矿山动力危险（精选4篇）
矿山动力危险 篇1
某矿山始建于2001年, 主要为露天开采, 2007年后矿体南段部分地段转入地下开采, 采矿方法为分段矿房法, 分段高度4～6 m。采用公路运输开拓方案, 水平分层由上至下台阶式采剥方法。废石排入采场南西侧斜坡, 矿石运至堆矿场转销。笔者参考文献[1]分别对该矿山生产过程中存在的危险有害因素进行辨识。
1 坍塌及滑坡
坍塌及滑坡的发生主要是由于采矿方式的原因而引发的, 如掏采而导致滑坡与坍塌的发生, 即开采方式不是按自上而下的顺序开采, 而是从下部开采。还有另一种情况, 虽然开采方式是按自上而下的顺序开采的, 但是保留的边坡角超过岩石的自然安息角, 没有按矿山设计的边坡角进行开采, 再加边坡地质原因而导致滑坡事故的发生。该矿山地形坡度较陡, 出井废石基本上是就地倾倒, 如果没有完好的防洪设施, 废石堆受雨水冲刷, 存在着坍塌及滑坡的危险。
2 冒顶片帮
冒顶片帮是地下矿山常发事故之一, 危害也较大。当巷道穿过岩层较破碎的地段时, 如果不及时支护可能会造成此类事故, 打伤经过巷道的人员, 损坏安装于巷道内的设施, 冒顶片帮之后巷道变高, 增加了支护难度。
废弃的巷道、采空区末采取技术处理, 人员误入后, 可能会由于这些地方顶板垮塌, 造成伤亡。采空区未经处理, 一旦地压失衡, 可能会发生坍塌, 坍塌所产生的冲击气流同样会对井下工作人员造伤害。
采场和巷道爆破后, 如果不经敲帮问顶或敲帮问顶不仔细即开始作业, 顶部的悬石坠落, 打伤作业人员。
3 透水
水文地质工作程度不够, 矿山涌水量数据不详。上部矿体已回采结束, 形成的采空区未作技术处理, 对矿山也没有进行过测量, 无法弄清这些采空区是否积水, 作业过程中如果贯通积水老硐或含水层会造成矿井透水危险。
4 火灾、爆炸
职工宿舍、空压机房、材料库房等处有润滑油、油棉纱、氧气瓶、乙炔瓶等易燃易爆物质, 如果违章操作、违章使用、管理不当, 消防设施不齐全, 易导致火灾、爆炸危险, 导致人员伤亡和财产损失。
平硐系统内电缆及其他电气设备较多, 由于电缆老化及电机过热等原因, 有发生井下电气火灾的可能。
5 爆破伤害
放炮与火药爆炸主要是指在存放、运输、使用炸药过程中出现的爆炸伤害, 简称爆破伤害。爆破伤害事故一旦发生, 其后果十分严重, 会使人员受到伤害, 甚至死亡, 使设备、设施破坏。
爆破伤害主要包括下列情况:无爆破设计或爆破安全规程不完善, 爆破人员“无章可依”, 仅凭经验作业很容易造成操作失误, 导致爆破事故发生。爆破过程中爆破人员在爆破器材的运输、保管、装药、起爆等环节违犯操作规程, 粗心大意, 会酿成危险事故:井下爆破时, 相近工作面未规定联络信号, 容易造成互相干扰或起爆时间不一致而出现危险事故;点炮时未使用引火绳、分火索过短、爆破前未设置爆破警戒或警戒区过小、警示标志不明显、爆破后未按规定的等待时间等待, 过早进入爆破现场、瞎炮处理不当等违章作业均可导致爆破事故。
6 触电
矿山使用电气设备较多。供配电系统设施和用电设备不按规程接地, 维护检修人员违反操作规程, 均有可能造成人员发生触电的危险。在井下较潮湿的环境下, 如有供电线路有裸露接头、闸刀盒损坏、线路架设过低, 工作面采用220 V电压照明等原因, 均可能造成人员触电。触电伤害主要有电击和电伤等2种方式。电击是指电流通过人体内部的组织和器官, 引起人体功能及组织损伤, 破坏人的心脏、肺脏及神经系统的正常功能, 导致人体痉挛、窒息、直至危及人的生命。电伤是指电流的热效应、化学效应或机械效应对人体的伤害, 比较常见。触电伤害也包括雷击伤害。如果在雷雨季节进行露天作业, 也可能发生雷击伤害。
7 车辆伤害
由于各种车辆作业线路长, 道路状况不好, 范围广易造成车辆伤害。如司机违章操作、指挥人员失误、司机与指挥人员配合不当或者车辆出现故障、路面打滑、路基不牢、行走 人员不遵守交通规程、过交叉道口不注意观察就可能导致各种车辆伤害事故的发生。车辆伤害包括挤、压、撞、倾覆等形式。
8 机械伤害
矿山的采、装、运等作业过程中使用各类水泵、电机、提升机、皮带运输机等机械设备, 运转的机械设备的外露传动部分 (如齿轮、轴、履带等) 和往复运动部分都有可能对人体造成机械伤害。
