張建明

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)對(duì)各類礦產(chǎn)的需求也在不斷增加。礦山開(kāi)采經(jīng)過(guò)初期的露天開(kāi)采后，大量轉(zhuǎn)入地下礦產(chǎn)。礦山開(kāi)采對(duì)礦山及其周邊的地質(zhì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，也對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)的居民造成了生命威脅。如何在正常開(kāi)采資源的同時(shí)，減少對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞，是目前礦產(chǎn)行業(yè)面臨的重要問(wèn)題之一。

關(guān)鍵詞：礦山開(kāi)采；地質(zhì)環(huán)境；采空區(qū)；巖體應(yīng)力

中圖分類號(hào)：P618.11；TD167 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）20-0153-02

采礦業(yè)的不斷發(fā)展為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了一定的貢獻(xiàn)，但也對(duì)自然環(huán)境造成了不可估量的破壞。因此，我們要詳細(xì)了解地下開(kāi)采對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境造成的影響，為解決上述問(wèn)題提供依據(jù)。

1 概述

地下開(kāi)采對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的影響具有時(shí)間長(zhǎng)、范圍大的特點(diǎn)，并可能引起地質(zhì)災(zāi)害。地下開(kāi)采是形成地質(zhì)災(zāi)害的外因；地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造是形成地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)因。在地下開(kāi)采過(guò)程中，因開(kāi)采而形成的采空區(qū)極易引發(fā)地表塌陷，使地形、地貌產(chǎn)生變化，從而造成地質(zhì)災(zāi)害。因此，采空區(qū)帶來(lái)的不利影響在地質(zhì)環(huán)境的破壞中尤為嚴(yán)重。

2 采空區(qū)的影響因素

影響礦山開(kāi)采出現(xiàn)采空區(qū)塌陷危害的因素主要有以下七方面：①采空區(qū)的體積和連續(xù)開(kāi)采。一般而言，采空區(qū)的體積越大，巖體的穩(wěn)定性越差；采空區(qū)連續(xù)開(kāi)采的程度越高，地壓活動(dòng)越明顯。②開(kāi)采深度。開(kāi)采深度越大，地壓增加越明顯。上覆巖層的重力與地壓成正比，如果存在構(gòu)造影響，則水平應(yīng)力會(huì)大于垂直應(yīng)力。③地下水。一方面，地下水對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面起著溶蝕、軟化和泥化的作用，降低了弱面的強(qiáng)度；另一方面，在裂隙水壓的作用下，裂隙表面的摩擦阻力會(huì)較少，巖體的抗剪強(qiáng)度會(huì)降低。因此，礦山地壓往往發(fā)生在每年的冬季解凍期和雨季。④時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，在具備了其他可引發(fā)應(yīng)力集中現(xiàn)象的條件下，時(shí)間便成為了重要的可變因素。⑤結(jié)構(gòu)弱面。雖然大型連續(xù)結(jié)構(gòu)弱面可起到避免發(fā)生大范圍破壞的作用，但是，其對(duì)采空區(qū)塌陷的發(fā)生和發(fā)展也起到了加速作用。⑥開(kāi)采技術(shù)。采礦方法、礦塊的回采順序、礦柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)和回采工藝等均對(duì)地壓有著重要的影響。⑦巖石性質(zhì)。巖石的礦物組成、結(jié)晶程度和礦物顆粒之間的連結(jié)特征等均會(huì)對(duì)地壓產(chǎn)生影響。

3 采空區(qū)的發(fā)展

采空區(qū)的發(fā)展一般分為以下三個(gè)階段：①發(fā)生和緩慢發(fā)展階段。在該階段，采空區(qū)發(fā)展緩慢，發(fā)展時(shí)間從幾個(gè)月至幾十年不等。該階段的主要特征表現(xiàn)為圍巖發(fā)生巖音、采場(chǎng)頂板局部冒落、礦柱壓壞、金礦巷道變形或破壞。②加速發(fā)展、巖石移動(dòng)或崩塌階段。在該階段，巷道和圍巖變形明顯，巖音劇烈，巷道、礦柱和夾墻產(chǎn)生壓壞、倒塌現(xiàn)象，并發(fā)生大面積的地壓活動(dòng)，導(dǎo)致巖層移動(dòng)，采場(chǎng)巷道倒塌，地表下沉開(kāi)裂形成臺(tái)階。③衰減穩(wěn)定階段。在大面積的地壓活動(dòng)結(jié)束后，采場(chǎng)和巷道的變形或破壞趨于緩和，巖圍應(yīng)力趨于平衡狀態(tài)。

隨著開(kāi)采工作的進(jìn)行，地壓活動(dòng)可能再次發(fā)生，并重復(fù)上述發(fā)展過(guò)程。因此，地下開(kāi)采會(huì)引發(fā)諸多地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題。比如在開(kāi)采過(guò)程中，不僅可能會(huì)引發(fā)滑坡、崩塌、地面塌陷和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，還可能會(huì)引發(fā)地面沉降、水環(huán)境惡化和土壤荒漠化等災(zāi)害，這對(duì)人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了極大的威脅。

