地下采礦對礦山地質環境影響

雒 衛

山西省地勘局二一三地質隊，山西臨汾 041000

各類礦產的開發在為我國社會發展做出巨大貢獻的同時也已經對自然生態環境以及地質環境形成了不可彌補的危害。要解決這個問題，首先就要深入地了解地下開采對于礦山地質環境的影響，然后逐步將其進行科學、合理的改進。

1 概述

地下采礦對于礦山的地質環境是長期而且連續性的大范圍、重復性的破壞活動，其會引發、加劇以至直接形成地質災害。形成地質災害的條件包括地形地貌、地層巖性、地質構造與巖土組成等地質的背景，在這之中區域性地質構造決定了該區域巖土侵蝕發育的方向與發展的趨勢；而地層巖性則是造成地質災害內在的條件；造成地質災害的主要因素則是地形地貌，其對于不同的地質災害類型分布與發育的程度有著控制作用，地質災害產生的可能性取決上述這些條件。

出現礦山開采采空塌陷的現象和開采層的厚度、采深、傾角、上覆巖層性質、采厚與開采的方式等因素有著相當密切的關系。在對礦產資源進行開采的同時，其在地下也造成了開挖的空間，對原有巖體應力的平衡狀態形成破壞，從而引起自開挖地層開始由下向上覆巖的內部依次產生斷裂、裂隙、冒落、彎曲等一系列巖層的移動過程。由于地下采煤所引發的上覆巖層的移動與破壞導致上覆巖層工程地質的性質改變，從而形成采空區的破損巖體地基型的工程地質環境。如果它的內部拉應力大于巖層抗拉的強度極限后，將致使直接頂板斷裂、破壞，同時冒落。老的頂板巖層以梁彎曲形式沿著層理面法線的方向產生移動及彎曲，形成裂隙與離層情況。所以地下采礦作業會引發諸多地質環境的問題，在開采時，不但會引發滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等突變型的地質災害，而且有可能會誘發地面的沉降、水環境的惡化及土壤的荒漠化等災害現象，對人民的生命財產構成了極大的威脅。

2 地下采礦作業對礦山的地質環境影響

2.1 地下的巖體應力

因地下采礦作業形成了開挖的空間，使地層巖體內的原始自然應力場發生了改變，其應力就開始重新分布直至形成新平衡狀態。開挖空間的內部在這時產生了減壓區域，其壓應力消失，所聚集的巖層彈性能得以釋放，從而導致巖石被壓碎的同時向開挖的空間內部突出，另外在開挖的空間頂部及底部也產生了減壓區域，其壓應力被拉應力代替，進而破壞周邊的巖石，導致開挖的空間附近產生地層移動及變形的情況。其上部頂板巖層由于自重和上覆巖層重力的雙重作用下，向下彎曲。如果巖體內部的拉應力大于巖石強度的極限，則形成頂板巖層的斷裂、跨落及破碎。而在地下開挖空間的底板巖層因應力的松弛造成隆升。在這整個移動、變形的過程中，發生了巖石跨落、突出、斷裂、隆升、裂隙、離層、滑移、彎曲等一系列破壞現象，這個過程如果發展到地層表面，往往就會在地層表面出現一個比之開挖的空間更大的下沉型盆地，除造成地表的下沉、傾斜、曲率、水平等各類變形破壞外，還有可能導致非連續性的變形。如在地層表面出現臺階狀、漏斗狀、槽形的塌陷坑以及裂縫、局部或者整體性的滑移等地層表面的破壞方式。

2.2 破壞巖層

因原始應力的平衡狀態被破壞，從而使巖層移動、變形與破壞，在這個過程中，采空區域周邊的巖層破壞形式主要有：

1）冒落。冒落是巖層移動中最為強烈的形式，一般只在采空區域的直接頂板巖層之中發生。因采空區域的附近上部巖層由于彎曲產生了拉伸變形現象，當其拉伸變形大于巖層抗拉強度時，就會破壞巖層，使其變成大小不等的巖塊散落分布在采空區域內。如巖層破碎劇烈而向地表延伸，則將使地表面形成移動變形破壞，進而造成土體崩落與滑移、地表面開裂；2）巖石下滑。如果在傾角較大的采空區域，其上方所跨落的巖石就會下滑填充至采空區域，導致采空區域上部空間加大，相應的下部空間減小，使得上部巖層的移動加劇，下部巖層的移動減弱，最終導致地表變形、開裂等破壞；3）彎曲。它是巖層的主要移動形式，在進行地下開采以后，便由直接頂板開始，其巖層的整體沿著層面的法線方向出現彎曲現象，延伸到地表面就形成了傾斜變形、下沉等地表的破壞現象，進而引發地表塌陷、裂縫等災害。

