論地下開采對礦山地質環境的影響

張建明

摘 要：隨著經濟的快速發展，社會生產對各類礦產的需求也在不斷增加。礦山開采經過初期的露天開采后，大量轉入地下礦產。礦山開采對礦山及其周邊的地質環境造成了嚴重的破壞，也對礦區范圍內的居民造成了生命威脅。如何在正常開采資源的同時，減少對地質環境的破壞，是目前礦產行業面臨的重要問題之一。

關鍵詞：礦山開采；地質環境；采空區；巖體應力

中圖分類號：P618.11；TD167 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0153-02

采礦業的不斷發展為我國的經濟發展作出了一定的貢獻，但也對自然環境造成了不可估量的破壞。因此，我們要詳細了解地下開采對礦山地質環境造成的影響，為解決上述問題提供依據。

1 概述

地下開采對礦山地質環境的影響具有時間長、范圍大的特點，并可能引起地質災害。地下開采是形成地質災害的外因；地層巖性和地質構造是形成地質災害的內因。在地下開采過程中，因開采而形成的采空區極易引發地表塌陷，使地形、地貌產生變化，從而造成地質災害。因此，采空區帶來的不利影響在地質環境的破壞中尤為嚴重。

2 采空區的影響因素

影響礦山開采出現采空區塌陷危害的因素主要有以下七方面：①采空區的體積和連續開采。一般而言，采空區的體積越大，巖體的穩定性越差；采空區連續開采的程度越高，地壓活動越明顯。②開采深度。開采深度越大，地壓增加越明顯。上覆巖層的重力與地壓成正比，如果存在構造影響，則水平應力會大于垂直應力。③地下水。一方面，地下水對巖體結構面起著溶蝕、軟化和泥化的作用，降低了弱面的強度；另一方面，在裂隙水壓的作用下，裂隙表面的摩擦阻力會較少，巖體的抗剪強度會降低。因此，礦山地壓往往發生在每年的冬季解凍期和雨季。④時間。一般來說，在具備了其他可引發應力集中現象的條件下，時間便成為了重要的可變因素。⑤結構弱面。雖然大型連續結構弱面可起到避免發生大范圍破壞的作用，但是，其對采空區塌陷的發生和發展也起到了加速作用。⑥開采技術。采礦方法、礦塊的回采順序、礦柱的結構參數和回采工藝等均對地壓有著重要的影響。⑦巖石性質。巖石的礦物組成、結晶程度和礦物顆粒之間的連結特征等均會對地壓產生影響。

3 采空區的發展

采空區的發展一般分為以下三個階段：①發生和緩慢發展階段。在該階段，采空區發展緩慢，發展時間從幾個月至幾十年不等。該階段的主要特征表現為圍巖發生巖音、采場頂板局部冒落、礦柱壓壞、金礦巷道變形或破壞。②加速發展、巖石移動或崩塌階段。在該階段，巷道和圍巖變形明顯，巖音劇烈，巷道、礦柱和夾墻產生壓壞、倒塌現象，并發生大面積的地壓活動，導致巖層移動，采場巷道倒塌，地表下沉開裂形成臺階。③衰減穩定階段。在大面積的地壓活動結束后，采場和巷道的變形或破壞趨于緩和，巖圍應力趨于平衡狀態。

隨著開采工作的進行，地壓活動可能再次發生，并重復上述發展過程。因此，地下開采會引發諸多地質環境問題。比如在開采過程中，不僅可能會引發滑坡、崩塌、地面塌陷和泥石流等地質災害，還可能會引發地面沉降、水環境惡化和土壤荒漠化等災害，這對人民的生命、財產安全構成了極大的威脅。

4 地下開采對礦山地質環境的影響

4.1 巖體應力被改變

地下采礦會使地層巖體內的原始自然應力場發生改變，但應力會不斷重新分布，直至形成新的平衡狀態。在開采過程中，開挖空間的頂部和上盤會形成減壓區域，壓應力被拉應力代替，使周邊的巖石遭到破壞，進而導致采空區附近的巖體產生地層移動或變形。在此情況下，極易發生巖石跨落、斷裂、隆升、裂隙、離層、滑移和彎曲等一系列破壞現象，最終引發礦井災害。

4.2 巖層被破壞

因巖層原始應力的平衡狀態被破壞，導致其發生位移、變形和斷裂現象。在此過程中，采空區周邊巖層的破壞形式主要有以下3種：①冒落。冒落是巖層移動中最強烈的形式，一般只在采空區的直接頂板巖層中發生。如果巖層破碎劇烈且向地表延伸，則地表會產生移動變形破壞，進而造成土體崩落、滑移和地表開裂。②巖石下滑。如果采空區的傾角較大，則其上方跨落的巖石就會下滑至采空區，導致采空區上部的空間增大，下部空間減小，進而使上部巖層的移動加劇，下部巖層的移動減弱，最終導致地表產生變形、開裂等現象。③彎曲。這是巖層的主要移動形式。在地下開采工程開始后，由直接頂板開始，巖層整體會沿著層面的法線方向出現彎曲現象。

4.3 地表移動

當巖層移動趨于穩定后，在其采空區上方會因地表塌陷而形成下沉型的盆地，且盆地范圍大于開采面積。這不僅會改變地表的原始地質形態、生態環境系統和地形、地貌，還會使地面的標高和水平位置發生變化，嚴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，并引發滑坡、裂縫等一系列地質災害。

5 實例分析

以山西某礦井為例，進一步分析地下開采對礦山地質環境的影響。

5.1 礦井概況

2008年，該礦井因礦山整頓而被關停，且整頓時填埋了其豎井井筒。

5.2 影響分析

5.2.1 地質災害現狀

2013-04-02，該礦井采空區頂柱塌陷，塌陷面積約300 m2，預計塌陷渣量為1.8×104～2.0×104 m3。因受到擠壓，采空區中的積水沖開了原先填埋的豎井口，預計涌出水量達2.5×104～3×104 m3。積水沖毀山路約1 000 m，過水耕地面積約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，該區域內沒有河流，也沒有重要的水源地，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，受地下開采的影響較小。因此，礦區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，開采初期為小規模民采，雖然破壞了原始的地形、地貌，但破壞程度較小。

5.2.4 采空區情況

2008年，該礦井的豎井井筒被回填，其采空區的頂柱、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災害表現為采空區頂柱坍塌。自2008年礦井被填埋后，其采空區積水嚴重，原本破碎的圍巖因長期受到水的侵蝕，導致采空區頂板松軟，不堪重負，加之地溫回升，采空區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，最終發生塌陷。此外，因采空區頂板塌陷，導致礦井積水突水，積水與地面溝谷中堆積的廢碴形成泥石流，進而沖毀農田、道路。

6 結束語

綜上所述，地下開采對礦山地質環境的影響是客觀存在的，且對地質環境的破壞程度不一。如何在正常開采的前提下，提高地下采礦作業和環境保護的技術水平，是目前相關部門急需解決的問題。

參考文獻

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[2]徐忠義，杜前進.采礦知識問答[M].北京：冶金工業出版社，1997.

〔編輯：張思楠〕