论地下开采对矿山地质环境的影响

张建明

摘 要：随着经济的快速发展，社会生产对各类矿产的需求也在不断增加。矿山开采经过初期的露天开采后，大量转入地下矿产。矿山开采对矿山及其周边的地质环境造成了严重的破坏，也对矿区范围内的居民造成了生命威胁。如何在正常开采资源的同时，减少对地质环境的破坏，是目前矿产行业面临的重要问题之一。

关键词：矿山开采；地质环境；采空区；岩体应力

中图分类号：P618.11；TD167 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）20-0153-02

采矿业的不断发展为我国的经济发展作出了一定的贡献，但也对自然环境造成了不可估量的破坏。因此，我们要详细了解地下开采对矿山地质环境造成的影响，为解决上述问题提供依据。

1 概述

地下开采对矿山地质环境的影响具有时间长、范围大的特点，并可能引起地质灾害。地下开采是形成地质灾害的外因；地层岩性和地质构造是形成地质灾害的内因。在地下开采过程中，因开采而形成的采空区极易引发地表塌陷，使地形、地貌产生变化，从而造成地质灾害。因此，采空区带来的不利影响在地质环境的破坏中尤为严重。

2 采空区的影响因素

影响矿山开采出现采空区塌陷危害的因素主要有以下七方面：①采空区的体积和连续开采。一般而言，采空区的体积越大，岩体的稳定性越差；采空区连续开采的程度越高，地压活动越明显。②开采深度。开采深度越大，地压增加越明显。上覆岩层的重力与地压成正比，如果存在构造影响，则水平应力会大于垂直应力。③地下水。一方面，地下水对岩体结构面起着溶蚀、软化和泥化的作用，降低了弱面的强度；另一方面，在裂隙水压的作用下，裂隙表面的摩擦阻力会较少，岩体的抗剪强度会降低。因此，矿山地压往往发生在每年的冬季解冻期和雨季。④时间。一般来说，在具备了其他可引发应力集中现象的条件下，时间便成为了重要的可变因素。⑤结构弱面。虽然大型连续结构弱面可起到避免发生大范围破坏的作用，但是，其对采空区塌陷的发生和发展也起到了加速作用。⑥开采技术。采矿方法、矿块的回采顺序、矿柱的结构参数和回采工艺等均对地压有着重要的影响。⑦岩石性质。岩石的矿物组成、结晶程度和矿物颗粒之间的连结特征等均会对地压产生影响。

3 采空区的发展

采空区的发展一般分为以下三个阶段：①发生和缓慢发展阶段。在该阶段，采空区发展缓慢，发展时间从几个月至几十年不等。该阶段的主要特征表现为围岩发生岩音、采场顶板局部冒落、矿柱压坏、金矿巷道变形或破坏。②加速发展、岩石移动或崩塌阶段。在该阶段，巷道和围岩变形明显，岩音剧烈，巷道、矿柱和夹墙产生压坏、倒塌现象，并发生大面积的地压活动，导致岩层移动，采场巷道倒塌，地表下沉开裂形成台阶。③衰减稳定阶段。在大面积的地压活动结束后，采场和巷道的变形或破坏趋于缓和，岩围应力趋于平衡状态。

随着开采工作的进行，地压活动可能再次发生，并重复上述发展过程。因此，地下开采会引发诸多地质环境问题。比如在开采过程中，不仅可能会引发滑坡、崩塌、地面塌陷和泥石流等地质灾害，还可能会引发地面沉降、水环境恶化和土壤荒漠化等灾害，这对人民的生命、财产安全构成了极大的威胁。

4 地下开采对矿山地质环境的影响

4.1 岩体应力被改变

地下采矿会使地层岩体内的原始自然应力场发生改变，但应力会不断重新分布，直至形成新的平衡状态。在开采过程中，开挖空间的顶部和上盘会形成减压区域，压应力被拉应力代替，使周边的岩石遭到破坏，进而导致采空区附近的岩体产生地层移动或变形。在此情况下，极易发生岩石跨落、断裂、隆升、裂隙、离层、滑移和弯曲等一系列破坏现象，最终引发矿井灾害。

