地质灾害防治-4_第7章 矿山与地下工程地质灾害.ppt

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1、地 质 灾 害 防 治,第七章 矿山与地下工程 地质灾害,7.1 概述,地下矿山的开采，造成地面下沉，甚至地面塌陷。露天矿的开采，则可能引起滑坡、崩塌等灾害。许多国家也都曾发生过矿山尾矿坝溃坝事故，造成重大灾害。 矿山开采还需要排水，这会造成地下水位下降，使附近地区的井水和泉水枯竭；选厂排出的废水通常是酸性水，也会造成污染。 矿井突水也是地下矿山的又一灾害。 地下矿山开采引起的其它灾害，还有巷道和采场围岩的冒顶、片帮，以及深部开采中的岩爆问题。,煤矿开采中的地质灾害比非煤矿山更为突出。包括： 突水； 火，即煤层自燃； 地压，即巷道采场围岩的冒顶和片帮等。1960年，南非一个煤矿发生煤柱大规模垮

2、塌，造成400多人丧身的重大事故。 瓦斯爆炸，这是煤矿中造成伤亡的最主要的原因。 煤尘爆炸：弥漫于煤矿地下坑道内的煤尘，当浓度达到一定浓度，在一定的外界条件下，就会发生爆炸。虽然煤尘爆炸的发生率远低于瓦斯爆炸，每次事故的死亡人数却要高得多。,7.2 冒顶片帮,地下巷道（采场）开挖后，围岩应力发生重分布。如果重分布后围岩中的应力超过了岩石的强度，就会发生破坏。 顶板冒顶是造成矿工伤亡事故中最重要的一项。据不完全的统计，占矿山死亡事故总数的1/3至40，为矿山各类事故之首。 造成岩石冒落片帮事故的主要原因：岩石中软弱结构面的影响。,巷道掘进、矿体开采中都要用爆破的方法，爆破震动对软弱结构面的强度会

3、有很大影响，使岩体强度大大降低。 弱面暴露在空气中以后，水和空气的风化作用会大大增强，弱面的强度会持续降低。在一定条件下，由弱面切割而形成的岩石块体就会冒落，形成冒顶片帮事件。 因此，地下工程中，岩石冒顶片帮事故具有很大的随机性，要实现预测预报十分困难。,对付冒顶片帮，目前最有效的办法是“敲邦问顶”。 个人防护的最有效的办法是：在巷道中行走时，注意观察；停留在某处前，先抬头观察。不在有裂缝的地段停留。 在掘进工作面，进入迎头的第一件事是撒水洗壁，然后就是敲邦问顶。此后才能开始正常的工作。 照明、撒水、通风等条件良好，可以大大减少冒顶片帮事故的危害。,采场岩石冒顶，特别是大面积的冒顶，一般还是有

4、预兆的。如掉碴、发响、出现裂缝等等。在有支柱的采场，则会出现支柱发响断裂。大面积冒落前，支柱会发出炸响，有很多支柱折断，采场中响声不断。 房柱法采场大面积冒落的主要前兆，则表现为采场顶板冒落、矿柱破坏，采场中响声越来越大。 采场顶板大面积冒落、矿柱大规模破坏，一般称为大规模地压活动，危害很大。可造成采场和巷道破坏，资源损失，人员伤亡。但这样的冒落，一般都有前兆，可以躲避。,如湖南锡矿山，65 - 70年间曾经发生过3次大规模地压活动。其中一次，造成竖井掉块，井架变形，连冶炼厂的烟囱都发生弯曲。 锡矿山采用房柱法开采，大规模地压活动一般起源于矿柱的破坏。当采空区中许多矿柱都发生垮塌，就会造成大量

5、矿柱在短时间内垮塌，这就是大规模地压活动。因此，这类地压活动的预测可能的 。 云南东川烂泥坪矿，1980年也发生了一次大规模地压活动。但因事先撤离了人员，成功地避免了伤亡 巷道顶板局部的冒落则不一定有前兆，预测预报有很大难度。迄今为止，这是造成冒顶片帮事故的主要原因。,7.3 岩爆 7.3.1 岩爆的特点,岩爆，也称 冲击地压，是在高应力条件下，地下工程开挖后，硬脆性的岩石中弹性应力突然释放，产生爆裂、剥落、弹射甚至抛射现象的一种动力失稳地质灾害。 岩爆活动在煤矿、金属矿、非金属矿以及隧道开挖中都有发生。它直接威胁施工人员和设备的安全，是一个世界性的工程难题。不过，它主要发生于坚硬岩石、距地表

