矿山地质安全课件

第二部分矿山安全技术第四章矿山地质安全第五章矿山爆破安全第六章露天矿山开采安全技术第七章地下矿山开采安全技术第四章矿山地质安全课程内容：

4.1矿岩基本性质与开采安全系

4.2地质构造与开采安全

4.3矿床水文地质

4.4矿山地质环境与地质灾害（1）地质条件关系到开采技术条件矿山采掘生产工程的布置和施工，都需要以正确的地质资料作为依据。矿山地质条件的变化直接影响到矿山开采技术条件（工程、水文、环境三方面）。（2）采矿对地质环境的破坏

地质灾害：泥石流、滑坡、崩塌、地表塌陷、地裂缝、地面沉降。含水层破坏：结构、地下水位、污染、地表水漏失

地形地貌破坏：改变地形地貌

破坏耕地；地表塌陷、地裂缝等。4.1矿岩基本性质与开采安全a、极薄矿体＜0.8米

b、薄矿体0.8-5米

c、中厚矿体5-15米

d、厚矿体15-40米

e、极厚矿体>40米矿体厚度与矿床开拓方式、采矿方法的选择关系密切，进而影响开采安全。举例说明。4.1.1矿床特征及赋存条件与开采安全一、矿体厚度与开采安全

水平、微倾斜矿体＜5°

缓倾斜矿体5°-30°

倾斜矿体30°-55°

急倾斜矿体＞55°

与矿床的开拓，采矿方法的选择关系密切，进而影响开采安全。举例说明。二、矿体倾角与开采安全

盲矿体：隐伏矿体(未曾出露到地表)和埋藏矿体(曾出露到地表，后被掩埋)。矿床埋藏条件l-矿体，h-埋藏深度，H-延伸深度（垂直高度）三、矿体埋藏条件

指出露地表矿体或隐伏地下的盲矿体，以及矿体的埋藏深度等内容。对开采安全的影响：影响开采方式的选择；影响地压大小：地表水体及建构筑物对采矿的影响（地下开采的采矿方法、露采采坑）；4.1.2矿岩性质与矿山安全的关系

（一）矿岩的弹性、塑性、脆性弹性：弹性大，凿岩爆破时不易破碎，炸药单耗增加。塑性：指矿岩解除外力后发生变形而不被破碎的性质。爆破时易使炮眼扩大，爆破效果差。脆性：指岩石受力后变形很小就发生碎裂的性质。脆性愈大，愈容易被爆破。爆破伤害。一、矿岩物理力学性质与开采安全的关系(二)矿岩的硬度和韧性

硬度：指岩石抵抗外物侵入的能力。硬度大则脆性脆，易于爆破。

韧性：指岩石抵抗外力保持整体状态的属性。韧性大，凿岩爆破比较困难。

（一）、（二）主要体现在对凿岩爆破工作的影响

(三)矿岩的强度

矿岩强度：指完整的矿岩被破坏时的极限应力值。

抗拉强度、抗剪强度小于抗压强度：岩体处于拉伸或剪切状态冒顶片帮岩体坍塌、滑坡巷道或采场露天边坡过陡或形成伞岩

(四)矿岩比重和容重

比重：指单位体积的致密岩石(除去孔隙)的重量。

容重：单位体积原岩(包括孔隙)的质量。岩石的容重对爆破（特别是抛掷爆破）的影响比较大，容重越大，所需炸药越多。(五)矿岩孔隙度孔隙度：岩体中孔隙的体积与岩石体积之比。孔隙度大含水较多影响防排水（六）岩石的碎胀性

碎胀性：指岩石破碎后，体积比原岩体积增大的性质。碎胀性的表示：碎胀系数(松散系数)K=V2/V1在采掘作业中，要充分考虑矿岩碎胀性：▼为容纳破碎后体积增大的岩石，需留出足够的空间；▼为提高爆破效果，可适当减小爆破空间，形成挤压爆破。表岩石的碎胀系数矿岩种类纯砂和砾石砂纸粘土中硬矿岩坚硬矿岩碎胀系数1.05-1.21.2-1.251.3-1.51.5-2.5（七）坚固性

