浅析井下泥石流的危害和防治.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date浅析井下泥石流的危害和防治浅析井下泥石流的形成和危害目 录1 前 言22 井下泥石流的形成及影响因素分析321井下泥石流及其特点322地表泾流水和洪水的影响因素分析423地下水的影响因素分析524地表第四系粘土类物质的影响因素分析725泥石流通道的影响因素分析93 泥石流形成的矿山类型和危害1031露天转井下或地表有积水坑的矿山1032岩溶非常发育并且溶洞中有大量淤泥

2、充填的矿山1133矿石本身就是含泥土很多的矿山1134地表含有大量的第四系粘土类物质的矿山124 井下泥石流预防和处理1241对地表泾流和洪水进行疏导1242对地下水进行防治1443清理地表第四系粘土类物质1444对露天凹陷坑进行回填1545井下泥石流的防范与处理165 结束语18浅析井下泥石流的危害和防治万相宗（铜陵县牛山矿业有限责任公司）摘要：本文从井下泥石流的成因和特点出发，指出井下泥石流的产生需要同时具备三个缺一不可要素。通过对形成井下泥石流的各个因素进行分析，结合各种矿山的实际，探讨容易形成泥石流的矿山类型和危害。最后提出防治井下泥石流的措施。关键词 井下泥石流 三要素 矿山类型 防

3、治措施1 前 言在诸多的采矿方法中，崩落法采矿方法是一种生产能力大、成本低、适用广泛并且比较成熟的采矿方法，在全世界各大中小型矿山中被广泛应用。但是在我国，目前运用崩落采矿法开采的地下矿山还是中小型矿山的开采为主。由于各个矿山的地质条件和开采条件各不相同。分段崩落法便派生出许多分枝，如有底柱、无底柱、小分段等等采矿方法。崩落法是允许地表陷落的采矿方法，开采顺序一般是按中段从上而下进行。所以地表不管是山坡地形还是平缓地形，在地表移动带范围内都会慢慢陷陷落，最终会形成一个露天凹陷坑（如图1）。长期实践表明，地表泥土或水流对井下矿床开采有很大的影响。如果矿体地表含有大量的第四系粘土类物质，地表塌陷后

4、这类物质在雨季可能会直接导致井下泥石流的产生，威胁井下作业人员的人身和财产安全。为了防止地表泥土和水流在地表陷落时淤积在露天凹陷坑形成桨状混合物，最终可能形成井下泥石流给井下造成危害。在开采前期，矿山应该对地表移动带范围的地表做一些处理，在井下开采的过程中做好针对井下泥石流的各种安全防范措施，可以有效地防止矿山井下泥石流灾害的发生。2 井下泥石流的形成及影响因素分析21井下泥石流及其特点井下泥石流是指在大气降水或地表泾流水与地表或井下松散的矿、岩、泥土混合后，形成有一定饱和度且具有流动性的矿、岩、泥、水的浆状或半浆状混合物。该混合物在沿地下溶岩通道、矿岩通道或大裂隙突然涌出，产生的一种夹带大量

5、矿、岩、泥等固体物质的特殊流体。井下泥石流的形成必须具备三个条件（三要素）：松散的物源（矿、岩、泥土）、一定量的水源和一条可以让泥石流通过的通道。井下泥石流具有突发性、速度快、总土石方量大的特点。如果泥石流发生时还有大量的水源供给，将形成透水或超级泥石流的灾害。22地表泾流水和洪水的影响因素分析根据井下泥石流的形成的三要素可知，井下泥石流的形成必须有一定量的水的供给。而地表水的直接来源是大气降水。地球表面每年有577000km3的水通过蒸发进入大气，再通过降水返回到地表，大气降水一部分渗入地下，成为地下水的来源；而另一部分则通过地表泾流汇入江河湖海。在雨季，大面积的地表泾流汇集到一起，将形成洪

6、水，再由洪水汇集引发洪涝灾害。我国的洪灾具有如下特点：季节性、规律性、普遍性、区域性、破坏性。洪水所到之处，房屋倒塌，工业设施受损，人员遭受淹没之苦，城市积水不退，甚至长至数月。我国历史上的特大洪水造成的灾难触目惊心，例如1991年和1998年的特大洪水，受灾人口过亿，数十个城市泡在水中，交通瘫痪，供电及电讯中断，饮用水污染，死亡近千人，直接经济损失数百亿，间接经济损失数千亿。而对于一个运用崩落法开采的矿山而言，地表洪水或泾流水流入陷落区，与陷落区内的泥、碎石等一起混合而达到饱和状态。如果这时井下作业又形成了直通地表的潜在通道，这些泥石流混合体的巨大压力有可能会冲破这个潜在通道的阻力直接涌入井