6、较深的矿井中。,岩爆发生时，岩石成餠状弹射而出，或者碎裂成散体。如果岩爆发生处有人，则可当场导致人员伤亡，或使人因窒息而伤亡。 岩爆发生前通常没有明显前兆。发生时间往往与爆破有关，多在爆破后数小时或更长时间后。 岩爆发生时，多数情况下是响声与岩块的弹射现象同时出现。,7.3.2 岩爆的成因条件,岩爆是岩体中储存的弹性变形能突然释放而产生的。因此，岩爆是否会发生，取决于： （1）岩体中是否存储了高能量； 岩体中储存高能量的条件是：埋藏深度深（矿山深部开采），或应力集中地带，如河谷（如水电站） 、褶皱带轴部等； （2）储存的能量能否迅速释放。 应变能迅速释放，则需要岩石是脆性，而不是具有较大变形的

7、塑性岩石。,岩层中存在高应力，是产生岩爆的主要原因。因此，巷道采场周边中最大应力s与岩体强度sc之比，可用来预测发生岩爆的危险性(Russenes判据): sqmax /sc 0.2 无岩爆危险性 sqmax /sc 0.3 岩爆危险性弱 sqmax /sc 0.55 岩爆危险性中等 sqmax /sc 0.55 岩爆危险性强,岩爆危险性的Ressenes判据,7.3.3 岩爆的监测,通常采用声发射法来监测。 一般需要多通道的声发射监测仪。把声发射接收换能器安装在工作面，然后用长导线把所接收到的声发射信号传输到安装仪器的硐室，经放大、滤波、A/D变换（模拟量 - 数字量转换）后，由计算机存储，

8、再进行处理，提取有用信息，用于岩爆预测。 早期的计算机功能不足，声发射信号采用多通道磁带记录仪存储。,7.3.4 岩爆的防治措施,1. 重要工程，尽量避免开掘在应力集中带； 2. 重要巷道的轴线，尽可能与最大主应力方向平行； 3. 对于存在岩爆危险性的地段，尽可能选用合适的巷道断面形状避免出现平直周边；巷道长轴方向尽量与最大主应力方向一致； 4. 对岩爆危险性高的巷道，用锚杆加金属网的方式支护； 5. 巷道掘进或采场开采前，开凿超前孔，释放岩体中的应力。,岩爆的防护,West Deep Gold Mine (Tautona Mine),7.4 煤矿井下灾害,煤矿井下灾害的种类和危害程度，都远大

9、于非煤矿山。在煤矿，对安全问题需要更为严格的防范和控制。,7.4.1 瓦斯爆炸,瓦斯爆炸在煤矿中造成的伤亡最严重，是煤矿中的最大安全隐患。 瓦斯就是甲烷，又称沼气，是植物在成煤过程中被细菌分解而生成的一种气体，化学成分为CH4。在成煤的碳化变质阶段，又会形成大量瓦斯气体，保存在煤层和岩层的孔隙和裂隙中。,瓦斯从煤层中涌出的形式有： (1) 缓慢、持久、均匀地从煤和岩石的暴露面以及采落的煤炭中涌出。这是矿井瓦斯的经常来源。 (2) 在压力状态下的瓦斯，大量、迅速地从煤层和岩层内喷出，即瓦斯喷出。 (3) 在段时间内，煤、岩石和瓦斯一起突然由煤层和岩层内喷出，此即煤与瓦斯突出。 因此，煤矿矿井的空

10、气中含有瓦斯是正常的。瓦斯爆炸则是有条件的，有瓦斯气体存在并不一定会发生爆炸。,最早的瓦斯爆炸记录发生在英国，1675年。 中国煤炭产量为世界第一，瓦斯爆炸所造成的伤亡事故也很严重。 1964年，抚顺龙凤矿曾在一昼夜内连续发生多起瓦斯爆炸事故，共死亡83人。 1988年11月，黑龙江鸡西矿务局平岗煤矿由于运送、安装电机和修补风筒，两次停止通风，造成瓦斯积聚。后由于绞车电机与铁轨撞击，产生火花，引燃了积聚的瓦斯，引发瓦斯爆炸，造成45人死亡 ，32人受伤。,据统计，在20世纪80年代初到90年代初的10年间，中国共发生瓦斯爆炸灾害200多次，死亡1400多人；造成的直接经济损失约9,400多万元

11、。 1990年，全国因瓦斯爆炸，死亡总人数485人。 1994年，全国因瓦斯爆炸，死亡总人数914人。 2005年，辽宁孙家湾煤矿瓦斯爆炸，死亡214人。 抚顺煤矿，1935年到1944年的10年间，共发生瓦斯爆炸事故54次，人员伤亡惨重。,一般情况下，瓦斯浓度在5以下，是不会发生瓦斯爆炸的。 瓦斯浓度在16以上的时候，也不会发生爆炸。这是因为，瓦斯爆炸是由快速燃烧引起的。瓦斯浓度太高时，空气中的氧气含量不足，使部分瓦斯气体剩余下来而不能参加反应，燃烧不能持续，也就不能产生爆炸。 根据试验，瓦斯浓度在9.5左右时，空气中的全部瓦斯气体和全部氧气都能够参与反应，爆炸威力最大。在这样的浓度下，瓦斯

