地下采矿与地质环境互馈机理及矿山地质环境治理研究

地下采矿与地质环境互馈机理及矿山地质环境治理研究矿产资源作为人类生存不可或缺的物质条件,对社会发展起着重要的基础性作用。近年来,矿产资源开发力度不断加强,矿山地质环境恶化带来的危害也愈来愈严重。矿山地质环境及相伴的地质灾害问题成为制约我国矿山发展的重大地质环境问题。论文以华蓥山矿区为研究对象,对矿山地质环境治理有关问题进行了研究,取得了以下成果:（1）论文针对地下采矿活动的特点,提出和建立了复杂地质环境条件下,地下采矿工程与地质环境互馈作用机理及环境效应的分析评价方法与防治的技术途径,对类似矿山的环境地质问题分析有较好的理论和方法指导意义。（2）地下采矿对地下水的疏干作用是引起水环境地质问题的关键。以李子垭矿区为例,研究了地下采矿对地下水的疏干作用规律:①提出了利用地下径流模数和疏干排水量反算矿区地下水疏干面积的方法,利用该方法可有效计算和评价地下采空所影响的疏干面积。通过实例验证其计算结果与现场调查有较好的一致性。②提出利用灰色系统（）模型和时间序列（）模型预测地下水疏干漏斗的扩展规律。为评价地下采矿引起的地下水垂向变化规律奠定了基础。③得到了矿井涌水量的变化规律。矿井涌水量逐年递增但增加幅度逐年减缓,矿井排水量由建井初期的含水层疏干水逐渐转化为含水层接受降水入渗补给水量,水量大小取决于该区地下含水层的降水补给量。（3）系统分析了龙滩煤矿10.突4水事故原因。查明突水点位于长兴组厚层状石灰岩分布段,该岩石具有较强的可溶性和更快的溶蚀速度。受近东西向应力挤压扰折成膝状构造,伴随产生大量的纵向张性裂隙及层间脱空区域;同时长兴组灰岩在矿区北段出露标高约〜有利于降水入渗补给造就了岩溶地下水系及岩溶空间发育的独特优势,形成巨大的岩溶储水空间。当采掘扰动后,隔水岩体形成破裂带,为突水提供了通道。（4）在分析地下水水动力平衡条件和原有矿井突水过程的三阶段理论的基础上,提出了突水过程的四阶段理论。该理论为正确选择矿山突水救灾的时机提供依据,从而保证救援或探测工作安全。同时运用数值模拟技术,对矿井开挖后地下水渗流场的变化特征进行了数值模拟及分析,动态分析了矿区地下水与采矿过程的相互作用过程。提出了以矿区水文地质条件为依据的避、排、堵手段和相关的配套方法以及合理的矿井突水预防方法。（5）对绿水洞煤矿实测工作面采空区地表变形实际观测数据分析,得出该工作面采空区主断面观测线移动变形规律,确定了该矿区控制地表变形的关键参数。以此为基础,利用概率积分法能计算采空矿区沉陷范围,为地下采矿所引起的地表沉陷灾害的防治奠定了基础。（6）通过对绿水洞排土场矸石堆积体灾害的形成机理、稳定性的研究,提出了相应的治理对策,为排土场的地质环境问题的治理提供了方法。具体成果如下①应用 方法建立了矸石堆积体数值模型,对堆积体的在各种工况下的变形特征进行模拟,找出了滑动可能性最大的潜在滑动区域。滑面为近圆弧形,位于排土场的中部,后缘拉裂,中部沿粘土层滑动,前缘在排土场坡脚上方一定位置剪出。变形量大小从表面向滑面逐渐减小（成带分布）,位移方向基本与坡面平行在前缘剪出口发生偏转。②应用极限平衡分析理论对排土场堆积体的稳定性进行了定量分析,得到了矸石堆积体在天然、天然+暴雨、天然+暴雨+地震等不同状态下的稳定状况。计算结果表明,天然状态下,坡顶存在较大范围的局部失稳,特别是在暴雨作用下,坡体的稳定性进一步降低,坡体失稳的方量大幅增加,可为泥石流的形成提供丰富的物源。③