水工环地质技术在矿山地质灾害防治中的应用

水工环地质技术在矿山地质灾害防治中的应用

安卓，管方凯，郭毓佳

山东省煤田地质局第三勘探队，山东省泰安市，271000

摘要：水工环地质技术在矿山地质灾害防治中发挥着至关重要的作用。通过综合应用地质勘探、水文地质调查、环境监测等手段，该项技术的科学合理应用，能够准确评估矿山地质灾害风险，有效监测预警潜在灾害，为矿山地质灾害的科学防治提供坚实的技术支撑。

关键词：水工环地质技术；矿山地质灾害；风险评估；监测预警；防治

1.矿山地质灾害的主要类型

矿山地质灾害，是指在矿山开采过程中，由于地质条件、人为因素或自然现象的相互作用，导致矿山及其周边地区发生的地质异常变化，进而对矿山生产、人员安全及生态环境造成威胁或损害的现象。

根据矿山地质灾害类型不同，可将其分为以下几类：

表1  矿山地质灾害主要类型及描述

2.地质灾害的成因分析

• 地面塌陷成因：地下采空区不断扩大，导致上方岩层失去支撑，加之地下水侵蚀和地表荷载作用，最终发生塌陷。
• 山体滑坡成因：地形坡度大、岩土体结构松散、降雨量大且持续时间长等因素，导致山体稳定性降低，发生滑坡。
• 泥石流成因：降雨激发下，松散堆积物与水流混合形成泥石流，其发生与地形、降雨强度、植被覆盖等因素密切相关。
• 矿井突水成因：地下含水层与采空区连通、断层导水性强、开采过程中破坏隔水层等因素，导致矿井突然涌水。
• 矿井冒顶、片帮、岩爆成因：地下开采过程中，岩石应力状态发生变化，当应力超过岩石强度时，顶板、侧壁岩石发生垮落或爆裂。

矿山地质灾害不仅严重威胁矿山生产安全，导致停产、设备损坏、人员伤亡等严重后果，还对周边生态环境造成长期破坏。地面塌陷破坏地表植被，影响土地利用；山体滑坡和泥石流堵塞河道，破坏水系平衡；矿井突水污染地下水，影响饮用水安全[1]。因此，加强矿山地质灾害防治，对于保障矿山生产安全、保护生态环境具有重要意义。

3.水工环地质技术在矿山地质灾害预防中的应用

3.1地质灾害风险评估

在矿山地质灾害预防中，利用水工环地质技术进行地质灾害危险性评估，能够科学、系统地识别矿山区域潜在的地质灾害风险，为制定有效的防灾减灾策略提供重要依据。

具体而言，地质灾害风险评估需综合考量矿山区域的地质构造、地形地貌、水文地质条件、岩土体性质以及人类活动等多种因素。通过运用水工环地质技术，如地质勘探、水文地质调查、遥感监测等手段，可以详细查明矿山区域的地质背景，掌握地下水的分布与运移规律，了解岩土体的物理力学性质及其稳定性状态。在此基础上，结合历史灾害资料、气象水文数据以及数值模拟分析等方法，对矿山区域可能发生的地质灾害类型、规模、频率及潜在危害程度进行预测和评估。

评估过程中，需特别注意对矿山开采活动可能引发的地质灾害进行重点分析，如地下采空区可能导致的地面塌陷、山体滑坡等灾害，以及矿井突水、冒顶、片帮等井下灾害[2]。通过科学评估，可以明确矿山区域的地质灾害风险等级，为后续的监测预警、工程治理及应急响应等工作提供有力支撑。同时，根据评估结果，还可以针对性地制定防灾减灾措施，如优化开采方案、加强支护措施、完善排水系统等，以有效降低地质灾害的发生概率和危害程度。

3.2风险评估模型和方法

在矿山地质灾害防治中，风险评估模型和方法是水工环地质技术的重要应用之一。这些模型结合了地质、水文、环境等多方面的数据，通过数学和统计学方法，对矿山地质灾害的风险进行量化评估，为决策者提供科学依据。

