地下采礦與地質(zhì)環(huán)境互饋機(jī)理及礦山地質(zhì)環(huán)境治理研究——以四川華鎣山礦區(qū)為例.pdf

1、礦產(chǎn)資源作為人類生存不可或缺的物質(zhì)條件，對(duì)社會(huì)發(fā)展起著重要的基礎(chǔ)性作用。近年來，礦產(chǎn)資源開發(fā)力度不斷加強(qiáng)，礦山地質(zhì)環(huán)境惡化帶來的危害也愈來愈嚴(yán)重。礦山地質(zhì)環(huán)境及相伴的地質(zhì)災(zāi)害問題成為制約我國礦山發(fā)展的重大地質(zhì)環(huán)境問題。論文以華鎣山礦區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境治理有關(guān)問題進(jìn)行了研究，取得了以下成果： (1)論文針對(duì)地下采礦活動(dòng)的特點(diǎn)，提出和建立了復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下，地下采礦工程與地質(zhì)環(huán)境互饋?zhàn)饔脵C(jī)理及環(huán)境效應(yīng)的分析評(píng)價(jià)方法與防治

2、的技術(shù)途徑，對(duì)類似礦山的環(huán)境地質(zhì)問題分析有較好的理論和方法指導(dǎo)意義。 (2)地下采礦對(duì)地下水的疏干作用是引起水環(huán)境地質(zhì)問題的關(guān)鍵。以李子埡礦區(qū)為例，研究了地下采礦對(duì)地下水的疏干作用規(guī)律： ①提出了利用地下徑流模數(shù)和疏干排水量反算礦區(qū)地下水疏干面積的方法，利用該方法可有效計(jì)算和評(píng)價(jià)地下采空所影響的疏干面積。通過實(shí)例驗(yàn)證其計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查有較好的一致性。 ②提出利用灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型和時(shí)間序列AR(p)模型

3、預(yù)測(cè)地下水疏干漏斗的擴(kuò)展規(guī)律。為評(píng)價(jià)地下采礦引起的地下水垂向變化規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。 ③得到了礦井涌水量的變化規(guī)律。礦井涌水量逐年遞增，但增加幅度逐年減緩，礦井排水量由建井初期的含水層疏干水逐漸轉(zhuǎn)化為含水層接受降水入滲補(bǔ)給水量，水量大小取決于該區(qū)地下含水層的降水補(bǔ)給量。 (3)系統(tǒng)分析了龍灘煤礦10.4突水事故原因。查明突水點(diǎn)位于長(zhǎng)興組厚層狀石灰?guī)r分布段，該巖石具有較強(qiáng)的可溶性和更快的溶蝕速度。受近東西向應(yīng)力擠壓擾折成膝狀構(gòu)

4、造，伴隨產(chǎn)生大量的縱向張性裂隙及層間脫空區(qū)域；同時(shí)長(zhǎng)興組灰?guī)r在礦區(qū)北段出露標(biāo)高約900～1000m，有利于降水入滲補(bǔ)給；造就了巖溶地下水系及巖溶空間發(fā)育的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，形成巨大的巖溶儲(chǔ)水空間。當(dāng)采掘擾動(dòng)后，隔水巖體形成破裂帶，為突水提供了通道。 (4)在分析地下水水動(dòng)力平衡條件和原有礦井突水過程的三階段理論的基礎(chǔ)上，提出了突水過程的四階段理論。該理論為正確選擇礦山突水救災(zāi)的時(shí)機(jī)提供依據(jù)，從而保證救援或探測(cè)工作安全。同時(shí)運(yùn)用數(shù)值模擬技

5、術(shù)，對(duì)礦井開挖后地下水滲流場(chǎng)的變化特征進(jìn)行了數(shù)值模擬及分析，動(dòng)態(tài)分析了礦區(qū)地下水與采礦過程的相互作用過程。提出了以礦區(qū)水文地質(zhì)條件為依據(jù)的避、排、堵手段和相關(guān)的配套方法以及合理的礦井突水預(yù)防方法。 (5)對(duì)綠水洞煤礦實(shí)測(cè)工作面采空區(qū)地表變形實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，得出該工作面采空區(qū)主斷面觀測(cè)線移動(dòng)變形規(guī)律，確定了該礦區(qū)控制地表變形的關(guān)鍵參數(shù)。以此為基礎(chǔ)，利用概率積分法能計(jì)算采空礦區(qū)沉陷范圍，為地下采礦所引起的地表沉陷災(zāi)害的防治奠定了基

6、礎(chǔ)。 (6)通過對(duì)綠水洞排土場(chǎng)矸石堆積體災(zāi)害的形成機(jī)理、穩(wěn)定性的研究，提出了相應(yīng)的治理對(duì)策，為排土場(chǎng)的地質(zhì)環(huán)境問題的治理提供了方法。具體成果如下： ①應(yīng)用FLAC3D方法建立了矸石堆積體數(shù)值模型，對(duì)堆積體的在各種工況下的變形特征進(jìn)行模擬，找出了滑動(dòng)可能性最大的潛在滑動(dòng)區(qū)域?；鏋榻鼒A弧形，位于排土場(chǎng)的中部，后緣拉裂，中部沿粘土層滑動(dòng)，前緣在排土場(chǎng)坡腳上方一定位置剪出。變形量大小從表面向滑面逐漸減小(成帶分布)，位移方向基

7、本與坡面平行，在前緣剪出口發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 ②應(yīng)用極限平衡分析理論，對(duì)排土場(chǎng)堆積體的穩(wěn)定性進(jìn)行了定量分析，得到了矸石堆積體在天然、天然+暴雨、天然+暴雨+地震等不同狀態(tài)下的穩(wěn)定狀況。計(jì)算結(jié)果表明，天然狀態(tài)下，坡頂存在較大范圍的局部失穩(wěn)，特別是在暴雨作用下，坡體的穩(wěn)定性進(jìn)一步降低，坡體失穩(wěn)的方量大幅增加，可為泥石流的形成提供豐富的物源。 ③在穩(wěn)定性分析與數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，提出“擋墻+地表排水+削坡及坡面防護(hù)”的排土場(chǎng)綜合治理方案