12、气体也就最容易发生爆炸。,发生瓦斯爆炸的条件,煤矿瓦斯浓度分类,（1） 低瓦斯矿井：相对涌出量10m3/t。 （2） 高瓦斯矿井：相对涌出量10m3/t。 （3）煤与瓦斯突出矿井：存在煤与瓦斯突出危险的矿井 。 据统计，在中国主要煤矿中，高瓦斯矿井占约29，煤与瓦斯突出矿井占约16。主要分布于辽宁、四川、贵州、湖南等省。,瓦斯爆炸必须具备3个条件： （1） 一定浓度的CH4气体； （2） 一定温度的引火源 (650-750C以上)； （3）足够的氧 (12%以上) 因此，预防瓦斯爆炸的主要措施是：,发生瓦斯爆炸的条件,1. 防止瓦斯积聚 （1）确保矿井通风 矿井通风是稀释CH4气体、杜绝瓦斯爆

13、炸的最主要的措施。只要通风系统设计正确、运转正常， CH4气体的浓度就可以保持在危险浓度以下。 因此， 煤矿采掘工作面的风速一般应0.25m/s。 高瓦斯矿井，应该采取抽出式通风，使矿井内维持负压；一旦因某种原因风机停止工作，矿井内的气压就会升高，使瓦斯气体不易涌出。这样就不会因此而导致瓦斯涌出量突然增加。,预防瓦斯爆炸的主要措施,(2) 瓦斯抽放 在一些高瓦斯矿井，因CH4气体涌出量很大，靠通风还难以稀释排除。此时可以进行瓦斯抽放。抽出的瓦斯气体可以作为民用，或工业应用，变害为利。 80年代，中国就有100多个矿井安装了瓦斯抽放设备，每年抽放瓦斯3亿m3。,（3） 建立严格的瓦斯浓度检查制度

14、 煤矿需要配备专门的仪器和专职安全人员，定期和不定期地检查井下各处的瓦斯浓度，特别是采煤工作面上的情况。安全人员有权命令停止生产。 采掘工作面上瓦斯浓度达到1，就要停止电钻作业；达到1.5，就要停止作业，撤出人员。 煤矿井下工作面通常需要安装瓦斯报警器。,预防瓦斯爆炸的主要措施,2. 杜绝火源 （1） 煤矿井下严禁抽烟，严禁携带明火、烧电炉等。 （2）井下设备都必须是防爆型的：防爆电机、防爆开关、防爆电缆，等等。 （3）爆破作业时，放炮前必须检查瓦斯浓度，确信在放炮地点附近20米内CH4浓度不超过1。,应该说明，瓦斯爆炸是链式燃烧反应所引起的，因此，达到爆炸浓度的瓦斯气体，在达到预定爆炸温度时

15、并不会立即爆炸，而有一个延迟时间，延迟时间与温度和浓度有关。所以，用安全炸药爆破时，因高温存在的时间很短（千分之几秒），因此，不会引起瓦斯爆炸事故。,7.4.2 煤尘爆炸,1. 煤尘爆炸及其危害 首先需要特别强调，煤尘爆炸与瓦斯爆炸不是一回事。 煤是可燃物质。煤破碎成细小的颗粒后，表面积大大增加。受热时，煤尘可发生燃烧，释放出可燃性气体，产生氧化反应，并产生热量传播给附近的煤尘。这个过程如果越来越快，就会发展成剧烈的爆炸。这就是煤尘爆炸。,煤尘爆炸产生的冲击波可将巷道中的落尘扬起，从而为爆炸的延续，扩大尘源。因此，煤尘爆炸可表现出连续性，还可能表现出离开尘源越远，爆炸力越大的特征。这与瓦斯爆炸

16、完全不同。 煤尘爆炸时还会产生大量CO，它在空气中的浓度可达到百分之几以上，造成大量人员的中毒伤亡。 1894年，位于今天捷克境内的Larisch煤矿发生瓦斯和煤尘爆炸的事故，当场死亡235人。处理事故时又发生第二次瓦斯爆炸，救护队员大部分牺牲。 1913年10月，英国一煤矿发生煤尘爆炸，井下439名矿工全部遇难。,1976年和1981年，河南平顶山矿务局的6矿和5矿分别发生煤尘爆炸，分别死亡75人和133人。 1982年，贵州水城矿务局老鹰山矿发生煤尘爆炸事故，死亡矿工70余人。 1985年4月，山东薛城县兴仁乡煤矿发生煤尘爆炸，冲击波又波及相邻的另一煤矿，共63人死亡。 迄今为止，人类历史