首先，需进行风险因素与权重分析。这些因素包括地层岩性、地质构造、坡度、降雨情况以及人类工程活动等。每个风险因素都根据其潜在影响程度被赋予了一个评分范围（1到10分），其中10分代表最高风险[3]。同时，每个风险因素还被分配了一个权重，反映了该因素在总风险中的相对重要性。

在实际应用中，可以根据矿山区域的具体情况，对每个风险因素进行评分。例如，如果某地区地层岩性复杂，易于发生滑坡等地质灾害，则地层岩性的评分可能较高；如果该地区地质构造稳定，则地质构造的评分可能较低。同样地，降雨情况、坡度以及人类工程活动等也需要根据实际情况进行评分。之后，利用风险评估公式进行计算，如式（1）。

       （1）

其中，R代表地质灾害的总风险指数；是第i个风险因素的评分；是与第i个风险因素相关联的权重；Σ表示求和运算。

假设某地区地层岩性评分是8，地质构造评分是6，坡度评分是5，降雨情况评分是7，人类工程活动评分是4。将这些评分与对应的权重相乘，得到加权评分，然后将所有加权评分相加，即可得到总风险指数。具体计算过程如下：

R = (8 * 0.3) + (6 * 0.2) + (5 * 0.15) + (7 * 0.2) + (4 * 0.15) = 2.4 + 1.2 + 0.75 + 1.4 + 0.6 = 6.35

这个总风险指数（6.35）反映了该地区地质灾害的潜在风险水平。决策者可以根据这个指数，采取如加强监测预警、优化开采方案、加强支护措施等相应的预防措施，以降低地质灾害的发生概率和危害程度。

3.3地质灾害监测预警

水工环地质监测技术的应用主要体现在对矿山区域地质构造、水文地质条件、岩土体稳定性以及人类工程活动等因素的持续监测上。利用遥感技术、地质雷达、地下水监测井等多种手段，可以实时获取矿山区域的地质信息，为预警系统提供数据支撑。

预警系统的建立与运作则依赖于科学的监测项目和预警阈值设定，预警阈值的设定是基于历史灾害数据、地质条件分析以及专家经验判断，旨在确保预警系统能够在灾害发生前发出准确、可靠的预警信号。预警等级划分与响应措施是预警系统的重要组成部分。根据监测数据的变化情况，可以将预警等级划分为不同级别，如蓝色预警（低风险）、黄色预警（中风险）、橙色预警（高风险）和红色预警（极高风险）。不同预警等级对应不同的响应措施，如蓝色预警时加强日常巡查，黄色预警时启动应急预案，橙色预警时组织人员撤离，红色预警时则实施紧急救援和灾害控制[4]。预警系统的运作流程包括数据采集、数据分析、预警信息发布以及响应措施执行等环节。通过实时监测和数据分析，预警系统可以及时发现异常变化，并根据预警等级自动或人工发布预警信息。同时，预警系统还需要与矿山企业的应急管理体系相衔接，确保在灾害发生时能够迅速启动响应措施，有效控制灾害发展，保障人员安全和财产安全。

结语：

综上，水工环地质技术在矿山地质灾害防治中的应用具有显著优势，不仅能够提高灾害预测的准确性和时效性，还能为灾害防治决策提供科学依据。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，水工环地质技术将在矿山地质灾害防治领域发挥更加重要的作用，为保障矿山安全生产和生态环境安全作出更大贡献。

参考文献：

[1]赵龙刚. 基于水工环地质技术的矿山地质灾害防治[J]. 世界有色金属, 2023, (05): 166-168.

[2]张龙生. 水工环地质技术在矿山地质灾害防治中的应用分析[J]. 世界有色金属, 2023, (04): 205-207.

[3]梁洪成. 水工环地质勘查技术在矿山地质灾害防治中的应用[J]. 世界有色金属, 2022, (24): 217-219.

[4]魏名旺. 矿山地质灾害防治过程中对水工环地质技术的探究[J]. 世界有色金属, 2022, (22): 216-218.