探究复杂条件下地下采矿稳定性

任进鹏,刘会林

（山东匠鑫设计研究院有限公司,济南 250100）

1 岩层移动和地表沉陷原因

在上个世纪五十年代，我国就已经进行过沉陷现场观测工作的模拟研究。虽然，采矿沉陷的预报方法已经随着社会的进步和科学的发展逐渐变得完善，但是，采矿的岩层移动和地表沉陷都是不可逆的，会给生态环境带来巨大损失，因此，岩层移动和地表沉陷的预测和防治，仍然需要更深入的研究。

矿产资源开采是我国民生支柱产业，开采的范围较广，涉及到的矿产资源种类也十分繁多，各种复杂的地质条件使岩层移动和地表的沉陷也变得更为复杂，若无法精确地预测地表移动角和沉陷角，就会导致矿山的开采和建设规划出现不合理的现象，这种情况会给居民的经济造成巨大损失，从而影响到矿产资源的正常开采和生产。在这种情况下不难看出，进行复杂条件下的地下采矿的稳定性的研究是十分具有现实意义的。

2 复杂条件下地下采矿的稳定性分析

地下矿产的过度开采会导致岩层的移动和严重的地表沉陷。而移动和沉陷会由矿产资源的采空区逐渐蔓延到岩层以上，直至地表。因此，若想准确的预测和防治岩层移动和地表沉陷，保障地下采矿的稳定性，就必须先规划岩层的移动机理，对采矿区域进行综合性的探测和分析。运用现代的科学技术对地面岩石和泥土的裂缝与塌坑进行探测，充分了解容易发生变形和沉陷的岩石分布情况，从而有效预测与防治岩石的移动和地表的沉陷。目前，国际上预测岩石移动和地面沉陷的技术主要为雷达探测。

2.1 雷达探测技术概述

雷达探测技术为采矿业内比较常用的技术之一。一般雷达技术都是采用剖面测量的方式来实现的。雷达探测的最大深度约为50m。检测结果表明，一般潜在岩石移动和地面沉陷危险的区域与其它区域相比反射波较长，且以垂直方向密集地向下方不断延伸。但雷达探测也只是一个粗略地估计，并不能将探测的结果更加精确化，有时会与实际裂缝深度和岩石情况相去甚远，其劣势就在于只能接受反射波，在不能将反射波投放到地面上的“死角”部分就会无法勘测，且雷达探测容易受到各种自然因素的干扰，从而影响探测的效果。雷达探测的波长较为均匀，波动的幅度较弱，雷达探测结果十分均匀平稳，断定此区域的地表为整体结构，较为安全，不易发生岩石移动和地表沉陷等事故。

3 案例分析

下面笔者以我国的采矿工程为例，对复杂条件下地下采矿的稳定性进行分析。

工程位于我国河北省的东南地区，主要采集矿石类型为铁矿，主要探测点为地表变形程度的观测。

准备工作：使用加拿大生产的EKKO-IV雷达探测仪，利用剖面测量的方式，使用两种频率，一为100MHz频率，发射雷达波长和接受天线之间的距离为2m，中间点距为0.5m；二为50MHz。发射雷达波长和接受天线之间的距离为1m，中间点距为0.25m，发射的冲锋电压为1000V，采样的视窗为1000ns，叠加的次数为132次。测量区域的地表设置两天剖线，选择两个剖面，分别为A-a剖面和D-d剖面，对两条剖面进行测量。测量如图1。

由图1可知，雷达探测的结果明显，特征异常，对于空间位置的测定十分准确。D-d剖面的90-130m出的空间以及岩石的形态存在异常，且波动较大，可能存在岩石移动和地表沉陷的潜在危险。而其它区域的波形显示的形状较宽，且波动不大，分布较为均匀，表示区域内的岩石结构为整体，不易发生岩石移动和地表沉陷，且不会有岩石移动和地表沉陷的潜在危险。

雷达探测的结果表明，此区域内发生岩石移动和地表沉陷的概率较小，但是发生岩石移动和地表沉陷的风险依然存在，因此，应该提高采矿过程中的安全系数，减少采矿中过程中的风险，从而有效预防和防治岩石移动和地表沉陷的危险。

图1 雷达测线位置

4 结语

总而言之，对于岩石移动和地表沉陷应采取严谨的态度，尤其在山川和丘陵地带，更应该对矿石进行科学合理地开采，对于岩石移动和地表沉陷的危险应该及早预测和防治，避免岩石移动和地表沉陷给采矿工程带来的损失，保护生态环境和采矿工人的生命安全，为我国的经济和社会的发展提供更多动力。

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