复杂水工环地质条件对矿山开采的影响研究

范清华，胡 蓉

（1.湖南佳麒土地规划咨询有限公司，湖南 长沙 410000；2.湖南锦博阳工程咨询有限公司，湖南 长沙 410000）

矿山矿产资源的开采对于一个地区的经济发展具有重要意义。我国矿产资源储量十分丰富，常见的矿产资源类型为能源矿、金属矿、非金属矿，每一种矿产资源的产生都有其独特的形成条件[1]。在矿山开采的过程中，不同的地质条件会给矿产资源开采带来一定的利弊。特殊的水工环地质条件，一般多出现在矿山集中地区，且构造复杂，它的特征主要分为三部分，地下水地质特征、外部环境地质特征以及工程地质特征，在这些外在因素的作用下，对矿山的地形、岩层、构造和矿产资源的形成产生一定的影响。在矿山开采之前，首先要对其地形、水文环境、地质构造等方面进行详细的勘探与核查[2]。我国的矿产资源分布主要是地区分布不均匀，地质条件多样，矿山开采时，一般情况下，都会选择地质条件较简单的区域，但受矿产资源形成条件影响，难免遭遇复杂地质条件。因此，科学可靠的认识、了解区域地质条件背景，才能最大程度地保证矿产资源开采工作的顺利进行。本文主要针对在复杂水工环地质条件下，对矿山开采影响进行一定的研究，总结研究结果，对今后矿山矿产资源开采提供一定的理论及技术支持。

1 复杂水工环地质条件

1.1 水工环地质特征

复杂的水工环地质是一种程度较高的地质条件，首先，它一般出现在多层次地质构造之中。当地壳运动时，山体的构造会发生断裂、重合、组合的现象，再经过风化作用以及雨水的冲刷，地质构造再次发生形变，最后形成多层次的矿山地质构造，在这样的构造下，雨水渗入地下，在各个地层中继续发生作用，最后形成不同的水工环地质条件。水工环的地质特征一共可以分为三个部分，那就是地下水地质特征、外部环境地质特征以及工程地质特征。其中，地下水分为两种，静态地下水和动态地下水。静态地下水指的是流入矿产资源开采区地层之中，不会出现流动性的水源，此类型的地下水一般赋存在地层深处；动态地下水指的是岩层中的裂隙水，溶洞水以及散岩流动水等，这些水是流动水，常年在岩层中交替流动，对地下岩层起到冲击、侵蚀作用，形成水工环的水文地质特征。复杂水工环地质环境多分布于东北部地区，此地区环境多变，外部因素也相对不稳定，夏季受高温的影响，冬季受风雪侵蚀，对矿井深部区域的矿产资源开采造成一定的影响。面对复杂的水工环地质条件，矿山开采工程的实施是一项十分庞大的工作，特别是针对一些大型矿山来说，矿体一般较为坚硬，不易开采，需要使用重型机器先对矿山进行开凿，之后利用探测仪器对矿洞是否能进行开采，展开全面的安全探侧，在确定无危险之后，采矿人工对洞口进行清理，以利用小型控矿设备进行矿产的开采。矿山整个开采过程十分复杂，每一个操作步骤如果不严格规范容易发生意外状况，所以，对复杂水工环地质下进行的矿山开采工程一般较为严谨，这也在无形之中为矿山的开采加大了一定的工作难度。

1.2 水工环地质形成过程

复杂水工环地质条件的形成是一个漫长的过程，另外在不同的地区形成时间也有所差异，它的形成地区主要为高原稳定地区、中部稳定区和褶皱不稳定区，而这些地区都有相同的地质构造特征，那就是地震活动频繁，且均在7.5级以上，地质构造不断发生断裂、重组、拼接，之后由于风力的不断侵蚀和地下水的冲刷作用，矿山开采区逐渐呈环形构造，形成水工环地质。这种地质环境会导致矿体的稳定性变差，也会出现小规模的坍塌的现象，对矿山的开采工作造成很大影响。

2 复杂水工环地质条件对矿山开采的影响

2.1 充水情况对矿山开采的影响作用

矿山开采区内地表是典型的山谷地形，雨季来临时，地表及地下水主要来自于大气降水，通过第四系表土层渗入井下，当矿层倾角较大时，大气降水通过矿层逐渐渗入到井下，对矿山开采造成影响。经研究发现对矿山开采造成影响的地下水类型主要为孔隙水、裂隙水、岩溶水。孔隙水，矿山开采区第四系和第三系孔隙水含量较少，为弱富水性，对矿产资源开采的影响作用较小；裂隙水为石炭-二叠系砂岩裂隙含水层，直接充水层为矿层顶板砂岩，间接充水层为矿层顶板上覆活下伏的砂岩裂隙含水层，二者均对矿山开采有一定的影响作用；岩溶水，本次研究区域的岩溶水大致可分为两种类型，其中一种类型为石炭系层间岩溶水，大部分为间接充水层，对井下开采有一定的影响；另外一种类型为奥陶系石灰岩岩溶水，判定为间接充水层。矿山开采区域进行深部开采时，底板标高逐渐降低，底板承受的奥灰水压逐渐增大，矿产资源开采受到奥灰水的威胁。