机械伤害主要指机械设备运动 (静止) 部件、工具、加工件直接与人体接触引起的夹击、碰撞、剪切、卷入、绞、碾、割、刺等形式的伤害。
在使用、巡检、维修过程中, 如果作业人员操作失误、信号联系不畅、违章作业等均可导致机械伤害事故的发生。
机械伤害往往是因为违章作业和操作失误引起的, 只有加强安全教育, 严格遵守安全操作规程, 提高照明度, 对设备的外露部位均设置安全防护装置、警示标志, 机械伤害事故才能减少到最低程度。
9 容器爆炸
如果空压机的压力储罐的安全设施如安全阀、压力表以及压力自动控制装置失灵, 造成压力储罐内的压力过高, 超过其容许压力, 就会引起压力储罐爆炸;还有压力储罐焊接质量不好, 当压力储罐内压缩空气压力过高时, 也会引发爆炸事故。压力容器爆炸其后果是十分严重的, 其爆炸产生的碎片打击可使人员受伤, 甚至死亡。
10 高处坠落
凡在高度2 m以上 (含2 m) 的高处进行定点操作或巡检作业, 均可发生高处坠落危险。在坡度大于30°的坡面上作业, 如果不系安全带可能会造成高处坠落伤害, 下山、盲井、小井无警示标志、围栏或加盖, 可能会使人员误入, 造成伤害。矿区地形较陡, 运矿道路外侧没有防护栏, 也容易发生人、车坠落。
11 物体打击
物体打击指落物、滚石、锤击、碎裂、崩块、击伤等伤害、不包括因爆炸而引起的物体打击。手动作业时, 如果缺乏监护, 可引发物体打击。矿山排土场距倒碴处高差40多米, 如果排土场不设置警示标志, 飞溅的石块易打伤经过排土场的人员。
12 粉尘
作业场所空气中粉尘的化学成分、浓度和接触时间是直接决定其对人体危害性质和严重程度的重要因素。粉尘可能导致尘肺、呼吸系统肿瘤、粉尘沉着症和中毒。
在凿岩、采场及运输道路、矿岩装卸车及各物料交接点处作业易产生粉尘。长期在这类工作环境下工作的人员很容易患矽肺病, 矽肺病严重危及人员健康, 因此要求湿式作业, 在凿岩作业过程中要求戴防尘口罩。
生产性粉尘是在矿山生产过程中产生的细粒状矿物或岩石粉尘。直径大于50 μm的尘粒, 在重力作用下会很快从气流中分离出来, 沉落于地面, 此类矿尘称为落尘。直径在0.01～50 μm范围内的尘粒, 能长时间悬浮于空气中, 此类矿尘叫做浮尘。浮尘对空气的污染和人体健康的危害最大, 是矿山防尘的重点对象。
爆破后爆堆内含有大量的粉尘, 工作面通风较差, 如果不采取降尘措施, 在铲装的过程中会在狭小的空间内形成浓度较高的尘埃, 对作业人员的健康造成影响。
13 高温与低温
由于当地夏季气温较高, 冬季气温较低。在炎热夏季节作业时, 装矿工人、汽车司机等人员, 易受到高温危害, 有可能发生中暑。而冬季露天作业则有可能发生低温冻伤。
14 中毒与窒息
矿山生产中的有害气体, 主要是指一氧化碳、硫化氢、二氧化碳以及氮氧化物等气体。爆破炮烟及柴油机废气中含有少量的一氧化碳;二氧化氮是炸药爆炸后产生的一种有毒气体, 柴油机废气中也含有二氧化氮;电缆及胶皮类燃烧会产生二氧化硫。少量的有毒气体主要刺激人的呼吸道系统、皮肤、眼睛等部位。大量的有毒气体会导致中毒、窒息事故。
矿井采用自然通风, 受季节、气候的影响较大, 特别在倒风季节, 井下风流紊乱, 废弃的巷道、采空区未作封闭处理, 漏风严重, 如果没有必要的通风设施进行辅助通风, 会造成部分作业场所风速、风量达不到要求, 使井下工人中毒, 甚至窒息死亡。
15 噪声与振动
噪声能引起职业性耳聋或神经衰弱、心血管疾病等发生, 并使操作人员失误率升高, 增加事故发生的可能性。振动危害有全身振动和局部振动, 可导致中枢神经、植物神经功能紊乱、血压升高, 同时也会导致设备、设施损坏。
噪声与振动是严重危害矿山开采作业人员的2种职业有害因素, 它是由于机器转动、气体排放、工件撞击与摩擦所产生的。例如在凿岩、矿岩装卸作业环境都会产生严重的振动与噪声。矿山开采中主要存在机械性噪声和空气动力噪声。如在没有降噪减振设施或个体防护设施不当的情况下, 其危害是十分严重的。
