復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件對(duì)礦山開(kāi)采的影響研究

范清華，胡 蓉

（1.湖南佳麒土地規(guī)劃咨詢有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.湖南錦博陽(yáng)工程咨詢有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

礦山礦產(chǎn)資源的開(kāi)采對(duì)于一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。我國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量十分豐富，常見(jiàn)的礦產(chǎn)資源類型為能源礦、金屬礦、非金屬礦，每一種礦產(chǎn)資源的產(chǎn)生都有其獨(dú)特的形成條件[1]。在礦山開(kāi)采的過(guò)程中，不同的地質(zhì)條件會(huì)給礦產(chǎn)資源開(kāi)采帶來(lái)一定的利弊。特殊的水工環(huán)地質(zhì)條件，一般多出現(xiàn)在礦山集中地區(qū)，且構(gòu)造復(fù)雜，它的特征主要分為三部分，地下水地質(zhì)特征、外部環(huán)境地質(zhì)特征以及工程地質(zhì)特征，在這些外在因素的作用下，對(duì)礦山的地形、巖層、構(gòu)造和礦產(chǎn)資源的形成產(chǎn)生一定的影響。在礦山開(kāi)采之前，首先要對(duì)其地形、水文環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造等方面進(jìn)行詳細(xì)的勘探與核查[2]。我國(guó)的礦產(chǎn)資源分布主要是地區(qū)分布不均勻，地質(zhì)條件多樣，礦山開(kāi)采時(shí)，一般情況下，都會(huì)選擇地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單的區(qū)域，但受礦產(chǎn)資源形成條件影響，難免遭遇復(fù)雜地質(zhì)條件。因此，科學(xué)可靠的認(rèn)識(shí)、了解區(qū)域地質(zhì)條件背景，才能最大程度地保證礦產(chǎn)資源開(kāi)采工作的順利進(jìn)行。本文主要針對(duì)在復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件下，對(duì)礦山開(kāi)采影響進(jìn)行一定的研究，總結(jié)研究結(jié)果，對(duì)今后礦山礦產(chǎn)資源開(kāi)采提供一定的理論及技術(shù)支持。

1 復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件

1.1 水工環(huán)地質(zhì)特征

復(fù)雜的水工環(huán)地質(zhì)是一種程度較高的地質(zhì)條件，首先，它一般出現(xiàn)在多層次地質(zhì)構(gòu)造之中。當(dāng)?shù)貧み\(yùn)動(dòng)時(shí)，山體的構(gòu)造會(huì)發(fā)生斷裂、重合、組合的現(xiàn)象，再經(jīng)過(guò)風(fēng)化作用以及雨水的沖刷，地質(zhì)構(gòu)造再次發(fā)生形變，最后形成多層次的礦山地質(zhì)構(gòu)造，在這樣的構(gòu)造下，雨水滲入地下，在各個(gè)地層中繼續(xù)發(fā)生作用，最后形成不同的水工環(huán)地質(zhì)條件。水工環(huán)的地質(zhì)特征一共可以分為三個(gè)部分，那就是地下水地質(zhì)特征、外部環(huán)境地質(zhì)特征以及工程地質(zhì)特征。其中，地下水分為兩種，靜態(tài)地下水和動(dòng)態(tài)地下水。靜態(tài)地下水指的是流入礦產(chǎn)資源開(kāi)采區(qū)地層之中，不會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)性的水源，此類型的地下水一般賦存在地層深處；動(dòng)態(tài)地下水指的是巖層中的裂隙水，溶洞水以及散巖流動(dòng)水等，這些水是流動(dòng)水，常年在巖層中交替流動(dòng)，對(duì)地下巖層起到?jīng)_擊、侵蝕作用，形成水工環(huán)的水文地質(zhì)特征。復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境多分布于東北部地區(qū)，此地區(qū)環(huán)境多變，外部因素也相對(duì)不穩(wěn)定，夏季受高溫的影響，冬季受風(fēng)雪侵蝕，對(duì)礦井深部區(qū)域的礦產(chǎn)資源開(kāi)采造成一定的影響。面對(duì)復(fù)雜的水工環(huán)地質(zhì)條件，礦山開(kāi)采工程的實(shí)施是一項(xiàng)十分龐大的工作，特別是針對(duì)一些大型礦山來(lái)說(shuō)，礦體一般較為堅(jiān)硬，不易開(kāi)采，需要使用重型機(jī)器先對(duì)礦山進(jìn)行開(kāi)鑿，之后利用探測(cè)儀器對(duì)礦洞是否能進(jìn)行開(kāi)采，展開(kāi)全面的安全探側(cè)，在確定無(wú)危險(xiǎn)之后，采礦人工對(duì)洞口進(jìn)行清理，以利用小型控礦設(shè)備進(jìn)行礦產(chǎn)的開(kāi)采。礦山整個(gè)開(kāi)采過(guò)程十分復(fù)雜，每一個(gè)操作步驟如果不嚴(yán)格規(guī)范容易發(fā)生意外狀況，所以，對(duì)復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)下進(jìn)行的礦山開(kāi)采工程一般較為嚴(yán)謹(jǐn)，這也在無(wú)形之中為礦山的開(kāi)采加大了一定的工作難度。

