復雜水工環地質條件對礦山開采的影響研究

范清華，胡 蓉

（1.湖南佳麒土地規劃咨詢有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南錦博陽工程咨詢有限公司，湖南 長沙 410000）

礦山礦產資源的開采對于一個地區的經濟發展具有重要意義。我國礦產資源儲量十分豐富，常見的礦產資源類型為能源礦、金屬礦、非金屬礦，每一種礦產資源的產生都有其獨特的形成條件[1]。在礦山開采的過程中，不同的地質條件會給礦產資源開采帶來一定的利弊。特殊的水工環地質條件，一般多出現在礦山集中地區，且構造復雜，它的特征主要分為三部分，地下水地質特征、外部環境地質特征以及工程地質特征，在這些外在因素的作用下，對礦山的地形、巖層、構造和礦產資源的形成產生一定的影響。在礦山開采之前，首先要對其地形、水文環境、地質構造等方面進行詳細的勘探與核查[2]。我國的礦產資源分布主要是地區分布不均勻，地質條件多樣，礦山開采時，一般情況下，都會選擇地質條件較簡單的區域，但受礦產資源形成條件影響，難免遭遇復雜地質條件。因此，科學可靠的認識、了解區域地質條件背景，才能最大程度地保證礦產資源開采工作的順利進行。本文主要針對在復雜水工環地質條件下，對礦山開采影響進行一定的研究，總結研究結果，對今后礦山礦產資源開采提供一定的理論及技術支持。

1 復雜水工環地質條件

1.1 水工環地質特征

復雜的水工環地質是一種程度較高的地質條件，首先，它一般出現在多層次地質構造之中。當地殼運動時，山體的構造會發生斷裂、重合、組合的現象，再經過風化作用以及雨水的沖刷，地質構造再次發生形變，最后形成多層次的礦山地質構造，在這樣的構造下，雨水滲入地下，在各個地層中繼續發生作用，最后形成不同的水工環地質條件。水工環的地質特征一共可以分為三個部分，那就是地下水地質特征、外部環境地質特征以及工程地質特征。其中，地下水分為兩種，靜態地下水和動態地下水。靜態地下水指的是流入礦產資源開采區地層之中，不會出現流動性的水源，此類型的地下水一般賦存在地層深處；動態地下水指的是巖層中的裂隙水，溶洞水以及散巖流動水等，這些水是流動水，常年在巖層中交替流動，對地下巖層起到沖擊、侵蝕作用，形成水工環的水文地質特征。復雜水工環地質環境多分布于東北部地區，此地區環境多變，外部因素也相對不穩定，夏季受高溫的影響，冬季受風雪侵蝕，對礦井深部區域的礦產資源開采造成一定的影響。面對復雜的水工環地質條件，礦山開采工程的實施是一項十分龐大的工作，特別是針對一些大型礦山來說，礦體一般較為堅硬，不易開采，需要使用重型機器先對礦山進行開鑿，之后利用探測儀器對礦洞是否能進行開采，展開全面的安全探側，在確定無危險之后，采礦人工對洞口進行清理，以利用小型控礦設備進行礦產的開采。礦山整個開采過程十分復雜，每一個操作步驟如果不嚴格規范容易發生意外狀況，所以，對復雜水工環地質下進行的礦山開采工程一般較為嚴謹，這也在無形之中為礦山的開采加大了一定的工作難度。

1.2 水工環地質形成過程

復雜水工環地質條件的形成是一個漫長的過程，另外在不同的地區形成時間也有所差異，它的形成地區主要為高原穩定地區、中部穩定區和褶皺不穩定區，而這些地區都有相同的地質構造特征，那就是地震活動頻繁，且均在7.5級以上，地質構造不斷發生斷裂、重組、拼接，之后由于風力的不斷侵蝕和地下水的沖刷作用，礦山開采區逐漸呈環形構造，形成水工環地質。這種地質環境會導致礦體的穩定性變差，也會出現小規模的坍塌的現象，對礦山的開采工作造成很大影響。

2 復雜水工環地質條件對礦山開采的影響

2.1 充水情況對礦山開采的影響作用

礦山開采區內地表是典型的山谷地形，雨季來臨時，地表及地下水主要來自于大氣降水，通過第四系表土層滲入井下，當礦層傾角較大時，大氣降水通過礦層逐漸滲入到井下，對礦山開采造成影響。經研究發現對礦山開采造成影響的地下水類型主要為孔隙水、裂隙水、巖溶水。孔隙水，礦山開采區第四系和第三系孔隙水含量較少，為弱富水性，對礦產資源開采的影響作用較小；裂隙水為石炭-二疊系砂巖裂隙含水層，直接充水層為礦層頂板砂巖，間接充水層為礦層頂板上覆活下伏的砂巖裂隙含水層，二者均對礦山開采有一定的影響作用；巖溶水，本次研究區域的巖溶水大致可分為兩種類型，其中一種類型為石炭系層間巖溶水，大部分為間接充水層，對井下開采有一定的影響；另外一種類型為奧陶系石灰巖巖溶水，判定為間接充水層。礦山開采區域進行深部開采時，底板標高逐漸降低，底板承受的奧灰水壓逐漸增大，礦產資源開采受到奧灰水的威脅。

