復雜地質條件下采礦安全保障措施研究

楊 帆

（河南中源化學股份有限公司，河南 南陽 474775）

礦產開采有其特定的開采標準和具體細則，經常在操作中出現一系列的細節性問題，導致開采過程效率不高、弊端較多。當面臨自然地質環境復雜的情形時，必須嚴格制定高標準高要求的開采規范和具體細節措施，這不僅體現了礦產資源開采的行業標準，更體現了礦產開采與環境之間不可分割的關系，因此必須牢牢樹立全面協調可持續的開采方針和原則。

1 對不同結構的地質條件下礦井資源開采的硬件設施研究的實際價值

國內能源資源中礦產資源占比較大，在經濟結構中也占有同樣重要的比重和經濟地位，近年來礦產資源開采面臨的處境是淺層礦物儲量急劇減少，一味開采將會破壞自然環境的地質結構和生態平衡。由國家能源部門統計數據可知，開采深度大于600米的礦井數量急劇增加，按照這種發展趨勢將在2050年達到1500米左右，這表明礦物開采過程變得越來越難。但慶幸的是當前國內深層礦物儲藏量豐富，但對其探明量和深層地質條件下的開采沒有進行有效的利用。由于礦產資源屬于不可再生資源，其儲量有限，盲目開采使得資源儲量急劇減少[1]。

2 礦井開采的地質環境因素分析

影響礦井有效安全開采的地質條件是多種多樣的，主要包括礦層的結構、巖層構造、易燃易爆氣體分布、壓力、溫度差異等條件，上述因素對礦產資源的安全開采都發揮著重要的影響作用，但影響其安全開采的決定性因素還是礦區的巖層的構造以及礦區的生產環境。

2.1 地質構造

斷層和陷落柱通常是地質構造復雜環境最主要的兩個方面。在實際的礦產資源開采過程中，斷層這一過程具有很大的風險潛伏性和危害性，如果在開采過程中遇到特殊情況即地質斷層時，則會給開采帶來巨大的經濟損失，更有甚者嚴重威脅到工作人員的生命財產安全[2]。

2.2 陷落柱

陷落柱通過改變礦層地質構造，進而使得礦物的儲量急劇減少，因此對礦物開采的有效安全進行造成危害。陷落柱場多見于大面積的石灰石巖層構造，通常是通過地下水的長期侵蝕造成的巖石溶蝕過程，因此早期的洞穴由此出現。由于地層表面物質重量的增加且地層下部結構的顯著變化，使得洞穴之上的礦層下沉，間接大規模破壞了礦層結構。通常在實際礦物開采中，沒有人會為規避陷落柱的影響而避開原來的開采路線，大多都是用頂板防止陷落柱給礦物開采帶來影響。原方案對頂板和巷道的一系列的優化處理無疑阻礙了礦產資源的有效開發與利用[3]。

2.3 水文以及地質條件的影響

我們通常所講的水文地質可以狹義的理解為自然環境中地球表層下部水資源的空間分布與運動。我們再礦山開采的操作過程中往往會存在含水巖層與礦層相鄰近的特殊情況，大多數含水層分布于礦層上部，中間是厚度較小的砂礫層。一旦操作不小心將會使得砂礫層斷裂，造成含水層下沉，導致礦井被積水破壞，必須通過抽水的方式解決這些問題，造成了巨大的經濟損失。

必須對這一開采過程進行細致科學的研究和處理，進而消除這種隱患。

3 地質結構相對復雜地區礦井開采新技術的研究與發展

基于上述不同影響層面的分析可知，國內對礦井開采過程的影響機制進行了大量的研究，基于此從以下幾個方面重點研究新型礦井開采保障技術的發展與產生。

（1）基于高分辨率模型的三維地震勘探技術。高分辨率三維地震勘探是煤炭資源主要技術，其特點是綜合性、廣泛性。這一技術可以有效的把礦區內的斷層進行直觀反映，能夠有效規避落差較大的斷層，基于這種斷層的控制技術，使得煤礦開采的效率明顯提升。

（2）地質雷達探測技術。通過高頻電磁波勘探礦井的地質結構，并根據波的反射信號對地層的特征信息進行分析的過程稱為地質雷達探測技術。根據地質雷達對斷層的敏感性，將其應用到礦產資源開采中可以顯著提高開采效率。

（3）新型鉆探勘測技術。部分礦井開采過程通過利用瓦斯氣體，探測巷道的內部結構以及特征，其結構復雜程度可用瓦斯氣體的排放量來衡量。這樣就可以在前方結構較小的情況下預先采取措施，避免在小構造的環境中出現瓦斯超限的事故。

（4）無線電波坑透技術。無線電坑透技術其作用是為巷道的地質構造的勘探提供保障，大功率坑透儀可以有效探測巷道情況，并對前方巷道發生的緊急情況采取應對措施，有效防止礦井瓦斯事故的發生。

（5）覆巖破壞探測技術。部分礦物開采使得礦物上方巖層被破壞，導致坍塌事故的發生，間接造成含水層破裂發生礦井水災。網絡并行電法CT探測正是在此種條件下提出的，旨在減少礦井開采中危險事故的發生率。

（6）大范圍提前勘測老空區水結構。部分礦井開采通常采取的做法是運用探放水措施來建造巷道，然而他們卻根本沒有注意到這一方法帶來潛在的風險性，其導致的結果通常是老空區煤層聚集帶發生自燃，進而阻礙了開采過程的順利開展。由此可知必須將探訪措施和挖掘過程進行有機的結合，嚴格按照老空區水的結構位置采取適當的排除積水措施，這一措施可以是借助老空區水下部巷道建造合理的放水孔，大范圍提前勘測老空區水可以避免煤層自燃發生，并將巷道施工過程中的風險降低到最小。

4 結語

由此可知，相對復雜的地質結構下進行礦井開采是一項極具挑戰性的工程。有效合理科學的礦產資源進行開發利用，建立健全相關法律制度和行為規范對開采工作影響重大。在今后的礦井開采過程中對地質條件因素分析以及新型勘測技術的開發與研究將會成為國內勘測技術研究的重點方向和潮流。