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1、地表沉降、塌陷金屬礦山的過度
開采會造成地面下沉和塌陷,其中代表性的礦場有凡口鉛鋅礦、山東萊州馬塘金礦、蘭坪縣金頂鎮南場鉛鋅礦。金屬開采造成很多空區,這些空區會使礦山開采環境惡劣化,相鄰作業區通道維護困難,如果空區突然坍塌,形成氣浪,破壞開采設備,造成人員傷亡;雖然有的礦區再開采之后及時進行填充,但是地表還是會出現嚴重裂縫和巖層錯動,開采深度越深這些痕跡會越來越明顯,給居住在這附近的人的生活造成威脅。
2、地下水災害
我國金屬礦開采的深度逐漸增加,出現突水淹井、海水入侵、地下水水位下降、產生井下泥石流、引起地面塌陷等地下水災害,因此企業管理者應該有較完善開采設施,員工在開采過程中對地下水及時進行疏干排水,甚至是進行深降強排。近些年,礦井突水事故頻頻出現,對地下水進行深降強排會形成水頭差,會破壞一些防范較弱的地區,嚴重的會造成人員傷亡;還有可能在巖溶地區出現坍塌事故,破壞地面的建筑物和農田耕作和灌溉,甚至是影響作物生長,有的礦區甚至形成土地石化和沙化,生態環境遭到破壞,因采礦造成缺水的地區也在不斷地增加。
3、深井巖爆
我國采礦工業越來越強,部分上世紀興起的礦井在現在增加了開采深度,新興的礦區開采深度也在不斷加深,由于礦區開采深度加深,地表層的壓力隨之也在增大,引起的巖爆逐漸增多。如紅透山銅礦目前開采已進入900至1100m的深度,在1999年發生的一次中等程度的巖爆,使100m長的斜坡道一次性崩塌報廢和部分采場停產。近些年,礦山開采深度逐漸增大,巖爆危害逐漸凸現出來,以成為深井采礦的技術難題。
二、國內外礦山工程地質災害研究的發展現狀
在上世紀60年代之前,國外金屬礦山地質災害的研究主要局限于其破壞機理和預測方式,重點分析地質災害形成原因和活動過程。而在二十世紀60年代中期,南非的庫克和蘇聯的霍多幾乎同時提出了沖擊地壓和突出的能量理論,這些理論在當下的研究中還具有借鑒價值,在這之后還有許多學者對金屬礦山地質災害進行研究,尤其是美國著名運籌學家T-J-Satty在二十世紀70年代初期提出的層次分析法,這個在該領域得到廣泛應用。而在我國,礦業發展取得巨大進步的同時,給社會生態環境帶來巨大危害,學者們對金屬礦地質災害的研究還局限在研究它的影響因素,局限性很大,人們缺乏環保意識,相關企業的開采技術和設備比較落后,甚至有的企業過度追求利益,再開采過程中不采取任何防護措施,對環境破壞很嚴重。
三、國內外技術現狀及發展趨勢
1、深井巖爆發生機理與防治技術
隨著我國人口數量逐漸增多,對金屬礦產品的需求逐漸增多,許多礦床開始進入中、深部開采,國內學者對深部礦床巖爆的相關信息進行研究,但是工業實驗研究還是空白的。在巖爆發生機理研究方面,國內外著重對巖石的巖爆特性和產生巖爆的應力條件進行了較多的研究,并取得了一系列成果。在巖爆防治工程應用方面,主要對采礦引起的應力集中和能量聚積原因,以及如何防止應力在局部高度集中和阻止巖爆發生,開展了初步的探索和實踐。但是對巖爆的發生機理或能量聚集形成規律還沒有完全掌握。
2、地表沉降、塌陷防治技術
金屬礦山采礦引起的地表沉降塌陷主要是由于采空區塌陷造成的。國內對這方面的研究少之又少,但開展過一些地表的觀測活動,取得一定的成果。我國對地表沉降、坍塌的處理辦法還是采用原始的填充法或壓力灌漿技術,因此在未來研究中,如何有效快速地實現尾砂充填的水、砂分離,提高充填效率、效果,防止井下水的污染,使全尾砂充填采空區的方法取得成功并在實踐中得以推廣應用,仍需進行艱苦的試驗研究工作。對于采礦引起的地表沉降和塌陷的治理,當前廣泛應用方法是通過對采空區充填及塌陷區壓力注漿。采空區充填在工藝角度看是比較科學的方式,一般有隨采隨充(充填采礦法)和集中充填(事后充填)兩種方法;塌陷區進行壓力注漿是在沉降或塌陷發生后對巖移或塌陷產生的孔洞、裂縫進行壓力注漿充填,以防止沉降或塌陷的進一步發展。
3、地下水災害防治技術
目前,我國對地下水災害研究主要在地下水運動規律和突水機理等,利用挖掘機在防護薄弱的地區修帷幕,是當下最先進的堵水技術,在國外還沒有企業運用這種堵水技術。為充分利用增加隔水層的厚度,減少排水量,國外正在對隔水層的隔水機理、突水量與構造裂隙的關系、高水壓作業下的突水機理以及隔水層穩定性與臨界水力阻力的綜合作用等進行研究。
四、結束語
我國開采礦資源已經有幾十年的歷史了,我國國土上淺部的、易開采的礦山逐漸減少,而較深地區的礦床因為地勢復雜,不易開采,但是目前的局勢迫使我們不得不將開采方向轉入這些礦床,引起的地質危害也來越嚴重,事故也頻頻出現。因此,學者們應該加強對開采礦區引起的地質災害進行研究,主要還是金屬礦山地質災害發生機理和防治方法的研究。建議國家有關部門組織科研機構在典型礦山進行聯合技術攻關,以盡快取得關鍵性的突破,滿足我國金屬礦產資源開采的需要。
作者:王曉陽單位:河北鋼鐵集團遷安紅山鐵礦有限公司