17、上伤亡最惨重的煤尘爆炸事故发生于本溪煤矿，死亡1527人，伤268人。时间：1942年4月26日。,2.影响煤尘爆炸的主要因素,（1） 煤的挥发成分。挥发成分含量越高，越容易发生煤尘爆炸。 （2）煤尘的粒度。粒度在0.75mm到1mm以下的煤尘，都能参与爆炸。但最危险的是粒度0.75mm的部分。 （3） 煤尘的浓度。一般说30 - 40g/m3为爆炸发生的下限，但国内有人作试验的结果，下限为45g/m3。此浓度下限也与挥发成分、粒度等因素有关。 比较：国家规定，矿井空气中，粉尘浓度不得高于2mg/m3,3. 预防煤尘爆炸的措施,（1） 降尘 即，降低矿井空气中煤尘的含量。这是最重要的措施。 具

18、体降尘措施： (a) 煤层注水。 可减少采煤作业中煤尘的生成量 (b) 水封爆破和水炮泥。 利用爆破的力量将水 注入煤中、汽化， 达到降尘的目的。 (c) 撒水、洗壁、降尘； 石灰浆刷白巷道壁,(2) 防止引燃煤尘 矿内严禁明火；使用防爆设备，防止电器火花引燃煤尘， 与瓦斯爆炸的措施相同,岩粉棚,(3) 限制煤尘爆炸的措施 为防止发生煤尘爆炸后的连续爆炸，可在巷道中设立岩粉棚（木支架）。在木棚子之间放置一些内装粉状岩石的容器。万一发生煤尘爆炸，棚子会被掀翻，使岩粉弥漫于空气中，大量吸热，阻断火焰，从而阻止爆炸向前传播。 亦可用水代替煤粉。,7.4.3 煤与瓦斯突出,1. 煤与瓦斯突出的特征 煤

19、与瓦斯突出是指煤（岩石）壁向采掘工作面突然喷出大量煤粉以及CH4气体的现象。 发生突出时，通常伴随着声响和猛烈的应力释放，可摧毁井巷设施和通风系统，使巷道充满CH4气体和煤粉，造成矿工窒息或被掩埋，甚至可引起井下火灾或瓦斯爆炸。,煤与瓦斯突出的最早记录：1834年，法国。3名支架工正在假设支架时，发现工作面煤壁有向外移动的迹象。立即撤离，但为时已晚。巷道中瞬间煤尘弥漫，1人被埋，1人窒息死亡，仅1人幸免于难。 1879年，比利时一煤矿发生煤与瓦斯突出。突出的煤420t，瓦斯5万m3。最初瓦斯的喷出量大于每分钟2,000m3。因井口的火炉引燃了瓦斯，火焰高出井口50多米，井口附近的建筑物被烧成一

20、片废墟。2小时后，火焰将要熄灭时，又连接发生7次瓦斯爆炸。 此次事故中，井下工作的209人，死亡121人。井口烧死3人，烧伤11人。,1985年7月，广东梅田矿务局3矿：突出煤3,200吨，堵塞巷道640米；突出瓦斯气体72万m3。56人死亡。 1988年，四川南桐矿务局：突出煤9,000吨，突出瓦斯气体200万m3，堵塞巷道2100米。15人死亡。 中国最强大的煤与瓦斯突出事故： 重庆天府矿务局。突出岩石12,780吨，煤8,000吨，瓦斯140万m3。,发生突出的时候，突出物呈分选性堆积，颗粒越小，被抛得越远。煤层越厚，埋深越大，突出次数就越多，强度也越大。 煤与瓦斯突出的时间多发生在爆破

21、落煤的过程中。 煤与瓦斯突出的于原因目前还不能准确解释。一般认为是地应力与CH4气体体积膨胀力联合作用的结果。,2 煤与瓦斯突出的预防,（1） 在多层煤中，通常先开采没有突出危险或突出危险较小的煤层。这样，岩体中的地应力可得到缓慢释放；煤和岩层因为变形，或者因为岩石移动而形成裂隙，又可使危险煤层的瓦斯被缓慢释放，CH4气体压力下降，避免和减少了突出的危险。 （2） 在有突出危险的煤层布置钻孔，回采前先进行瓦斯排放。 （3） 向工作面前方打超前钻孔，排放瓦斯。,7.4.4 煤层自燃,煤层自燃是指在自然环境条件下，煤层因氧化发热，导致发火燃烧的现象。 一些煤层自燃，完全是在自燃条件下发生的，与人的

