中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司 辽宁抚顺 113321
摘要：人类对工程开挖引起的地表移动与变形一直以来都是重点的研究方向。尤其是从安全角度来看，由于地表沉陷而引起的一系列安全问题，形成沉陷盆地、台阶、裂缝，使得建筑物、铁路、公路遭到严重损坏，危及人民生命财产的安全。地下开采活动针对金属矿地下开采可能引起的地表沉陷灾害，首先应从监测角度予以动态的跟踪掌握，通过理论预测及仪器监测，并提前做出防护措施，为控制地表沉陷、维护好地表环境保驾护航。本文就金属矿地下开采的沉陷问题做出分析，提出一些防护措施。
关键词：金属矿；地下开采；安全防护；措施
1 引言
社会经济的迅猛发展下，对矿产资源需求量大增，地下开釆的规模也随之越来越大。地下矿体开采的过程中，会导致岩体的原始应力平衡被打破而引起岩层和地表移动。而开采沉陷则是在地表移动下，形成的沉陷盆地、裂缝和塌陷漏斗等问题，这使得沉陷区的建筑物、公铁路等也受到冲击，甚至影响地表和地下水，带来极为严峻的安全隐患问题。当前金属矿开采过程中，针对地表沉陷问题的防护问题已经十分紧迫，宏观分析地表沉陷的规律和表现，采取检测手段和防护手段，及时的保障安全开采，对矿山的安全生产具有重要的指导意义。
2 金属矿开采过程中的地表沉陷规律
地下开采引起的地表沉陷是一个复杂的力学过程，采空区上方的岩体在开采的扰动下，应力平衡被打破，引起顶板岩层移动和地表沉陷，造成地面工程建筑设施遭受不同程度的危害。其规律特征表现在以下几点：（1）岩体内部移动破坏形成下沉盆地：当地下部分矿体被采出后，岩体内部就形成了采空区，此时顶板的岩层下部的空间引起了应力的重新分配，原有平衡被打破，顶板岩层处于受拉状态，产生移动和弯曲。当这一应变在岩体自身的承载范围内，那么此时将保持连续和规律的平缓弯曲。而当弯曲越来越大，挠度越来越大，拉应力超过岩层的极限承载力，则会发生断裂、破碎、相继冒落，进而使其上部岩层产生断裂、离层，引起采区周围岩体的重新分布。当开采范围足够大时，岩层移动发展到地表，形成下沉的盆地。（2）地表移动与变形：采空区面积持续扩大，地表产生移动和变形，主要包括地表水平和垂直方向的位移。在垂直方向上，随着开挖矿房数目增多，位移量持续增大，茶垢欧一定规模，达到最大下沉值，最大下沉值点位于采空区上方附近，且偏向于下山方向，地表移动曲线呈现不对称的拱形。水平方向，水平移动值由零点增加，采空区的上方水平位移值最小，两侧的边缘点处水平位移最大，随着矿体倾角的增大，随着矿体倾角的增大，指向下山方向的水平移动值逐渐小，上山方向则增大。（3）移动角及移动范围：随着开采矿房数目和开采中段的不同，移动角也是不同的。移动角是主断面上临界变形点和采空区边界水平线之间外侧的夹角。在开采过程中，先采用经验公式和工程类比法，确定岩层的移动角，确定出移动角后，划出移动的范围。（4）地表沉陷问题的影响因素：地表塌陷是一个非常复杂的时空过程，涉及到地质因素和人为因素。地层岩性、矿体岩体质量、开采强度，对地表雨水控制、人为安全管理等。但除此以外，一些金属矿区有着其独特的地理位置特点、构造特点的影响因素。
3 金属矿开采过程中的安全问题的防治措施
3.1 重点区域加强灾害防治措施
在矿山开采作业之前要对矿山的边坡参数进行合理设计，通过技术手段对矿区的边坡进行严格的扫描和监测，获得矿山科学性、准确性的相关数据对矿区的边坡进行稳定。在开采作业前做好严谨性的专业工程勘察工作，防止在开采中出现岩石变形或者开裂。设计合理的边坡坡度以及渣场弃渣的规模，做好灾害防治工作，设置拦渣以及挡墙设施以确保在灾害中出现时可以及时性的处理，防止喷射现象带来的巨大损失。在进行开采作业中加强开采人员的严格规范性操作意识，禁止乱弃。对矿山中原出现灾害的区域要强化防止预防工作，最大程度的减少灾害的发生。对采矿通道做好支护工作防止坍塌。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2 加强开采过程中的沉陷监测