2.3 地表移動

當巖層移動趨于穩定后，在其采空區域的上方，因地表的塌陷而形成了下沉型的盆地，它的范圍要大于開采的面積，如果開采的面積呈矩形，那么地表的下沉盆地則近似橢圓。下沉的盆地內各個點的移動量不同，它們的移動方向都指向盆地的中央位置，從而將地表面原始地質形態、生態環境系統及地形地貌加以改變，使地面標高與水平位置出現變化，更對地面建筑、設施、水環境、生活環境均造成不同程度的影響。嚴重的將形成巨大的塌陷坑，破壞地表植被，形成水土流失，引發滑坡、裂縫等一系列地質災害，對人們的生命財產安全構成巨大威脅。

3 實例

結合遼寧省阜新市的海州區某礦區開采為例，進一步分析地下開采對礦山的地質環境的影響。

3.1 工程概況

該礦于1996年3月始建，以斜井、立井聯合作為開拓方式，利用負壓通風、頂板管理、刀柱式開采作為其自然陷落方法。

3.2 對礦山的地質環境影響的現狀分析

1）地質災害現狀

根據對該礦的實地調查，在采礦現狀條件之下并沒有出現崩滑、地表裂縫、泥石流、地面塌陷型的地質災害，而其采礦現狀條件下的地質災害表現為井巷坍塌與冒頂。同時依據相關礦山的地質環境影響分級表，其地質災害的危險性評估較輕。

2）含水層現狀

評估區域內沒有河流，其北部存在季節性的溝渠，地下水為第四系的松散巖類的孔隙水、基巖型裂隙水與構造型裂隙水。地下采礦作業對于深層的基巖型裂隙水存在一定影響，而對淺層的孔隙水的影響則較小，同時對地表面水體的影響同樣較小，所以地表面的水體并未漏失。礦區及其周邊主要含水層的水位下降較少，并沒有重要的水源地，采煤作業對該區域生產與生活供水的影響較小。綜合評估含水層的破壞現狀較輕。

3）地形地貌現狀

礦山距自然保護區、景觀及風景旅游區較遠。該礦由于2009年5月到2010年3月并無采出量，故其現處于停產狀態，其場地內沒有礦石堆放保存。因主井、副井的高度與規模均較小，所以雖然破壞了原始地形地貌，但其破壞程度不大。綜合評估地形地貌的破壞現狀較輕。

4）土地資源

該礦對于土地資源的破壞主要是井口、主副井工業場地、道路及新工業場地。據實際調查對土地資源的破壞現狀為1.8525hm2，屬重度破壞。

4 結論

1）現狀礦山的地質災害表現為井巷的坍塌、冒頂危險性小，對含水層的破壞較輕，對地形地貌的破壞較輕，對土地資源的破壞則較為嚴重，該煤礦的地下采煤作業對礦山的地質環境影響程度屬嚴重；2）礦山的建設將可能誘發、加劇的地質災害是井巷的坍塌、冒頂、地面塌陷、礦井突水、地表裂縫，其發生的可能性、危險性、危害性均屬中等。而地面塌陷的可能性則較小。

綜上所述，地下采礦作業對于礦山的地質環境影響是客觀存在的，而且對其地質環境的破壞也是程度不一的，如何才能在保證礦產供應需求的前提下，提高地下礦產作業的技術與環境保護水平，是迫切需要解決的問題。

[1]張國志，崔志強.地下開采對礦山地質環境影響分析——以遼寧省阜新市海州區煤礦為例[J].黑龍江科技信息，2011(29).