22、活动无关。另外一些煤层自燃，则与人类的采煤活动有关。有的煤层的自燃可见明火，有的则只能见到烟雾及热气。 煤层自燃导致资源的损失，并产生有毒有害气体，造成井下工作人员中毒伤亡，是煤矿的又一重大地质灾害。,一 煤层自燃的危害 煤层自燃是全世界都有的现象。除了中国外，美国、印度、俄罗斯等国，都存在煤层自燃的问题。 在中国，煤层自燃现象多发生于北方，而且大部分发生于煤质好、灰分低、埋藏浅、易开采的厚煤层，且多处于气候干旱、特干旱的中西部。 主要分布的地区，除新疆外，还包括：宁夏、内蒙、甘肃、陕西、山西等省区。,新疆的煤田自燃导致的资源损失最大。仅在乌鲁木齐附近的硫磺沟煤田，火区面积就达120km2。

23、据初步估计，近100200年来，新疆因自燃而直接烧掉的煤达21亿吨。 据初步统计，因为煤层自燃，我国每年损失的煤炭资源约1,200万吨，由此造成煤炭资源的间接损失达2亿吨；每年排放的一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮以及粉尘105万吨。,二 影响煤层自燃的因素,煤层自燃的基本条件： 具有低温氧化特性的（易燃的）煤； 充足的氧； 氧化过程中生成的热大量储积。,影响煤层自燃的主要因素有：,煤的组成成分，这是影响煤层自燃的主要因素。 煤的炭化程度、灰分、水分等，都影响到煤的自燃。 煤的炭化程度越高，其自燃倾向性越小。因此，烟煤较无烟煤更容易发生自燃。 褐煤含有较多的灰分和水分，一般不容易发生自燃。 但烟煤

24、中含有适量的水分时，更容易发生自燃。,煤的厚度、地质构造等，都是影响煤层自燃的主要因素。 煤层越厚，越容易发生自燃。 这是因为，煤矿地下开采，一次的采厚通常不大于2.5米。厚煤层需要分层开采。这样，煤层中未采下的部分就长期暴露在空气中，易因氧化而自燃。 在有断层、褶皱、破碎带的地区，煤层受力大，易破碎；可以接触到更多的氧，因此，煤层发生自燃的概率较大。,中国北方煤田的自燃，大多数发生在煤质好、灰分低、埋藏浅、易开采的厚煤层地区，且多发生在气候干旱、特干旱的地区。其中新疆最为严重。 新疆不仅是中国，也是世界上煤层自燃灾害最严重的地区。,普通开采作业面 链板运输机、单腿液压支柱,掩护式液压支架,掩

25、护式 液压支架 剖面图,掩护式液压支架剖面图,双滚筒采煤机,煤矿 综合机械化开采作业面 (综采作业面),三 煤层自燃的防治,一般说来，煤层自燃发火期在一年以内的矿井，被认为是有严重自燃发火危险的矿井。 厚的煤层，因为要分层开采，煤层在空气中暴露的时间很长，结果也就比较容易发生自燃。因此， 厚煤层开采时，必要时要采取措施，防止自燃。,矿井内煤层自燃的发源地，大部分是在采空区内被压碎的煤柱、丢失浮煤过多的地方，以及服务时间长、压力太大、尺寸不够而被压碎的煤柱。 地下开采中预防煤层自燃的方法，是快速开采，在煤层自燃发火前就采完，同时少留煤柱；采完后封闭采空区，等等。 通风可以使煤层降温，防止自燃。,

26、使用注浆的方法，也可以隔断煤层，防止自燃。 水泥浆成本太高，可使用粘土泥浆、粘土石灰浆、粘土浆等代替。,7.5 露天矿边坡稳定,我国生产的铁矿石中，90来自于露天矿。有色金属则近1/2的矿石来自于露天矿。 目前，我国现有国有大中型露天矿（年产矿石超过300万吨）300多个，其中年产量1000万吨以上的129个。一些矿山的开采深度已经超过300米。 世界上的许多露天矿，开采深度都已经在500米以上，个别的超过800米。 随着开采深度的增加，边坡稳定性对矿山生产中的效益和安全的影响越来越突出。,边坡角与边坡总高度国外一些露天矿的资料,边坡角85的露天采石场,CIA：World Factbook,露

