EN

欢迎来到山东省地矿物资总公司官方网站!

中文

热线电话:
0531-88942766

>
新闻详情

矿山地质灾害原因及防治措施

【摘要】:
矿山是人类工程活动对地质环境影响最为强烈的场所之一。但因大规模采矿活动而使矿区自然地质环境发生变化,产生影响人类正常生活和生产的灾害性地质作用或现象,本文以采空区塌陷、岩爆、滑坡、煤与瓦斯突出、泥石流、水土流失、崩塌、瓦斯爆炸、煤层自燃等矿山地质灾害为例分析了其形成原因并针对性的提出了其防治措施。

    地质环境是人类赖以生存的物质基础,其一旦遭到破坏将会给人民生命财产安全带来巨大损失,随着煤炭资源的不合理开采乃至掠夺性开采而带来的地质环境的破坏尤其是其产生的矿山地质灾害是地质灾害的重要组成部分,目前国内采矿技术设备相对落后,在矿山开采过程中引发了系列的矿区地质灾害和地质环境问题,主要有塌陷、滑坡、崩塌、泥石流以及水土流失等,导致国内许多地域在地质环境方面面临严峻挑战,也使矿区的居民的生活环境遭到破坏和给他们的生活安全带来威胁。因此,对矿山地质灾害进行分析并采取必要的有效的防治措施显得尤为重要。
 

1 采空区塌陷

1.1 采空区塌陷及其成因
采矿过程中采用空场法、留矿法以及崩落法往往在井下形成巨大的采空区和崩落空区,当其达到一定规模则会产生大面积塌陷,造成灾害。塌陷坑一般呈椭圆或近圆形,面积略大于采空范围,深度自内向外逐渐变小,尤其是在矿藏埋深较浅,其松散覆盖厚度比例大,矿层覆岩强度低,厚度比例小,延性组合复杂的地质情况下,当底层矿藏被开采后,采空区顶板岩层在自身重力和覆盖岩层及建筑物等的压力作用下会产生向下的弯曲和移动,而当顶板岩层内部产生的拉长应力超过其极限强度时则顶板会发生断裂,其上层覆盖岩层相继会向下弯曲、移动,直至发生断裂以及离层等现象,最终波及到地表而形成盆地类型的塌陷坑。

1.2 采空区塌陷防治措施

1. 充填复垦法:该方法是治理矿区采空区塌陷的常用的防治措施。利用矿区附近的煤矸石粉煤灰以及露天矿剥离物等可以利用的充填材料对塌陷部位进行充填,采用该冲方法应具备足够的充填材料并且其填充材料应无污染,才能实现既能解决塌陷部位的复垦问题又能解决矿山固体废物处理的问题,其经济效益非常好。

2. 崩落法:利用深孔爆破的方法将采空区围岩崩落,填充采空区。

3. 支撑法:以矿柱或支架等支撑采空区,防止其发生危险变形。

4. 封闭法:封闭不影响主矿体开采、主矿道的小采空区。

2 岩爆

2.1岩爆及其成因
岩爆又称冲击地压,是指承受强大地压的脆性煤、矿体或岩体,在其极限平衡状态下受到破坏时向自由空间突然释放能量的动力现象,是一种采矿或隧道开挖活动诱发的地震。在煤矿、金属矿和各种人工隧道中均有发生。

2.2岩爆的预测及其防治

⑴岩爆的监测预报:在实验室内测量煤岩或岩块的力学参数,依据弹性变形能量指数判断岩爆的发生几率和危险程度;现场观测:通过观测声响、震动,在掘进面上钻进时观察测量钻屑数量等进行预测预报。

⑵预测预报方法:钻屑法或岩心饼化法、地球物理法、位移测试法、水分法、温度变化法、统计法、地震波预测法、声发射(A-E)法。
设计阶段的防治对策:洞轴线的选择、洞室断面形状选择

