金属矿地下开采地表沉陷与防护

李云鹏

（烟台黄金职业学院，山东 烟台 265401）

我国在进行金属矿开采的时候，多数是以地下开采为主，露天开采比较少，随着当下露天矿产资源的减少，深入地下进行资源的开采将会成为我国未来金属矿开采的重要趋势。但是由于我国幅员辽阔，地质地势地形都比较复杂，因此，地下开采的危险性更高，事故发生的概率也更大，因此要找到在金属矿开采过程中会发生地表沉陷的问题，从而进行合理的防护。

1 金属矿山开采的现状

金属矿开采是对地下矿产资源进行开发的过程，主要分为开采、切割以及回采等流程。采矿的方式有地下和地上两种，由于矿产资源是不可再生资源，因此最近几年地上的金属矿产越来越少，大部分都是地下矿的开采，而随着地下矿产资源开采的增加，其开采工艺也在不断的提升，从传统的手工开采已经逐渐转变为了现代化的机械开采，目前大部分的矿企都实现了自动化作业。目前我国金属矿的开采采用的是比较先进的连续开采技术，这是由矿体的硬度决定的。如果矿体的硬度比较小，可以采用连续平行的施工方式作业，如果矿体硬度较大的话，开采过程就会被分段进行，不同的施工段会采用连续平行的开采方式，因此每个阶段都需要做好协调的工作[1]。

2 金属矿开采地表沉陷的表现

2.1 岩体沉降移动成为盆地

在矿区，矿产资源被开采后，岩层之间就会形成采空区间，这种区间之间会发生力的重新分配，打破了原本的平衡状态，顶层岩石就会被向上拉升，受到了一个拉伸的状态，因此会产生不同程度的移动以及弯曲。如果这个空间的变化在自身承载力范围之内，则矿区整体将继续保持平衡以及平缓的弯曲，经过时间的累计，这个弯曲变大，则拉伸力就会增加，从而超过了岩层最大的承受能力，最终会发生岩层断裂甚至破碎的情况，导致了整个矿区的岩体重新分布。如果开采的范围比较大，则岩层会逐渐延伸到地表，从而形成盆地。

2.2 地表发生移动及变形

当矿区资源被开采过后，采空区的面积就会不断的扩大，地表难免会发生移动以及变形，主要是水平和垂直两个方向的移动。在垂直方向上，如果开采矿产资源越多，则移动就会越大，达到一定规模时，就会超过最大的下沉值，这个位置通常在采空区的上方，这就会偏向下山的方向。对于水平移动来说，都是一点点增加的，才空区的上方其水平移动值是最小的，两侧的数值最大，随着位置的不断移动，矿区的倾斜角度也发生了变化，水平移动的数值越小，则向上的方向就越大。

2.3 移动角度和范围

由于在矿山开采的过程中，每个采矿区开采的数量以及开采方式不同，导致了地表移动的角度也有所不同，移动角度是主断面的临界点与采空区之间的夹角，在矿产开采的时候，都是先对这个移动偏角进行测量，在确定出主要的工程算法，从而计算出整地表的移动范围。

3 金属矿开采的复杂性

首先是在金属矿开采的过程中，周围环境的不同，具有复杂性，其作业都是半封闭的系统，工作区域与地表还具有一段距离，其空间是狭窄的，环境也非常恶劣，由于金属矿储存条件比较复杂，地质结构也是非常不稳定，其开采过程中会出现位置移动以及地下水涌出等自然的灾害或者恶劣的天气，对整个地下开采系统的安全产生了比较大的影响。

其次金属矿在开采的过程中，是连续性作业的，而整个生产过程都比较琐碎，生产是具有复杂性，在金矿开采和生产的过程中，会出现横向及纵向的交叉，导致了内部的因子发生改变，这也会使得事故率提升了，在金属矿开采的过程中，安全事故的发生总是不可避免也无法准确能预测到的，因此生产是非常麻烦的。