4.2 岩层被破坏

因岩层原始应力的平衡状态被破坏，导致其发生位移、变形和断裂现象。在此过程中，采空区周边岩层的破坏形式主要有以下3种：①冒落。冒落是岩层移动中最强烈的形式，一般只在采空区的直接顶板岩层中发生。如果岩层破碎剧烈且向地表延伸，则地表会产生移动变形破坏，进而造成土体崩落、滑移和地表开裂。②岩石下滑。如果采空区的倾角较大，则其上方跨落的岩石就会下滑至采空区，导致采空区上部的空间增大，下部空间减小，进而使上部岩层的移动加剧，下部岩层的移动减弱，最终导致地表产生变形、开裂等现象。③弯曲。这是岩层的主要移动形式。在地下开采工程开始后，由直接顶板开始，岩层整体会沿着层面的法线方向出现弯曲现象。

4.3 地表移动

当岩层移动趋于稳定后，在其采空区上方会因地表塌陷而形成下沉型的盆地，且盆地范围大于开采面积。这不仅会改变地表的原始地质形态、生态环境系统和地形、地貌，还会使地面的标高和水平位置发生变化，严重情况下还将形成巨大的塌陷坑，使地表植被遭到破坏，形成水土流失，并引发滑坡、裂缝等一系列地质灾害。

5 实例分析

以山西某矿井为例，进一步分析地下开采对矿山地质环境的影响。

5.1 矿井概况

2008年，该矿井因矿山整顿而被关停，且整顿时填埋了其竖井井筒。

5.2 影响分析

5.2.1 地质灾害现状

2013-04-02，该矿井采空区顶柱塌陷，塌陷面积约300 m2，预计塌陷渣量为1.8×104～2.0×104 m3。因受到挤压，采空区中的积水冲开了原先填埋的竖井口，预计涌出水量达2.5×104～3×104 m3。积水冲毁山路约1 000 m，过水耕地面积约0.27 hm2，未造成人员伤亡。

5.2.2 含水层

该矿井位于红山沟掌，该区域内没有河流，也没有重要的水源地，地下水为第四系松散岩类孔隙水、基岩型裂隙水和构造型裂隙水。浅层的孔隙水受地面降水的影响较大，受地下开采的影响较小。因此，矿区及其周边主要含水层的水位下降不明显。

5.2.3 地形、地貌

该矿井的矿体出露地表，开采初期为小规模民采，虽然破坏了原始的地形、地貌，但破坏程度较小。

5.2.4 采空区情况

2008年，该矿井的竖井井筒被回填，其采空区的顶柱、间柱和积水情况不明。

5.3 事故原因

该矿井所属矿山的地质灾害表现为采空区顶柱坍塌。自2008年矿井被填埋后，其采空区积水严重，原本破碎的围岩因长期受到水的侵蚀，导致采空区顶板松软，不堪重负，加之地温回升，采空区顶部的废渣和覆盖层被解冻，致使顶板受到的压力不断增大，最终发生塌陷。此外，因采空区顶板塌陷，导致矿井积水突水，积水与地面沟谷中堆积的废碴形成泥石流，进而冲毁农田、道路。

6 结束语

综上所述，地下开采对矿山地质环境的影响是客观存在的，且对地质环境的破坏程度不一。如何在正常开采的前提下，提高地下采矿作业和环境保护的技术水平，是目前相关部门急需解决的问题。

参考文献

[1]张国志，崔志强.地下开采对矿山地质环境影响分析——以辽宁省阜新市海州区煤矿为例[J].黑龙江科技信息，2011（29）.

[2]徐忠义，杜前进.采矿知识问答[M].北京：冶金工业出版社，1997.

〔编辑：张思楠〕