⑶施工阶段策:超前应力解除法、喷水或钻孔注水促进围岩软化、选择合适的开挖方式、减少岩体暴露的时间和面积、岩爆发生的处理措施。

   合理选择围岩的支护加固措施:喷混凝土或钢纤维喷混凝土加固、钢筋网喷混凝土加固、周边锚杆加固、格栅钢架加固、必要时可采取超前支护。

3滑坡

3.1 滑坡及其成因

滑坡是岩土体自重、构造力、渗透力等综合结果,指位于斜坡的岩土体在重力以及水等外力作用下沿某一结构软弱面发生位移的一种不良地质现象。在边坡开挖前岩土体内部处于相对平衡状态,当开挖进行过程中岩体面临采场的一侧出现临空状态,导致该方向失去支撑力,岩体内部应力场会不断进行调整与变化,最终会导致在坡脚和坡顶附近出现应力集中区域,当该处应力超过其强度时则会导致岩体破坏形成滑坡。

3.2 滑坡防治措施

减轻或消除水的危害。可以将工作面做成2%的反坡以防止雨水汇集冲刷,在其顶部设置截洪沟和排水沟以及时将地表水通过排水沟等排出,并应保证排洪沟畅通;改变滑坡体外形,采取降低边坡滑坡区域分层高度和增加分层个数等措施,并适当设置安全平台,放缓坡脚,使其坡脚小于渣土自然堆积角以及降低堆积高度等措施;支挡、锚固。通过对滑坡进行支挡、锚固等措施以对边坡加固来改变滑体外形以及疏排地表、地下水等措施,对危险性较高的坡体应尽量采用降低边坡高度和放缓坡脚、消坡减载等措施来实现永久性改变边坡岩土体内应力状态。

4 煤与瓦斯突出

4.1煤与瓦斯突出及形成原因

在煤矿地下开采过程中,从煤(岩石)壁向采掘工作面瞬间突然喷出大量煤(岩)粉和瓦斯(CH?, CO?)的现象,称为煤与瓦斯突出。大量承压状态下的瓦斯从煤或围岩裂缝中高速喷出的现象称为瓦斯突出。煤与瓦斯突出是地应力和瓦斯气体体积膨胀力联合作用的结果,通常以地应力为主,瓦斯气体为辅。煤与瓦斯突出的基本特征是固体煤块(煤)在瓦斯气流作用下发生远距离快速运移,煤、碎块和粉尘呈现分选性堆积,颗粒越小被抛得越远。特点:瓦斯扩散速度大、湿度小,煤的力学强度低且变化大、透气性差。

4.2煤与瓦斯突出的防治措施

⑴首先开采没有突出危险或突出危险性较小的煤层。
⑵在有突出危险的煤层内均匀布置钻孔并预先抽放一定时间的瓦斯以降低瓦斯压力与瓦斯含量,并使地应力下降、煤层强度增加。
⑶在工作面前方一定距离的煤体内,超前钻探一定数量的大口径钻孔,使煤层内的瓦斯得以提前释放。
⑷利用封堵、引排、抽放等综合方法处理洞穴内积存的瓦斯。
⑸为防止煤与瓦斯突出造成严重危害,必须加强煤层顶板管理和地应力监测,加强职工安全教育。

5 泥石流

5.1 泥石流及形成原因
在矿山开采过程中产生的大量的松散碎屑堆积物为形成泥石流提供了丰富的物质资源。矿山开采过程中产生的堆积物能否发生位移取决于斜坡上物体的静力平衡是否被破坏,当堆积物堆积于斜坡上时其自重会向下产生垂直于坡面的正压力和沿斜坡向下运动的分离及下滑起动力,因堆积物与坡面间产生阻止滑动产生的摩擦力及抗剪强度,及人们常说的临界起动力,当该起动力小于临界起动力时则堆积物处于稳定状态,当其超过临界起动力时则极限平衡被破坏堆积物会沿坡面向下滑动,尤其是在暴雨的作用下则会形成泥石流。

5.2 泥石流防治措施

矿山泥石流现象的防治应以拦挡为主,并以排泄疏导为辅,根据地质条件在容易发生泥石流的区域修筑拦截坝以对该区域范围内的松散物质进行封固,同时应在合理位置修建沟渠,以便在一旦发生泥石流时能将泥石流及时流畅的排出。对废石、渣土剥离等开挖过程中形成的不同岩土体区别对待,将坚硬的部分置于底部,松散的部分置于表层。