7、下，给井下带来泥石流灾害（如图2）。23地下水的影响因素分析地下水主要是大气降水和地表水的渗入而形成的。地下水通过地下岩溶、裂隙和地下暗河互相沟通，形成地下水系。矿山井下的水泵用电为一级负荷用电，说明地下水对井下作业环境的影响是很大的。井下的突发涌水恰恰是造成井下泥石流和透水事故的罪魁祸首。井下的突发涌水与地下的水系有关，井下大的溶洞和暗河内可能存在有大量的泥沙。这些泥沙在井下作业的过程中，可能会因为震动而发生流动聚集，形成泥石流混合体。如果矿山的矿床水文地质工作做的不详细，矿床内水系复杂。井下巷道在掘进的过程中如果与这种不明水系沟通，将可能导致突发涌水或泥石流，而给矿山造成很大的危害。如铜陵

8、某矿业公司（如图3）2007年发生的透水淹井事故，当时井下-260米作业时，打通了地下河的隔离墙。地下河里的水和泥沙直入井下，水位一直上升至-110m中段以上，将-110m中段的井下高压变电所淹没。矿山总投入近千万，耗时一年多才将井下恢复。井下清淤时遇到有大量的细砂，细砂中有很浓的黄药味。后来才知道该地下河和离矿山约几公里远的某选厂尾砂库有水力联系。在井下采场等作业地点，在矿体回采时含泥的矿体（如含泥的褐铁矿体）在雨季会很容易地产生无预兆的滑落。在崩落采矿法下开采这种矿体时，如果采场出现小空区或将漏斗出空时，这种大面积冒落的矿体会给予采场下部的出矿地点带来很大的冲击。当这种含泥的矿体在作业过程

9、中下落的不可预见性增大时，既不利于采场的顶板管理，也对井下作业人员存在较大的安全威胁，危害性极大（如图4）。24地表第四系粘土类物质的影响因素分析如果矿体地表含有大量的第四系粘土类物质，这类物质不经过处理，地表塌陷后这类物质在雨季可能会直接导致井下泥石流的产生，威胁井下作业人员的人身和财产安全。由于崩落法是允许地表陷落的采矿方法，开采顺序一般是按中段从上而下进行。在矿体不断向下开采的过程中，地表岩层的张应力会越来越大。在这种张应力的作用下，地表岩层会被拉断，形成很多裂缝。地表会慢慢向出矿中心区域凹陷、坍塌，地表断裂线上的裂缝会使地表凹陷呈阶梯状分布（如图5），坑底并可能伴有积水现象。这种凹陷的

10、深度和范围也会随着开采深度的增大而越来越大。对地表的露天凹陷坑不进行回填的情况下，在雨天，地表的泥土会随着雨水流入裂缝，和这些破碎的围岩混合在一起。在露天凹陷坑相对稳定期，这些碎石和泥的混合体慢慢地下沉阻隔地表水的进一步渗入地下，而在露天凹陷坑底部则形成水洼。长时间的稳定会使这种水洼下的泥浆隔水层越积越厚，水洼里的水也越来越多。当在露天凹陷坑下的采场进行下一个作业循环时，采场内的矿石被开采出来，采场上方覆盖岩层的下降会破坏露天凹陷坑底部的隔水层，使隔水层出现裂缝。如果这时采场出现一个大的裂缝直通坑底，这些碎石和泥的混合体会跟着水流在顷刻间倾泻而下，形成泥石流直达采场（如图6）。在对地表的露天凹

11、陷坑进行回填的情形下，基本上也会出现如上所述的情况。只不过形成的不是水洼，而是饱和的碎石、泥土和水的混合体。这种情况在地表用肉眼看不出来，但是其危害也是不言而喻的（如图6）。25泥石流通道的影响因素分析泥石流通道是指井下泥石流到达井下巷道和采矿场等作业场所的通道。它的形成大致有二种原因：第一种原因是地下固有的，如岩溶通道，它是因地下水对岩石的溶蚀作用而产生。如某矿山（图7），岩溶通道带来的部分不溶性颗粒物在形成沉积物。在矿山开拓和后期开采的过程中，巷道和采场有可能和这种岩溶通道贯通，形成透水和井下泥石流灾害。前面提到的铜陵某矿业公司2007年发生的淹井事故就是这种情况。第二种原因是通过井下采矿

