后,地面建筑施工需要大量的弃土来形成堆载,这也会导致地面沉降、滑坡等灾害的发生。同时,露天矿爆破所产生的碎屑和灰尘也会对周边环境造成不良影响。

  在地下矿山开采时,采用浅孔留矿开采法或大空场充填开采法等方法会产生大量的采空区,这些采空区一般位于地表以下1.5m~20m之间。如果在采空区上方进行采矿作业,就可能导致大面积的地面沉降。

  2.4建筑物建设

  矿山工程地质灾害常常发生在采矿活动中。由于岩体破碎或开采引起的应力分布不平衡,岩土体产生裂缝和位移,整体崩塌或移动,导致人员伤亡和建筑物损坏。主要包括以下几种类型:

  (1)采矿引起的岩体破碎和松弛,扰乱了原有平衡状态,导致斜坡上的岩土体发生滑动。这类地质灾害包括采空区地面塌陷,冒顶,裂缝以及采空区冒落物等。

  (2)开采导致地表变形并促进植被破坏或覆盖减少,使得岩石风化加剧。这会导致危岩体的形成,在重力作用下导致坡体向下滑动。此类地质灾害通常包括滑坡,崩塌,泥石流等。

  (3)由于开采导致地下水位降低、地下岩层应力重新分布以及岩体结构的改变,使得岩体的应力重新分布,从而导致岩体在重力作用下产生向下的滑动。采空区地面塌陷是由于开采矿山破坏了岩体原有的应力平衡状态,围岩应力重新分布,在重力作用下使岩土体产生向下的滑动。

  2.5工程排水

  排水沟是一种为了防止雨水和生产用水渗入矿区、采区内而修建的排水通道,通常位于矿区或采区的适当位置。这些排水沟通常与截水沟结合使用,以截流地表雨水,并将其直接排出到矿坑之外。除此之外,截水沟还有一个作用,就是把从地表向下的雨水截流在一定范围内,避免地表水和地下水向下渗透。

  另外,矿区或采区内还有一种排水设施叫做截水墙。它能够拦截地表或地下的地下水到一定的范围内而不流入矿坑坑底。此外,疏水钻孔也是一种排水钻孔,可用于向下排泄地表水,如钻孔抽水、渗水、排水孔等。而疏干井则是通过疏干钻孔或抽水孔将地下水排出到地面或地表外。排水孔的作用主要是排除生产过程中的积水。

  矿坑排水系统由地面排水沟和井下排水沟两部分组成。该系统可以将雨季中多余的地面水、地表水、地下水和地表水排除到地面或井下,避免形成地表积水对生产和生活造成危害。在矿山开采过程中,加强矿坑排水工作非常重要,其目的是尽量以最小的代价而取得最大的经济效益。

  2.6其它人为活动

  除了采矿和爆破,人类活动也会导致矿山工程地质灾害,比如土地利用不当、人口密集、乱排污水、乱扔垃圾以及滥挖滥采等。这些人为因素直接或间接地危害了矿山地质环境的完整性和稳定性,给矿山和周边居民的生命和财产安全带来了严重威胁。对于规模较大、难以精准预测的地质灾害,治理是必须的。治理手段通常涉及工程措施或生物措施,比如修建截洪防渗设施、填塞缺口或加固山体、消除隐患、进行环境治理以及种植植被覆盖率等。

  3矿山工程地质灾害的控制措施

  考虑到矿山工程地质灾害的复杂性和不确定性,提升矿山工程地质灾害防治工作的质量和水平需要注意以下几点。

  3.1加强灾害预测

  在矿山工程地质灾害预测方面,首先需要深入了解地质灾害的发生机理,同时了解矿山工程地质灾害的发展趋势,以便能够制定出相应的防治方案。此外,还需要通过分析研究已有资料,掌握地质灾害发生时的前兆特征和地质条件等,进而制定相应的防治措施。在技术应用方面,矿山工程地质灾害预测主要包括以下几点:一是地质调查与勘探技术,通过对矿山工程地质条件进行详细和全面的调查,能够在一定程度上掌握矿山工程地质灾害发生时的基本情况。二是岩土工程勘察技术,可通过对矿山工程场地进行岩土工程勘察,以掌握矿山工程地质灾害发生时的岩土工程条件。三是工程监测技术,可以通过对矿山工程场地进行监测活动,以掌握矿山工程场地的岩土结构等情况。

  此外,可以借助遥感技术以及地理信息系统技术进行监测活动。结合先进的遥感数据资料和地理信息系统软件技术,可以开展监测活动并借助地理信息系统软件数据库管理系统等先进技术设备和软件技术,从而提高预测准确率和有效性。通过以上综合应用方法,能够更好地预测矿山工程地质灾害,为防治工作提供有力的技术支持。

