王海卫

（山东黄金矿业股份有限公司新城金矿，山东 莱州 261438）

现代人们对金属矿产资源需求量不断增多，为了满足人们应用需求，金属矿地下开采范围不断扩大，而在金属矿开采过程中，这将会导致岩体原始应力平衡被打破，从而使岩层与地表发生移动。开采沉陷是在地表移动下，金属矿开采会引起沉陷盆地、塌陷和裂缝问题，这会导致沉陷区内的公路、建筑物等都遭受到不同程度冲击，情况严重，会导致地下水和地表水造成严重危害，不仅会造成巨大经济损失，而且会造成人员伤亡。

1 金属矿开采地表沉陷规律

金属矿地下开采引起的地表沉降问题，从本质上来说是一个复杂力学过程，在采空区内上岩体受开采影响将会发生扰动问题，这将会导致开采区内应力平衡被打破，进而导致金属矿开采区顶板岩层发生一定，而且地表也会发生沉降问题，地面工程建设会遭受到不同程度危害[1]。金属矿开采规律特征主要体现在以下几个方面：

1.1 岩体内部移动产生下沉盆地

当地下金属矿部分矿体被开采出来之后，在岩体内部将会形成大面积采空区，此时，将会导致顶板岩层下部空间应力会被重新分配，这也就会导致原平衡被打破，从而使顶板岩层将会处于受力状态，形成弯曲和移动。如果在金属矿地下开采时，如果发生的应变能够承受的承载范围内，此时，则能够保持平稳弯曲和连续规律[2]。从实际分析情况来看，弯曲越大，挠度也就会越大，若产生的拉应力过大，其超过岩层能够承受的极限值，势必会引起的破碎、断裂、冒落等各种问题，上述问题的出现，会使上部岩层发生离层、断裂等问题，这会使采区围岩内重新分布。如果在金属矿地下开采时，若整体开采范围足够大，当岩层移动快速发展到地表后，会在开采区域内形成下沉盆地[3]。

1.2 地表发生移动与变形

金属矿地下开采的进行，会导致地下采空区面积不断扩大，地表将会发生移动，而且还会发生严重变形，主要位移体现在垂直和水平方向。在地下金属矿开采时，开挖矿产会不断增多，位移量会随着时间推移而不断变大，达到一定规模之后，将会处于最大沉降值[4]。通常来说，最大沉降值则位于采空区上附近，而且会偏向下山方向，同时，地表移动曲线则呈现出不对称拱形。在水平方向上，水平移动至会从零点不断极大，采空区上方水平位移值最小，而在采空区两侧边缘点处，水平位移值则最大[5]。在金属矿地下开采进行时，矿体倾斜角不但加大会导致指向山方向水平移动至不断减小，而上山方向则会不断加大。

1.3 移动角与移动范围

在金属矿地下开采时，受多项因素影响，开采中段会有所不同，而且的采矿数目也会不断增多，这也会导致移动角会呈现处不同状态。所谓移动角指的就是主断面上临界变形点与采空区边界水平线间外侧夹角。在开采金属矿时，应对先通过工程类比法和经验公式法对岩层移动角大小进行确定，在对移动角度大小、位置确定之后，划出移动范围。

2 影响地表沉陷的主要因素

地表沉陷是一项复杂过程，地表沉陷会受到人为因素、地质因素影响，其中重要的影响因素有岩层性、开采强度、矿体质量等多项因素。除了上述各项问题之外，部分金属矿所在位置较为特殊，构造也具有独特特点。具体影响因素如下。

2.1 采空区因素

部分金属矿采空区结构参数不合理，上下位置都会出现重叠情况，上部采空区与地面距离较近，这一问题会导致采空区跨度，以及采高过大，而且顶板厚度无法达到相应要求标准。如果矿体埋藏深度相对较浅，当上层覆岩遭受到破坏之后，下落岩体难以完成对采空区内范围完全填充[6]。此外，上下采空区开连通，这将会出现大规模采空区，将会导致开采区域内整体稳定性差，存在安全隐患，容易引发事故。

2.2 地质构造因素

地质构造会对矿区地理特征造成直接影响。例如，某处于铁矿的破碎带内岩石较为破损，碳酸盐化，整个矿体受北西向构造破碎带控制，矿体走向与破碎带基本一致。矿体开采中，开挖破碎带之后，容易发生脱落问题，一旦遇到水后，将会发生泥化，这将会降低采空区顶板强度[7]。对矿体整体情况进行分析，矿体向内倾斜，这也就导致岩体力学和强度明显降低，一些金属矿区内降水也会对矿区矿区内地面沉陷造成一定影响，塌陷体在与水相遇后，无论是抗压强度，还是凝聚力都会明显降低，同时，水自身也会使覆岩层压力加大。

3 预测与监测金属矿地下开采引起的地表沉陷

3.1 预测地表沉陷

在金属矿地下开采前，作业人员要先对矿区内情况进行分析，掌握矿区具体情况，对开采进行模拟，对地表沉陷问题进行预测，从而为后续金属矿开采作业开展造成不良影响，避免发生事故，造成巨大经济损失，以及人员伤亡。

