第5章-矿山与地下工程地质灾害

第六章矿山与地下工程地质灾害,矿山与地下工程地质灾害的类型矿区地面变形与荒漠化矿山与地下工程地压灾害瓦斯爆炸与煤层自燃矿井突水,第一节矿山与地下工程地质灾害的类型因大规模采矿活动而使矿区自然地质环境发性变异，产生影响人类正常生活和生产的灾害地质作用或现象，称为矿山地质灾害主要原因：采矿过程中的能量交换和物质转移,第二节矿区地面变形与荒漠化一、矿区地面塌陷与地裂缝矿区地面变形地质灾害指地下开采的矿山，由于采空区上覆岩土体冒落或变形面在地表发生大面积变形破坏并造成人员伤亡或财产损失的现象和过程。,2007年8月29日，陕西神木县煤矿矿井采空区发生塌陷引发3.3级地震,1、矿区地面塌陷与地裂缝的危害破坏土地资源，影响农业生产损坏地表建筑物,2、矿区地面塌陷与地裂缝的成因主要诱发因素：开采方式和矿体赋存条件主要原因：矿床地下开采形成的采空区决定条件：采空区深度与面积、采掘面高度，地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质等自然条件决定地面塌陷和地裂缝的规模与空间分布,3、矿区地面变形的防治对策(1)地面塌陷区的整治和利用(2)以废治害：用尾矿、矸石、煤灰填埋塌陷区，治理塌陷灾害(3)治理地裂缝，消除隐患(4)减轻塌陷灾害的预防措施,二、矿区荒漠化1、矿区荒漠化的成因尾矿和矸石堆放及筛选冶炼过程中排放的“三废”危害矿区周围的植被露天采矿剥离地表，水土流失加剧，土地生产能力下降，出现地表荒芜、砂石裸露等,露采煤矿内排土复垦作业示意图,甘肃雷坛河遭煤矸石侵袭,2、防治对策(1)增强环境意识，强化法规管理(2)加强环境规划和环境影响评价(3)露天矿山的复垦和利用(4)废石堆及尾矿池复垦(5)矿山“三废”的综合利用,第三节矿山与地下工程地压灾害,一、冒顶垮帮1、原因地下洞室开挖后，由于御荷回弹，应力和水分的重新分布常使围岩的性状发生变化。如果围岩岩体曾受不了回弹应力或重新分布应力的作用，就会发生变形或破坏,2、顶板冒落或侧壁垮帮的征兆顶板掉渣由小到大、由稀到密、裂隙数量增多、宽度加大，煤帮煤质在高压下变软，支架压坏、折断，瓦斯涌出量突然增多，淋水量增大等,脆性围岩,塑性围岩,3、采空区处理方法(1)填充法：及时用碎石、尾矿砂、水沙、混凝土等物质填充采空区，从而起支撑顶板，减小其承受上覆岩土体压力的作用(2)崩落法：利用深孔爆破的方法将采空区围岩崩落，填充采空区(3)支撑法：以矿柱或支架等支撑采空区，防止其发生危险变形(4)封闭法：封闭不影响主矿体开采、主矿道的小采空区,二、岩爆又称冲击地压，是指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，是一种采矿或隧道开挖活动诱发的地震。,2011年8月7日凌晨3点17分，正在掘进的泥巴山隧道出口（中铁十二局C7合同段）右线距离掌子面约20米处，在已经完成的初期支护yk59+379-yk59+339纵向长度40米范围内发生大型重度岩爆。,1、岩爆的类型和特点(1)围岩表部岩石破裂引起的岩爆(2)矿柱或围岩破坏引起的岩爆(3)断层错动引起的岩爆,2、岩爆的产生条件与发生机制(1)岩爆产生条件近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能围岩新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，属坚硬脆性介质，能够储存能量具有足够的上覆岩体厚度，一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带，埋藏深度多大于200m无地下水，岩体干燥开挖断面形状不规则，造成局部应力集中在溶孔较多的岩层里，则一般不会发生岩爆,(2)破坏形式岩体扩容岩石突出振动诱发冒落,四、露天边坡失稳1、露天矿边坡的特点边坡稳定性的动态特征边坡工程地质条件的稳定性边坡工程具有明显的时效性边坡结构的复杂性边坡适度变形或破坏的可接受性,2、预防措施(1)边坡坡角的合理确定(2)边坡维护和加固(3)滑坡防治,第四节瓦斯爆炸与煤层自燃一、瓦斯爆炸1、瓦斯的生成与聚集在煤矿地下开采过程中，大量承压状态下的瓦斯从煤或围岩裂缝中高速喷出,2、瓦斯爆炸的条件(1)瓦斯爆炸界限：516(2)瓦斯的引火温度：650750以上(3)足够的氧气（12以上）,3、危害(1)瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力(2)爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡,4、预防措施(1)防止瓦斯积聚的措施确保矿井通风及时处理积存的瓦斯抽放瓦斯建立严格的瓦斯检查制度,(2)杜绝瓦斯爆炸火种的措施严禁明火加强防爆电器的管理，防止电火花引燃加强火药管理，严格遵守安全爆破制度严格管理自燃发火区，注意防火，加强检查火区内有毒气体及瓦斯浓度,二、煤层自燃暴露在空气中的煤，由于氧化放热导致温度逐渐升高，当达到煤的着火点(300350)时，引起燃烧，这种现象称为煤层自燃煤(尤其是煤化程度低的煤)在储存时与空气接触发生氧化，并放出热量，煤层温度升高，氧化作用愈加剧烈，最终发展成燃烧的现象,1、产生条件具有低温氧化特性的（易燃的）煤充足的氧氧化过程中生成的热大量储积,2、影响因素内因外因,内蒙古乌海市西桌子山煤田地下煤火燃烧,2、预防煤层自燃的技术措施(1)开采技术措施选择合理的开采方法坚持先上层后下层，自上而下的开采顺序和由边界向中央后退式回采方式根据煤的自燃发火期的长短和回采速度来决定采区尺寸，合理布置采区提高回收率，降低煤炭损失，减少采区残煤，提高回采程度，适时清扫工作面，及时充填回采区,(2)通风防火措施(3)预防性灌浆(4)阻化剂防火,第五节矿井突水一、矿井突水的致灾条件和影响因素1、致灾条件(1)地层含水系统中地下水的水头压力和水量(2)采掘空间与含水体之间围岩软弱带的厚度、岩石物理力学性质及岩体结构类型(3)矿山地压对围岩的破坏程度(4)水源补给的丰富程度及过水通道的渗透能力,2、影响矿井突水的因素(1)自然因素：地形地貌、围岩岩性和地质构造等(2)人为因素：采矿活动、乱采滥挖、破坏防水矿柱、进入废弃矿进采掘废煤或乱扔废弃渣而堵塞山谷、河道等,二、