地下采礦與地質(zhì)環(huán)境互饋機理及礦山地質(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，對社會發(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，礦山地質(zhì)環(huán)境惡化帶來的危害也愈來愈嚴重。礦山地質(zhì)環(huán)境及相伴的地質(zhì)災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)為研究對象，對礦山地質(zhì)環(huán)境治理有關(guān)問題進行了研究，取得了以下成果： (1)論文針對地下采礦活動的特點，提出和建立了復雜地質(zhì)環(huán)境條件下，地下采礦工程與地質(zhì)環(huán)境互饋作用機理及環(huán)境效應的分析評價方法與防治

2、的技術(shù)途徑，對類似礦山的環(huán)境地質(zhì)問題分析有較好的理論和方法指導意義。 (2)地下采礦對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算和評價地下采空所影響的疏干面積。通過實例驗證其計算結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查有較好的一致性。 ②提出利用灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型和時間序列AR(p)模型

3、預測地下水疏干漏斗的擴展規(guī)律。為評價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給水量，水量大小取決于該區(qū)地下含水層的降水補給量。 (3)系統(tǒng)分析了龍灘煤礦10.4突水事故原因。查明突水點位于長興組厚層狀石灰?guī)r分布段，該巖石具有較強的可溶性和更快的溶蝕速度。受近東西向應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；同時長興組灰?guī)r在礦區(qū)北段出露標高約900～1000m，有利于降水入滲補給；造就了巖溶地下水系及巖溶空間發(fā)育的獨特優(yōu)勢，形成巨大的巖溶儲水空間。當采掘擾動后，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的時機提供依據(jù)，從而保證救援或探測工作安全。同時運用數(shù)值模擬技

5、術(shù)，對礦井開挖后地下水滲流場的變化特征進行了數(shù)值模擬及分析，動態(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防方法。 (5)對綠水洞煤礦實測工作面采空區(qū)地表變形實際觀測數(shù)據(jù)分析，得出該工作面采空區(qū)主斷面觀測線移動變形規(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算采空礦區(qū)沉陷范圍，為地下采礦所引起的地表沉陷災害的防治奠定了基

6、礎(chǔ)。 (6)通過對綠水洞排土場矸石堆積體災害的形成機理、穩(wěn)定性的研究，提出了相應的治理對策，為排土場的地質(zhì)環(huán)境問題的治理提供了方法。具體成果如下： ①應用FLAC3D方法建立了矸石堆積體數(shù)值模型，對堆積體的在各種工況下的變形特征進行模擬，找出了滑動可能性最大的潛在滑動區(qū)域?；鏋榻鼒A弧形，位于排土場的中部，后緣拉裂，中部沿粘土層滑動，前緣在排土場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應用極限平衡分析理論，對排土場堆積體的穩(wěn)定性進行了定量分析，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”的排土場綜合治理方案