岩石坚固性：岩石抵抗各种物理力学能力的综合表现（冲击、机械破碎、爆破等）。常采用普氏分级法表示岩石的坚固性。坚固性系数f可表示为：

R----矿岩的极限抗压强度MPa

常见的岩石坚固性系数介于0.3~20之间，共分为十级。表普氏岩石坚固性系数分级表等级坚固性程度岩石类型fIIIIIIIIIaIVIvaVVaVIVIaVIIVIIaVIIIIXX最坚固岩石很坚固岩石坚固岩石坚固岩石颇坚固岩石颇坚固岩石中等岩石中等岩石颇软弱岩石颇软弱岩石软弱岩石软弱岩石土质岩石松散性岩石流沙性岩石最坚固、致密和有韧性的石英岩、玄武岩等很坚固的花岗质岩石、石英斑岩、很坚硬的花岗岩花岗岩、很坚硬的砂岩和石灰岩等石灰岩、不坚固花岗岩，坚固砂岩、坚固大理岩等一般砂矿、铁矿砂质页岩、页岩质砂岩坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩各种页岩（不坚固的）、致密泥灰岩软弱页岩、胶结砾石、硬化的粘土等碎石质土壤、破碎页岩、坚硬的煤等致密粘土、软弱烟煤砂质粘土等腐殖土、泥煤、湿沙砂、细砾石等流沙、含水黄土2015108654321.510.80.60.50.3f系数越大，强度也较大，凿岩速度慢，炸药消耗大。（八）矿岩的稳固性

1、稳固性：矿岩允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。

2、稳固性分级：

极不稳固：不允许有暴露面积，掘进时应超前支护。不稳固：不支护的暴露空间<50m2

中等稳固：不支护的暴露面积为50-200m2

稳固：不支护的暴露面积为200—800m2

极稳固：不支护的暴露面积>800m24.1.3矿岩的物理化学性质与矿山安全生产的关系

(1)放射性。含量少，分布广；铀、镭、钒等。（2）氧化性和自燃性

氧化性：硫化矿石在水和空气的作用下发生的氧化还原反应，变为氧化矿石的性质。

自燃性：高硫矿石（含硫率>18％—20％）具有自燃性，在地面或地下贮存时间过长就会被氧化自燃。

危害：硫化矿石在空气中氧化放出热量，如果散热不良，矿石温度将升高，发生自燃，引起内因火灾。（3）有害物质粉尘危害；砷、汞等金属中毒；有毒有害的气体；（4）结块性：含有粘土，重新结块，凝固。（5）含水性：岩石裂隙吸收和保持水分的性能。4.2地质构造对矿山安全的影响一、地质构造

地质构造：地质体(岩层、岩体或矿体等)存在的空间形式、状态及相互关系，是地质作用所造成的岩石(或矿石)变形、变位等现象；地质构造类型：褶皱(背斜、向斜)、断裂(断层、节理裂隙)等。（一）褶皱

定义：呈水平或近水平状态的岩层，在受到水平力挤压后产生柔性弯曲但未失去连续性，形成的地层形态。褶邹背斜：两翼岩层向下弯曲的褶曲（两翼岩层倾向相背）；向斜：两翼岩层向上弯曲的褶曲（两翼岩层倾向相向）。

褶皱（背斜）要素示意图

Ⅰ—水平面；Ⅱ—轴面；OC—轴线；脊线—a中的AB及b中的AC核部或轴部：褶曲的中心部分；轴面：大体把褶曲平分的理想面；轴线：轴面与水平面的交线；脊：从褶曲的横断面上看，岩层面上弯曲最大的一点；褶曲的脊线：同一岩层面上所有弯曲最大的点的连线。（二）褶皱对矿山工程的影响：顺层滑坡：褶皱发育，岩层破碎强烈，顺向坡岩体极易沿层面或节理面产生滑动，造成边坡失稳。脊部风化作用强烈：在背斜、向斜的脊部，张性节理发育，造成岩体强度的降低，并最终发育成背斜谷、向斜谷或背斜、向斜式冲沟，对矿山公路、铁路建设造成很大困难。对巷道及地下硐室的影响

褶皱构造对地下洞室稳定性的影响向斜的核部：不适宜布置巷道及硐室。两帮岩石顺层下滑，造成顶部岩石冒落事故，硐室顶部很难维护。背斜的核部：适宜布置采矿巷道及硐室。利用顶板岩体的自然成拱作用，增加硐室的稳定性。（二）断裂构造岩层受构造应力作用发生断裂，使原有的连续、完整性遭受破坏而形成的地层形态。按断裂面两侧岩层的位移，可分为节理和断层。1、构造裂隙或构造节理（1）定义：沿断裂面两侧的岩层未发生移动或仅发生了微小的错动的断裂构造。（2）节理裂隙的对采矿工程的影响：边坡的坍塌地下硐室围岩的冒落破坏岩体的完整性，降低岩体的稳定性；降低岩石的承载能力；大气降水进入岩体内部提供了通途矿床充水途径之一2、断层（1）定义：有明显相对位移的断裂构造。断层线：断层面与地面的交线。断层示意图

