分析金属矿地下开采地表沉陷及其防护

方超

摘 要： 社会的进步与发展离不开资源的支撑和利用，现阶段矿业开采也发展到了高峰，在金属矿开采过程中引起的地表变形和移动会引发多种安全事故，是当下金属矿地下开采工作中的研究重点。基于此笔者将以本文重点对金属矿地下开采地表沉陷的成因和危害进行分析，并就其危害性提出了一些防护举措，具体报道如下。

关键词： 金属矿;地下开采;地表沉陷;成因;危害;防护

【中图分类号】TD167     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.262

1 金属矿地下开采地表沉陷的危害

金属矿地下開采的过程中会打破岩体原始应力平衡，进而造成岩层移动和地表下陷，地表沉陷中不连续沉降较连续沉降，对地表的影响更大，会形成沉陷盆地、裂缝和塌陷漏斗等问题，导致该区域内以及附近的建筑物、公路、铁路等受到冲击而被破坏，甚至影响地表和地下水，给人们的生命财产安全带来极为严峻的隐患问题。而开采引起的地表沉陷现象涉及到岩石力学、地质学、采矿学、测量学以及统计学等多门学科，一直以来都是金属矿地下开采工作中的研究重难点。

2 金属矿地下开采地表沉陷的规律及影响因素

2.1 地下开采导致地表沉陷的规律

（1）岩体内部移动。

金属矿地下开采出的矿体运送出后就会在岩体内部形成采空区，在这种情况下，顶板岩层下部空间的应力也会随着改变而改变，如果应力的平衡被打破，那么就会导致顶板岩层因为受到拉力而出现形变，比如弯曲或者移动。当这些形变导致顶板岩层的承载到达极限后则会出现断裂，也就是引发岩层断裂、破碎、冒落，在开采范围达到一定程度后，岩层移动、弯曲发展到地表，形成下沉的盆地。

（2） 地表移动与变形。

当地下开采导致的采空区面积扩大时，地表的垂直方向随着开采矿房的增加而出现持续位移，当达到最大下沉值时，最大下沉值点位于采空区上方附近，且偏向于下山方向，地表移动曲线呈现不对称的拱形;地表的水平移动值由零点增加，采空区的上方水平位移值最小，两侧的边缘点处水平位移最大，随着矿体倾角的增大，随着矿体倾角的增大，指向下山方向的水平移动值逐渐小，上山方向则增大。

2.2 地表沉陷问题的影响因素

金属矿地下开采导致的地表沉陷与地质本身情况以及人为因素均有关联。比如该金属矿的地层岩性、岩体本身质量、开采的强度、开采管理、安全管理等等。这些因素的共同作用下造成了地表沉陷，其过程也较为复杂，再加上金属矿本身的地理位置和构造特点等都是其影响因素。

3 地表沉陷的防治路径

3.1 金属矿安全地下开采的要点

金属矿地下开采导致地表沉陷防治工作的开展需要结合地表沉陷的规律及其影响因素，做好安全开采工作，可以很好的规避地表沉陷的发生，基于此，在开采过程中需要做到：①做好相关设计工作，对矿坑的结构参数进行研究，设计好矿柱并进行预留，做好相关支护工作，强化矿段、巷道、采空区等等的安全稳定性，比如使用挂网、锚杆加喷浆等类的加固措施。②要对采空区进行及时、科学的回填，用充填料充填空区，用充填体支撑空区，减少采空区上覆岩层下沉，对塌陷形变区进行标识，尤其是周围的警示标识要做完善，并明令禁止在塌陷形变区开展任何工程活动，并配备专人对此进行监管，包括对矿坑涌水量、涌泥、涌沙及崩落块石等进行记录并上报，除此之外，为避免降雨等对其的影响，也要做好排洪沟的部署修建工作;③在进行下部矿体的开拓和开采时，应禁止在塌陷体正下方形成采空区，若塌陷体正下方有矿体，矿体开采结束后要立即充填采空区。④老塌陷区的残留矿体或矿柱不得重复开采，若要开采需有完善的可行性论证及设计。除此之外，在采空区的通道中稳定岩体部位修筑一定厚度的封堵墙，避免采空区围岩垮冒的安全风险。

3.2 做好地表沉陷监测工作

随着计算机技术、大数据技术的发展，金属矿地下开采工作导致的沉陷问题也得到了更好的解决，现阶段，通过计算机的数值模拟和 GPS、GIS 手段，能够准确的定位沉陷位置，准确的预测沉陷趋势。现阶段，两种手段结合可以更好的对地表沉陷进行实时监测，为矿山安全生产提供可靠技术支持。

①计算机数值模拟：矿体开采后，产生的应力变化下，可以根据岩石力学理论、经验公式结合矿山的实际情况，利用计算机数值建立模型，来模拟开挖过程，建立不同开采深度下的岩层、地表移动变形的变化曲线。常用的模拟方法有离散元、有限元、边界元等。数值模拟技术更依赖于准确的基础参数，所以在应用中的初始基础参数是其应用关键。

②现代监测技术：现代检测技术主要是依靠GPS 技术以及 INSAR 技术，还有 GIS 技术，配合其他的处理软件，可对矿山大范围监测数据进行快速的提取分析，实时动态的跟踪数据信息，准确的得到沉降数据，提前做好预案。

4 总结语

矿业的发展与社会对矿产资源的需求息息相关，随着我国国民经济的不断提升，金属矿的开采规模也越来越大，但伴随着的一系列地表沉陷问题也成为了人们关注的焦点。地表沉陷导致的后果十分严峻，包括周围建筑、公路、铁路都会受到其的危害，金属矿地下开采地表沉陷防护工作也刻不容缓。通过信息技术、大数据技术的可靠支持，做好相关实时监测工作，并在开采过程中做好相关防护工作，可以大大提升矿山安全生产，对地表环境也起到维护作用。

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