4 地下開(kāi)采對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的影響

4.1 巖體應(yīng)力被改變

地下采礦會(huì)使地層巖體內(nèi)的原始自然應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生改變，但應(yīng)力會(huì)不斷重新分布，直至形成新的平衡狀態(tài)。在開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)挖空間的頂部和上盤會(huì)形成減壓區(qū)域，壓應(yīng)力被拉應(yīng)力代替，使周邊的巖石遭到破壞，進(jìn)而導(dǎo)致采空區(qū)附近的巖體產(chǎn)生地層移動(dòng)或變形。在此情況下，極易發(fā)生巖石跨落、斷裂、隆升、裂隙、離層、滑移和彎曲等一系列破壞現(xiàn)象，最終引發(fā)礦井災(zāi)害。

4.2 巖層被破壞

因巖層原始應(yīng)力的平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致其發(fā)生位移、變形和斷裂現(xiàn)象。在此過(guò)程中，采空區(qū)周邊巖層的破壞形式主要有以下3種：①冒落。冒落是巖層移動(dòng)中最強(qiáng)烈的形式，一般只在采空區(qū)的直接頂板巖層中發(fā)生。如果巖層破碎劇烈且向地表延伸，則地表會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)變形破壞，進(jìn)而造成土體崩落、滑移和地表開(kāi)裂。②巖石下滑。如果采空區(qū)的傾角較大，則其上方跨落的巖石就會(huì)下滑至采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)上部的空間增大，下部空間減小，進(jìn)而使上部巖層的移動(dòng)加劇，下部巖層的移動(dòng)減弱，最終導(dǎo)致地表產(chǎn)生變形、開(kāi)裂等現(xiàn)象。③彎曲。這是巖層的主要移動(dòng)形式。在地下開(kāi)采工程開(kāi)始后，由直接頂板開(kāi)始，巖層整體會(huì)沿著層面的法線方向出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。

4.3 地表移動(dòng)

當(dāng)巖層移動(dòng)趨于穩(wěn)定后，在其采空區(qū)上方會(huì)因地表塌陷而形成下沉型的盆地，且盆地范圍大于開(kāi)采面積。這不僅會(huì)改變地表的原始地質(zhì)形態(tài)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和地形、地貌，還會(huì)使地面的標(biāo)高和水平位置發(fā)生變化，嚴(yán)重情況下還將形成巨大的塌陷坑，使地表植被遭到破壞，形成水土流失，并引發(fā)滑坡、裂縫等一系列地質(zhì)災(zāi)害。

5 實(shí)例分析

以山西某礦井為例，進(jìn)一步分析地下開(kāi)采對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的影響。

5.1 礦井概況

2008年，該礦井因礦山整頓而被關(guān)停，且整頓時(shí)填埋了其豎井井筒。

5.2 影響分析

5.2.1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

2013-04-02，該礦井采空區(qū)頂柱塌陷，塌陷面積約300 m2，預(yù)計(jì)塌陷渣量為1.8×104～2.0×104 m3。因受到擠壓，采空區(qū)中的積水沖開(kāi)了原先填埋的豎井口，預(yù)計(jì)涌出水量達(dá)2.5×104～3×104 m3。積水沖毀山路約1 000 m，過(guò)水耕地面積約0.27 hm2，未造成人員傷亡。

5.2.2 含水層

該礦井位于紅山溝掌，該區(qū)域內(nèi)沒(méi)有河流，也沒(méi)有重要的水源地，地下水為第四系松散巖類孔隙水、基巖型裂隙水和構(gòu)造型裂隙水。淺層的孔隙水受地面降水的影響較大，受地下開(kāi)采的影響較小。因此，礦區(qū)及其周邊主要含水層的水位下降不明顯。

5.2.3 地形、地貌

該礦井的礦體出露地表，開(kāi)采初期為小規(guī)模民采，雖然破壞了原始的地形、地貌，但破壞程度較小。

5.2.4 采空區(qū)情況

2008年，該礦井的豎井井筒被回填，其采空區(qū)的頂柱、間柱和積水情況不明。

5.3 事故原因

該礦井所屬礦山的地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)為采空區(qū)頂柱坍塌。自2008年礦井被填埋后，其采空區(qū)積水嚴(yán)重，原本破碎的圍巖因長(zhǎng)期受到水的侵蝕，導(dǎo)致采空區(qū)頂板松軟，不堪重負(fù)，加之地溫回升，采空區(qū)頂部的廢渣和覆蓋層被解凍，致使頂板受到的壓力不斷增大，最終發(fā)生塌陷。此外，因采空區(qū)頂板塌陷，導(dǎo)致礦井積水突水，積水與地面溝谷中堆積的廢碴形成泥石流，進(jìn)而沖毀農(nóng)田、道路。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地下開(kāi)采對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的影響是客觀存在的，且對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞程度不一。如何在正常開(kāi)采的前提下，提高地下采礦作業(yè)和環(huán)境保護(hù)的技術(shù)水平，是目前相關(guān)部門急需解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]張國(guó)志，崔志強(qiáng).地下開(kāi)采對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響分析——以遼寧省阜新市海州區(qū)煤礦為例[J].黑龍江科技信息，2011（29）.

[2]徐忠義，杜前進(jìn).采礦知識(shí)問(wèn)答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

〔編輯：張思楠〕