復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件對(duì)礦產(chǎn)資源開采影響分析

劉 輝，李崇奕，謝玉江

（江西省煤田地質(zhì)局二二六地質(zhì)隊(duì)，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)，為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了保障。而一個(gè)礦床的開采方式，不僅僅依靠地區(qū)的地質(zhì)礦物蘊(yùn)含條件以及經(jīng)濟(jì)效益來考慮。同時(shí)也要考慮到地區(qū)的水工環(huán)地質(zhì)條件。在水工環(huán)調(diào)查研究的開始，由于我國(guó)早期建筑有些建筑建設(shè)在活動(dòng)斷裂帶上，當(dāng)時(shí)的水工環(huán)調(diào)查表對(duì)地區(qū)的斷裂帶活動(dòng)性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，而在后續(xù)的水工環(huán)工作中側(cè)重點(diǎn)則變?yōu)閷?duì)地區(qū)礦產(chǎn)開采提供相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在復(fù)雜的水工環(huán)地質(zhì)條件下，往往需要礦產(chǎn)開采時(shí)的不同應(yīng)對(duì)方法，來保證礦產(chǎn)資源的順利開采。同時(shí)目前我國(guó)水工環(huán)以及培養(yǎng)起了大批的專業(yè)人才，并且研究方向也向著國(guó)家需求型進(jìn)行發(fā)展。

1 滑坡現(xiàn)象影響

當(dāng)?shù)V區(qū)中，因地表降水和地形等情況而造成地區(qū)的因子耦合使地表植被出現(xiàn)破壞，導(dǎo)致地區(qū)的基巖重力塌落，形成滑坡移動(dòng)，本文研究對(duì)某存在滑坡現(xiàn)象的礦區(qū)進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)多種礦區(qū)滑坡現(xiàn)象，情況如下所示：

表1 礦區(qū)滑坡現(xiàn)象調(diào)查情況

以上述礦區(qū)滑坡類型為例，在礦區(qū)滑坡中，由于地表受到植被破壞，同時(shí)隨著重力塌落，滑坡存在向下滑動(dòng)的可能性。由于滑坡的存在容易給礦產(chǎn)資源開采帶來危險(xiǎn)，同時(shí)在開采時(shí)的位置規(guī)劃將會(huì)困難，同時(shí)在進(jìn)行露采工程時(shí)，中邊坡容易出現(xiàn)穩(wěn)定性問題，從地表開始水平標(biāo)高在對(duì)礦區(qū)生產(chǎn)開采時(shí)，容易造成局部的塌陷情況[1，2]，因此在存在滑坡的水工環(huán)地質(zhì)條件中，露采工程需要使用水平分層開采方式。在開采中的分層階級(jí)作為開采中的最小開采單元。同時(shí)階級(jí)在構(gòu)成時(shí)保證方向?yàn)榇怪狈较颍_采階級(jí)中的幾何參數(shù)的選定，可根據(jù)當(dāng)前開采位置的生產(chǎn)規(guī)模，采裝設(shè)備選型以及開采相關(guān)的技術(shù)參數(shù)來擬定。其中開采階級(jí)的坡度角的選擇，要根據(jù)開采位置的巖體穩(wěn)定性函數(shù)來得出。坡度角的選取同時(shí)還要考慮巖體的穩(wěn)定性。總體來說滑坡地質(zhì)條件對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)存在影響，但可以依靠對(duì)開采方式的改變來避免。

2 水文地質(zhì)影響

當(dāng)?shù)V區(qū)的含水層與隔水層的情況直接影響開采中，礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害和地質(zhì)污染發(fā)生的概率。通常礦坑水中含有硫物質(zhì)，若經(jīng)其滲透將會(huì)影響周邊的地下水環(huán)境，而且當(dāng)?shù)V產(chǎn)作業(yè)中出現(xiàn)上部滲水的情況時(shí)，則容易造成采空位置的塌方，因此在開采中要加強(qiáng)對(duì)礦井的巖體變形觀測(cè)，同時(shí)在開采層的選擇中合理設(shè)置，并且留設(shè)好土體保護(hù)柱，做好老窿水的防護(hù)，對(duì)下層開采區(qū)域?qū)嵭袔洪_采。選擇合適的開采方法來減少地表的變形，同時(shí)對(duì)滲漏的溪河、池塘等進(jìn)行堵漏，防止水進(jìn)入井巷中。在開采區(qū)域中，要加強(qiáng)防治水的工作，定期檢查開采工作區(qū)域的治水措施。當(dāng)區(qū)域水文特性不佳時(shí)，可采用地表拉溝的露天開發(fā)作業(yè)方法，進(jìn)行平盤擴(kuò)幫，使平盤空間滿足開拓平盤，并向下延伸，進(jìn)行開拓，直到抵達(dá)開采位置，如下圖所示：