4 金属矿开采过程中地表沉陷的原因

在金属矿开采的时候，采空区的情况比较复杂，而地表沉陷是最常出现的问题之一，其影响因素由人为因素及自然因素组成。自然因素包括地质岩层的性质，矿体的质量以及矿山资源开采的强度。此外有一些金属矿地处的位置比较特殊，矿山形成比较有特点。在采空区，由于在开采的过程中，设置的参数不合理，上下位置有重复，上面的空间是距离地面比较近的，这就会造成采空区之间的跨度增大，采空区顶部过高，而其顶板的厚度自然无法达到标准，就容易出现地表沉陷的问题。在矿采埋藏比较深的地方，上层岩石遭到了破坏，而落下的岩石很难在填充进去。在采空区联通后，会有大规模的这一区域增加，整体的稳定性来说不太好，这关系到金属矿区周围的特征。

地质结构是造成地表沉陷的最主要原因之一。在一个矿区内，如果破碎区域中的岩石比较杂而小，则主要是受西北方向的结构影响，矿体的走向与破碎带方向一致，在矿区开采的时候，破碎带是会比较容易发生变化的一个区域，如果遇到水，还会发生泥化，会降低整个采空区顶部的强度，整个矿区的力学性质会下降，这也会对这个区域的降水产生一定的影响，加大了岩层的整体压力。

5 金属矿开采过程中地表沉陷的监测

5.1 开采过程的监测

在进行矿产开采的过程中，地表沉陷问题是最常见的，在力学分析的基础上，很难精准的总结出结果，利用传统的经验和公式算法也无法做到全面的预测，随着我国计算机技术的不断发展和进步，在开采过程中，监测地表沉陷获得了一个新的途径，可以利用计算机的模拟以及全球定位系统等对地表沉陷进行定位，通过大量的数值分析来预测接下来沉陷的趋势情况。

5.2 计算机模拟

在进行矿产资源开采的过程中，根据力学理论，结合矿区的实际情况，通过计算机的数据模拟，对挖掘过程做一个模拟实验，建立起曲线的变化，在不同的开采深度下，岩层和地表会发生哪些变化和移动，这样建立起的数据模型的可信度比较高，其模拟技术对基础的参数的依赖性比较强，可以保证参数的准确性。

5.3 现代检测技术的进步

现代监测技术主要包括全球定位系统技术，配合一系列的软件处理，快能够快速的获得矿区范围的各项数据，并对其进行监测和分析，实时的跟踪这些数据的变化，从而得到一个沉降的数据，能够为预防地面沉陷打下良好的基础。现代的全球定位系统技术在生活中的应用较为广泛，将其与其他技术相结合，会对矿山地面会发生的自然灾害、地质等基础信息进行跟踪，将得到的数据输入并储存起来，通过一系列的软件数据处理和分析，来为矿山的安全指导做出贡献。

6 金属矿开采地表沉陷的防护

首先在地表沉陷的区域禁止继续进行矿产的开发，及时做到回填的工作，并且要修建一些排水沟，这样可以避免恶劣天气对沉陷做出的进一步伤害。沿着地表变形的区域进行预警标志的设立，并寻找专人进行监控，对沉陷产生的矿坑进行密切的观察。其次要根据矿区结构数据严格进行回采的工作，将矿柱预留出来，对局部不稳定的地方进行加强防护，设计矿区回采的过程中，要兼顾已开采和未开采的区域，合理的利用资源。再次是在对矿区开采的时候，避免在沉陷区域的下方形成采空区，这样会加重沉陷的程度，如果沉陷区域的下方有矿产，需要在开采结束之后进行采空区域的回填，对于以前就遗留下来的沉陷区域，不应二次开采，除非有一套非常可行的方案制定出来。最后要对采空区域进行填充，减少采空区域的下沉程度，保留采空区域的支撑，且位置要进行合理的测量及设立。在采空区域的通道中，要稳定岩石区间，最好的方式是加固墙体，利用岩体发射装置对采空区进行监控，形成一个监控网络，从而对地表沉陷做到实时的监控[2,3]。

7 结论

随着金属矿产资源的大规模开采，自然环境也在不断的被破坏，人们给整个地球环境也造成了越来越大的威胁，这就需要我们在资源开采时进行有效的防护和保护。针对地面沉陷这一问题，主要是通过现代监测手段进行的。这可以对地表沉陷有一定的指导作用，将理论与实际相结合。通过实时数据的监控，可以建立一个地表沉陷的预测系统，根据不同的矿区条件，来进行沉陷的控制和防护，从而做到环境的保护。