分析金屬礦地下開采地表沉陷及其防護

方超

摘 要： 社會的進步與發(fā)展離不開資源的支撐和利用，現(xiàn)階段礦業(yè)開采也發(fā)展到了高峰，在金屬礦開采過程中引起的地表變形和移動會引發(fā)多種安全事故，是當(dāng)下金屬礦地下開采工作中的研究重點?；诖斯P者將以本文重點對金屬礦地下開采地表沉陷的成因和危害進行分析，并就其危害性提出了一些防護舉措，具體報道如下。

關(guān)鍵詞： 金屬礦;地下開采;地表沉陷;成因;危害;防護

【中圖分類號】TD167???? 【文獻標(biāo)識碼】A???? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.262

1 金屬礦地下開采地表沉陷的危害

金屬礦地下開采的過程中會打破巖體原始應(yīng)力平衡，進而造成巖層移動和地表下陷，地表沉陷中不連續(xù)沉降較連續(xù)沉降，對地表的影響更大，會形成沉陷盆地、裂縫和塌陷漏斗等問題，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)以及附近的建筑物、公路、鐵路等受到?jīng)_擊而被破壞，甚至影響地表和地下水，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來極為嚴(yán)峻的隱患問題。而開采引起的地表沉陷現(xiàn)象涉及到巖石力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、采礦學(xué)、測量學(xué)以及統(tǒng)計學(xué)等多門學(xué)科，一直以來都是金屬礦地下開采工作中的研究重難點。

2 金屬礦地下開采地表沉陷的規(guī)律及影響因素

2.1 地下開采導(dǎo)致地表沉陷的規(guī)律

（1）巖體內(nèi)部移動。

金屬礦地下開采出的礦體運送出后就會在巖體內(nèi)部形成采空區(qū)，在這種情況下，頂板巖層下部空間的應(yīng)力也會隨著改變而改變，如果應(yīng)力的平衡被打破，那么就會導(dǎo)致頂板巖層因為受到拉力而出現(xiàn)形變，比如彎曲或者移動。當(dāng)這些形變導(dǎo)致頂板巖層的承載到達極限后則會出現(xiàn)斷裂，也就是引發(fā)巖層斷裂、破碎、冒落，在開采范圍達到一定程度后，巖層移動、彎曲發(fā)展到地表，形成下沉的盆地。

（2） 地表移動與變形。

當(dāng)?shù)叵麻_采導(dǎo)致的采空區(qū)面積擴大時，地表的垂直方向隨著開采礦房的增加而出現(xiàn)持續(xù)位移，當(dāng)達到最大下沉值時，最大下沉值點位于采空區(qū)上方附近，且偏向于下山方向，地表移動曲線呈現(xiàn)不對稱的拱形;地表的水平移動值由零點增加，采空區(qū)的上方水平位移值最小，兩側(cè)的邊緣點處水平位移最大，隨著礦體傾角的增大，隨著礦體傾角的增大，指向下山方向的水平移動值逐漸小，上山方向則增大。

2.2 地表沉陷問題的影響因素

金屬礦地下開采導(dǎo)致的地表沉陷與地質(zhì)本身情況以及人為因素均有關(guān)聯(lián)。比如該金屬礦的地層巖性、巖體本身質(zhì)量、開采的強度、開采管理、安全管理等等。這些因素的共同作用下造成了地表沉陷，其過程也較為復(fù)雜，再加上金屬礦本身的地理位置和構(gòu)造特點等都是其影響因素。

3 地表沉陷的防治路徑

3.1 金屬礦安全地下開采的要點

金屬礦地下開采導(dǎo)致地表沉陷防治工作的開展需要結(jié)合地表沉陷的規(guī)律及其影響因素，做好安全開采工作，可以很好的規(guī)避地表沉陷的發(fā)生，基于此，在開采過程中需要做到：①做好相關(guān)設(shè)計工作，對礦坑的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行研究，設(shè)計好礦柱并進行預(yù)留，做好相關(guān)支護工作，強化礦段、巷道、采空區(qū)等等的安全穩(wěn)定性，比如使用掛網(wǎng)、錨桿加噴漿等類的加固措施。②要對采空區(qū)進行及時、科學(xué)的回填，用充填料充填空區(qū)，用充填體支撐空區(qū)，減少采空區(qū)上覆巖層下沉，對塌陷形變區(qū)進行標(biāo)識，尤其是周圍的警示標(biāo)識要做完善，并明令禁止在塌陷形變區(qū)開展任何工程活動，并配備專人對此進行監(jiān)管，包括對礦坑涌水量、涌泥、涌沙及崩落塊石等進行記錄并上報，除此之外，為避免降雨等對其的影響，也要做好排洪溝的部署修建工作;③在進行下部礦體的開拓和開采時，應(yīng)禁止在塌陷體正下方形成采空區(qū)，若塌陷體正下方有礦體，礦體開采結(jié)束后要立即充填采空區(qū)。④老塌陷區(qū)的殘留礦體或礦柱不得重復(fù)開采，若要開采需有完善的可行性論證及設(shè)計。除此之外，在采空區(qū)的通道中穩(wěn)定巖體部位修筑一定厚度的封堵墻，避免采空區(qū)圍巖垮冒的安全風(fēng)險。

3.2 做好地表沉陷監(jiān)測工作

隨著計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，金屬礦地下開采工作導(dǎo)致的沉陷問題也得到了更好的解決，現(xiàn)階段，通過計算機的數(shù)值模擬和 GPS、GIS 手段，能夠準(zhǔn)確的定位沉陷位置，準(zhǔn)確的預(yù)測沉陷趨勢?，F(xiàn)階段，兩種手段結(jié)合可以更好的對地表沉陷進行實時監(jiān)測，為礦山安全生產(chǎn)提供可靠技術(shù)支持。

①計算機數(shù)值模擬：礦體開采后，產(chǎn)生的應(yīng)力變化下，可以根據(jù)巖石力學(xué)理論、經(jīng)驗公式結(jié)合礦山的實際情況，利用計算機數(shù)值建立模型，來模擬開挖過程，建立不同開采深度下的巖層、地表移動變形的變化曲線。常用的模擬方法有離散元、有限元、邊界元等。數(shù)值模擬技術(shù)更依賴于準(zhǔn)確的基礎(chǔ)參數(shù)，所以在應(yīng)用中的初始基礎(chǔ)參數(shù)是其應(yīng)用關(guān)鍵。

②現(xiàn)代監(jiān)測技術(shù)：現(xiàn)代檢測技術(shù)主要是依靠GPS 技術(shù)以及 INSAR 技術(shù)，還有 GIS 技術(shù)，配合其他的處理軟件，可對礦山大范圍監(jiān)測數(shù)據(jù)進行快速的提取分析，實時動態(tài)的跟蹤數(shù)據(jù)信息，準(zhǔn)確的得到沉降數(shù)據(jù)，提前做好預(yù)案。

4 總結(jié)語

礦業(yè)的發(fā)展與社會對礦產(chǎn)資源的需求息息相關(guān)，隨著我國國民經(jīng)濟的不斷提升，金屬礦的開采規(guī)模也越來越大，但伴隨著的一系列地表沉陷問題也成為了人們關(guān)注的焦點。地表沉陷導(dǎo)致的后果十分嚴(yán)峻，包括周圍建筑、公路、鐵路都會受到其的危害，金屬礦地下開采地表沉陷防護工作也刻不容緩。通過信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的可靠支持，做好相關(guān)實時監(jiān)測工作，并在開采過程中做好相關(guān)防護工作，可以大大提升礦山安全生產(chǎn)，對地表環(huán)境也起到維護作用。

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