地下金属矿开采引起沉陷，实际上很多情况下力学的分析无法得到精准的结果，而传统的经验公式和工程类比法也无法全面预测。如今计算机技术的快速发展，在开采沉陷问题上提供了一些解决的途径。通过计算机的数值模拟和GPS、GIS手段，能够准确的定位沉陷问题，准确的预测沉陷趋势。（1）计算机数值模拟：矿体开采后，产生的应力变化下，可以根据岩石力学理论，合经验公式和石人沟铁矿的实际情况，利用计算机数值模拟模型，来模拟开挖过程，建立不同开采深度下的岩层、地表移动变形的变化曲线。常用的模拟方法有离散元、有限元、边界元等。数值模拟技术更依赖于准确的基础参数，所以在应用中的初始基础参数是其应用关键。（2）现代监测技术：现代检测技术主要是依靠GPS急速以及INSAR技术，还有GIS技术，配合其他的处理软件，可对矿山大范围监测数据进行快速的提取分析，实时动态的跟踪数据信息，准确的得到沉降数据，提前做好预案促使。目前GPS和GIS是应用的最为广泛的，将两个系统结合起来，对地下矿山开采的地表岩层移动实现动态监测，通过两个技术的结合，对引起矿山地表灾害的地址、地形、地貌、水文等实施跟踪，将GPS监测数据输人存储于GIS系统中，通过GIS系统强大的数据处理功能。如龙桥铁矿就用用GPS与全站仪结合完成对观测站进行地表水平位移、沉降位移的变形监测，为矿山的安全生产提供指导作用。
3.3 将经济效益和保护治理工作结合
项目实施逐步恢复矿山周边的植被和自然地貌，增加树木的覆盖率来改善矿山周边的土质和水质，防止水土流失。对矿区地质环境实施科学、系统化的恢复治理工作，逐步实现生态植被的恢复，对已经造成环境污染的矿山环境最大程度的减轻和消除，实现当地农村以及矿山的可持续发展。实施矿山地质环境保护以及恢复工作对矿山所带来的可持续的发展，减少经济损失。
3.4 加强安全意识
第一，禁止在塌陷变形区进行工程活动，及时进行塌坑回填。及时修建排洪沟，避免大气降水引起的进一步破。第二，沿地表变形区周围建立预警标志，设置专人负责监测工作，密切观察矿坑涌水量、涌泥、涌沙及崩落块石。第三，严格按设计的结构参数进行回采，预留矿柱。对局部不稳定的矿段、巷道及采空区应加强支护，包括挂网、锚杆加喷浆等加固措施。
4 结束语
总而言之，社会经济的进步为矿山地质的安全防护工作带来了科学技术支持，对地质灾害的预测能够取得良好的效果，实现防患于未然的预防目的。对于已经破坏的矿山安全设施则根据区域的实际破坏情况和周边环境采取针对性的治理措施，实现对矿山的开采安全保护。关于矿山的治理和保护不仅依靠于个人的努力更需要政府部门的支持，加大立法执法，强化安全知识宣传力度，号召社会公众和采矿单位的安全意识。
参考文献：
[1]王从陆.非灾变时期金属矿复杂矿井通风系统稳定性及数值模拟研究[D].中南大学，2007.
[2]冯春辉.大新锰矿露天转地下联合开采边坡稳定性分析研究[D].广西大学，2014.
[3]刘凡非.地下电动铲运机电气安全防护措施及EST-3•5接地箱性能分析[J].有色金属（矿山部分），2006，06：34-37.[2017-08-08].
[4]魏晓刚.煤矿巷道与采空区岩体结构地震动力灾变及地面建筑抗震性能劣化研究[D].辽宁工程技术大学，2015.
[5]高文翔.缓倾斜中厚氧化矿采矿回采顺序与结构参数优化研究[D].昆明理工大学，2002.
作者简介：徐博（1985-8-23-）男，本科，助理工程师。
论文作者:徐博
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/18
标签：地表论文; 矿山论文; 岩层论文; 采空区论文; 矿体论文; 地下论文; 金属论文; 《基层建设》2017年第26期论文;