2.2 复杂的地质结构影响开采方案

一般情况下在进行矿产资源开采工作之前，会制定一个科学的开采方案。但由于受到复杂水工环地质条件的影响，为矿产资源开采工作增加了难度，而传统的矿产资源开采方案已经不能解决现有的问题，需要不断改进方案加强方案的灵活性。近几年，露天开采规模不断扩大，露天矿开采主要分为两种方案，第一种是全境界露天开采法，这种方案是将矿产资源开采视作一个整体，利用大型支架维持矿体的稳定性，再以巨大石块加固，在开采过程中，遇到的问题可以实时解决，实际操作相对安全，方案比较弹性。另一种方案是陡帮露天开采法，这种方法比较适合位置处在比较偏僻陡峭的矿场，同样是进行露天矿开采，利用机器将易于崩落的区域先进行挖凿，陡帮出变得相对平缓后再进行下一步开采工作，避免出现安全问题，之后再利用轻型机器人对矿口进行清理，待矿口清理完成之后，便可以进行深部矿产资源开采。虽然此方案受一定的条件限制，必须是位置陡峭的矿山开采，对开采设备性能以及开采人员综合素质的要求也都很高，该方案可保证矿体的稳定性。。

2.3 多元的地质环境影响开采顺序

复杂的水工环地质条件直接影响矿山开采，其主要原因在于地质环境的变化在时刻改变着开采顺序的合理性[3]。传统的矿产资源开采顺序基本都先进行人工地质勘探，再判断是进行上行或下行开采。早期是人工进行勘探，主要是对开采区内的矿产资源的含量、开采的难度以及开采的安全问题进行分析探测，后来为了减少因采矿造成的人员伤亡，逐渐利用机器勘探，但此时的机器较为笨重，不易移动，给开采工作也加大了一定的难度。确定矿山可开采之后，进行开矿、处理矿口、采矿等工作。随着勘探开采技术的不断发展与提高，传统的开采顺序已经不能满足现代矿产资源开采的工作要求，因此，新的开采顺序已经不再区分上行和下行，利用精密的智能勘探仪器对可开采区域进行探测后，进行试开采，就是做初级开采，主要是将矿山表层的矿体进行一定的处理，为矿山深层矿产资源的开采打下基础，最后，通过大型的机器进行开矿、采矿工作。虽然复杂水工环地质环境对矿山开采顺序造成了一定的影响，但在一定程度上也促使开采顺序得到了完善。

2.4 坚硬的岩体影响开采深度

由于复杂水工环地质条件的影响矿山开采区有独特的地质构造，矿山的岩体异常坚硬，这也对深部矿产资源的开采深度造成了一定影响。如图1所示。

图1 矿山坚硬岩石分层图

图1 中为水工环地质条件下矿山坚硬岩石分层图，图中岩石均为坚硬岩石，不易开采。目前国内的矿产资源开采工作中，对浅表层矿产资源开采的数量在逐渐减少，向隐藏矿、深层矿也就成了另一种选择。矿产资源开采区的岩体过于坚硬，直接加大了开采的难度，这些岩石主要以石英石、岩石为主[4]。需要利用重型机器先进行岩体粉碎，再将破碎的岩体进行清理，再利用打钻机器向下打下开采深度，因岩体过于坚硬，可能会发生机器故障或者损坏的情况，增加了矿产资源的开采成本，可能达不到预期的开采深度。除此之外，在这些岩体中，储藏着大量的地下水，一旦开采，便会向外渗出，这也表明，随着开采越深增加，地下水的含量越多，更容易发生开采事故。对开采人员的安全也是一种威胁。因此，在进行开采之前，要对矿山的岩体以及构造进行细致的勘查，做好应对方案，以保证开采工作顺利完成。

3 结语

综上所述，复杂水文地质条件下的矿产资源开采是一项涉及面很广的工作，要事先对开采环境进行分析研究，也要之制定相应的开采方案，但发生开采事故的时候，要弹性应对。另外，在对矿产资源进行合理开采的同时，也要全面考虑灾害的发生因素，及时做好预防工作，并同时做好环境的保护工作，科学合理施工，提升矿产资源的开采效率。