矿山整治中水文地质灾害防治措施探讨

欧礼平 吴兴明 朱天

摘要：本文首先探讨了矿山建设中地下水及其防治技术，然后分析了露天矿滑坡及其防治技术，最后研究了地表塌陷及其防治技术，具有较强的意义和价值。

关键词：矿山整治；水文地质；灾害防治

中图分类号：P331 文献标识码： A

1 矿山建设中地下水及其防治技术

1.1地下水防治的指导思想与主要原则

矿山建设与生产过程中，作业时遇到地下水的影响是较为常见的。地下水揭露后，轻者影响生产进度，增加生产成本，造成矿区环境地质破坏；严重时造成灾害，带来生命财产的重大损失。近几年，矿井透水引起灾害甚至灾难的报告时有发生。因此，从科学发展，关爱生命出发，针对不同的地下水类型和特征，开拓工程施工与采掘生产条件，采取不同的防治方法，应该作为今后矿山地下水防治的重要课题，以改变长期以来普遍存在的以疏干为主的治理模式，实现矿山绿色发展、科学经营、环境稳定的目标。

1.2 地下水防治的具体要求

（1）竖井工程必须严格按照施工与验收规范，进行工程勘察，掌握井筒的地质条件，预测井筒的涌水量与含水构造的赋存部位。

（2）对主体井巷，施工前应编制水文地质预测平面、剖面图，编制建井地质说明书。井巷施工期间，应加强水文地质跟踪调查、研究，及时修改预测结果。

（3）对已知含水层或导水构造，在揭露前通过布置超前探水孔，探知含水层或导水构造在井巷中的具体位置和厚度，并根据钻孔揭露的涌水量及施工条件、工程要求与经济性比较，提出治理的具体措施。探水孔的超前距离在坚硬岩体中，不得小于 10m。如果在预计的含水层或导水构造出现的位置 10m范围外，岩体的强度与完整性不能满足预留岩帽时，应根据实际确定超前距离。总体原则是，必须保证钻孔开孔 5 m 范围内岩体的强度与完整性满足探水孔孔口管的预埋及预埋后可能需要注浆时安全承载需要。对于涌水量较小、岩体完整性相对较好又相对分散的含水层，可直接利用普通凿岩机进行浅孔探水。

1.3 矿山地下水防治技术

（1）采用排气压入浓密水泥浆方式水平或仰视探水注浆孔埋设孔口管工艺。通常在竖井深孔探水或预注浆孔的孔口管的埋设工艺是在孔内灌入水泥砂浆后再将孔口管送入孔内。这种工艺很难做到管体与孔壁之间的间隙的密实可靠，往往需要经过多次反复压浆处理，既耽搁时间又影响施工安全。经过试验研究，采用排气压入浓密水泥浆方式，可确保一次成功，固结后的耐压能力可以达到 30 MPa 且抗渗性能完全能够满足长时间高压注浆的安全。

（2）钻孔加装特殊的防突防喷装置。钻孔的防突防喷装置是高压顶水钻进安全控制最核心的器材。钻进过程的防突，虽然钻机本身的液压卡盘在钻具击穿高压水时，对钻杆具有一定的夹持作用，但实践证明，仅仅依靠钻机的液压卡盘控制，远远不能满足高压涌水钻进安全防突要求。在钻孔过程中，一旦出现钻具突出钻孔，就会造成安全事故。经过工程中研究与反复试验，通过加装在钻杆上的异径防突器，可以万无一失地做到 1 000 m 水头高度甚至更高的水头压力下深孔探水作业的安全。防喷的控制措施是在高压阀门前端安装自伸缩式孔口封闭器、高压阀门与孔口管之间安装四通管、高压阀及减压器。实践证明，效果很好。

2露天矿滑坡及其防治技术

2.1滑坡发生的原因

边坡上的土石本身具有一定的重量，它们都存在着向下滑动的趋势。但由于具有一定的结构，它们又存在着抵抗向下滑动的力量。下滑力与抗下滑力的消长，决定着边坡的发展和变化。当下滑力小于抗下滑力时边坡处于稳定状态；一旦下滑力超过了抗下滑力，则边坡上的岩体就要向下滑动，即产生滑坡。