  3.2健全管理制度

  矿山工程地质灾害防治工作需要建立健全的管理制度。在实践中,首要任务是建立完善的矿山地质灾害防治管理制度,并将其纳入相应的工作流程中。为了确保操作规范,管理制度需要明确相关人员在矿山地质灾害防治中所承担的具体责任,并制定相应的责任追究机制。只有这样才能从根本上提高工作人员的专业素质和职业素养。当然,健全的管理制度需要结合实际情况进行不断改进。例如,日常工作中会出现各种突发事件,而应对这些事件需要有较强的专业素养和能力。因此,应建立应急预案以对抗这些事件。如果出现突发事件无法及时解决,应该立即执行应急预案并上报上级领导部门进行处理。此外,为了提高矿山工程地质灾害防治水平和能力,应定期组织相关人员开展应急演练活动。只有通过实际演练才能更好地发现不足之处,并在下一次行动中加以改进。总之,健全的管理制度是矿山工程地质灾害防治工作的关键因素之一,必须重视并不断完善。

  3.3建立预警系统

  在矿山工程地质灾害防治方面,建立可靠的预警系统是关键。然而,要建立预警系统,必须首先了解地质灾害的发生类型和预测方法。建立地质灾害预测模型是第一步,通过对矿山工程实际情况以及已有数据资料的分析,确定地质灾害发生的时间、位置和可能的影响范围等特征,并以此为基础构建预警模型,为防灾减灾工作提供技术支持。

  其次是建立地质灾害预警系统,在该系统中收集、整理和分析处理监测数据,并将其与已有数据资料结合起来,处理相关指标。汇总和分析所有数据后,预警结果将被生成。如果监测数据的变化趋势与实际情况相符,则意味着监测模型已经成功构建。反之,需要重新构建预警模型以针对实际情况。因此,在建立地质灾害预警系统的过程中,必须考虑到矿山工程实际情况,以确保预警系统的设计和构建具有合理性和科学性。

  3.4加大资金投入

  为了在矿山工程地质灾害防治方面取得更好的成果,需要增加资金投入以全面开展相关工作。因此,必须确保资金来源稳定性,以确保能够在最短时间内着手进行地质灾害防治工作。目前,我国主要依靠两种资金来源:一是国家财政拨款,二是地方政府和社会投资,其中前者远高于后者的比例。尽管地方政府和社会投资人所占比例较为合理,但地方财政收入不足,往往无法满足地质灾害防治的实际需求。在这种情况下,必须确保地质灾害防治资金能够准时到位,中央财政和地方财政需要合理安排矿山工程地质灾害防治的经费支出。最终要从根本上做好矿山工程地质灾害防治工作。

  首先,必须加强对矿山地质灾害科学认识的研究。有关部门应该组织相关技术人员开展矿山地质灾害调查工作,通过深入分析各种类型矿山地质灾害的特点、形成机理和发展趋势等情况,科学制定治理方案,为其提供科学依据。

  其次,应强化对矿山地质灾害防治技术方法的研究和推广应用。有关部门应组织相关技术人员研究和推广矿山工程地质灾害防治中各种方法和技术手段。通过应用这些技术方法和手段,有效提升我国矿山工程地质灾害防治工作水平和质量。

  最后,必须加强对矿山地质灾害形成机理和发展趋势等方面的研究工作。通过这些研究工作,可以深入分析我国矿山工程地质灾害形成机理和发展趋势等情况,进而为进一步开展矿山工程地质灾害防治工作提供科学依据和技术支撑,确保我国在矿山工程地质灾害防治过程中更具针对性和有效性。

  3.5提高人员素质

  矿山工程地质灾害防治是一项涉及多种专业知识和技能的工作,因此,对于从事该领域的地质灾害防治人员而言,具备一定的技术能力和相关知识至关重要。这也需要注意提高从业人员的素质水平。在实际工作中,专业人员的素质和能力直接影响到最终的治理效果。为了提升矿山工程地质灾害防治工作的效率和质量,必须注重培养专业人员,定期对他们进行专业培训。各相关部门也应该注意定期培训矿山工程地质灾害防治工作人员,为他们提供良好的发展机会,促使他们不断学习和掌握相关专业知识与技能。通过案例分析等方式的培训,可以不断提升从业人员的业务水平。

  4结语

  随着我国经济的快速发展,矿山工程建设的规模不断扩大。然而,这也给矿山工程施工带来了更多的风险,因为矿山工程地质灾害的发生频率也随之增加。面对这样的挑战,必须加强对矿山地质灾害成因和相应的控制措施研究,以确保矿山工程建设的安全性和稳定性。在实际工作中,必须进行全面分析各类矿山工程地质灾害类型,并有针对性地采取有效的防范措施。只有这样,才能确保矿山工程的建设安全稳定,并进一步提高其经济效益。