复杂地质条件下采矿安全保障措施研究

杨 帆

（河南中源化学股份有限公司，河南 南阳 474775）

矿产开采有其特定的开采标准和具体细则，经常在操作中出现一系列的细节性问题，导致开采过程效率不高、弊端较多。当面临自然地质环境复杂的情形时，必须严格制定高标准高要求的开采规范和具体细节措施，这不仅体现了矿产资源开采的行业标准，更体现了矿产开采与环境之间不可分割的关系，因此必须牢牢树立全面协调可持续的开采方针和原则。

1 对不同结构的地质条件下矿井资源开采的硬件设施研究的实际价值

国内能源资源中矿产资源占比较大，在经济结构中也占有同样重要的比重和经济地位，近年来矿产资源开采面临的处境是浅层矿物储量急剧减少，一味开采将会破坏自然环境的地质结构和生态平衡。由国家能源部门统计数据可知，开采深度大于600米的矿井数量急剧增加，按照这种发展趋势将在2050年达到1500米左右，这表明矿物开采过程变得越来越难。但庆幸的是当前国内深层矿物储藏量丰富，但对其探明量和深层地质条件下的开采没有进行有效的利用。由于矿产资源属于不可再生资源，其储量有限，盲目开采使得资源储量急剧减少[1]。

2 矿井开采的地质环境因素分析

影响矿井有效安全开采的地质条件是多种多样的，主要包括矿层的结构、岩层构造、易燃易爆气体分布、压力、温度差异等条件，上述因素对矿产资源的安全开采都发挥着重要的影响作用，但影响其安全开采的决定性因素还是矿区的岩层的构造以及矿区的生产环境。

2.1 地质构造

断层和陷落柱通常是地质构造复杂环境最主要的两个方面。在实际的矿产资源开采过程中，断层这一过程具有很大的风险潜伏性和危害性，如果在开采过程中遇到特殊情况即地质断层时，则会给开采带来巨大的经济损失，更有甚者严重威胁到工作人员的生命财产安全[2]。

2.2 陷落柱

陷落柱通过改变矿层地质构造，进而使得矿物的储量急剧减少，因此对矿物开采的有效安全进行造成危害。陷落柱场多见于大面积的石灰石岩层构造，通常是通过地下水的长期侵蚀造成的岩石溶蚀过程，因此早期的洞穴由此出现。由于地层表面物质重量的增加且地层下部结构的显著变化，使得洞穴之上的矿层下沉，间接大规模破坏了矿层结构。通常在实际矿物开采中，没有人会为规避陷落柱的影响而避开原来的开采路线，大多都是用顶板防止陷落柱给矿物开采带来影响。原方案对顶板和巷道的一系列的优化处理无疑阻碍了矿产资源的有效开发与利用[3]。

2.3 水文以及地质条件的影响

我们通常所讲的水文地质可以狭义的理解为自然环境中地球表层下部水资源的空间分布与运动。我们再矿山开采的操作过程中往往会存在含水岩层与矿层相邻近的特殊情况，大多数含水层分布于矿层上部，中间是厚度较小的砂砾层。一旦操作不小心将会使得砂砾层断裂，造成含水层下沉，导致矿井被积水破坏，必须通过抽水的方式解决这些问题，造成了巨大的经济损失。

必须对这一开采过程进行细致科学的研究和处理，进而消除这种隐患。

3 地质结构相对复杂地区矿井开采新技术的研究与发展

基于上述不同影响层面的分析可知，国内对矿井开采过程的影响机制进行了大量的研究，基于此从以下几个方面重点研究新型矿井开采保障技术的发展与产生。

（1）基于高分辨率模型的三维地震勘探技术。高分辨率三维地震勘探是煤炭资源主要技术，其特点是综合性、广泛性。这一技术可以有效的把矿区内的断层进行直观反映，能够有效规避落差较大的断层，基于这种断层的控制技术，使得煤矿开采的效率明显提升。

（2）地质雷达探测技术。通过高频电磁波勘探矿井的地质结构，并根据波的反射信号对地层的特征信息进行分析的过程称为地质雷达探测技术。根据地质雷达对断层的敏感性，将其应用到矿产资源开采中可以显著提高开采效率。

（3）新型钻探勘测技术。部分矿井开采过程通过利用瓦斯气体，探测巷道的内部结构以及特征，其结构复杂程度可用瓦斯气体的排放量来衡量。这样就可以在前方结构较小的情况下预先采取措施，避免在小构造的环境中出现瓦斯超限的事故。

（4）无线电波坑透技术。无线电坑透技术其作用是为巷道的地质构造的勘探提供保障，大功率坑透仪可以有效探测巷道情况，并对前方巷道发生的紧急情况采取应对措施，有效防止矿井瓦斯事故的发生。

（5）覆岩破坏探测技术。部分矿物开采使得矿物上方岩层被破坏，导致坍塌事故的发生，间接造成含水层破裂发生矿井水灾。网络并行电法CT探测正是在此种条件下提出的，旨在减少矿井开采中危险事故的发生率。

（6）大范围提前勘测老空区水结构。部分矿井开采通常采取的做法是运用探放水措施来建造巷道，然而他们却根本没有注意到这一方法带来潜在的风险性，其导致的结果通常是老空区煤层聚集带发生自燃，进而阻碍了开采过程的顺利开展。由此可知必须将探访措施和挖掘过程进行有机的结合，严格按照老空区水的结构位置采取适当的排除积水措施，这一措施可以是借助老空区水下部巷道建造合理的放水孔，大范围提前勘测老空区水可以避免煤层自燃发生，并将巷道施工过程中的风险降低到最小。

4 结语

由此可知，相对复杂的地质结构下进行矿井开采是一项极具挑战性的工程。有效合理科学的矿产资源进行开发利用，建立健全相关法律制度和行为规范对开采工作影响重大。在今后的矿井开采过程中对地质条件因素分析以及新型勘测技术的开发与研究将会成为国内勘测技术研究的重点方向和潮流。