1.2 水工環(huán)地質(zhì)形成過(guò)程

復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件的形成是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，另外在不同的地區(qū)形成時(shí)間也有所差異，它的形成地區(qū)主要為高原穩(wěn)定地區(qū)、中部穩(wěn)定區(qū)和褶皺不穩(wěn)定區(qū)，而這些地區(qū)都有相同的地質(zhì)構(gòu)造特征，那就是地震活動(dòng)頻繁，且均在7.5級(jí)以上，地質(zhì)構(gòu)造不斷發(fā)生斷裂、重組、拼接，之后由于風(fēng)力的不斷侵蝕和地下水的沖刷作用，礦山開(kāi)采區(qū)逐漸呈環(huán)形構(gòu)造，形成水工環(huán)地質(zhì)。這種地質(zhì)環(huán)境會(huì)導(dǎo)致礦體的穩(wěn)定性變差，也會(huì)出現(xiàn)小規(guī)模的坍塌的現(xiàn)象，對(duì)礦山的開(kāi)采工作造成很大影響。

2 復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件對(duì)礦山開(kāi)采的影響

2.1 充水情況對(duì)礦山開(kāi)采的影響作用

礦山開(kāi)采區(qū)內(nèi)地表是典型的山谷地形，雨季來(lái)臨時(shí)，地表及地下水主要來(lái)自于大氣降水，通過(guò)第四系表土層滲入井下，當(dāng)?shù)V層傾角較大時(shí)，大氣降水通過(guò)礦層逐漸滲入到井下，對(duì)礦山開(kāi)采造成影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)對(duì)礦山開(kāi)采造成影響的地下水類型主要為孔隙水、裂隙水、巖溶水?？紫端V山開(kāi)采區(qū)第四系和第三系孔隙水含量較少，為弱富水性，對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)采的影響作用較??；裂隙水為石炭-二疊系砂巖裂隙含水層，直接充水層為礦層頂板砂巖，間接充水層為礦層頂板上覆活下伏的砂巖裂隙含水層，二者均對(duì)礦山開(kāi)采有一定的影響作用；巖溶水，本次研究區(qū)域的巖溶水大致可分為兩種類型，其中一種類型為石炭系層間巖溶水，大部分為間接充水層，對(duì)井下開(kāi)采有一定的影響；另外一種類型為奧陶系石灰?guī)r巖溶水，判定為間接充水層。礦山開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行深部開(kāi)采時(shí)，底板標(biāo)高逐漸降低，底板承受的奧灰水壓逐漸增大，礦產(chǎn)資源開(kāi)采受到奧灰水的威脅。

2.2 復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響開(kāi)采方案

一般情況下在進(jìn)行礦產(chǎn)資源開(kāi)采工作之前，會(huì)制定一個(gè)科學(xué)的開(kāi)采方案。但由于受到復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件的影響，為礦產(chǎn)資源開(kāi)采工作增加了難度，而傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源開(kāi)采方案已經(jīng)不能解決現(xiàn)有的問(wèn)題，需要不斷改進(jìn)方案加強(qiáng)方案的靈活性。近幾年，露天開(kāi)采規(guī)模不斷擴(kuò)大，露天礦開(kāi)采主要分為兩種方案，第一種是全境界露天開(kāi)采法，這種方案是將礦產(chǎn)資源開(kāi)采視作一個(gè)整體，利用大型支架維持礦體的穩(wěn)定性，再以巨大石塊加固，在開(kāi)采過(guò)程中，遇到的問(wèn)題可以實(shí)時(shí)解決，實(shí)際操作相對(duì)安全，方案比較彈性。另一種方案是陡幫露天開(kāi)采法，這種方法比較適合位置處在比較偏僻陡峭的礦場(chǎng)，同樣是進(jìn)行露天礦開(kāi)采，利用機(jī)器將易于崩落的區(qū)域先進(jìn)行挖鑿，陡幫出變得相對(duì)平緩后再進(jìn)行下一步開(kāi)采工作，避免出現(xiàn)安全問(wèn)題，之后再利用輕型機(jī)器人對(duì)礦口進(jìn)行清理，待礦口清理完成之后，便可以進(jìn)行深部礦產(chǎn)資源開(kāi)采。雖然此方案受一定的條件限制，必須是位置陡峭的礦山開(kāi)采，對(duì)開(kāi)采設(shè)備性能以及開(kāi)采人員綜合素質(zhì)的要求也都很高，該方案可保證礦體的穩(wěn)定性。。