12、作业后形成的矿岩通道或崩落顶板围岩导致地表塌陷而产生的大裂隙（如图6）。尽管二种原因都能形成泥石流通道，而且井下泥石流的发生都与井下作业活动有关。但是第一种原因形成的泥石流通道造成泥石流灾害在很大程度上是因为矿山水文地质工作没有做细做到位。第二种情况却是因为矿山井下安全管理工作有关。3 泥石流形成的矿山类型和危害采用崩落采矿法的矿山，井下泥石流的形成大致可分为四种类型：第一种类型是露天转井下或地表有积水坑的矿山。第二种类型是岩溶非常发育并且溶洞中有大量淤泥充填的矿山。第三种类型是矿石本身就是含泥土很多的矿山。第四种类型是地表含有大量的第四系粘土类物质矿山。31露天转井下或地表有积水坑的矿山这一

13、类型的矿山，由于在露天转井下之前没有对露天坑进行处理，底部有的形成了水塘，周围雨水长期流入，导致露天坑底淤积了大量的淤泥。随着井下开采的深入，泥水会顺着大裂隙迅速灌入井下，形成超级泥石流。如2011年7月10，位于山东省潍坊市峡山生态经济发展区岞山镇戴家官庄村的正东矿业有限公司发生井下透水事故，事发时水裹挟着石头、矿渣和大量泥沙涌入矿井，估计有两三万立方米，形成了超级泥石流。事故发生时井下有31人现场作业，后有7人安全升井，24人遇难。有的矿山对露天坑采用露天剥离的废石进行了回填处理，没有清淤，并且回填的废石中含有大量的泥土。时间长了以后，很细的淤泥慢慢渗入地下，在回填废石与原露天坑底形成了一

14、个隔水层。这个隔水层会阻止地表水进一步下渗，使回填废石底部含水长期处于饱和状态。一旦井下作业活动使露天坑底失稳或出现泥石流涌入通道，也将会形成井下泥石流。如2012年3月10日铜陵县联鑫矿业有限责任公司(年产5万吨，证照齐全)筲箕涝铁矿井下东3号采场负20米中段平巷回采过程中突发局部顶板冒落，泥石流堵塞巷道40余米，现场作业的4名矿工被困。后经全力抢险，被困矿工全部获救。此事件尽管没有造成人员伤亡，但导致该矿长时间停产，损失严重。32岩溶非常发育并且溶洞中有大量淤泥充填的矿山这一类型的矿山，泥石流出现的机率一般比较小。因为矿山只要做好水文地质工作，对地下水做好有效的管理，并在井下及时发现有透水

15、征兆时采用 “有疑必探”的井下防排水原则，基本上可以有效地防止泥石流灾害的发生。如前面介绍的铜陵某矿业公司（如图3）2007年发生的透水淹井事故，便是一例。33矿石本身就是含泥土很多的矿山这一类型的矿山在小型矿体中较为多见。如铜陵县牛山矿业虎山硫铁矿3#矿体，矿石为充填型褐铁矿，含大量的泥土。该矿体是运用自然崩落法采矿方法开采（如图4、图6中的情形），泥石流频发。所幸该矿管理得当，职工有较强的安全防范意识，泥石流均发生在可控范围内，未对井下安全和生产造成大的影响。34地表含有大量的第四系粘土类物质的矿山这一类型的矿山有的在山地之下，也有的就在农田之下。崩落法开采在地表陷落后，会在地表形成一个环

16、形移动带，在环形移动带内一旦出现大的裂隙或通道，在雨天会地表泥土会随着泾流涌入井下而形成井下泥石流。崩落采矿法情况下涌入井下的泥石流不仅会对井下造成安全隐患，而且泥石流还会导致采场“包饺子”现象的出现，使井下无矿可出。如铜陵县包村金矿，2002年5月在井下-64m中段北1号采场，井下崩落矿石时对露天底部岩层造成了破坏，出现了一条大裂隙。露天的碎石和烂泥从这条裂隙涌入1号采场，形成泥石流并覆盖在矿石之上，直达无底柱出矿的出矿巷道。这之后，出矿巷一边清理泥石流，一边采场上方的泥石流不断补充，最终北1号采场无矿可出而报废。4 井下泥石流预防和处理综上所述，井下泥石流的预防和处理工作应从如下几个方面入

