探究復雜條件下地下采礦穩定性

任進鵬,劉會林

（山東匠鑫設計研究院有限公司,濟南 250100）

1 巖層移動和地表沉陷原因

在上個世紀五十年代，我國就已經進行過沉陷現場觀測工作的模擬研究。雖然，采礦沉陷的預報方法已經隨著社會的進步和科學的發展逐漸變得完善，但是，采礦的巖層移動和地表沉陷都是不可逆的，會給生態環境帶來巨大損失，因此，巖層移動和地表沉陷的預測和防治，仍然需要更深入的研究。

礦產資源開采是我國民生支柱產業，開采的范圍較廣，涉及到的礦產資源種類也十分繁多，各種復雜的地質條件使巖層移動和地表的沉陷也變得更為復雜，若無法精確地預測地表移動角和沉陷角，就會導致礦山的開采和建設規劃出現不合理的現象，這種情況會給居民的經濟造成巨大損失，從而影響到礦產資源的正常開采和生產。在這種情況下不難看出，進行復雜條件下的地下采礦的穩定性的研究是十分具有現實意義的。

2 復雜條件下地下采礦的穩定性分析

地下礦產的過度開采會導致巖層的移動和嚴重的地表沉陷。而移動和沉陷會由礦產資源的采空區逐漸蔓延到巖層以上，直至地表。因此，若想準確的預測和防治巖層移動和地表沉陷，保障地下采礦的穩定性，就必須先規劃巖層的移動機理，對采礦區域進行綜合性的探測和分析。運用現代的科學技術對地面巖石和泥土的裂縫與塌坑進行探測，充分了解容易發生變形和沉陷的巖石分布情況，從而有效預測與防治巖石的移動和地表的沉陷。目前，國際上預測巖石移動和地面沉陷的技術主要為雷達探測。

2.1 雷達探測技術概述

雷達探測技術為采礦業內比較常用的技術之一。一般雷達技術都是采用剖面測量的方式來實現的。雷達探測的最大深度約為50m。檢測結果表明，一般潛在巖石移動和地面沉陷危險的區域與其它區域相比反射波較長，且以垂直方向密集地向下方不斷延伸。但雷達探測也只是一個粗略地估計，并不能將探測的結果更加精確化，有時會與實際裂縫深度和巖石情況相去甚遠，其劣勢就在于只能接受反射波，在不能將反射波投放到地面上的“死角”部分就會無法勘測，且雷達探測容易受到各種自然因素的干擾，從而影響探測的效果。雷達探測的波長較為均勻，波動的幅度較弱，雷達探測結果十分均勻平穩，斷定此區域的地表為整體結構，較為安全，不易發生巖石移動和地表沉陷等事故。

3 案例分析

下面筆者以我國的采礦工程為例，對復雜條件下地下采礦的穩定性進行分析。

工程位于我國河北省的東南地區，主要采集礦石類型為鐵礦，主要探測點為地表變形程度的觀測。

準備工作：使用加拿大生產的EKKO-IV雷達探測儀，利用剖面測量的方式，使用兩種頻率，一為100MHz頻率，發射雷達波長和接受天線之間的距離為2m，中間點距為0.5m；二為50MHz。發射雷達波長和接受天線之間的距離為1m，中間點距為0.25m，發射的沖鋒電壓為1000V，采樣的視窗為1000ns，疊加的次數為132次。測量區域的地表設置兩天剖線，選擇兩個剖面，分別為A-a剖面和D-d剖面，對兩條剖面進行測量。測量如圖1。

由圖1可知，雷達探測的結果明顯，特征異常，對于空間位置的測定十分準確。D-d剖面的90-130m出的空間以及巖石的形態存在異常，且波動較大，可能存在巖石移動和地表沉陷的潛在危險。而其它區域的波形顯示的形狀較寬，且波動不大，分布較為均勻，表示區域內的巖石結構為整體，不易發生巖石移動和地表沉陷，且不會有巖石移動和地表沉陷的潛在危險。

雷達探測的結果表明，此區域內發生巖石移動和地表沉陷的概率較小，但是發生巖石移動和地表沉陷的風險依然存在，因此，應該提高采礦過程中的安全系數，減少采礦中過程中的風險，從而有效預防和防治巖石移動和地表沉陷的危險。

圖1 雷達測線位置

4 結語

總而言之，對于巖石移動和地表沉陷應采取嚴謹的態度，尤其在山川和丘陵地帶，更應該對礦石進行科學合理地開采，對于巖石移動和地表沉陷的危險應該及早預測和防治，避免巖石移動和地表沉陷給采礦工程帶來的損失，保護生態環境和采礦工人的生命安全，為我國的經濟和社會的發展提供更多動力。

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