2.3 多元的地質(zhì)環(huán)境影響開(kāi)采順序

復(fù)雜的水工環(huán)地質(zhì)條件直接影響礦山開(kāi)采，其主要原因在于地質(zhì)環(huán)境的變化在時(shí)刻改變著開(kāi)采順序的合理性[3]。傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源開(kāi)采順序基本都先進(jìn)行人工地質(zhì)勘探，再判斷是進(jìn)行上行或下行開(kāi)采。早期是人工進(jìn)行勘探，主要是對(duì)開(kāi)采區(qū)內(nèi)的礦產(chǎn)資源的含量、開(kāi)采的難度以及開(kāi)采的安全問(wèn)題進(jìn)行分析探測(cè)，后來(lái)為了減少因采礦造成的人員傷亡，逐漸利用機(jī)器勘探，但此時(shí)的機(jī)器較為笨重，不易移動(dòng)，給開(kāi)采工作也加大了一定的難度。確定礦山可開(kāi)采之后，進(jìn)行開(kāi)礦、處理礦口、采礦等工作。隨著勘探開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展與提高，傳統(tǒng)的開(kāi)采順序已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代礦產(chǎn)資源開(kāi)采的工作要求，因此，新的開(kāi)采順序已經(jīng)不再區(qū)分上行和下行，利用精密的智能勘探儀器對(duì)可開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行探測(cè)后，進(jìn)行試開(kāi)采，就是做初級(jí)開(kāi)采，主要是將礦山表層的礦體進(jìn)行一定的處理，為礦山深層礦產(chǎn)資源的開(kāi)采打下基礎(chǔ)，最后，通過(guò)大型的機(jī)器進(jìn)行開(kāi)礦、采礦工作。雖然復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境對(duì)礦山開(kāi)采順序造成了一定的影響，但在一定程度上也促使開(kāi)采順序得到了完善。

2.4 堅(jiān)硬的巖體影響開(kāi)采深度

由于復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件的影響礦山開(kāi)采區(qū)有獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造，礦山的巖體異常堅(jiān)硬，這也對(duì)深部礦產(chǎn)資源的開(kāi)采深度造成了一定影響。如圖1所示。

圖1 礦山堅(jiān)硬巖石分層圖

圖1 中為水工環(huán)地質(zhì)條件下礦山堅(jiān)硬巖石分層圖，圖中巖石均為堅(jiān)硬巖石，不易開(kāi)采。目前國(guó)內(nèi)的礦產(chǎn)資源開(kāi)采工作中，對(duì)淺表層礦產(chǎn)資源開(kāi)采的數(shù)量在逐漸減少，向隱藏礦、深層礦也就成了另一種選擇。礦產(chǎn)資源開(kāi)采區(qū)的巖體過(guò)于堅(jiān)硬，直接加大了開(kāi)采的難度，這些巖石主要以石英石、巖石為主[4]。需要利用重型機(jī)器先進(jìn)行巖體粉碎，再將破碎的巖體進(jìn)行清理，再利用打鉆機(jī)器向下打下開(kāi)采深度，因巖體過(guò)于堅(jiān)硬，可能會(huì)發(fā)生機(jī)器故障或者損壞的情況，增加了礦產(chǎn)資源的開(kāi)采成本，可能達(dá)不到預(yù)期的開(kāi)采深度。除此之外，在這些巖體中，儲(chǔ)藏著大量的地下水，一旦開(kāi)采，便會(huì)向外滲出，這也表明，隨著開(kāi)采越深增加，地下水的含量越多，更容易發(fā)生開(kāi)采事故。對(duì)開(kāi)采人員的安全也是一種威脅。因此，在進(jìn)行開(kāi)采之前，要對(duì)礦山的巖體以及構(gòu)造進(jìn)行細(xì)致的勘查，做好應(yīng)對(duì)方案，以保證開(kāi)采工作順利完成。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的礦產(chǎn)資源開(kāi)采是一項(xiàng)涉及面很廣的工作，要事先對(duì)開(kāi)采環(huán)境進(jìn)行分析研究，也要之制定相應(yīng)的開(kāi)采方案，但發(fā)生開(kāi)采事故的時(shí)候，要彈性應(yīng)對(duì)。另外，在對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行合理開(kāi)采的同時(shí)，也要全面考慮災(zāi)害的發(fā)生因素，及時(shí)做好預(yù)防工作，并同時(shí)做好環(huán)境的保護(hù)工作，科學(xué)合理施工，提升礦產(chǎn)資源的開(kāi)采效率。