从大量金属矿地下开采情况来看，在实际开采期间，经常会导致地面发生沉陷问题，在很对情况下，通过力学分析无法获取到精准结果，而通过对传统经验公式和工程类比发进行分析，难以获取到与实际情况相符的预测结果。近几年，计算机技术得到了飞速发展，其在许多行业都得到了广泛应用，特别是在金属矿地下开采中应用，为金属矿地下开采引起的沉降现象进行精准预测提供了一条有效途径。工作人员在工作开展前，通过对计算进行应用完成相应模拟，同时，采用GIS、GPS等各项技术手段进行应用，完成对沉降问题的精准定位，利用数据分析，实现对沉降趋势的合理预测，为后续开采作业开展提供支持[8]。

3.2 通过对计算机技术进行应用完成模拟

完成金属矿地下开采作业之后，应力将会发生改变，此时，可以依据岩石力学理论，在基础上与矿体与经验公式进行适当结合，利用计算数值完成模型模拟，对金属矿产开采过程进行全面模拟，构建变化曲线，进而体现出不一样地下开采深度，地表、岩层也会发生异动变化，常用方法有离散元、有限元、边界元等各种不同类型方法。从实际情况来看，模拟技术在应用时对于基础参数依赖性较高，如果，要想确保这一参数精准，要将基础参数作为应用重点内容。

3.3 现代监测技术应用

在预测与监测金属矿地下开采引起的地表沉陷问题上，主要是对GIS、GPS等各项技术进行应用，在此基础上适当与其他处理软件进行配合应用，精准、快速提取金属矿开地下开采范围监测数据，同时，在问题分析过程中，要动态跟踪各项数据信息，从而获取到精准沉降数据，为金属矿地下开采作业开展提供预防方案。GIS和GPS是目前应用最广泛的两个系统，在实际作业开展期间，要将两个系统合理融合到一起，在金属矿开采时对结合后的系统进行应用，能够通过动态方式对地表岩层移动情况进行全面监测，针对地表灾害问题的地貌、地质、水文等各项影响因素进行动态跟踪，完成相应分析工作[9]。作业人员将通过对GPS获取到的监测数据精准、及时传入到GIS系统中，完成数据存储，利用GIS系统强大数据处理功能，这可以为金属矿上山开采作业提供指导，确保开采作业顺利，减少事故发生。

4 防治金属矿地下开采引起地表沉降的合理措施

金属矿地下开采会引起的地表沉陷问题，通过对金属矿区发生沉陷特点、规模、稳定性等各项要求进行全面分析，针对出现的地表沉陷问题进行防治，具体防治可以从以下几个方面入手。

（1）禁止发生塌陷区域内，开展相应工程活动，同时，在开采时，要及时对发生塌坑区域回填，及时建设排水沟，避免开采区内因为降雨产生大量积水，进而发生更加严重破坏，造成巨大经济损失，以及人员伤亡。

（2）金属矿地下开采开展时，需要岩地表发生变形区域内设置预警标识，指派专人对各项工作开展进行全面监测，工作人员在监测期间，要密切关注坑涌水量、涌砂、涌泥、崩落石等问题，一旦发现问题，要及时处理。

（3）严格设计结构参数，依据参数开展回采，并且要预留矿柱。针对局部不稳定区域的巷道、矿段、采空区，要加强支护，常用的措施有喷浆、挂网、锚杆等措施，完成相应加固作业，提高开采区域稳定性，减少沉陷现象发生，降低危害。

（4）严格依据实现设计要求对矿块回采作业顺序完成相应回采作业，进行金属矿地下开采时，要考虑金属矿产资源分布情况进行适当开采，从而实现对资源的合理应用，提高开采效率，同时，也可以降低事故发生几率。

（5）在对金属矿的下部矿体开展开采和开拓时，为了确保开采作业顺利进行，不得在发生塌陷体下方出现采空区。从大量开采实例来看，若塌陷体下方存在矿体，在矿体开采作业完成后，为了避免发生严重塌陷问题，要立即对采空区进行填充。

（6）对于老塌陷区内存在的残留矿体，后者矿柱，不得重复开采，以免造成塌陷事故，如果因为该区域内存在大量金属矿产资源，考虑到开采作业效率，以及开采安全，要对开采作业可行性进行论证，做好设计工作，严格依据设计完成相应开采。

（7）对于金属矿地下开采作业形成的空旷区，工作人员要及时利用性能满足应用需求的填充料进行填充，通过对充填体进行应用，完成对空区情况的支撑，从而达到减少采空区上覆岩层下沉量，减少地表下沉问题的发生。

（8）在实际开采作业开展时，要保留支撑或永久矿柱，对于选留位置要依据具体开采情况而定，位置必须合理。

（9）在采空区通道中稳定岩体部位要建设封堵墙，对于修建的封堵墙要控制好墙体厚度，以免采空区岩发生垮冒安全风险，引发事故。

（10）作业人员可以通过对岩体声发生监测手段进行应用，依据金属矿区情况，构建发射监测网络，从而完成对采空区低压活动情况进行全面监控，为后续各项工作提供支持。

5 结语

金属矿地下开采规模不断扩大，这会破坏自然环境，这会对人造成较大影响，因此，要对地表发生沉陷问题主要采用数值模拟预测和现代技术手段开展。其中数值模拟预测能够为地表沉降提供指导，而且采用监测手段可以得到精准数据，最终构建良好地表沉陷预测体系，可以能够用在不同矿上，同时，采取合理措施能够对地表沉陷进行控制，实现对生态环境保护。