在矿石开采生产中长期受振动的影响可导致振动病。常见的局部振动对人体引起的影响, 典型表现为发作性手指发白 (白指症) 。另外, 在矿石开采生产中手臂振动所造成的危害也较为明显和严重。
16 其他伤害
如果巷道低部较滑, 工人在行走时或用手推车运输过程中易碰伤、摔伤。山区野兽、蛇多, 作业人员进出矿山, 可能被毒蛇野兽咬伤。
综上所述, 在该矿山生产过程中主要存在火灾、爆炸、爆破伤害、冒顶片帮、坍塌与滑坡、透水、触电、车辆伤害、机械伤害、容器爆炸、物体打击、高处坠落、粉尘、高温与低温、中毒与窒息、噪声与振动等危险有害因素。其中火灾、爆炸、爆破伤害、冒顶片帮、坍塌与滑坡、透水等是该矿山生产过程中较为严重的危险有害因素。
参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局.安全评价.上册.3版.北京:煤炭工业出版社, 2005:40-64, 176-272.
矿山采空区地面塌陷危险性预测 篇2
近年来, 我国矿业得到了迅速发展, 但是, 矿产资源的开发利用, 也产生了较严重的生态破坏和环境污染等矿山环境地质问题。由采矿引起的采空区地面塌陷是矿山最主要的环境地质问题, 据不完全统计, 2001年度全国因采矿引起的塌陷有180处, 塌陷坑有1 600个, 塌陷面积有1 150平方公里。全国发生采矿塌陷灾害的城市有30个, 造成严重破坏的有25个, 仅采矿塌陷造成的经济损失达4亿元以上, 采矿业破坏土地面积达400万公顷。
《矿山环境保护与综合治理方案编制规范》要求对评估精度在二级以上的矿山采空区进行定量分析, 为矿山地质环境保护及采空区的防治工作提供科学依据。本文通过调查、收集以往地下开采是否引发地面塌陷的地质灾害危险性评估的矿山资料, 采用经验公式进行推导, 确定地面塌陷的影响评估范围, 在该评估影响范围内采用层次分析法进行多因素的采空区地面塌陷的危险性预测。
1 采空区地面塌陷破坏的表现形式
地面塌陷是指地表岩石或土层由于地下矿物质被采空或溶洞的继续发展或环境条件的改变而引起地表的下陷或塌落。地面变形是地面塌陷的主要破坏形式, 主要影响地表变形的因素有以下几个:
(1) 矿层因素
矿层埋深越大, 变形发展到地表所需的时间越长, 地表变形值越小, 变形比较平缓均匀, 但是地表影响范围增大。
(2) 岩性因素
上覆岩层强度高、分层厚度大时, 产生地表变形所需采空面积大, 破坏时间长, 甚至长期不产生地表变形;强度低、分层薄的岩层, 常产生较大的地表变形, 且速度快, 但变形均匀, 地表一般不出现裂缝;脆性岩层地表易产生裂缝。厚度大、塑性大的软弱岩层作为上覆层时, 地表变形不明显;层薄的软岩层作为上覆层时, 地表变形会很快并出现裂缝, 地表变形强烈。
(3) 松散堆积物
地表第四系的堆积物越厚, 则地表变形值增大, 但是应力释放空间较大, 变形平缓均匀。
(4) 构造因素
岩层节理裂隙发育会促进变形加快, 增大变形范围, 扩大地表裂缝区。断层发育地区会破坏地表移动的正常规律, 改变地表变形带的位置和大小且加剧地表变形。
(5) 地下水因素
地下水活动 (特别是抗水性弱的软弱岩层或节理裂隙发育的强透水岩层) 会加快变形速度, 扩大地表变形范围, 加剧地表变形。
(6) 开采条件因素
矿层的开采和顶板的处置方法以及采空区的大小、形状、工作面推进速度等, 均影响地表变形值、变形速度和变形的形式。
2 采空区地面塌陷影响范围的确定
在采空区地面影响的2 M范围内 (M为采矿巷道的长度) , 地表移动最活跃, 大部分塌陷裂缝在这里产生。当矿层埋深不变的情况下, 开采宽度越大, 地表变形的范围越大。本文采用经验公式进行推导, 通过计算来确定比较合理的评估影响范围。
2.1 缓倾斜矿层 (0～54°) 地面塌陷的预测
首先, 利用三角关系算出缓倾斜矿层的塌陷影响宽度D (计算示意图如图1、图2所示) :
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式中:D为塌陷影响宽度;H为开采中段顶板距地表的距离;h为松散层厚度;K为矿体长度;α、β、γ为图1和图2中所示的各角度。
