矿山地质环境及研究内容

一、矿山地质环境及研究内容

1、矿山地质环境的含义及与环境、地质环境的关系

1.1矿山地质环境

矿山地质环境是指与矿山采矿及相关活动所影响到的地质环境。

矿山地质环境评价指把影响矿山地质环境的一种或多种因素（自然、人为）按一定规律进行综合研究，以期判定矿山地质环境好坏的方法。矿山地质环境评价工作应从矿山开采前到开采闭坑后，并贯穿开采活动始终。

1.2矿山地质环境与地质环境、环境关系

研究范围：相同点：研究的皆为组成人类生活生存、生产活动的部分或全部空间。

不同点：空间大小不同，显然环境研究空间最大，是个大区域概念，包括大气圈、生物圈、地壳；地质环境研究的主要是环境空间的组成部分，即组成环境的地壳部分，是个小区域概念，当然，研究时将涉及到大气、生物圈；而矿山地质环境仅是个局部概念，研究的空间范围仅限于与矿山采矿及相关活动有关的地质体，包涵于地质环境中。

应用技术理论：地质环境应用的技术理论主要是水文地质、工程地质，与传统上所讲环境“三废一噪”应用理论显然不同（仅管之间有一定联系），而矿山地质环境应用的技术理论却与地质环境相同（不过加入了矿山地学技术），都属地学理论。

2、矿山地质环境特征与研究内容

2.1矿山地质环境的特性

①复杂性、多样性；

②特殊性与共同性；

③稳定性与可改变性；

④资源性。

2.2矿山地质环境的构成要素

地形地貌、矿床类型、矿产种类、地层岩性、地质构造、水文地质条件、工程地质条件、区域地应力特点；还应包括开采方式方法（因为矿山地质环境是指矿山开采及相关活动所影响到的地质环境，因此无开采及相关活动因素则无从谈起矿山地质环境，只能作为地质环境来研究，只有开采及相关活动产生了才构成矿山地质环境，开采及相关活动中开采方式方法是影响矿山地质环境的主要的人为因素，而在实际进行矿山地质环境评价中也常把开采方式方法作为评价因素之一。

2.3评价范围

矿山地质环境评价从空间分布上看，可概括为地表、地下、地上三部分。

2.4矿山地质环境评价内容

评价内容主要包括：

①矿区地形地貌：决定水文地质条件之一，矿碴堆放场；

②矿山地层岩性：评价水文地质、工程地质条件；

③地质构造：评价围岩稳定性及边坡稳定性的依据之一；

④水文地质：评价矿坑涌水、矿床疏干的依据；

⑤工程地质：包括②、③评价岩体性质判定围岩稳定性

⑥环境地质问题。

⑦采矿方式方法

采矿前，矿山处于自然平衡状态；采矿后，为了达到新的平衡地质体的各部分将产生变形位移，这就产生了系列环境地质问题，概括这些问题，并结合四川出现最多的矿山地质环境问题的类别分为：

①地下开采的地质环境问题；

②地面变形地质环境问题；

③矿坑涌水、地下水疏干的地质环境问题；

④矿碴废弃物堆放引起的地质环境问题。

二、矿山地质环境问题

（一）地下开采的地质环境问题

1、几个基本概念

①围岩定义：坑道开挖后，坑道周围初始应力将发生变化——即应力重分布，应力重分布所达到的边界内的岩体称为围岩。

影响围岩的范围或可称应力重分布的区域大小因素很多：硐室大小及形状、岩土体的物理力学特性，岩体结构形状以及施工方式方法，支护时间；初始应力场，区域构造等。

②围岩压力——或叫山压

围岩作用于支护结构上的力——称为围岩压力。

围岩应力与围岩压力区别在于前者为围岩体内力，后者为围岩体作用于支护结构上的外力，当围岩强度可以承受围岩应力时，不需要支挡，围岩强度能够以承受围岩应力而产生过大变形或破坏时，围岩就向支护结构施加压力，形成山压。

2、围岩压力分析计算

①松散体的力学计算法

当围岩为松散体结构时，适用该计算方法，此方法计算理论假设围岩体为均质连续介质——及各向同性，其法常用的是普氏系数片——即常说的普氏法。

普氏法是根据矿山巷道围岩变形破坏的实际观测和砂土模型试验建立的，认为在松散介质中开挖巷道后硐室顶部形成坍塌落拱，这个塌落拱中的岩土体重量即是作用于支护结构上的围岩压力。

计算公式在此不再叙述，只谈谈两个问题：公式中普氏系数

f（又称坚固系数）：普氏理论认为f只与岩石极限抗压强度有关，实际上决定塌落体实质的不仅只与岩石极限抗压强度有关，还与岩性、岩体结构、地下水有关，因此实际中按普氏法得出的围岩压力往往与实际不符，特别是此理论用于坚硬岩体中时，与实际出入较大，这不仅与普氏系数有关，更与这一理论方法的假设前提不符有关，因为实际中塌落拱高度与形状并非象普氏假定的那样，而且取决于围岩结构特征。仅管如此，实际工程中，设计部门还是要勘察工作者提供f值，以供设计支护结构依据。总的来说普氏理论对软弱破碎岩体和土体有一定实用价值。

②弹塑性力学计算法

该理论认为：由硐室向外，一定范围内硐室刚开挖时产生的围岩应力往往大于围岩强度而使其变形破坏，其结果是岩体中高应力得到释放而产生应力松驰带围岩，状况产生松动。再向外的围岩仍保持因开挖引起的应力集中，其结果是围岩被压密，再向外，则过渡到初始应力状况，围岩不产生变形。作用于支护结构上的围岩压力主要是松动带向洞内位移变形所致，而压密带则承受了该带以外岩体重量，阻止它们作用到支护结构上来。

计算公式常用芬纳——塔罗布公式。

实际中，除用上述公式计算外，还用超声波及地震波直接现场测试。

③地质力学分析计算法

即力学中常用的块体平衡理论分析方法

该方法要获得较准确合理的结论，须首先获得围岩块体的大小、空间形状，不连续介面的产状、性状及物理力学特征；

④空间赤平投影法

该方法能快速较准确地判定围岩块体的稳定性，但当有不利于块体稳定的结构面组合时，块体稳定性只能作定性判定。

3、围岩分类