金屬礦地下開采地表沉陷與防護

李云鵬

（煙臺黃金職業學院，山東 煙臺 265401）

我國在進行金屬礦開采的時候，多數是以地下開采為主，露天開采比較少，隨著當下露天礦產資源的減少，深入地下進行資源的開采將會成為我國未來金屬礦開采的重要趨勢。但是由于我國幅員遼闊，地質地勢地形都比較復雜，因此，地下開采的危險性更高，事故發生的概率也更大，因此要找到在金屬礦開采過程中會發生地表沉陷的問題，從而進行合理的防護。

1 金屬礦山開采的現狀

金屬礦開采是對地下礦產資源進行開發的過程，主要分為開采、切割以及回采等流程。采礦的方式有地下和地上兩種，由于礦產資源是不可再生資源，因此最近幾年地上的金屬礦產越來越少，大部分都是地下礦的開采，而隨著地下礦產資源開采的增加，其開采工藝也在不斷的提升，從傳統的手工開采已經逐漸轉變為了現代化的機械開采，目前大部分的礦企都實現了自動化作業。目前我國金屬礦的開采采用的是比較先進的連續開采技術，這是由礦體的硬度決定的。如果礦體的硬度比較小，可以采用連續平行的施工方式作業，如果礦體硬度較大的話，開采過程就會被分段進行，不同的施工段會采用連續平行的開采方式，因此每個階段都需要做好協調的工作[1]。

2 金屬礦開采地表沉陷的表現

2.1 巖體沉降移動成為盆地

在礦區，礦產資源被開采后，巖層之間就會形成采空區間，這種區間之間會發生力的重新分配，打破了原本的平衡狀態，頂層巖石就會被向上拉升，受到了一個拉伸的狀態，因此會產生不同程度的移動以及彎曲。如果這個空間的變化在自身承載力范圍之內，則礦區整體將繼續保持平衡以及平緩的彎曲，經過時間的累計，這個彎曲變大，則拉伸力就會增加，從而超過了巖層最大的承受能力，最終會發生巖層斷裂甚至破碎的情況，導致了整個礦區的巖體重新分布。如果開采的范圍比較大，則巖層會逐漸延伸到地表，從而形成盆地。

2.2 地表發生移動及變形

當礦區資源被開采過后，采空區的面積就會不斷的擴大，地表難免會發生移動以及變形，主要是水平和垂直兩個方向的移動。在垂直方向上，如果開采礦產資源越多，則移動就會越大，達到一定規模時，就會超過最大的下沉值，這個位置通常在采空區的上方，這就會偏向下山的方向。對于水平移動來說，都是一點點增加的，才空區的上方其水平移動值是最小的，兩側的數值最大，隨著位置的不斷移動，礦區的傾斜角度也發生了變化，水平移動的數值越小，則向上的方向就越大。

2.3 移動角度和范圍

由于在礦山開采的過程中，每個采礦區開采的數量以及開采方式不同，導致了地表移動的角度也有所不同，移動角度是主斷面的臨界點與采空區之間的夾角，在礦產開采的時候，都是先對這個移動偏角進行測量，在確定出主要的工程算法，從而計算出整地表的移動范圍。

3 金屬礦開采的復雜性

首先是在金屬礦開采的過程中，周圍環境的不同，具有復雜性，其作業都是半封閉的系統，工作區域與地表還具有一段距離，其空間是狹窄的，環境也非常惡劣，由于金屬礦儲存條件比較復雜，地質結構也是非常不穩定，其開采過程中會出現位置移動以及地下水涌出等自然的災害或者惡劣的天氣，對整個地下開采系統的安全產生了比較大的影響。

其次金屬礦在開采的過程中，是連續性作業的，而整個生產過程都比較瑣碎，生產是具有復雜性，在金礦開采和生產的過程中，會出現橫向及縱向的交叉，導致了內部的因子發生改變，這也會使得事故率提升了，在金屬礦開采的過程中，安全事故的發生總是不可避免也無法準確能預測到的，因此生產是非常麻煩的。