若地面产生塌陷, 塌陷面积和采空面积均可视为长方形, 初步可简化为塌陷影响宽度 (D) 与长度 (L) 之积。地面塌陷的宽度和长度可用三角关系算出, γ一般取45°, 由此可计算出地面塌陷的面积 (S) 和位置。
2.2 急倾斜矿层 (55～85°) 地面塌陷的预测
同样, 利用三角关系算出急倾斜矿层的塌陷影响宽度D (计算示意图如图3所示) :
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式中:n为矿体的平均厚度;α、β、γ、δ为图3中所示的各角度。
对于急倾斜矿层, 地面塌陷影响长度 (L) 的计算方法与缓倾斜地面塌陷影响长度的计算相同, 同样塌陷面积 (S) 和采空面积均可视为长方形, 可简化为塌陷影响宽度 (D) 与长度 (L) 之积。
3 采空区地面塌陷的危险性量化
3.1 地面塌陷影响因素的选取
采空区地面塌陷是诸多因素综合作用的结果, 通过对评估影响范围地面塌陷的详细调查和对地面塌陷的破坏表现形式的研究并结合实际生产的工作经验, 选取6个因素作为地面塌陷危险性预测的参评子因素, 即顶板岩性、松散层厚度、开采深度、地形坡度、水文地质条件、采动程度。
3.2 地面塌陷危险性指数的确定
采空区塌陷的危险性指数由式 (3) 确定:
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式中:Z为采空区地面塌陷的危险性指数;Q为某类影响因素的权重 (见表1) ;Yi为某类影响因素的按量化等级所取的分值。
式 (3) 中影响因素的权重与影响因素的量化分值是通过当地专家打分所得, 可以根据2个影响因素相对重要度大小构造判断矩阵并进行一致性检验。本文对专家的评价指标构建判断矩阵并进行计算, 随机一致性比率 (CR) 小于0.1 (计算过程占用篇幅较大, 略) , 表明参评指标判断矩阵具有较高的一致性, 影响因素权重值分配合理, 可以使用。
3.3 地面塌陷危险性的划分
将要进行危险性预测的范围进行网格剖分并将网格单元编号, 在每个网格单元运用层次分析法 (层次分析法简称为AHP法, 是一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法, 适用于目标结构复杂且缺乏必要数据时使用) 量化各评判指标得到综合分析评估指数, 综合所有单元的综合分析评判指数建立评估区间, 一般按照规范要求将地面塌陷的危险性分为三级, 即Ⅰ级为危险性大区 (A区) 、Ⅱ级为中等危险性大区 (B区) 、Ⅲ级为稳定区 (C区) , 危险性区域预测的划分要遵循“区内相似, 区际相异”的原则并要符合评估区域的实际情况, 通过现场实际表现特征来检验分区, 各级分区主要特征如下:
(1) I级危险区指地面塌陷评估影响范围内的坑、裂缝多, 地表变形强烈。危害性严重, 评估区内产生明显的地表变形, 受胁人员多, 建筑物严重倾斜或损毁, 地表水系缺失, 植被毁坏严重。
(2) Ⅱ级危险区指地面塌陷评估影响范围内偶见塌陷坑、裂缝较多, 地表变形不明显。危害性较严重, 评估区内受胁人员较多, 建筑物局部开裂或植被毁坏。
(3) Ⅲ级稳定区指地面基本无塌陷坑、地裂缝, 地表形态变化较小或无变化。基本无受胁人员, 建筑物完整未破坏, 地表植被基本无毁坏。
4 结论
(1) 运用公式推导计算得到确定的采空区地面塌陷评估影响范围, 为危险性分区提供依据, 在该区域要加强地表变形监测工作, 地表变形较强烈时要拉铁丝网进行保护并树立警示标志, 禁止闲杂人员进入。
(2) 采空区地面塌陷是诸多因素综合作用的结果, 利用层次分析法结合专家打分赋予因素权值进行多因素分析预测, 可以比单靠顶板安全厚 (高) 度来进行危险性分区预测更加细化、准确、科学。
(3) 采空区地面塌陷评估影响范围的确定及危险性预测的指标量化采用的系数大多以地区经验为主, 符合地方实际情况, 易于在生产中推广应用。
(4) 采空区地面塌陷危险性预测评估具有局限性, 即使在采矿活动中不会引起地面塌陷, 但随着时间和条件的改变, 也可能对建设工程造成破坏。