AA’-总断距(真断距)；l-断距；h-垂直断距(落差)；d-水平断距(错距)（2）主要类型：正断层：上盘相对下降，下盘上升；逆断层：上盘相对上升，下盘下降；平推断层：断层面两侧的岩体明显发生了错位，但几乎没有落差。断层示意图（3）断层的采矿工程的影响

1）影响采矿场地的稳定：断层面两侧的岩石破碎，影响场地的稳定性；

2）断层透水：断层与地下水常紧密相连，给采矿工程造成事故隐患；

3）断层面是软弱结构面；

4）引起不均匀沉降：断层上、下盘岩石的性质一般不同，跨越其间的建筑物因不均匀沉降而产生破坏；二、地质构造对矿山开采的影响（一）围岩性质对矿山安全的影响（冒顶、片帮和塌方）1、对巷道掘进的影响：巷道掘进时，遇到岩石松软、节理裂隙发育、断层破碎的时候，如不及时加以支护，易引起冒顶、片帮事故。2、对采场稳固程度的影响：采场稳固程度主要取决于岩性和矿山压力两个基本地质因素。当顶板的岩性较松软，矿山压力较大时，就容易发生冒落事故。因此，在矿山井巷或工作面采掘前，查清围岩的稳固程度和矿山地压的大小，是开采安全可靠性的保障。（二）地质构造对矿山采掘工作的影响

1、褶皱构造对采掘工作的影响

（1）影响开拓系统、采矿方法的选择：成矿前形成的褶皱矿床的形成、矿体分布、空间形态、产状等开拓系统、采矿方法等选择成矿后形成的褶曲使矿体形态复杂化对采掘工作产生不利影响控制作用直接影响（2）背斜的影响：有利：背斜核部顶压较小，对采掘工程有利；不利：背斜核部的顶部岩层中，张裂隙较发育，对采掘工程又是不利因素（张裂隙发育导致矿山涌水量增加）。（3）向斜的影响：向斜核部，顶压较大，对采掘工程程不利。（4）褶曲对矿层产状的影响使矿体产状发生变化，若矿层的倾角变化适当时，可采用重力搬运，对井下运输有利。

2．节理(裂隙)对矿山采掘工作的影响(1)凿岩爆破：卡钻；裂隙漏气，影响爆破效果；(2)露天边坡：节理发育，易于发生滑坡、塌方等事故。(3)围岩稳固性：节理密度大且节理面是多方向的地段，岩石切割强烈，比较破碎，容易冒落。(4)防排水：节理是地下水的良好通道，节理若与采矿巷道贯通，有发生突水事故的危险。(5)

采矿方法选择：在节理特别发育的地段，某些采矿法选择要慎重，如空场法。

3、断层对矿山采掘工作的影响(1)成矿后的断层对探矿影响（切割矿体）：使矿体的分布、形状和产状复杂化，增加探矿工作量。(2)断层影响矿床开拓系统的布置大断层使开拓系统复杂化，造成施工困难。措施：在开拓设计中，应弄清较大断层的情况，并使开拓巷道的位置尽量避开断层破碎带。(3)断层影响采场回采工作（影响采场稳定性）。措施：采场设计中如遇见断距较大的断层应尽可能作为划分采场的边界，以减少其影响；(4)断层影响井巷掘进稍大断层，巷道拐弯：增加掘进长度，运输不便。无法避开时，必须加强支护。(5)断层影响矿坑涌水断层破碎带多数是地下水的良好通道，在大断层附近矿坑水的涌水量增大、甚至造成突水事故。(6)断层对采掘工作的有利因素有些逆断层可使矿体局部变厚或造成矿层局部重复。易于发生矿石自燃的矿床，断层把矿体分割成许多断块时，能实行分区开采，利于及时封闭，以防止矿石内燃或火区蔓延。4.3矿床水文地质水的赋存形式：大气水、地表水、地下水（岩土空隙中）

地下水存在的环境：岩土中的空隙是地下水存在的环境，岩石空隙的大小、多少、联通程度和分布状况等决定地下水的存在和运动规律。岩土空隙的分类：根据岩土空隙的成因和结构的不同，岩土的空隙可分为三种类型——孔隙、裂隙和岩溶（溶洞）。一、地下水的分类及地下水的特征1、按埋藏条件分类（1）包气带水：在接近地表的上层岩土中，空隙未被水充满，含有相当数量的空气，该岩土层叫包气带。包含毛细水和上层滞水。