27、天矿边坡的特点： 1. 边坡角以及边坡稳定性的动态特性：随着开采的进行而不断变化； 2. 工程地质条件的特定性：不能选择场地； 3.边坡稳定性的实效性：不要求边坡永远保持稳定； 4. 边坡适度变形和破坏的可接受性：生产中可以容许边坡适度变形和破坏。,一个大型露天矿，开采的时间可以持续几十年乃至100年以上，但并不要求开采期间边坡完全不发生破坏。 如果从开始开采至闭坑，从未发生过边坡滑坡，那么，这个露天矿的设计是失败的。原因：强度储备太高，经济效益不高。 如果一个露天矿在生产中滑坡不断，多数时候都是在处理边坡滑坡，则这个露天矿设计也是不合理的：边坡太陡。 最合理的边坡设计：曾经多次发生过小的滑坡

28、，1-2次较大的或大的滑坡。因为，这样的边坡，总体上已经处于极限平衡状态。,影响边坡稳定性的重要因素,1. 地形地貌 2. 地质构造和新构造活动 3. 岩性与岩体结构 4. 水的影响 5.人类的活动，如：切割坡脚；爆破等等,边坡破坏的类型,平面滑坡 楔形滑坡,边坡破坏的类型,圆弧形滑坡 倾倒破坏,露天矿边坡滑坡防治的主要措施,非露天矿边坡滑坡的防治：栏，排，稳，挡。 1. 拦：拦截，用档土墙等； 2. 排： 排水疏干； 3. 稳：稳坡工程，降低边坡坡度，削坡减载； 4. 挡：用抗滑桩、锚索等，加固边坡,露天矿边坡滑坡的防治措施： 1. 确定合理的边坡角； 2. 排水疏干； 3. 减少爆破振动；

29、 4. 边坡维护与加固：锚索等,7.6 矿井突水 7.6.1 矿井突水及其危害,矿井突水是矿山井巷掘进、回采中的又一重大灾害,金属矿、非金属矿、煤矿都可能发生。在雨量充沛、地下水丰富的地区进行矿山开采，一般都需要排水。排水，是矿山主要开拓系统之一。 为了防止突水事故的发生，矿山地质勘探和初步设计，都需要研究矿山的水文地质条件。 在金属矿，正常生产中工作面出现突水事故的概率相对较小，煤矿的突水事故则要多得多。,矿山开采有可能引发顶板冒落、垮塌。如果矿体上方有河流、湖泊、水库等水体，则顶板冒落后就可能连通地表水体，形成突水事故。因此，水体下开采，是特殊条件下的开采，存在较大难度。 矿山的“三下”开

30、采：水体下、建筑物下、道路下。 重庆市奉节县，就因为在水库的水体下采煤，使因开采而出现的裂缝与水体连通，后淆水库的水涌入煤矿，发生透水事故。事故发生后，煤矿不能再进行生产，水库也因为水的渗漏而报废。,突水事故对煤矿安全生产的威胁最大。据统计，仅在1990 1994年的5年间，在全国624个统配煤矿中，发生的重大突水事故(死亡人数在10人以上的)，就达45起，死亡总人数892人，占重大事故死亡人数的17。 1984年6月2日，因岩溶水通过矿山开采的陷落区而涌入矿井，河北开滦范各庄煤矿发生淹井事故，瞬时最大涌水量达2053m3/m，21小时内就把这个年产煤300万吨的大型矿井完全淹没。 突水事故以

31、后，在十多平方公里的范围内，地下水位下降20-30米，矿山供水系统受到严重的破坏。,2001年7月，广西南丹县拉甲坡矿，就因开采秩序混乱，争抢矿石，违规爆破，导致隔水层被击穿而发生透水事故，200多人受困。在中央工作组的监督协调下，1700多人参加抢救，但仍有81人遇难。 十多年来，全国共发生突水事故200多起，年平均经济损失3亿元。 在中国北方的岩溶地区，煤矿中有150亿吨储储量、铁矿中有3亿吨储量，因受水的威胁而难于开采。,7.6.2 影响突水的主要因素,影响突水事故发生的，主要有自然因素和人为因素两方面。 自然因素：包括地形地貌、岩性和地质构造等因素。 1. 地形地貌：在地下水位(侵蚀基

32、准面)以上的矿体，一般不会有突水灾害发生。 2. 岩性的影响：厚的隔水层，可以将矿体与水体隔开；含水层、透水层，则可以使水体进入，造成灾害。 3. 地质构造：主要是断层和褶皱的影响。 断层常常会形成突水通道。向斜构造常会形成突水的水源。,人为因素：包含 煤矿的老采空区，常常会形成地下积水地带。后人再次开采煤矿时，一旦接近这样的地带，就可能发生突水事故。通常称为老溏积水，是煤矿安全生产的重大威胁之一。 进入废弃矿井采掘残煤，容易发生突水事故。,7.6.3 矿井突水的防治,一、地面防水 主要是切断大气降水的补给源，防止地表水大量涌入矿坑。具体措施如：修建防洪沟；封堵塌陷坑；排出低凹地积水，等等。