摘要：根据收集的矿山数据资料, 运用三角函数分析法确定了采空区地面塌陷的影响范围;选取顶板岩性、松散层厚度、开采深度、地形坡度、水文地质条件、采动程度6个因素作为地面塌陷危险性预测的参评子因素, 建立了地面塌陷危险性评判模型及评判指标;运用层次分析法量化各评判指标得到综合分析评判指数, 将矿区地面塌陷划分为危险区、较危险区和稳定区三级。
关键词：矿山,采空区,地面塌陷,危险性预测,层次分析法
参考文献
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矿山动力危险 篇3
关键词：地质灾害,预测评估,治理
矿山地质环境保护与恢复治理是为减少矿山建设及生产活动造成的矿山地质环境问题，改善矿山地质环境质量，保障矿山地质环境治理保证金制度顺利实施的一项制度。通过编制保护与恢复治理方案，促进矿山地质环境问题治理工作的规范化，实现地区经济可持续发展。保护与恢复治理方案是实施保护、监测和恢复治理矿山地质环境的技术之一。
1 评估的基础资料
1)矿山地理位置和社会经济概况。主要了解当地的地理位置、经济发展状况、土地利用现状等内容。重点收集当地的土地利用现状图，计算治理区域内户数、人口、房屋、耕地面积、林地面积、吃水及工业用水等情况，以此作为计算工程经费的部分依据。2)矿山开采历史及现状。主要了解矿区以往开采方式、采空区范围及矿山开采现状。3)矿山开发利用概况。主要描述矿山建设规模及工程布局、矿山开采层位及资源储量、设计生产能力及服务年限、矿山采区布置及开采接替顺序、矿山开采方式及顶板管理方式、固体废弃物及废水处置等矿山开采的内容，该部分内容是分析矿山地质环境变化原因及结果的重要依据，对开发利用方案的理解和掌握是矿山地质环境保护与恢复治理方案成功与否的关键。4)矿山地质环境背景。地质环境背景除了描述自然地理特征、地形地貌特征等表面特征外，重点要写清楚区域的地层岩性及地质构造。矿山开采造成的地质环境变化很大程度上与当地的地质构造有关，在构造较为简单，地层岩石较好的地方，开采造成的地质环境破坏相对较小。开采区的水文地质条件也是地质环境保护的一项重要内容，水资源的保护是矿区开采后生态环境恢复的重要条件，了解矿区的水文地质条件，在矿产资源开发利用与水资源保护之间寻找合理的关系是矿区集约化、可持续发展的一个关键问题。同时按照工程地质条件划分地层结构也是地质环境保护需要了解的重要内容。作为矿山开采的最终目的，矿体(层)的地质特征直接决定了开采时采用的开采方式及开采中可能造成的破坏，对矿体(层)的地质特征的了解是矿山地质环境背景中最重要的内容。
2 矿山地质环境影响评估
2.1 评估范围与级别确定方法
矿山地质环境影响评估依照中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T 0223-2011矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范的有关规定，本文统称《编制规范》，根据矿山地质环境现状、矿山地质灾害种类和地质灾害影响范围、影响程度、采矿活动影响范围等来确定地质环境影响评估范围和级别。评估范围在采矿活动没有影响到地下水的区域以矿界为界，在采矿活动影响到地下水的区域以对地下水影响的最远范围为界。评估级别的确定根据《编制规范》的要求，依据评估区重要程度、矿山生产建设规模、矿山地质环境条件复杂程度等综合确定。
2.1.1 评估区重要程度
评估区重要程度的确定按照《编制规范》附录B表B采取上一级别优先的原则，综合分析评估区内的人口、建筑物、公路、铁路、水源等要素确定。
2.1.2 矿山建设规模
矿山建设规模按照《矿山生产建设规模分类一览表》划分。
2.1.3 矿山地质环境条件复杂程度
矿山地质环境复杂程度对照《编制规范》，采取就上原则确定，主要从以下几个方面考虑:1)水文地质条件;2)工程地质条件;3)地质构造;4)现状地质环境问题;5)采空区;6)地形地貌。
2.1.4 评估级别
在确定上文提到的三个主要指标后，对照《编制规范》附录A矿山地质环境影响评估精度分级表综合确定评估级别。
2.2 现状评估