①毛细水：依赖地下水作水源。毛细水对地基产生毛细水压力，引起基础下沉等，影响地表工程。

②上层滞水：埋藏在包气带中，局部隔水层之上。

上层滞水的特点：分布不广。季节性存在，雨季出现，干旱季节即消失。对采矿来说几乎没有影响。

（2）潜水

定义：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的水。

分布：分布极广，埋藏在孔隙、坚硬基岩的裂隙及可溶性岩的岩溶内；

特点：通过包气带与地表相连通。由于潜水具有自由水面，不承受静水压力，为无压水，只能在重力作用下，由潜水位较高处向潜水位较低处流动。对于采矿来说，潜水是矿坑充水的重要水源之一。

（3）承压水承压水：充满于两个稳定隔水层间的重力水。由于岩层大多数为倾斜状态，承压水因具有高差而形成静水压力，可以沿岩石孔隙、钻孔等涌出地面，所以又称作自流水。

承压水的形成主要决定于地质构造条件。最适宜形成承压水的构造条件有向斜(或盆地)构造和单斜构造。由于承压水含水层与地表之间有不透水层相隔，因此承压水受地面气候影响较小，动态变化比较稳定。2．按含水层空隙性质分类的各类地下水特征（1）孔隙水：存在于松散岩层的孔隙中。含水层孔隙大：透水性好，水量大，运动快；含水层孔隙小：透水性差，地下水运动慢，水量也小。（2）裂隙水：埋藏在基岩裂隙中的地下水。裂隙的性质和发育程度决定了裂隙水的存在和富水性。裂隙分为：风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙裂隙水分为：风化裂隙水、成岩裂隙水和构造型隙水。①风化裂隙水：

赋存在风化裂隙中，风化裂隙是由于岩石的风化作用形成的，其特点是广泛地分布于出露基岩的表面，延伸短，发育密集而均匀，构成彼此连通的裂隙体系。补给来源：大气降水，补给量的大小受气候及地形因素的影响。②成岩裂隙水：

成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生。成岩裂隙中的地下水水量有时可以很大，无论在疏干和利用上，皆不可忽视，特别是在开采金属矿床时，更应予以重视。③构造裂隙水：构造裂隙是由于岩石受构造运动应力作用所形成的，赋存其中的地下水称为构造裂隙水。在断层破碎带规模大，张开性好，亦有经常性补给水源时，就可能成为涌水量大且稳定的富水带，对矿床开采造成威胁。如断层连通性不好，又无经常性补给水源时，其水量往往不大，即使在采矿时遇到这类断层，开始时涌水可能较大，但不久就会逐日减少以至于枯竭。（3）岩溶水岩溶发育于可溶性岩石地区（喀斯特）。埋藏于溶洞中的重力水称为岩溶水或称喀斯特水。

主要特点：岩溶水水量大、运动快。岩溶水的动态变化显著：岩溶溶洞较其他岩石中的孔隙、裂隙要大，降水易于渗入（在岩溶强烈发育的地区，即使是暴雨也很难形成地表径流，降水几乎全部渗入地下）。对采矿来说有着严重的威胁。二、影响矿床含水量的因素、自然因素(1)大气降水。降水渗透是造成矿床含水量增大的主要原因之一。雨季矿井涌水量会增大20-40％，有的甚至大2-3倍。

(2)地形。矿床含水量与地形有着密切关系，沼泽和低洼地区的矿床，一般含水量较多。

(3)地表水和地下水的分布地表水体、地下水对矿床的含水量有较大的影响；

(4)地质构造隔水层：矿床含水量较小；导水断层、破碎带：矿床含水量加大，增加矿井涌水量。(5)岩层的透水性

岩层的透水性随深度而变化（深部岩石的裂隙会逐渐减少，从而岩层的透水性也将减弱）。2．人为因素采空区及废弃巷道井下涌水的贮存空间，沟通会造成大量地下水涌入。(2)地质勘探钻孔会成为地面水和地下水涌入矿井的通道。