33、二、井下防水 主要包括思项措施：查、探、堵、排,二、井下防水,1.查：查明水源 矿山勘探和设计期间，都要详细研究水文地质条件。开采期间，也还要继续研究水文地质情况，查明矿山的含水层、透水层、隔水层、溶硐、老采空区，等等。 特别是老溏水（老采空区蓄水），危害很大，要特别注意研究、查明。 2. 探：超前钻孔探水 在水文地质条件复杂的地区，矿山开采前就需要钻探探水。生产中，当存在老溏、溶硐、富含水层等情况，更需要打超前钻孔探水。,3. 堵：封堵水源 突水危险性大的矿井，井底水泵房通常需要设置水闸门、密闭门。一旦发生突水、淹井事故，水泵房不会被淹，仍然可以继续排水。 注浆堵水：既可用于与水体隔绝，又可

34、用于涌水太大的地区的井巷掘进中。 4. 排：排水疏干 主要是钻孔疏干，包括地面钻孔疏干和井下钻孔疏干。 地下水位太高、涌水太大、主要井巷难于掘进的矿山，可以采用地面钻孔疏干。 若用地下超前探水钻孔发现水体，可通过钻孔排水。,7.7 矿区地面塌陷与地裂缝,因矿体开采而造成矿区地面塌陷与地裂缝，是矿山常见的灾害之一。 划定开采影响范围和影响程度，主要就是根据地表出现裂缝的位置及其与地下采场（采矿区）间的相互关系来确定的。,7.7.1 地面塌陷和地裂缝的危害,地面塌陷的范围和影响程度，与采矿方法和矿体赋存条件有关。采用崩落法开采厚大矿体时，对地表的影响最大。如易门矿务局狮山铜矿，地表大范围塌陷，塌陷

35、区内不仅人工建筑物不能存在，连植被也大部分被破坏，在可以遇见的将来无法恢复。 在山区，地面塌陷和地裂缝的影响还相对不太突出；在人烟稠密的平原地区，影响特别显著。,我国煤矿的开采量巨大，由此造成的地面塌陷十分严重。 据不完全的统计，江苏省200多座煤矿开采所造成的地面塌陷范围已达127km2，平均每采1万吨煤地面塌陷面积2670m2; 陕西主要煤矿所造成的土地塌陷、地裂缝面积已达246km2。 自解放以来，山西大同煤矿累计生产煤20多亿吨，形成约450km2的采空区，在地表形成塌陷坑近100个。 河北开滦煤矿土地塌陷面积约100km2；其中完全无法耕种的土地20km2。80年代以来，受地面塌陷而

36、迁移的村庄31处，迁移费用近2亿元。,辽宁本溪：采空区面积18.7km2，其中6.5km2的地面建筑物受到破坏，地表平均下沉近2米，最深的达3.7米。沉陷区内尚有数千户居民房屋破裂，却又无处可搬。 因为煤矿开采造成的塌陷，大片土地被积水淹没，许多村庄已经面临无地可耕、无处可迁的局面；塌陷区内的土地赔偿、村镇搬迁等等，成了一些矿山沉重的经济负担。 云南大姚铜矿：因地下开采的影响，地面农户搬迁，仅房屋搬迁赔偿费就达140多万元(80年代)。,7.7.2 矿区地面塌陷和地裂缝的成因,地面塌陷的程度，显然与采空区的面积、采幅、距地面的高度等因素有关。面积越大、采幅越高、距地面越浅，地面塌陷程度也就越严

37、重。同时，塌陷程度也与矿体赋存条件、地面地形条件、岩性等因素有关。 对地面建筑物的影响而言，开采影响还与开采顺序以及时间有关。这是因为，地下开采后地面的变形和下沉，一般并不是立即发生的，时间上有滞后。,采空区与地面塌陷、变形,值得注意的是，对地面建筑物的安全而言，位于采空区的正上方不一定是最危险的。 当覆盖层有足够的厚度、地面均匀下沉时，采空区正上方下沉量最大；但最危险的是陷落区的边缘地带，此处下沉量不大，但会产生倾斜，同时还可能因地面的裂缝而被拉裂，因而更危险。 根据地面下沉和位移的情况，采矿业中通常按照影响范围划分崩落角和移动角。崩落角和移动角一般根据岩石性质，参照手册来选取。,采空区上方