2.2 露天矿边坡滑动的防治

露天矿边坡滑动的防治方法，应在工程地质勘测的基础上，针对引起边坡滑动的原因采取有效的措施。

2.2.1 降低岩石剪应力或建筑防止滑动的坚固支撑

具体方法有整平斜坡的坡角、修筑挡土墙、打防滑桩等 3 种。

（1）整平斜坡的坡角。这种方法的目的，是为了减小有滑动危险的岩体重量。对于高度较小的边坡，可将坡面削缓，并尽可能使坡面与水平面间的夹角小于原有的角度；对于较高的边坡，可将边坡分为若干小段，形成台阶状，以减少滑动的可能性。

（2）修筑挡土墙。在滑动体的前方修建挡土墙，以防止边坡产生滑动。挡土墙应修筑在稳定的地层上，避免出现挡土墙和滑动体一齐下滑的现象。此外，还需考虑滑动体内渗入的水能及时排除，所以应在墙后设置排水设施。

（3）打防滑桩。在滑动体内打桩贯入稳定地层，以阻止岩体滑动。桩可以是打入的，也可以现场灌注。

2.2.2 改变岩石的物理性质

促使岩石性质改变的主要因素是地表水和地下水的作用。因此，这几种措施的实质是修筑排水沟排除地表水和地下水，以降低水的作用。具体方法为以下 3 种。

（1）修建地表截水沟。指用截水沟拦截来自滑坡上方的地表水流；

（2）修筑排水沟。指利用明沟或暗沟排除地下水，以减少岩石的含水量；

（3）修排水巷道。指利用地下排水巷道排除滑动体中的地下水。

2.2.3消除或削弱滑坡形成作用

消除或削弱滑坡形成作用的措施中，常用的是保护坡角免受地表水流的冲刷及修导流堤、防护堤等。但这些方法对露天矿边坡不大适用。对这些坡滑动采取防治措施时，要因地制宜，同时要考虑采取某一种措施时不要引起其它不利因素产生，避免不良后果发生。

3 地表塌陷及其防治技术

3.1地表沉陷形成的机理

矿区地表沉陷，概括来说有 3 种情况：

第 1 种，由于煤层采出后地下形成采空区，上覆岩层失去支撑，顶板产生移动、变形、破坏至冒落。随着开采范围的扩大，岩层的移动和变形发展到地表，因而在地表形成下沉盆地和塌陷坑。

第2 种，由于矿区大量抽（排）松散地层中（特别是流砂层中） 的地下水，造成地下水位大面积的下降，致使含水层疏干部分被压实及体积缩小，因而引起地面大范围的沉降。

第3种，在岩溶发育的矿区，由于长期的疏干排水而造成的岩溶塌陷。上述第1种情况，这里不再详细叙述。第 2 种情况，多为大面积的缓慢均匀下沉，对矿区的建设和生产一般影响不大。因此，这里仅着重讨论第 3 种情况，即岩溶塌陷。关于岩溶塌陷的成因有多种解释，但归结起来主要有2种：一种为潜蚀论，另一种为真空吸蚀论。

对岩溶塌陷的防治，目前广泛采用以下7种方法：

（1）回填密封。对已形成的塌陷坑，采用粘土、水泥砂浆或其它材料回填，防止降水或地表水渗入；

（2）对于河床附近的塌陷，除进行回填封口外，还应根据具体条件将河流改道，防止地表水由于塌陷而流人地下；

（3）在塌陷周围修建围堤，防止地表水通过塌陷坑灌入井下；

（4）及时排除塌陷坑内的积水，保持疏干状态，防止再度潜蚀致塌；

（5）对浅部石灰岩含水层进行帷幕注浆，截断进入塌陷区的迳流通道；

（6）如因真空吸蚀作用引起的塌陷，可采用自然充气法，即打通气孔消除岩溶真空地质环境，防止真空吸蚀作用的产生；

（7）加强对塌陷的管理与观测，调查塌陷产生的时间、地点、规模、地层层位、危害及其发展速度等，为处理塌陷设计和施工提供依据。

4结语

总之，在矿山建设和生产过程中，常常会出现一些如地下水、潜蚀、流砂、滑坡、井巷工程变形及矿山地表塌陷等地质问题。这些现象的发生，给矿山建设和生产带来危害。为保证矿山建设和生产的顺利进行，有必要对上述工程地质现象进行研究，以便提出切实可行的防治措施。

参考文献：

[1]李冬青.深井硬岩大规模开采理论与技术：冬瓜山铜矿床开采研究与实践[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[2]周先军.矿山地质勘查与勘查灾害防治[J].中国高新技术企业，2010（12）