17、手：41对地表泾流和洪水进行疏导在地表陷落区外围修筑防洪沟、渠，将地表陷落区以外的地表泾流水和雨季洪水导出矿区。金属非金属矿山安全规程（GB16423-2006）中规定：存在水害的矿山企业，建设前应进行专门的勘察和防治水设计。水害严重的矿山企业，应成立防治水专门机构，每年雨季前，应由主管矿长组织一次防水检查，并编制防水计划。工程应在雨季前竣工。矿井(竖井、斜井、平硐等)井口的标高，应高于当地历史最高洪水位1m以上。矿区及其附近的积水或雨水有可能侵入井下时，应根据具体情况，采取下列措施： 容易积水的地点，应修筑泄水沟；泄水沟应避开矿层露头、裂缝和透水岩层；不能修筑沟渠时，可用泥土填平压实；范围太

18、大无法填平时，可安装水泵排水； 矿区受河流、洪水威胁时，应修筑防水堤坝；河流穿过矿区的，应采用留保安矿柱或充填法采矿的方法保护河床不塌陷，或将河流改道至开采影响范围以外； 漏水的沟渠和河流，应及时防水、堵水或改道； 排到地面的井下水及地表集中排水，应引出矿区； 雨季应设专人检查矿区防洪情况； 地面塌陷、裂缝区的周围，应设截水沟或挡水围堤； 不应往塌陷区引水；有用的钻孔，应妥善封盖。报废的竖井、斜井、探矿井、钻孔和平硐等，应封闭，并在周围挖掘排水沟，防止地表水进入地下采区；影响矿区安全的落水洞、岩溶漏斗、溶洞等，均应严密封闭。42对地下水进行防治地下矿山应该请专业地质水文单位对矿山地下矿体周边做

19、好水文地质工作，出具矿山水文地质报告，作为矿山施工期间对地下水进行管理的依据。矿山要做好水文地质工作，对地下水做好有效的管理。如对地下水文进行监测、对近矿体的地下水进行有效地封堵等工作，防止地下水对地下井巷和采场构成威胁。井下透水或产生泥石流之前往往有征兆。井下水灾征兆有：巷道邦壁出汗、挂红；水叫；巷道内起雾，水流突然变浑、增大等。井下泥石流征兆有：出水点水流突然变浑、增大；出水点水流突然变小或断流；出矿点没水却突然上部发生移动；出矿点没水却听到采场内部有流水声；迎头出现水雾、水晕；没水的地点突然出现大量浑水等。所以地下水丰富的矿山在对井下管理人员和作业人员进行安全教育时，应该学习有关地下水预

20、防和防治方面的知识，提高职工安全意识，提升职工安全防范技能。使职工在井下管理和作业的过程中能够及时的发现透水征兆，及时采取有效措施予以防治。43清理地表第四系粘土类物质地表第四系粘土类物质能够在地表塌陷后，细泥质会随着雨水流向低洼地带并在低洼地带汇集，并阻碍雨水进一步渗透。这种隔水作用往往会在露天陷落区内形成积水坑，从而为井下泥石流的发生提供物质基础。清理后的地表第四系粘土类物质堆积物堆积的排土场，应放置在露天移动带范围之外，防止泥水向崩落区汇集。同时还应避开山洪方向，以免淤塞沟渠和河道。44对露天凹陷坑进行回填对于一个矿山来说，地表回填工作是一个十分巨大的的工程。通常情况下矿山在对地表清理后

21、不予以回填，而是在矿山闭坑后对地表陷落坑进行复垦处理。而在一些小型矿山，在矿山开采过程中或之前对地表进行处理，其目的和作用也各有不同：1）用块石或井下矸石进行回填。这种方法是运用矿山附近剥离的块石或井下矸石直接对露天陷落区进行回填，既解决了废石排放的问题，又可以使雨天雨水可以快速渗入地下，防止坑底积水对井下造成威胁。2）用废石和剥离土掺石灰等材料，制成三合土后压实回填。这种方法主要为了阻止雨水入渗，防止含泥矿石受水浸泡而成为矿岩泥饱和体，对井下造成威胁。像前面提到的在雨季很容易地产生无预兆的滑落的含泥矿体，这种含水的矿体在开采时不利于采场的顶板管理，同时也对井下作业人员存在较大的安全威胁。针对

22、这种矿体，首先应对其矿体内的水进行疏干；其次应阻止露天水份对其进行补充；第三应加强矿体顶板管理，跟踪监测，及时发现隐患并给予及时处理。3）用混凝土做假顶。这种方法也是为了阻止雨水入渗。但是这种方法成本高，主要用于露天转井下的矿山。在露天底部的假顶上设水泵，排出积水。其目的是为了回收井下高品位的矿石。45井下泥石流的防范与处理451井下泥石流的防范有井下泥石流危害的矿山，应针对井下泥石流的特点，制定井下泥石流灾害应急救援预案作为雨季矿山安全的工作重点，加强安全管理，防范井下水灾和泥石流灾害的发生：1）加强领导，成立抗洪抢险领导小组，抗洪抢险领导小组成员明确分工。在雨季，实行领导干部24小时值班制