4 金屬礦開采過程中地表沉陷的原因

在金屬礦開采的時候，采空區的情況比較復雜，而地表沉陷是最常出現的問題之一，其影響因素由人為因素及自然因素組成。自然因素包括地質巖層的性質，礦體的質量以及礦山資源開采的強度。此外有一些金屬礦地處的位置比較特殊，礦山形成比較有特點。在采空區，由于在開采的過程中，設置的參數不合理，上下位置有重復，上面的空間是距離地面比較近的，這就會造成采空區之間的跨度增大，采空區頂部過高，而其頂板的厚度自然無法達到標準，就容易出現地表沉陷的問題。在礦采埋藏比較深的地方，上層巖石遭到了破壞，而落下的巖石很難在填充進去。在采空區聯通后，會有大規模的這一區域增加，整體的穩定性來說不太好，這關系到金屬礦區周圍的特征。

地質結構是造成地表沉陷的最主要原因之一。在一個礦區內，如果破碎區域中的巖石比較雜而小，則主要是受西北方向的結構影響，礦體的走向與破碎帶方向一致，在礦區開采的時候，破碎帶是會比較容易發生變化的一個區域，如果遇到水，還會發生泥化，會降低整個采空區頂部的強度，整個礦區的力學性質會下降，這也會對這個區域的降水產生一定的影響，加大了巖層的整體壓力。

5 金屬礦開采過程中地表沉陷的監測

5.1 開采過程的監測

在進行礦產開采的過程中，地表沉陷問題是最常見的，在力學分析的基礎上，很難精準的總結出結果，利用傳統的經驗和公式算法也無法做到全面的預測，隨著我國計算機技術的不斷發展和進步，在開采過程中，監測地表沉陷獲得了一個新的途徑，可以利用計算機的模擬以及全球定位系統等對地表沉陷進行定位，通過大量的數值分析來預測接下來沉陷的趨勢情況。

5.2 計算機模擬

在進行礦產資源開采的過程中，根據力學理論，結合礦區的實際情況，通過計算機的數據模擬，對挖掘過程做一個模擬實驗，建立起曲線的變化，在不同的開采深度下，巖層和地表會發生哪些變化和移動，這樣建立起的數據模型的可信度比較高，其模擬技術對基礎的參數的依賴性比較強，可以保證參數的準確性。

5.3 現代檢測技術的進步

現代監測技術主要包括全球定位系統技術，配合一系列的軟件處理，快能夠快速的獲得礦區范圍的各項數據，并對其進行監測和分析，實時的跟蹤這些數據的變化，從而得到一個沉降的數據，能夠為預防地面沉陷打下良好的基礎。現代的全球定位系統技術在生活中的應用較為廣泛，將其與其他技術相結合，會對礦山地面會發生的自然災害、地質等基礎信息進行跟蹤，將得到的數據輸入并儲存起來，通過一系列的軟件數據處理和分析，來為礦山的安全指導做出貢獻。

6 金屬礦開采地表沉陷的防護

首先在地表沉陷的區域禁止繼續進行礦產的開發，及時做到回填的工作，并且要修建一些排水溝，這樣可以避免惡劣天氣對沉陷做出的進一步傷害。沿著地表變形的區域進行預警標志的設立，并尋找專人進行監控，對沉陷產生的礦坑進行密切的觀察。其次要根據礦區結構數據嚴格進行回采的工作，將礦柱預留出來，對局部不穩定的地方進行加強防護，設計礦區回采的過程中，要兼顧已開采和未開采的區域，合理的利用資源。再次是在對礦區開采的時候，避免在沉陷區域的下方形成采空區，這樣會加重沉陷的程度，如果沉陷區域的下方有礦產，需要在開采結束之后進行采空區域的回填，對于以前就遺留下來的沉陷區域，不應二次開采，除非有一套非常可行的方案制定出來。最后要對采空區域進行填充，減少采空區域的下沉程度，保留采空區域的支撐，且位置要進行合理的測量及設立。在采空區域的通道中，要穩定巖石區間，最好的方式是加固墻體，利用巖體發射裝置對采空區進行監控，形成一個監控網絡，從而對地表沉陷做到實時的監控[2,3]。

7 結論

隨著金屬礦產資源的大規模開采，自然環境也在不斷的被破壞，人們給整個地球環境也造成了越來越大的威脅，這就需要我們在資源開采時進行有效的防護和保護。針對地面沉陷這一問題，主要是通過現代監測手段進行的。這可以對地表沉陷有一定的指導作用，將理論與實際相結合。通過實時數據的監控，可以建立一個地表沉陷的預測系統，根據不同的礦區條件，來進行沉陷的控制和防護，從而做到環境的保護。