6 水土流失

6.1 水土流失及形成原因
水利侵蚀:在矿山开采过程中形成的松散堆积物结构疏松、空隙度较高,其在水流的动力作用下当其颗粒质量不足以抵抗水流运动时则会发生位移而导致水土流失;重力侵蚀。在矿山开采过程中随着开采时间延长其原有地形地貌会发生变化而导致内部原有平衡被破坏,当发生山坡土体休止角增大时则原来的平衡支撑将会失去,或当弃渣堆积过高时尤其是当其遇到雨水渗入则会加重堆积物自重或在堆积体上方形成滑坡面,这些都为水土流失提供了有利条件。

6.2 水土流失防治措施

在矿山水土流失治理过程中保持水土林草措施是关键措施,其主要要建立起能够水蚀、防风蚀的综合防护体系,一般所采用的水土保持植被包括林草、经济林、防护林等其既可以防止水土流失同时也能在一定程度上固结岩土体。

7 崩塌

7.1 崩塌及其成因

发生崩塌的位置一般在开采终了台阶和高陡边坡,其一般以泥夹石、风化断裂破碎以及失稳孤石等形式发生,并且其存在突然性和不宜观察的特点。从地质角度分析崩塌一般发生在断裂破碎带、软弱结构面或高陡危崖上的突出部位,由于该类地段岩体的稳定性差,其在风雨侵蚀以及岩土体自重的作用下最终导致边坡发生崩塌现象而引起地质灾害。

7.2 崩塌的防治措施

降低台阶高度:在存在大量的风化破碎或软结构面的地段应采用降低高度或放缓边坡的措施来减轻其自重,大量数据表明台阶高度为8m左右效果最为理想;拦截滚石:对于经常发生滚石的地段,在设置安全警戒标志的同时应在坡脚处设置拦截构筑物,一般在距离坡脚一定距离处倾倒生产剥离物来组织滚石和渣土,在开采终了水平进行爆破作业时应采用边坡预裂爆破和逐孔降震控制爆破技术等措施来减弱爆破对边坡的破坏等措施。

8 环境地质问题

8.1 环境地质问题成因

矿山开采过程中要占用及破坏大面积的土地资源,直接影响地表生态环境和地貌景观,平原地区一般开采粘土矿和砂石矿需占用耕地和草地,山区开采的多种金属矿藏则除占用耕地外还需占用林地,因此不合理的开发利用矿产资源会对土地资源、森林资源和旅游资源形成长期的负面效应,矿山开采过程中产生的废石、废渣及废水等,除占用和破坏土地及森林资源外,其不合理堆放极易引起环境地质问题,如煤矸石自燃将释放大量有害气体影响周围大气质量;矿区内各种废水任意排放会对矿区本来就较为缺乏的地下水资源和地表水构成严重威胁等。

8.2 环境灾害治理措施

林草措施是水土保持的关键措施,主要通过建立防水蚀、风蚀的综合防护体系,通过建设林草、经济林、防护林及薪炭林等水土保持植被来固结矿山土壤,有效防止水土流失;在矿区主井和凤井口上方采取支护和防水措施以避免井口坍塌和地表水向井下返流;对废弃矿渣和松散填土按规定处理,避免露天任意堆积而引发系列环境灾害等措施。

9瓦斯爆炸

9.1瓦斯爆炸及其成因

瓦斯爆炸:瓦斯突出后,若遇有燃火点则极易发生瓦斯爆炸产生的高温高压,促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击,造成人员伤亡,破坏巷道和器材设施,扬起大量煤尘并使之参与爆炸,产生更大的破坏力。另外,爆炸后生成大量的有害气体,造成人员中毒死亡。瓦斯主要成分是烷烃,其中甲烷占绝大多数,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气,以及微量的惰性气体,如氦和氩等。瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期,纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中,在成煤的同时,由于物理和化学作用,继续生成瓦斯。

9.2瓦斯爆炸的条件

⑴瓦斯爆炸有一定的浓度范围,我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为

⑵瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为5%~16%瓦斯的引火温度,即点燃瓦斯的最低温度。一般认为,瓦斯的引火温度为650℃~750℃。