矿山地质环境现状评估是指对评估区地质环境影响作出评估。其主要内容包括:分析评估区内地质灾害类型、规模、发生时间、表现特征、分布、诱发因素、危害对象、危害程度;评估由采矿活动导致地下含水层的影响或破坏情况。评估采矿活动对地形地貌景观、地质遗迹、人文景观等的影响和破坏情况。分析评估区内采矿活动对土地资源的影响和破坏情况。
2.2.1 地质灾害危险性现状评估
主要用来分析评估区内现有易引发地质灾害的采空区、不稳定区域等危险源的现状，资料来源主要是矿山开采的采空区分布位置图，依据采空区范围踏勘评估区域内各类现有地质灾害，分析其类型及特征，同时统计地质灾害危险性现状引发的经济损失。一般采煤引发的灾害通常有地面塌陷、地裂缝(包括房屋裂缝)崩塌、工业广场建设挖填方和修建矿区道路形成的不稳定斜坡地质灾害隐患等，见图1～图4。
在综合分析各类现状地质灾害后，根据《编制规范》附录E矿山地质环境影响程度分级表的规定，对危险性现状作出评估。
2.2.2 采矿活动对含水层的影响与破坏现状评估
通过分析评估区水文地质资料，确定采矿活动对地下水含水层的影响范围及影响到的含水层。重点分析矿山开采对含矿地层含水层的影响及第四系松散岩类含水层的影响。地表水是人类活动的主要水资源来源，故对第四系松散岩类含水层的评估将直接决定开采区域内人类活动的生活用水，应重点分析。分析结果依照《编制规范》附录E的规定确定影响值。
2.2.3 采矿活动对地形地貌景观的影响与破坏现状评估
通过分析采矿活动会因采空形成地表沉陷，造成地面标高的变化，地层产状会沿地裂缝及地面塌陷发生局部的变化，造成地质体断裂、变形，改变评估区微地貌形态。地表沉陷、地裂缝直接破坏农作物、林木及原生地表植被，并对地表浅部蓄水结构的破坏也使得地表土体变得疏松，土壤含水量降低，从而使地表植被覆盖率降低，局部破坏了原生地形地貌景观等。同时采矿活动必然要对周围地形进行切坡和填方处理，由此在沟谷两边形成多处高陡边坡，沟谷低洼之处均被填平等处理。另外在工业场地之上建有办公楼、宿舍楼、住宅楼，以及主副井、库房、浴室、机修房、调度楼、污水处理站等大量的建构物，增加景观破碎度，改变了评估区的地形地貌景观格局。
2.2.4 采矿活动对土地资源的影响或破坏现状评估
我国是人口大国，实行最严厉的土地保护政策，采矿活动形成的采空沉陷、地裂缝对土地资源的破坏主要表现为地表土体塌陷、疏松，土壤含水量降低，促使土地砂化，加剧水土流失，地表自然植被的存活与生长受到较严重影响，地表自然植被覆盖率降低，农业植物因土壤水分的降低及土地退化而减产，塌陷严重的土地要弃耕，土地的利用价值明显降低。对土地的破坏程度依据《土地复垦规定》中的规定进行详细划分。
3 地质灾害危险性预测评估
各类矿山地质灾害危险性评估方法较为相似，本文以山西某煤矿为例说明预测评估的方法。
3.1 采矿活动引发和加剧的地质灾害危险性预测评估
根据矿井地质报告，该煤矿煤层覆岩相当于中硬岩层。类比其他矿区已有的煤层开采沉陷的基本参数，同时结合该矿实际的地质构造条件，通过类比确定该矿开采地表移动变形基本参数。根据《编制规范》附录E，以地表预测变形值为依据，对各类被破坏对象的破坏程度作出评估。该矿的开采引起的变形为2 m～6 m不等。
3.2 采矿活动对含水层的影响与破坏预测评估
矿山开采对含水层的影响与破坏主要从疏干的含水层位及高度、矿山开采对奥灰岩溶水的影响、煤炭开采对浅层地下水与矿区已有供水水源的影响三个方面来预测评估。
1)疏干的含水层位及高度。据生产矿井充水情况与矿区水文地质条件来看，本矿区各可采煤层充水通道主要为煤层顶板以上岩石的裂隙、陷落柱、断层及开采后形成的导水裂隙带和采空区地表塌陷、裂缝，其他因素居次。应根据《三下采煤规程》关于煤层开采导水裂隙带高度计算公式，结合矿区批采各煤层顶板坚硬程度来确定。2)矿山开采对奥灰岩溶水的影响。对奥灰岩溶水的影响从水文地质报告中确定的水位标高结合煤层标高及隔水层的厚度确定煤层的开采对奥陶系岩溶含水层的影响。该矿开采对奥灰岩溶水的影响较小。3)煤炭开采对浅层地下水与矿区已有供水水源的影响。本文3.1所述，煤层开采会引起较大的地表变形从而使裂缝上下贯通，矿坑排水会疏干7号，9号，10号煤层以上所有含水层，会造成所有该层位水井的报废。矿区内村庄村民目前生活用水取自沟谷第四系孔隙水和基岩裂隙泉水，评估区煤炭开采对第四系、石炭系含水层影响严重，煤矿矿坑排水会对村民用水造成严重影响。4)地下水影响范围。煤层开采后将改变采掘场周围的地下水水位线分布，使煤矿开采区周边范围内的水位线将断裂缺失，出现一定程度的水位下降，形成以开采区为中心的降水漏斗，地下水的流场也将重新整合分布。对地下水的影响范围采用下面的经验公式概算。其中，R为影响半径，m;S为抽水降深，m，取176 m(取自10号煤层平均埋深);K为渗透系数，m/d，取太原组最大值0.005 2 m/d。
