地质灾害防治-4_第7章矿山与地下工程地质灾害

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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

2、垮塌，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

3、震动对软弱结构面的强度会有很大影响，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

4、。采场岩石冒顶，特别是大面积的冒顶，一般还是有预兆的。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

5、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

6、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）

7、、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sθ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

8、的声发射信号传输到安装仪器的硐室，经放大、滤波、A/