23、度，并特别规定在大雨暴雨天气实行井上井下双值班制度。2）制定一系列规章制度，达到“凡事有章可循、凡事有人负责、凡事有据可查、凡事有人监督”的标准。平时对矿区周边进行全面调查，防止水害侵袭，提高矿井防治水灾和泥石流灾害的质量和效果。3）加强对矿山管理人员和职工的安全教育，对全矿管理人员和职工进行了雨季“三防”培训考试，提高矿山职工的安全防范意识；4）雨季未到来之前，组织人员对雨季三防物质储备情况进行专项检查，按照“防大洪、抗大汛、抢大险”要求，备足防洪抢险专用物资和器械，及时充实和更新 “三防”使用的各种物资，建立专用台账，实行分类挂牌管理，并妥善保管，不得挪用。5）成立抢险救灾应急队伍，开展救

24、灾演习，形成救灾报告。雨季前组织1-2次抗洪抢险演习，以检验队伍及指挥系统，保证发生洪涝及泥石流灾害时，做到召之即来，来之能战，战之能胜。6）完成井上供电系统及入井管、轨防雷接地装置和避雷装置，高压输电线大修及防排洪水沟清理、防洪挡水墙的维护修建工作。7）安排专门人员对井下各施工现场和水灾、泥石流易发地段进行巡察，发现征兆及时撤离井下作业人员。8）雨季前彻底检修、保养井下水泵，疏通井下所有排水沟，保证水量大时能及时排出地表；9）保证井下所有的安全通道畅通无阻，确保人员、物资能安全撤离和运送。452发生井下泥石流的应急处理井下泥石流的发生往往具有突发性，也是相对而言。事实上，所有崩塌、滑坡、泥石

25、流活动都要经历一个孕育发生发展休止的过程，只是时间上有的长、有的短。在孕育阶段，都或多或少、或显或隐地有一些前兆显示。如果能及时捕捉到这些前兆，就为我们防灾、避灾赢得了宝贵时间。1）发生水灾和泥石流灾害时，除应立即报告上级领导外，应发挥沉着冷静、临危不惧的精神，在现场安全管理人员和班、组长或老工人指挥下，迅速组织抢救。2）组织抢救时，首先要尽力就地取材、加固工作面，设法堵住出水点。如果水势很猛，无法堵住，则应有组织的沿着避灾路线迅速撤至上水平或地面。3）领导接到透水报告后，应立即赶赴现场，启动矿山应急救援预案，组织施救。并决定是否通知矿山救护队出动援救，同时根据水灾可能波及的范围，通知有关人员

26、撤离危险区域。4）多人在井下受困时，应发扬团结互助精神，共同克服一切困难，要坚信上级组织一定会设法营救，能够安全脱险。5）井下排水设备，在透水后应全部启动排水，水泵司机和维修工必须发扬高度负责的精神，坚守岗位，精心看管和维护排水设备，使其始终处于完好状态。6）在巷道被淹没后，应准确查核井下人员，如发现有人员堵于井下，正确判断人员可能躲避的地点，制定和实施营救人员的方案和措施。5 结束语崩落法采矿方法是允许地表陷落的采矿方法，开采顺序一般是按中段从上而下进行。地表最终会形成一个露天凹陷坑。故而在运用崩落法采矿方法开采的一部矿山中，会受到井下泥石流灾害的威胁。为了防止地表泥土和水流在地表陷落时淤积

27、在露天凹陷坑形成桨状混合物，最终可能形成井下泥石流给井下造成危害。在开采前期，矿山应该对地表移动带范围内对地表做一些处理，在井下开采的过程中做好针对井下泥石流的各种安全防范措施，可以有效地防止矿山井下泥石流灾害的发生。参考文献1王大纯 张人权等 1995年 水文地质学基础 地质出版社2金属非金属矿山安全规程GBl64232006 2006年3安全文化网 2009年 泥石流及其防范基本知识（作者简介：万相宗 男 1969年7月出生于安徽省铜陵县 毕业于东北大学 采矿工程师 工作单位：铜陵县牛山有限责任矿业公司 研究方向：矿山安全工程和矿山可持续发展 通讯地址：安徽省铜陵县顺安镇新桥 邮政编码：244131联系电话：13866855028 Emil:xzw5028） -