3.3 采矿活动对地形地貌景观的影响与破坏预测评估
矿山在建设与生产过程中对土地资源的破坏主要表现为工业场地、矸石场建设等对土地资源破坏及采区影响范围内地表变形对地形地貌景观的影响与破坏。开采阶段使地面变形引起地表建筑物破坏。根据前述地面变形计算结果，该矿开采后会形成2 m～6 m的地表下沉，对原生地形地貌景观影响程度较严重。工业广场大面积的土地平整会使原来地表结构及下垫面植被完全遭到破坏，造成周围山体破损，岩石裸露。矸石场由于矸石堆放改变了原有沟谷地形，破坏了现有植被，局部改变了周围地形地貌条件，对原生地形地貌条件改变大。
3.4 采矿活动对土地资源的影响与破坏预测评估
对土地破坏程度根据《土地复垦方案编制规程第3部分:井工煤矿》关于采煤沉陷土地损毁程度标准得出。
4 结语
本文分析了矿山地质环境危险性预测评估的基础资料，根据矿山地质环境影响评估规范的要求，从矿山地质环境影响评估范围与级别出发，研究了现状评估的主要内容及评估重点，结合山西某煤矿的评估实践，对评估中涉及的相关技术规定及计算标准做了相应说明。
参考文献
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[3]邹友峰,邓喀中,马伟民.矿山开采沉陷工程[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.
[4]李德海,王长江.地表和岩层与工作面推进速度的关系[J].矿山压力与顶板管理,1995,23(4):39-43.
[5]邹友峰.开采沉陷预计参数的确定方法[J].焦作工学院学报(自然科学版),2001,20(4):253-257.
矿山动力危险 篇4
我国是世界上矿产资源总量丰富、矿种比较齐全的少数几个资源大国之一,拥有金属矿、非金属矿、水气矿等多个矿种,我国大部分的一次性能源、工业原料等都来自矿产,矿业已成为我国国民生产的重要部分。然而,在矿床开采活动中,因大量采掘井巷破坏和岩土体变形以及矿区地质、水文地质条件与自然环境发生严重变化而产生的多种矿山地质灾害不断增多,常发生的矿山地质灾害可分为地面和井下,地面的灾害有地面塌陷、下沉,滑坡,泥石流等;井下的灾害有突水、突泥、矿震、煤自燃等,各种灾害的发生常常会造成几人甚至几十人、几百人死亡,对我国国民生产、生活造成巨大损失,如何进行矿山地质灾害危险性评估已成为人们关心的问题。
采矿地质灾害的发生几率和灾害程度,一方面取决于矿区地质、新构造运动和气候、水文等自然条件;另一方面与开采深度、采矿范围、开采回填方式以及生产技术条件、管理水平、防灾救灾能力等密切相关,灾害的发生常常受到多方面的影响,为此,本文结合矿山的自然环境、地质环境以及人为因素,提出了一种模糊判断的方法用于评估地质灾害的危险性。
1 模糊综合判断
1.1 模糊综合判断的概念
模糊综合判断[1]是模糊数学的内容,最早的模糊数学是由美国的控制论专家Zadeh教授发表的Fuzzy Sets中提出的。模糊综合评价的内容包含以下七个方面:评价目的、评价对象、评价者、评价指标、权重、综合评价方法、评价结果,评价框图如下图1所示:
模糊综合评价可分为单级和多级,在本次设计中,可将影响矿山的地质情况作为一个最终结果记为A,其他的各方面因素视为A的子集,记为Ai,单级的框图如下图2所示。
单级评判[2]具体步骤如下:
1)确定各集合数。
在设计中需要引入3个集合,指标集、评判集以及评语集。