2.2 復雜的地質結構影響開采方案

一般情況下在進行礦產資源開采工作之前，會制定一個科學的開采方案。但由于受到復雜水工環地質條件的影響，為礦產資源開采工作增加了難度，而傳統的礦產資源開采方案已經不能解決現有的問題，需要不斷改進方案加強方案的靈活性。近幾年，露天開采規模不斷擴大，露天礦開采主要分為兩種方案，第一種是全境界露天開采法，這種方案是將礦產資源開采視作一個整體，利用大型支架維持礦體的穩定性，再以巨大石塊加固，在開采過程中，遇到的問題可以實時解決，實際操作相對安全，方案比較彈性。另一種方案是陡幫露天開采法，這種方法比較適合位置處在比較偏僻陡峭的礦場，同樣是進行露天礦開采，利用機器將易于崩落的區域先進行挖鑿，陡幫出變得相對平緩后再進行下一步開采工作，避免出現安全問題，之后再利用輕型機器人對礦口進行清理，待礦口清理完成之后，便可以進行深部礦產資源開采。雖然此方案受一定的條件限制，必須是位置陡峭的礦山開采，對開采設備性能以及開采人員綜合素質的要求也都很高，該方案可保證礦體的穩定性。。

2.3 多元的地質環境影響開采順序

復雜的水工環地質條件直接影響礦山開采，其主要原因在于地質環境的變化在時刻改變著開采順序的合理性[3]。傳統的礦產資源開采順序基本都先進行人工地質勘探，再判斷是進行上行或下行開采。早期是人工進行勘探，主要是對開采區內的礦產資源的含量、開采的難度以及開采的安全問題進行分析探測，后來為了減少因采礦造成的人員傷亡，逐漸利用機器勘探，但此時的機器較為笨重，不易移動，給開采工作也加大了一定的難度。確定礦山可開采之后，進行開礦、處理礦口、采礦等工作。隨著勘探開采技術的不斷發展與提高，傳統的開采順序已經不能滿足現代礦產資源開采的工作要求，因此，新的開采順序已經不再區分上行和下行，利用精密的智能勘探儀器對可開采區域進行探測后，進行試開采，就是做初級開采，主要是將礦山表層的礦體進行一定的處理，為礦山深層礦產資源的開采打下基礎，最后，通過大型的機器進行開礦、采礦工作。雖然復雜水工環地質環境對礦山開采順序造成了一定的影響，但在一定程度上也促使開采順序得到了完善。

2.4 堅硬的巖體影響開采深度

由于復雜水工環地質條件的影響礦山開采區有獨特的地質構造，礦山的巖體異常堅硬，這也對深部礦產資源的開采深度造成了一定影響。如圖1所示。

圖1 礦山堅硬巖石分層圖

圖1 中為水工環地質條件下礦山堅硬巖石分層圖，圖中巖石均為堅硬巖石，不易開采。目前國內的礦產資源開采工作中，對淺表層礦產資源開采的數量在逐漸減少，向隱藏礦、深層礦也就成了另一種選擇。礦產資源開采區的巖體過于堅硬，直接加大了開采的難度，這些巖石主要以石英石、巖石為主[4]。需要利用重型機器先進行巖體粉碎，再將破碎的巖體進行清理，再利用打鉆機器向下打下開采深度，因巖體過于堅硬，可能會發生機器故障或者損壞的情況，增加了礦產資源的開采成本，可能達不到預期的開采深度。除此之外，在這些巖體中，儲藏著大量的地下水，一旦開采，便會向外滲出，這也表明，隨著開采越深增加，地下水的含量越多，更容易發生開采事故。對開采人員的安全也是一種威脅。因此，在進行開采之前，要對礦山的巖體以及構造進行細致的勘查，做好應對方案，以保證開采工作順利完成。

3 結語

綜上所述，復雜水文地質條件下的礦產資源開采是一項涉及面很廣的工作，要事先對開采環境進行分析研究，也要之制定相應的開采方案，但發生開采事故的時候，要彈性應對。另外，在對礦產資源進行合理開采的同時，也要全面考慮災害的發生因素，及時做好預防工作，并同時做好環境的保護工作，科學合理施工，提升礦產資源的開采效率。