(3)采矿方法的影响矿层埋藏较浅而采用导致地表陷落的方法采矿时，容易引起地表塌陷，在地表出现裂隙或漏斗，造成地表水大量涌入矿井巷道。三、地质水文对矿山开采的影响地下水、地表水和大气降水通过岩石的空隙，以滴水、淋水、涌水等方式流入坑口和巷道，统称矿坑水。危害表现为：(1)影响矿山建设：建井时期，涌水量过大，否则增加投资，影响建井速度、质量。

(2)具有侵蚀性的矿坑水：腐蚀露天矿坑和井巷中的各种金属设备支架和各种采掘机械等。

(3)降低坑道的顶板、底板岩体的稳固性，增加支护和维护困难。

(4)对露天矿山的影响：边坡失稳、采坑积水。

(5)大量涌水：当地质情况不清，突然遇到大量涌水时，会造成井筒、巷道和采场淹没，人员伤亡，设备毁坏的水害事故。矿山开采对地质环境的影响一、矿山地质环境

4.4矿山地质环境和地质灾害二、露天采矿对地质环境的影响1、矿山地质灾害露天矿边坡失稳破坏2、地下水影响3、土地资源破坏露天采矿破坏土地；废石堆、尾矿堆放占用土地；4、地形地貌露天矿边坡破坏模式图a平面滑动、b楔形体滑动、c曲面滑动、d倾倒破坏三、地下采矿对地质环境的影响（一）采空区地面塌陷与地裂缝矿区地面变形：采空区上覆岩土体冒落而在地表发生大面积变形破坏的现象和过程。地面塌陷：地面变形为面状分布；地裂缝：线状分布。

后果：地表建构筑物破坏，地表河流、水体等漏失。（二）破坏水文地质环境1、矿井突水采矿工程通过河流、水库下部或附近，并有地表水和地下水连通通道时，突水事故。2、区域地下水位下降（三）矿区山体开裂破坏高陡临空地形地貌部位，由于山崖或山脚的采矿活动，造成上覆山体开裂变形，发生崩塌灾害。（四）采矿诱发地震与岩爆岩爆（冲击地压），是指承受强大地压的脆性煤、矿体或岩体，在其极限平衡状态受到破坏时向自由空间突然释放能量的动力现象，是一种采矿活动诱发的地震。在煤矿、金属矿和各种人工隧道中均有发生。四、矿山地质灾害

地质灾害：由于地质作用（自然、人为或综合）使地质环境产生突发或累进破坏，造成生命财产损失的现象。1、崩塌（1）定义：斜坡岩体中被破裂面分割的块体突然脱离母体并以垂直运动为主，翻滚跳跃而下的现象和过程。（2）特点下落速度快、发生突然；崩塌体脱离母岩运动；下落过程中崩塌体自身的整体性遭到破坏；崩塌物的垂直位移大于水平位移。（3）形成条件①地形地貌：多发生在高陡斜坡处，有临空面。②地层岩性、岩体结构、地质构造：脆性岩石常形成较陡峻的边坡，若构造节理发育且存在凌空面，则极易形成崩塌。若软岩在下、硬岩在上，下部软岩风化剥蚀后，上部坚硬岩体常发生倾倒式崩塌；若软弱结构面的倾向与坡向相同，则极易发生大规模的崩塌。③地下水④爆破振动

崩塌（岸崩）示意图根据岩土体成分，可划分为岩崩和土崩两大类。崩塌的运动速度极快，常造成严重的人员伤亡。2、滑坡（1）定义：在自然地质作用和人类活动等影响下，斜坡上的岩土体在重力作用下沿软弱面“整体”或“局部”滑动的过程和现象及其形成的地貌形态。（2）滑坡的特征：①以水平位移为主；②滑坡面始终沿着一个或者几个软弱面（带）滑动。③滑坡滑动过程可瞬间完成，也可持续几年或更长时间。（3）滑坡的形成条件地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和人为活动等。

滑坡示意图滑坡是指山坡岩体或土体顺斜坡向下滑坡的现象。一般由降雨、河流冲刷、地震、融雪等自然因素引起。

岩质滑坡示意图土质滑坡示意图

（滑坡体沿岩层面滑动）顺层滑坡示意图3、泥石流

①定义：山区沟谷由暴雨、融雪或库塘溃坝等水源激发，形成的一种挟带大量泥砂等固体物质的特殊洪流。

②矿山泥石流分类：按流域的沟谷地貌形态：沟谷型泥石流和坡面型泥石流。按成因分类：水动力成因泥石流和重力成因泥石流。

水动力成因泥石流：大量松散的固体物料堆积在汇水面积大的山谷地带，在动水冲刷作用下沿陡坡地