假设本次评判对象共有n个,我们可以将指标集用O={o1,o2,…,on}来表示;设评判集用U={u1,u2,…,um}来表示;最后,设评语集用R={r11,r12,...,r1m;r21,r22,...,r2m;…;rn1,rn2,...,rnm}来表示。
采用如下实例来说明,如我们在用餐时,可以对某位厨师的烧菜水平用以下形式来点评:
因素集O={色,香,味,质,形}
评判集U={优,良,可,差,劣}
评语集R={0.1,0.4,0.1,0.4,0}
2)分配权重。
建立n个评价因素的分配权重向量A
权重可以根据实际需求来特定,假如“味”对于评价者来说最重要,“形”的重要性最低,则构建对应的权重向量:
倘若“香”比较重要,“形”重要性最低,则可以设为
3)建立评价矩阵。
将所有的评语集用一个矩阵R来表示,形成评价对象的综合评价矩阵:
4)通过模糊映射得出结果。
将权重向量A与矩阵R通过模糊映射进行处理,生成向量B作为综合评价的最后结果,即模糊综合评判。模糊综合评判的数学模型为:
其中,符号算子°称为模糊算子。
1.2 影响矿山地质灾害危险性评估的几个主要因素的分析
根据张琦[3]等人在《关于矿山地质灾害危险性评估中几个主要技术问题的探讨》文章中的内容,我们可以知道,影响矿山地质灾害危险性评估的主要因素包括以下几个部分:
(1)地质灾害发育程度;
(2)地形地貌;
(3)地质结构;
(4)结构面及其组合对斜(边)坡稳定性的影响;
(5)岩体结构类型及岩土体工程地质性质;
(6)岩性特征;
(7)水文及水文地质条件;
(8)地震动峰加速度;
(9)临空外倾斜结构面对斜(外)坡稳定性的影响;
(10)不良地质现象占评估区面积比例;
(11)破坏地质环境的人类活动。
任何事物的发生、发展都离不开内因和外因,自然,地质灾害的发生也取决于自身的内因和外因,正如上面所述,我们将决定因素分成两类,内因包括岩土的物理性质、结构特征、原始地形、地貌;外因包括自然环境的影响及人类活动,如温度、降水、降雪等。如下图3所示。
2 算例分析
由于在实际应用中,很多因素都不能将其细化,各影响因素中未免都有交集,因此,在上述11个影响条件中,我们再将其概括化,分为六种,即:
1)地貌特征、滑塌及水土流失等现状;
2)开采矿层厚度、层数、上覆基岩和土层厚度;
3)地面塌陷部位;
4)矿坑突水、瓦斯突出、煤层自燃、粉尘爆炸等的可能性;
5)诱发泥石流的可能性;
6)地面居民分布情况。
假设某地属于沟谷区,以前有滑塌的历史,土地沙漠化比较严重,地面塌陷部位属于易发生区,煤层自燃等情况发生可能性大,居民居住的相对集中。
根据上述六个条件,我们假设条件4的基数设为0.3,条件3的基数为0.25,条件1的基数为0.2,条件2的基数为0.15,条件5和条件6分别为0.05。由此可以根据上述公式进行计算:
其中,ri的值是根据多次计算或评估得到的综合值。
在计算中,我们假设该区域的灾害性判断需要由若干位专家共同决定,但每位专家的具体评价集合会不同,因此,在上式中提出的r1i即为每位专家的参考分数。假设共有专家3人来对该地区进行评估,专家1认为这六个区域的分数为[5,3,4,6,2,1],而专家2认为[5,4,3,6,1,2],专家3认为[2,5,3,6,1,4]。
对上述内容进行综合计算,可得:
最后可利用MATLAB进行计算得到最终结果。
经过计算,上例中的地区为矿山地质灾害危险性较高的地方,即矿难较易发生地。
3 结语
由于在地质灾害评估中,往往不能由一位专家意见来决定最终的结果,但如何将专家的意见进行综合得到最准确预测往往是大家所困惑的,本次论文提出了一种模糊判断的方式用于矿山地质灾害危险性的评估。在提出理论的同时,采用实例说明此理论的实际应用,具有一定的理论研究价值。
但该论文仍存在很大的研究空间,本论文主要提出这种理论,在实际中还没有进行操作,因此,还存在很多无法预测的外界因素对结果进行干扰,故仍需继续探索。
参考文献
[1]吕亮卿.模糊综合评定县级土地评查成果质量的研究[J].中国土地科学,1990(3):10-14.
[2]秦寿康.综合评价原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2003.