宜昌顺安地矿工程技术有限公司 湖北宜昌 443000
摘要：矿山工程活动对工作区的影响主要包括两个大的方面，一是爆破作用对地面的影响，二是矿山活动造成地面坍落、顶板坍塌、地表移动变形等对库区山体的影响。本次评价，主要参考了矿山工程地质相关规范及煤炭行业中的相关经验计算公式，结合宜昌磷矿区的实际开采情况，在定性评价的基础上，对矿山工程活动造成的影响进行定量的预测评价，为后期的治理工程设计做参考。
关键词：矿山活动；库区安全；预测；评价
1库区矿业分布情况
在两河口水库库区范围内仅存在一家已设置采矿权的矿区—湖北省兴山县胡家扁磷矿（图1）。目前该矿完成了预查工作，预查区面积5.5km2，区内磷矿层无出露。2011年2月提交了预查地质工作总结，初步估算全矿区Ⅲ级品磷矿石预测的资源量（334）? 40168千吨，为一中型规模的沉积型磷块岩矿床。胡家扁磷矿资源埋藏在当地最低侵蚀基准面（孟家河）以下260～580m，埋藏较深。
2水库蓄水对周边环境的影响预测
两河口水库设计蓄水容量1075万m3，最大坝高86m，坝顶高程1061m，设计为混凝土重力坝。水库按设计建成蓄水后，最高回水高程约1058m，则库区水域面积约0.39km2。水库蓄水可能对周边环境造成如下影响：
（1）水库蓄水增大了库区围岩荷载，有可能改变围岩应力分布状态，破坏应力平衡，造成井巷顶板变形或采空区下沉，从而威胁水库及矿山安全。
水库蓄水平均按85m蓄水计算，蓄水总量达1075万方，相当于每平方米增加85m的水柱压力，即约0.85Mpa。库区及坝址出露的均为灯影组白云岩，岩石表层多呈中等风化，局部为强风化，岩石饱和抗压强度一般大于60Mpa，多属较坚硬—坚硬岩类；矿层埋深至260-580m的微风化至新鲜岩层中；库水增加的水柱压力相对于新鲜岩层，其荷载很小，不足以改变矿井的围岩应力分布状态，水库蓄水对矿井围岩安全危害性较小。
（2）蓄水改变了矿区水文地质条件。水库蓄水后，势必改变周围的水文地质条件和水环境，比如补给条件发生改变、排泄方式发生改变，裂隙间产生应力扩张等等工程问题。坝址及库区岩体裂隙较发育，蓄水后静水压力增大，有可能造成裂隙间形成水力联系，并向深层发展，从而导致矿井涌水问题。对于库区节理裂隙发育地段，应加强防渗措施。
总体而言，两河口水库建成蓄水后，对周边矿山建设及安全具有一定影响，为保证水库的正常蓄水及矿山生产安全，必须对库区设定一定的安全区域，禁止一切矿业活动。
3矿山工程活动对水库的影响预测
3.1定性预测评价
矿山采空区塌陷是由于地下矿体被开采后，开采区域周围的原始应力状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。在此过程中采空区直接顶板岩层在其自重应力和上覆岩层的作用下，产生向下的移动和弯曲。当其内部的拉应力超过岩层的抗拉强度时，直接顶板就会断裂、破碎，继而冒落，而直接顶板上部的岩层则以梁或悬臂梁弯曲方式沿层里法线方向移动、弯曲、进而产生断裂、离层。当开采范围足够大时，岩层移动发展到地表，在地表形成一个比采空区大很多倍的沉陷盆地。
采空区塌陷源于采空顶板坍落下沉，采空区地面变形与采空区形态特征（形状及产状等）、顶上地形特征、顶板厚度、岩土体的强度与结构特征和保安矿柱的密度及大小等有关。
