探究復雜條件下地下采礦穩(wěn)定性

任進鵬,劉會林

（山東匠鑫設計研究院有限公司,濟南 250100）

1 巖層移動和地表沉陷原因

在上個世紀五十年代，我國就已經(jīng)進行過沉陷現(xiàn)場觀測工作的模擬研究。雖然，采礦沉陷的預報方法已經(jīng)隨著社會的進步和科學的發(fā)展逐漸變得完善，但是，采礦的巖層移動和地表沉陷都是不可逆的，會給生態(tài)環(huán)境帶來巨大損失，因此，巖層移動和地表沉陷的預測和防治，仍然需要更深入的研究。

礦產(chǎn)資源開采是我國民生支柱產(chǎn)業(yè)，開采的范圍較廣，涉及到的礦產(chǎn)資源種類也十分繁多，各種復雜的地質(zhì)條件使巖層移動和地表的沉陷也變得更為復雜，若無法精確地預測地表移動角和沉陷角，就會導致礦山的開采和建設規(guī)劃出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象，這種情況會給居民的經(jīng)濟造成巨大損失，從而影響到礦產(chǎn)資源的正常開采和生產(chǎn)。在這種情況下不難看出，進行復雜條件下的地下采礦的穩(wěn)定性的研究是十分具有現(xiàn)實意義的。

2 復雜條件下地下采礦的穩(wěn)定性分析

地下礦產(chǎn)的過度開采會導致巖層的移動和嚴重的地表沉陷。而移動和沉陷會由礦產(chǎn)資源的采空區(qū)逐漸蔓延到巖層以上，直至地表。因此，若想準確的預測和防治巖層移動和地表沉陷，保障地下采礦的穩(wěn)定性，就必須先規(guī)劃巖層的移動機理，對采礦區(qū)域進行綜合性的探測和分析。運用現(xiàn)代的科學技術對地面巖石和泥土的裂縫與塌坑進行探測，充分了解容易發(fā)生變形和沉陷的巖石分布情況，從而有效預測與防治巖石的移動和地表的沉陷。目前，國際上預測巖石移動和地面沉陷的技術主要為雷達探測。

2.1 雷達探測技術概述

雷達探測技術為采礦業(yè)內(nèi)比較常用的技術之一。一般雷達技術都是采用剖面測量的方式來實現(xiàn)的。雷達探測的最大深度約為50m。檢測結果表明，一般潛在巖石移動和地面沉陷危險的區(qū)域與其它區(qū)域相比反射波較長，且以垂直方向密集地向下方不斷延伸。但雷達探測也只是一個粗略地估計，并不能將探測的結果更加精確化，有時會與實際裂縫深度和巖石情況相去甚遠，其劣勢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”部分就會無法勘測，且雷達探測容易受到各種自然因素的干擾，從而影響探測的效果。雷達探測的波長較為均勻，波動的幅度較弱，雷達探測結果十分均勻平穩(wěn)，斷定此區(qū)域的地表為整體結構，較為安全，不易發(fā)生巖石移動和地表沉陷等事故。

3 案例分析

下面筆者以我國的采礦工程為例，對復雜條件下地下采礦的穩(wěn)定性進行分析。

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

準備工作：使用加拿大生產(chǎn)的EKKO-IV雷達探測儀，利用剖面測量的方式，使用兩種頻率，一為100MHz頻率，發(fā)射雷達波長和接受天線之間的距離為2m，中間點距為0.5m；二為50MHz。發(fā)射雷達波長和接受天線之間的距離為1m，中間點距為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。測量區(qū)域的地表設置兩天剖線，選擇兩個剖面，分別為A-a剖面和D-d剖面，對兩條剖面進行測量。測量如圖1。

由圖1可知，雷達探測的結果明顯，特征異常，對于空間位置的測定十分準確。D-d剖面的90-130m出的空間以及巖石的形態(tài)存在異常，且波動較大，可能存在巖石移動和地表沉陷的潛在危險。而其它區(qū)域的波形顯示的形狀較寬，且波動不大，分布較為均勻，表示區(qū)域內(nèi)的巖石結構為整體，不易發(fā)生巖石移動和地表沉陷，且不會有巖石移動和地表沉陷的潛在危險。

雷達探測的結果表明，此區(qū)域內(nèi)發(fā)生巖石移動和地表沉陷的概率較小，但是發(fā)生巖石移動和地表沉陷的風險依然存在，因此，應該提高采礦過程中的安全系數(shù)，減少采礦中過程中的風險，從而有效預防和防治巖石移動和地表沉陷的危險。

圖1 雷達測線位置

4 結語

總而言之，對于巖石移動和地表沉陷應采取嚴謹?shù)膽B(tài)度，尤其在山川和丘陵地帶，更應該對礦石進行科學合理地開采，對于巖石移動和地表沉陷的危險應該及早預測和防治，避免巖石移動和地表沉陷給采礦工程帶來的損失，保護生態(tài)環(huán)境和采礦工人的生命安全，為我國的經(jīng)濟和社會的發(fā)展提供更多動力。

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