探究復(fù)雜條件下地下采礦穩(wěn)定性

任進(jìn)鵬,劉會(huì)林

（山東匠鑫設(shè)計(jì)研究院有限公司,濟(jì)南 250100）

1 巖層移動(dòng)和地表沉陷原因

在上個(gè)世紀(jì)五十年代，我國(guó)就已經(jīng)進(jìn)行過(guò)沉陷現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)工作的模擬研究。雖然，采礦沉陷的預(yù)報(bào)方法已經(jīng)隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展逐漸變得完善，但是，采礦的巖層移動(dòng)和地表沉陷都是不可逆的，會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大損失，因此，巖層移動(dòng)和地表沉陷的預(yù)測(cè)和防治，仍然需要更深入的研究。

礦產(chǎn)資源開(kāi)采是我國(guó)民生支柱產(chǎn)業(yè)，開(kāi)采的范圍較廣，涉及到的礦產(chǎn)資源種類也十分繁多，各種復(fù)雜的地質(zhì)條件使巖層移動(dòng)和地表的沉陷也變得更為復(fù)雜，若無(wú)法精確地預(yù)測(cè)地表移動(dòng)角和沉陷角，就會(huì)導(dǎo)致礦山的開(kāi)采和建設(shè)規(guī)劃出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，這種情況會(huì)給居民的經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，從而影響到礦產(chǎn)資源的正常開(kāi)采和生產(chǎn)。在這種情況下不難看出，進(jìn)行復(fù)雜條件下的地下采礦的穩(wěn)定性的研究是十分具有現(xiàn)實(shí)意義的。

2 復(fù)雜條件下地下采礦的穩(wěn)定性分析

地下礦產(chǎn)的過(guò)度開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致巖層的移動(dòng)和嚴(yán)重的地表沉陷。而移動(dòng)和沉陷會(huì)由礦產(chǎn)資源的采空區(qū)逐漸蔓延到巖層以上，直至地表。因此，若想準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和防治巖層移動(dòng)和地表沉陷，保障地下采礦的穩(wěn)定性，就必須先規(guī)劃巖層的移動(dòng)機(jī)理，對(duì)采礦區(qū)域進(jìn)行綜合性的探測(cè)和分析。運(yùn)用現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)對(duì)地面巖石和泥土的裂縫與塌坑進(jìn)行探測(cè)，充分了解容易發(fā)生變形和沉陷的巖石分布情況，從而有效預(yù)測(cè)與防治巖石的移動(dòng)和地表的沉陷。目前，國(guó)際上預(yù)測(cè)巖石移動(dòng)和地面沉陷的技術(shù)主要為雷達(dá)探測(cè)。

2.1 雷達(dá)探測(cè)技術(shù)概述

雷達(dá)探測(cè)技術(shù)為采礦業(yè)內(nèi)比較常用的技術(shù)之一。一般雷達(dá)技術(shù)都是采用剖面測(cè)量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。雷達(dá)探測(cè)的最大深度約為50m。檢測(cè)結(jié)果表明，一般潛在巖石移動(dòng)和地面沉陷危險(xiǎn)的區(qū)域與其它區(qū)域相比反射波較長(zhǎng)，且以垂直方向密集地向下方不斷延伸。但雷達(dá)探測(cè)也只是一個(gè)粗略地估計(jì)，并不能將探測(cè)的結(jié)果更加精確化，有時(shí)會(huì)與實(shí)際裂縫深度和巖石情況相去甚遠(yuǎn)，其劣勢(shì)就在于只能接受反射波，在不能將反射波投放到地面上的“死角”部分就會(huì)無(wú)法勘測(cè)，且雷達(dá)探測(cè)容易受到各種自然因素的干擾，從而影響探測(cè)的效果。雷達(dá)探測(cè)的波長(zhǎng)較為均勻，波動(dòng)的幅度較弱，雷達(dá)探測(cè)結(jié)果十分均勻平穩(wěn)，斷定此區(qū)域的地表為整體結(jié)構(gòu)，較為安全，不易發(fā)生巖石移動(dòng)和地表沉陷等事故。

3 案例分析

下面筆者以我國(guó)的采礦工程為例，對(duì)復(fù)雜條件下地下采礦的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

工程位于我國(guó)河北省的東南地區(qū)，主要采集礦石類型為鐵礦，主要探測(cè)點(diǎn)為地表變形程度的觀測(cè)。

準(zhǔn)備工作：使用加拿大生產(chǎn)的EKKO-IV雷達(dá)探測(cè)儀，利用剖面測(cè)量的方式，使用兩種頻率，一為100MHz頻率，發(fā)射雷達(dá)波長(zhǎng)和接受天線之間的距離為2m，中間點(diǎn)距為0.5m；二為50MHz。發(fā)射雷達(dá)波長(zhǎng)和接受天線之間的距離為1m，中間點(diǎn)距為0.25m，發(fā)射的沖鋒電壓為1000V，采樣的視窗為1000ns，疊加的次數(shù)為132次。測(cè)量區(qū)域的地表設(shè)置兩天剖線，選擇兩個(gè)剖面，分別為A-a剖面和D-d剖面，對(duì)兩條剖面進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量如圖1。

由圖1可知，雷達(dá)探測(cè)的結(jié)果明顯，特征異常，對(duì)于空間位置的測(cè)定十分準(zhǔn)確。D-d剖面的90-130m出的空間以及巖石的形態(tài)存在異常，且波動(dòng)較大，可能存在巖石移動(dòng)和地表沉陷的潛在危險(xiǎn)。而其它區(qū)域的波形顯示的形狀較寬，且波動(dòng)不大，分布較為均勻，表示區(qū)域內(nèi)的巖石結(jié)構(gòu)為整體，不易發(fā)生巖石移動(dòng)和地表沉陷，且不會(huì)有巖石移動(dòng)和地表沉陷的潛在危險(xiǎn)。

雷達(dá)探測(cè)的結(jié)果表明，此區(qū)域內(nèi)發(fā)生巖石移動(dòng)和地表沉陷的概率較小，但是發(fā)生巖石移動(dòng)和地表沉陷的風(fēng)險(xiǎn)依然存在，因此，應(yīng)該提高采礦過(guò)程中的安全系數(shù)，減少采礦中過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，從而有效預(yù)防和防治巖石移動(dòng)和地表沉陷的危險(xiǎn)。

圖1 雷達(dá)測(cè)線位置

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)于巖石移動(dòng)和地表沉陷應(yīng)采取嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，尤其在山川和丘陵地帶，更應(yīng)該對(duì)礦石進(jìn)行科學(xué)合理地開(kāi)采，對(duì)于巖石移動(dòng)和地表沉陷的危險(xiǎn)應(yīng)該及早預(yù)測(cè)和防治，避免巖石移動(dòng)和地表沉陷給采礦工程帶來(lái)的損失，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和采礦工人的生命安全，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展提供更多動(dòng)力。

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