本次工作范围内矿层构造简单，为一相对平缓单斜层，仅见局部有小波状起伏，矿层倾角一般在10°左右，矿坑的顶、底板稳定性一般较好，但遭各种构造应力破坏地段，稳定性就会明显的降低。若不按设计采矿，合理预留水库保安矿柱，随着大面积采空区的形成，回采保安矿柱或者预留保安矿柱不足等，将使其上部岩层失去支撑，平衡条件被破坏，随之产生弯曲、塌落，以致发展到示意图层顶板坍落或破坏，从而对水库及矿山开采安全形成极大威胁。
3.2定量预测评价
计算中，均假定为最为不利的工况条件，如采空区跨度超大，采厚超大等。其评价指标主要包括采矿方式及强度（采空区大小、宽度、高度，开采深度等）；环境地质条件，如岩层（矿层）倾角、内摩擦角，地质构造，已变形的裂缝及其规模等。其次要因素为矿业活动对矿区水土资源、环境影响程度。
本报告借鉴煤矿的有关计算方法进行计算，假设充分采动、不产生重复采动的情况下，用经验公式法进行估算，估算中未考虑爆破作用的影响。
由计算结果可以看出，如采空区预留不当时该区域可能产生采空区塌陷。当采空区塌落时，势必破坏矿井顶板上部即陡山沱组（Z2d）黑色炭质页岩、浅灰色粘土质页岩、灰黑色硅质板岩组成的隔水顶板，上部含水岩组中地下水体有可能和库水具有水力联系，从而造成矿巷涌水量剧增，甚至有可能造成水患事故。
3.2.2采空区顶板稳定性计算
取悬空区单位长度为计算单元，则作用在顶板上的压力为（图2）：
图2 悬空区顶板稳定性计算图
公式内相关参数取值参考前节，经计算，H0＝216m。
胡家扁磷矿区磷矿层埋深最小的地方为H＝260m，则有216＜H＜1.5×216＝324m，说明该段矿井巷顶板稳定性差。
通过计算，说明，矿区工程活动将会造成顶板变形破坏，有可能诱发水库渗漏，同时造成井巷透水，因此，必须在水库范围内设置禁采区，预留保安示意矿柱，确保水库和矿山开采安全。
4综合评价总结
两河口水库建成蓄水，回水至1058m，库水容量达1075万立方，水域面积达0.39km2。水库蓄水对周边环境存在一定的影响，主要表现在：有可能改变围岩应力分布状态，破坏应力平衡，造成井巷顶板变形或采空区下沉，从而威胁水库及矿山安全；蓄水改变了矿区水文地质条件，蓄水后静水压力增大，有可能造成裂隙间形成水力联系，并向深层发展，从而导致矿井涌水问题。对于库区节理裂隙发育地段，应加强防渗措施。调查区矿层构造相对简单，为一相对平缓单斜层，仅见局部有小波状起伏，矿层倾角一般在10°左右，矿坑的顶、底板稳定性一般较好，但遭各种构造应力破坏地段，稳定性就会明显的降低。若不按设计采矿，合理预留水库保安矿柱，随着大面积采空区的形成，回采保安矿柱或者预留保安矿柱不足等，将使其上部岩层失去支撑，平衡条件被破坏，随之产生弯曲、塌落，以致发展到矿层顶板坍落或破坏，从而对水库及矿山开采安全形成极大威胁。通过计算分析，井巷顶板坍落高度约28.18m，有可能破坏顶板上部相对隔水层（由炭质页岩、板岩等组成），从而造成水库渗漏；采空区顶板稳定性预测结果为，临界深度H0＝216m，预测其顶板稳定性较差，有可能产生变形破坏，诱发水库渗漏，同时造成井巷透水，因此，必须在水库范围内设置禁采区，预留保安示意矿柱，确保水库和矿山开采安全。
论文作者:杨洪林
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：顶板论文; 采空区论文; 水库论文; 矿柱论文; 库区论文; 矿山论文; 应力论文; 《基层建设》2018年第22期论文;