38、发生冒落后，会出现冒落带、裂隙带和弯曲带。 冒落带的高度，通常为采幅的2 - 6倍； 裂隙带的高度则为采幅的7 30倍； 在一些煤矿的观测结果表明： 缓倾斜矿体的冒落带和裂隙带高度，通常较急倾斜矿体为高； 坚硬岩石的冒落带和裂隙带高度，高于同等条件下的软弱岩石。 近年来，更多的观测数据表明，地下开采后，实际影响范围高于我们原来的认识，矿体埋藏很深时，对地表同样有影响，只是时间上有滞后。,7.7.3 矿区地面变形的防治,防止因开采而导致的地面塌陷，最有效的是充填采空区。这样，采空区顶板就不会发生冒落，也就不会出现地面塌陷和地裂缝了。 因此，充填空区，是地面塌陷的最有效的防治办法。 由于环保方面的

39、原因，近年来，充填法越来越显得有吸引力了。 地面塌陷的第一条防治措施：充填空区 。,地面塌陷的防治措施 （2）塌陷区的整治与利用 对平原地区煤矿开采而导致的地面塌陷，因塌陷区经常会出现积水，虽然积水深度不大，因很难排水，也导致土地无法使用。 此时，可以采用“挖深垫浅”的方法，将积水的地方挖得更深，用以养鱼；挖出的土则垫在下沉不大的地方，使之不再积水，可以耕种。,（3）以废治害 有的煤矿采用另外一个办法：将表土搬走，垫上地下排出的煤矸石，然后再用表土覆盖，这样土地就可以耕种了。 当然，使用此法有一定条件，需要注意防止二次污染。 （4） 治理地裂缝 最简单的治理方法就是回填，用土或废石回填裂缝。有

40、时需要堵住裂缝所造成的新的地下水通道，或避免裂缝破坏原来的地下水通道。此时可以采用灌注混凝土砂浆的办法。,7.8 矿区荒漠化 一. 矿区荒漠化的特征与危害,矿山开采过程中产生的废石和选厂的尾矿，都要堆积在地表。 废石的颗粒通常很大，尾矿中含有酸性物质，其粒度和级配不适合于耕种。 有的矿山因矿岩中含硫，排出的水是酸性的，会造成农田污染。 冶炼过程中，还会排出大量废气和废水，对环境也会造成很大污染。,矿山开采而产生的废石和尾矿，可以直接造成大片土地不能耕种，这就是土地的荒漠化。 废气和废水则会导致植物逐渐枯萎、死亡，造成另外一种类型的荒漠化。 尾矿库发生溃坝事件，在中国也曾经多次发生，引发巨大的灾

41、难。,根据初步统计，我国每年因矿山开采而产生的固体废弃物达133亿吨；因开采累计破坏和侵占土地1.4-2万km2，还在以200 km2/年的速度增加。 与全国的国土面积相比，采矿破坏的土地面积不算太大。但很多矿区往往分布于人口和耕地集中、相对较富庶的地区，所以在这样的局部地区，产生的危害很大。 一些地区的民采矿山采用土法冶炼金属或其它产品，少数人致富，却留下了长久的环境问题。,因采矿而导致的土地荒漠化的一个典型例子是四川叙永县大树区硫矿。因为开采而导致的污染： 矿区附近30的耕地完全丧失生产能力； 另外26 的耕地产量仅为矿山开采前的10； 其余43的耕地，收成下降50 - 80。,二. 矿区

42、荒漠化的防治,1. 对地下矿山，尽可能采用充填法开采 近年来，一些品位不太高的矿山，也选用了充填法开采。主要原因之一，就是环保因素。 云南大姚铜矿：分段空场法开采，嗣后尾砂充填。 云南牟定铜矿：情况与大姚铜矿类似。 云南大红山铜矿：空场法开采，嗣后尾砂充填。尾砂量不够，废石也尽可能用来充填空区。,2. 露天矿山：土地复垦。 土地复垦，就是在矿山开采完毕后，用土覆盖在露天坑表面，使之可以耕种。 与地下矿山开采相比，露天矿在地表造成永久的疤痕，对环境的破坏更严重。因此，露天开采后复垦就显得更为重要。国外对此早就有严格法规。 减少露天开采中对环境影响的办法之一，就是“内排土”，即，把废石排在露天坑内部。当然，这需要有一定条件，远非所有露天矿都可以做到。,为了能够对露天矿排土场复垦，需要在开采前把表层的熟土和底层的土分开堆放，复垦时先放底层土，再把熟土放置于表面，最后形成可耕种的耕地，或可植树造林（种草）的土地。,贵州铝厂二矿,近年来，国内环保的压力越来越大，许多地方都采取了措施进行复垦，或改作它用。 有的矿山把废弃的露天坑改建成打靶场，或攀岩训练场。在大城市附近，这是一个思路，但恐难于普遍推广。还需要注意边坡稳定性问题，或落石对人的伤害。 露天坑难于回填，一般可考虑建成水库、风景区。,