⑶实践证明,空气中的氧气浓度降低时,瓦斯爆炸界限随之缩小,当氧气浓度减少到12%以下时,瓦斯混合气体即失去爆炸性。

9.3瓦斯爆炸的防治措施

1. 防止瓦斯积聚的措施

① 加强通风,使瓦斯浓度降低到《煤矿安全规程》规定的浓度以下,即采掘工作面的进风风流中不超过0.5%,回风风流不超过1%,矿井总回风流中不超过0.75%。

② 加强检查工作,及时检查各用风地点的通风状况和瓦斯浓度,查明隐患进行处理,是日常进行瓦斯管理的重要内容。我国20世纪80年代所用的甲烷检查仪器有:光学甲烷检定器、热放式甲烷检定器、甲烷警报器和甲烷遥测警报仪等。90年代以后使用比较先进的TX系列智能便携式气体监测仪和遥测仪器等。

③ 对瓦斯含量大的煤层,进行瓦斯抽放,降低煤层及采空区的瓦斯涌出量。

2. 防止瓦斯引燃的措施

① 井口房、瓦斯抽放站及主要通风机房周围20m内禁止使用明火。

② 瓦斯矿井要使用安全照明灯,井下禁止打开矿灯,禁止携带烟草及点火工具下井。

③ 严格管理井下火区。

④ 严格执行放炮制度。

⑤ 严格掘进工作面的局部通风机管理工作,局部通风机要设有风电闭锁装置。

⑥ 瓦斯矿井的电气设备要符合《煤矿安全规程》关于防爆性能的规定。

⑦ 随采矿机械化程度的提高,防止机械摩擦火花引燃瓦斯显得日益重要。煤矿井下由于摩擦火花而引起的瓦斯爆炸事故占有相当的比例,因此不少国家对这个问题进行了研究,并提出,在摩擦部件的金属表面溶敷一层活性小的金属(如铬),使形成的摩擦火花不能引燃瓦斯;在铝合金的表面涂各种涂料,以防止摩擦火花的发生和金属中加入少量的铍,降低摩擦火花的点燃性等。

10煤层自燃

10.1煤层自燃及其成因

暴露在空气中的煤,由于氧化放热导致温度逐渐升高,至70~80℃以后温度升高速度骤然加快,当达到煤的着火点(300~350℃)时,引起燃烧,这种现象称为煤层自燃煤(尤其是煤化程度低的煤)在储存时与空气接触发生氧化,并放出热量,煤层温度升高,氧化作用愈加剧烈,最终发展成燃烧的现象。

10.2煤层自燃的危害

煤层自燃会产生大量的有毒有害的的气体污染大气,而且煤的自然易诱发火灾给矿区造成巨大的经济损失和人员伤亡。

10.3煤层自燃的防治措施

⑴均压通风控制漏风供氧。均压通风是控制煤层开采中采空区等漏风的有效措施。首先,要在保证冲淡CH4,风速,气温和人均风量的要求下,全面施行区域性均压通风,其调压措施包括单项调压和多项措施联合调压,具体实施中的形成的工作面均压逐步扩大到

⑵邻近工作面采空区的区域性均压。

喷浆堵漏钻孔灌浆。对煤层开采中的可疑地点或已出现隐患地点进行全封闭喷浆和打浅密集钻孔注浆,是防止自然发火的2个有效措施。

⑶注凝胶防灭火。采用注凝胶技术处理高温点或自然发火是煤层开采中防灭火的重点措施,其方法是将凝胶注入高温点或火点的周围煤体中,其作用是既可以封堵漏风通道,又可以吸热降温。

结语

国内矿山数目众多且其分布广泛,在加上某些矿区技术、设备以及管理等相对落后而造成了矿山灾害频发,给社会稳定及人民的生命及财产安全都带来的严重的威胁。因此,对矿山资源进行合理有效的利用,在开采过程中加强信息化监测与管理并能准确的预报预测矿山地质灾害,加强对灾害的治理,才能保证实现煤炭安全生产和可持续发展体现了工作中的以人为本。