吴岩
北方铜业股份有限公司铜矿峪矿 山西省运城市 043700
摘要：到目前为止，我国对于“三下”开采主要还是采用留设矿柱的条带开采法，这也是应对“三下”开采较为有效的方法。但是条带开采法也有一些弊端，首先是条带开采需留设约一半的资源作为矿柱，导致采出率较低，不利于资源开采的可持续发展。二是矿柱埋藏时间较长，可能会自然风化、蠕变、破裂，从而导致部分矿柱被破坏，顶板失去矿柱的支撑力而造成采空区大范围塌陷，严重的情况可能会引发矿震灾害。条带充填开采法，是保持一定间隔进行采空区的充填，可较好地控制地表下沉，保护地上建筑不受破坏，减少采区下沉区域对地表环境的破坏。不同于使用全部充填进行开采，条带充填是间隔充填，所以回采率较高、可控制充填成本、减少支撑矿柱，增大工作面回采率。
关键词：金属矿山；地下开采；地表建筑物；影响分析；研究
引言
在金属矿山井工开采过程中，由于各方面因素的影响，不可避免的会诱发地表变形，增加了金属矿山安全隐患的发生率，此时就需要采取有效措施来对地表变形进行实时、动态监测，并采取有效措施给予预防和解决，以此来降低地表变形的发生率。本文将会以山西某金属矿山为例来对金属矿山井工开采引起地表变形问题进行分析和探究，以此来确保金属矿山开采工作的顺利进行。
1研究金属矿山地下开采对地表建筑物影响分析的意义
近年来，随着国家金属矿山的大规模开发利用，给工矿企业带来巨大的经济效益，但是，与此同时，这也给地方生态环境和当地居民的生活造成了严重的影响，造成了工矿企业发展与地方利益的矛盾。通过对大量事故的分析研究，我国金属矿山地下开采活动引发的采空区塌陷地质灾害比较严重，这给工矿企业及当地的居民生命、财产造成了重大损失。在国内外，目前金属矿山企业已经对采空区引发的地表塌陷和岩石移动范围进行预测，以及相关采矿活动对地表建筑物和构筑物的损害影响进行评价等方面做了大量的研究工作，得出了许多可供参考的经验与成果。然而，金属矿山的开采，由于其地质发育条件和开采方式、方法等与煤矿开采不尽相同，那么，基于煤矿开采研究的地表变形移动规律和相关预测成果理论一般很难完全应用于金属矿山。研究金属矿山地下开采对地表建筑物的影响和预测，妥善化解企地矛盾就显得十分必要。
2金属矿山井工开采引起地表变形程度的影响因素
资源的大规模开采给金属矿山区带来的生态环境破坏、生物多样性减少、水土流失增加等一系列问题。因此，了解金属矿山井工开采引起的地表变形因素，能够尽量避免在金属矿山开采过程中导致的地表变形等灾害问题。研究发现，决定地表变形的程度主要取决于金属矿山开采的深度、长度、宽度、厚度以及金属矿山开采区域的地质性质、金属矿山开采手段等因素。金属矿山井工开采的宽度在某种程度上直接影响着地面采动。在开采的宽度处于一定的极限值之下的情况时，被采空区域上方的岩石仅仅会发生单一的弯曲现象而不会出现断裂，此时产生的地表沉降程度小。但是，当开采的宽度超过规定的极限值时，被采空区域上方的岩石不仅仅会发生弯曲甚至还会出现断裂的情况，最终导致一部分岩石出现垮落，此时产生的地表沉降程度会变大。
3金属矿山地下开采对地表建筑物影响研究
3.1多种分析评价方法的分类
1)应用“三带理论”能够定量计算采空区引发的变形带高度，并定性判断这种引发的变形破坏能否发展到地表，但不能确定采空区在地表引发沉陷变形影响范围。2)通过变形角评价方法可以确定采空区在地表引发沉陷变形的影响范围，但不可以给出对地表建(构)筑物的影响程度。
3)运用爆破振动测试可以实测获得评价对象所在地点的峰值振动速度和主振频率，定性评价出爆破振动对地表建(构)筑物的影响程度，但不能划定对地表建(构)筑物的影响规模。4)运用数值模拟方法的计算结果与定性方法相结合，可以有效地评价采空区沉陷对附近地表建筑物的影响程度。采用多种分析评价方法，可以比较全面的评价金属矿山地下开采对地表建筑物的影响效果，为妥善化解企地矛盾提供技术材料，同时也给矿山进行开采设计提供理论依据。
3.2开采充填率的影响
1）在充填体的物理参数一定的情况下，如果充填率降低，那么采空区范围的地表下沉量会相应升高。且当充填率达到64.5%~69%时，采空区范围地表下沉量快速降低。2）对于地表倾斜量的问题，合理增长充填率，不同开采方案的地表倾斜极大值呈线性减小。当充填率由64.5%~69%时，地表倾斜极大值（最大绝对值）呈显著减小趋势。3）条带充填开采方案的地表倾斜值远小于Ⅰ、Ⅱ级损害的临界值，由此可见，条带充填开采可以有效控制地表的下沉和倾斜问题，减小地表建筑物的损害程度。
3.3尾矿库下开采的安全影响
“三带”是指地下岩体在开挖以后，原先承受的地应力转移到围岩中并使其所受的应力发生重新分布，在一定范围内的围岩则产生移动和变形等现象。采场开釆后覆岩会受到不同程度的破坏，如垮落、断裂、离层、弯曲等，并且从宏观方面自下而上表现出明显的“分带”现象。尾矿库下开采矿体对尾矿库的影响，最重要的是研究地下开采后“三带”的破坏高度，尤其是导水裂隙带的发育高度，以防止因开采产生的导水裂隙带贯通地表尾矿库，形成导水通道将尾矿库尾矿泥浆导入地下开采采场从而导致事故发生。在地下开采过程中，地表建构筑物的损害是地下采场开挖后引起上覆岩层移动，导致地表发生变形，然后将地表变形传递给建构筑物基础，从而使建构筑物随之产生相应的变形，若建构筑物的变形值超过其允许变形值，建筑物将受到破坏。根据相关规程规范，按照建筑物的重要性、用途以及受开采影响引起的不同后果，将矿区范围内的建构筑物保护等级分为五类，其中库（河）坝属于II级。
4金属矿山井工开采引起地表变形的预防措施
应该组织专业的技术人员为金属矿山开采工作者、金属矿山所在区域的居民进行地质灾害分析、监测、类型分辨以及自我保护等相关知识的培训。同时，日常应该安排工作人员定期对矿区地表的情况进行巡逻检查，确保巡查工作全覆盖，如若发现有地面变形等不合理的现象，比如说：地面裂缝、水位骤然下降等，及时处理。地质灾害一旦发生，负责人应该尽快组织开展救灾以及调查工作，并尽快将灾害的具体情况上报至金属矿山所在地政府和相关管理部门。
结束语
在金属矿山开采的过程中导致地表变形的主要因素，即地质情况、开采方式和地表的覆盖情况，在开展实验的过程中要注重实验的全面性，力求实现对地表变形情况的全覆盖，在此基础上得出科学的结论。此外，在解决金属矿山开采引发地表变形的问题的过程中要注重积极运用测量结果来提高问题解决的效率和质量，以相关分析结论为指导进行金属矿山开采技术的改进和优化，从而有效降低开采过程中发生安全事故的可能性，从而保证金属矿山开采的安全性，避免对地质环境造成严重破坏。
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