圖1 開采延續(xù)順序示意圖

其中在采場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，縱斷面圖程序倒梯形，延伸時(shí)采場(chǎng)的工作幫與非工作幫的端幫平剖面角較小，工程量對(duì)比正常方法會(huì)較大，但開工中受水文影響較小。使用開采延續(xù)可以有效的避免地下水滲入井巷中，且出現(xiàn)滲漏的地下水的排出也更加方便。

3 地質(zhì)復(fù)合邊坡

在多種水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境中，邊坡種類較多，本文著重研究下列邊坡地質(zhì)。首先為粘性土邊坡。該邊坡的特征為邊坡的構(gòu)成為粘土。并且可以構(gòu)成邊坡粘土的不同類型進(jìn)行分類，可分為紅粘土邊坡、裂隙性粘土邊坡等。通常在粘土邊坡中的巖體顆粒經(jīng)由細(xì)微粘土膠結(jié)形成，但依靠粘土的膠結(jié)通常容易受到地區(qū)含水量的影響，當(dāng)?shù)貐^(qū)的含水量較大時(shí)，粘土容易出現(xiàn)軟化崩解的情況。而當(dāng)?shù)貐^(qū)的含水量縮減時(shí)容易出現(xiàn)突破的硬化開裂現(xiàn)象。同時(shí)礦區(qū)的土體內(nèi)部裂隙發(fā)育直接影響粘土坡的穩(wěn)定性[3]。由于具粘性土坡具有蠕變特性，在開采中，要注意礦區(qū)粘土坡的滑動(dòng)面，而粘性土邊坡中存在水礦物結(jié)合時(shí)，則需要進(jìn)行固定，防止出現(xiàn)滑坡情況。在粘土坡中，網(wǎng)紋紅土邊坡，穩(wěn)定性對(duì)比其它粘土坡較好，但如果礦區(qū)氣候?qū)е铝巳趦龊透蓾裥?yīng)。網(wǎng)紋紅土邊坡則容易出現(xiàn)剝落變形。當(dāng)?shù)V區(qū)中出現(xiàn)該類型的粘土坡時(shí)，要注意粘性土坡中土體構(gòu)成成分，是否含有親水溶濾性礦物、以及粘土坡的節(jié)理裂隙的發(fā)育狀況。而砂性土邊坡的構(gòu)成主要以砂和砂性土。該坡體的結(jié)構(gòu)比較松散，土體的粘聚力低，而且邊坡的透水性加高，容易液出現(xiàn)滑動(dòng)破壞。

因此，當(dāng)?shù)V區(qū)中出現(xiàn)此類邊坡時(shí)，要注意土體的親水性，同時(shí)對(duì)邊坡穩(wěn)定因素的沙土顆粒均勻程度和密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。而黃土邊坡的特性是土體呈黃色，且以粉粒為主，土體中鈣量高，土體構(gòu)成均勻，天然狀態(tài)下含水量極低，干燥時(shí)非常堅(jiān)硬。這種土體的邊坡通常為大角度邊坡，且邊坡較為穩(wěn)定。不過該土體存在濕陷特性，與水后容易出現(xiàn)崩塌，因此在開采過程中，要注意雨水對(duì)該土體的滲透，做好對(duì)邊坡土體的防水處理。膨縮土類邊坡的主要成分為蒙脫石，具有較為明顯的膨脹收縮特性，土體的含水量將會(huì)直接影響該類邊坡的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在進(jìn)行礦產(chǎn)資源開采中，膨脹土暴露后，當(dāng)環(huán)境條件惡化時(shí)，表層土的膨脹和崩解容易造成滑動(dòng)，該類邊坡一般對(duì)該土體的含水情況進(jìn)行保證，避免土體的干濕度發(fā)生變化。

