地下采礦對礦山地質(zhì)環(huán)境影響

雒 衛(wèi)

山西省地勘局二一三地質(zhì)隊(duì)，山西臨汾 041000

各類礦產(chǎn)的開發(fā)在為我國社會發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)也已經(jīng)對自然生態(tài)環(huán)境以及地質(zhì)環(huán)境形成了不可彌補(bǔ)的危害。要解決這個(gè)問題，首先就要深入地了解地下開采對于礦山地質(zhì)環(huán)境的影響，然后逐步將其進(jìn)行科學(xué)、合理的改進(jìn)。

1 概述

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

出現(xiàn)礦山開采采空塌陷的現(xiàn)象和開采層的厚度、采深、傾角、上覆巖層性質(zhì)、采厚與開采的方式等因素有著相當(dāng)密切的關(guān)系。在對礦產(chǎn)資源進(jìn)行開采的同時(shí)，其在地下也造成了開挖的空間，對原有巖體應(yīng)力的平衡狀態(tài)形成破壞，從而引起自開挖地層開始由下向上覆巖的內(nèi)部依次產(chǎn)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(fā)的上覆巖層的移動與破壞導(dǎo)致上覆巖層工程地質(zhì)的性質(zhì)改變，從而形成采空區(qū)的破損巖體地基型的工程地質(zhì)環(huán)境。如果它的內(nèi)部拉應(yīng)力大于巖層抗拉的強(qiáng)度極限后，將致使直接頂板斷裂、破壞，同時(shí)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(chǎn)生移動及彎曲，形成裂隙與離層情況。所以地下采礦作業(yè)會引發(fā)諸多地質(zhì)環(huán)境的問題，在開采時(shí)，不但會引發(fā)滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等突變型的地質(zhì)災(zāi)害，而且有可能會誘發(fā)地面的沉降、水環(huán)境的惡化及土壤的荒漠化等災(zāi)害現(xiàn)象，對人民的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了極大的威脅。

2 地下采礦作業(yè)對礦山的地質(zhì)環(huán)境影響

2.1 地下的巖體應(yīng)力

因地下采礦作業(yè)形成了開挖的空間，使地層巖體內(nèi)的原始自然應(yīng)力場發(fā)生了改變，其應(yīng)力就開始重新分布直至形成新平衡狀態(tài)。開挖空間的內(nèi)部在這時(shí)產(chǎn)生了減壓區(qū)域，其壓應(yīng)力消失，所聚集的巖層彈性能得以釋放，從而導(dǎo)致巖石被壓碎的同時(shí)向開挖的空間內(nèi)部突出，另外在開挖的空間頂部及底部也產(chǎn)生了減壓區(qū)域，其壓應(yīng)力被拉應(yīng)力代替，進(jìn)而破壞周邊的巖石，導(dǎo)致開挖的空間附近產(chǎn)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(nèi)部的拉應(yīng)力大于巖石強(qiáng)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(yīng)力的松弛造成隆升。在這整個(gè)移動、變形的過程中，發(fā)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(xiàn)象，這個(gè)過程如果發(fā)展到地層表面，往往就會在地層表面出現(xiàn)一個(gè)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(dǎo)致非連續(xù)性的變形。如在地層表面出現(xiàn)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(yīng)力的平衡狀態(tài)被破壞，從而使巖層移動、變形與破壞，在這個(gè)過程中，采空區(qū)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(qiáng)烈的形式，一般只在采空區(qū)域的直接頂板巖層之中發(fā)生。因采空區(qū)域的附近上部巖層由于彎曲產(chǎn)生了拉伸變形現(xiàn)象，當(dāng)其拉伸變形大于巖層抗拉強(qiáng)度時(shí)，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(qū)域內(nèi)。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(jìn)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(qū)域，其上方所跨落的巖石就會下滑填充至采空區(qū)域，導(dǎo)致采空區(qū)域上部空間加大，相應(yīng)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(dǎo)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(jìn)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(xiàn)彎曲現(xiàn)象，延伸到地表面就形成了傾斜變形、下沉等地表的破壞現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)地表塌陷、裂縫等災(zāi)害。

2.3 地表移動

當(dāng)巖層移動趨于穩(wěn)定后，在其采空區(qū)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(nèi)各個(gè)點(diǎn)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(zhì)形態(tài)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)及地形地貌加以改變，使地面標(biāo)高與水平位置出現(xiàn)變化，更對地面建筑、設(shè)施、水環(huán)境、生活環(huán)境均造成不同程度的影響。嚴(yán)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(fā)滑坡、裂縫等一系列地質(zhì)災(zāi)害，對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅。

3 實(shí)例

結(jié)合遼寧省阜新市的海州區(qū)某礦區(qū)開采為例，進(jìn)一步分析地下開采對礦山的地質(zhì)環(huán)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(lián)合作為開拓方式，利用負(fù)壓通風(fēng)、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(zhì)環(huán)境影響的現(xiàn)狀分析

1）地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

根據(jù)對該礦的實(shí)地調(diào)查，在采礦現(xiàn)狀條件之下并沒有出現(xiàn)崩滑、地表裂縫、泥石流、地面塌陷型的地質(zhì)災(zāi)害，而其采礦現(xiàn)狀條件下的地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)為井巷坍塌與冒頂。同時(shí)依據(jù)相關(guān)礦山的地質(zhì)環(huán)境影響分級表，其地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性評估較輕。

2）含水層現(xiàn)狀

評估區(qū)域內(nèi)沒有河流，其北部存在季節(jié)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(gòu)造型裂隙水。地下采礦作業(yè)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(shí)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(qū)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(yè)對該區(qū)域生產(chǎn)與生活供水的影響較小。綜合評估含水層的破壞現(xiàn)狀較輕。

3）地形地貌現(xiàn)狀

礦山距自然保護(hù)區(qū)、景觀及風(fēng)景旅游區(qū)較遠(yuǎn)。該礦由于2009年5月到2010年3月并無采出量，故其現(xiàn)處于停產(chǎn)狀態(tài)，其場地內(nèi)沒有礦石堆放保存。因主井、副井的高度與規(guī)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(xiàn)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(yè)場地、道路及新工業(yè)場地。據(jù)實(shí)際調(diào)查對土地資源的破壞現(xiàn)狀為1.8525hm2，屬重度破壞。

4 結(jié)論

1）現(xiàn)狀礦山的地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)為井巷的坍塌、冒頂危險(xiǎn)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(yán)重，該煤礦的地下采煤作業(yè)對礦山的地質(zhì)環(huán)境影響程度屬嚴(yán)重；2）礦山的建設(shè)將可能誘發(fā)、加劇的地質(zhì)災(zāi)害是井巷的坍塌、冒頂、地面塌陷、礦井突水、地表裂縫，其發(fā)生的可能性、危險(xiǎn)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(yè)對于礦山的地質(zhì)環(huán)境影響是客觀存在的，而且對其地質(zhì)環(huán)境的破壞也是程度不一的，如何才能在保證礦產(chǎn)供應(yīng)需求的前提下，提高地下礦產(chǎn)作業(yè)的技術(shù)與環(huán)境保護(hù)水平，是迫切需要解決的問題。

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