4 工作區(qū)地質(zhì)體穩(wěn)定性影響

在礦產(chǎn)資源開采過程中，礦區(qū)中地質(zhì)體穩(wěn)定性直接影響著工作區(qū)的劃分。在露天采場(chǎng)中，風(fēng)化層下的火山巖為開采工程重點(diǎn)位置。而地區(qū)中存在的橫向斷裂往往會(huì)影響開采工作的順利進(jìn)行，同時(shí)若斷裂帶位置接近露天坑邊緣位置時(shí)，將會(huì)影響采場(chǎng)建設(shè)也對(duì)邊坡的維護(hù)造成影響。大多工程風(fēng)化層不會(huì)對(duì)開采造成影響[4]。當(dāng)?shù)貐^(qū)中存在斷裂面復(fù)合式，斷裂面往往存在有斜向擦痕，且先張扭，并呈現(xiàn)出左行趨態(tài)，在復(fù)合關(guān)系下，此類斷層帶中常顯硅化，兩側(cè)構(gòu)造裂隙發(fā)育，當(dāng)露天采場(chǎng)中此類斷裂帶會(huì)對(duì)工程開挖造成一定程度的影響。

而當(dāng)?shù)貐^(qū)地質(zhì)呈現(xiàn)出硬質(zhì)巖的形態(tài)時(shí)，說明地區(qū)的地質(zhì)完整性良好，且地段中存在構(gòu)造裂隙發(fā)育情況，該類地質(zhì)下的開采工作較為方便，但在雨季中，容易出現(xiàn)山洪或泥石流的情況，同時(shí)往往存在蛇狀滑坡，對(duì)開采工程的安全性造成威脅。當(dāng)?shù)V區(qū)位置屬于水文單元的逕流區(qū)時(shí)，大氣降水與地表水將作為礦區(qū)的滲水來源，在該情況下礦區(qū)的地下水逕流方向與地表逕流方向相同。地區(qū)礦坑多以大氣降雨以地下含水、滲水、充水為主。在對(duì)資源儲(chǔ)量進(jìn)行估計(jì)時(shí)要將底板置于溶水含水層中。同時(shí)礦用抽水井在進(jìn)行承壓井經(jīng)抽水時(shí)，容易讓礦坑中水位低于承壓含水頂板，造成地下水流承壓轉(zhuǎn)為無壓狀態(tài)時(shí)，地下水容易出現(xiàn)區(qū)域范圍中的無壓流動(dòng)。

因此在對(duì)抽水井的涌水量分析時(shí)，要將降地下水流作為一個(gè)穩(wěn)定流來考慮，同時(shí)使用承壓轉(zhuǎn)無壓的方程來計(jì)算。而在干旱地區(qū)的礦產(chǎn)開采中，由于存在水資源匱乏和沙漠化的現(xiàn)象，同時(shí)在流徑礦區(qū)的地下水的流量受季節(jié)影響較大，缺乏利用性，在該地質(zhì)中，可以使用地區(qū)的孔隙含水層。通常該類礦區(qū)的開采中往往采用淺埋型開發(fā)方法，即開采深度較淺，在多礦層開采中，采礦厚度較大，容易使淺層水資源受到污染。因此在對(duì)地質(zhì)的開采中，還需要保護(hù)以及利用地區(qū)的水資源，避免因礦產(chǎn)開采造成水資源污染。由于地區(qū)缺乏地下水資源，要合理利用地區(qū)的地表水資源，并且控制地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境。在開采時(shí)可以采取保水采礦區(qū)，在采礦石對(duì)地區(qū)進(jìn)行保水，將地區(qū)含水層的底部隔水層連續(xù)進(jìn)行分布，并預(yù)留好基巖巖段。另外留設(shè)采礦失水區(qū)，可通過冒裂帶來向礦井進(jìn)行充水。

5 結(jié)束語

本文對(duì)復(fù)雜水工環(huán)地質(zhì)條件下對(duì)礦產(chǎn)資源開采的影響進(jìn)行分析。在研究中，分別對(duì)不同條件下的地質(zhì)問題以及礦產(chǎn)開采的應(yīng)對(duì)方法。但研究中缺乏對(duì)具體的礦產(chǎn)開采實(shí)例研究，未來將會(huì)對(duì)某地點(diǎn)的特定地質(zhì)條件對(duì)礦產(chǎn)開采的影響，以及具體的礦井建設(shè)進(jìn)行深入研究。