复杂地质条件下矿山开采的安全风险评估与管控

摘要：在矿山开采领域，复杂地质条件给开采作业带来诸多安全风险。本文深入剖析复杂地质条件的特点，详细阐述矿山开采过程中面临的地质构造、地压、地下水、瓦斯等安全风险，提出针对性的管控策略，旨在为保障矿山安全生产、提升风险应对能力提供理论与实践支撑。

关键词：复杂地质条件；矿山开采；安全风险评估；管控策略

一、引言

随着矿产资源需求的持续增长，矿山开采不断向深部、复杂区域拓展。复杂地质条件下，矿山开采面临着前所未有的挑战，安全事故频发，严重威胁人员生命财产安全，制约矿业可持续发展。因此，科学、系统地开展安全风险评估与管控工作迫在眉睫，这对于降低事故发生率、实现矿山安全高效开采具有重大现实意义。

二、复杂地质条件的特点

复杂地质条件通常表现为地质构造复杂、岩性多变、地应力异常、地下水丰富以及存在有害气体等。地质构造方面，褶皱、断层、节理等发育，破坏了岩体的完整性，使矿体形态和赋存状态不规则。岩性多变导致岩石强度差异大，部分软岩遇水易软化、膨胀，降低岩体稳定性。地应力异常区域，水平或垂直应力远超常规，易引发岩爆等灾害。地下水丰富时，不仅会造成巷道涌水、淹没采场，还可能弱化岩石强度，加剧岩体变形。若存在瓦斯等有害气体，积聚到一定浓度遇火源易爆炸，为矿山开采埋下巨大隐患。

三、矿山开采面临的安全风险

3.1 地质构造风险

断层、褶皱附近矿体破碎，开采过程中顶板极易垮落，巷道围岩稳定性差，支护难度大。节理会使岩石的连续性被破坏，在爆破震动或采动影响下，可能引发片帮、冒顶事故。例如，某矿山在穿越一条大断层时，由于对断层破碎带的估计不足，顶板支护措施不当，导致大面积顶板垮落，造成严重人员伤亡和设备损坏。

3.2 地压风险

在深部开采或高地应力区，地压显现剧烈。岩爆是常见的地压灾害之一，岩石在高应力作用下突然破裂、弹射，对人员和设备造成直接伤害。采空区未及时处理，随着开采范围扩大，地压失衡，引发地表塌陷，危及周边建筑物及居民安全。某金属矿山深部开采阶段，频繁发生岩爆，严重影响开采进度，同时造成多名矿工受伤。

3.3 地下水风险

丰富的地下水会涌入巷道和采场，造成排水困难，若排水系统不完善，可能导致矿井被淹。地下水长期作用于岩石，使岩石软化、泥化，降低围岩强度，进而引发巷道变形、垮塌。在雨季或强降水后，地下水水位上升，水压增大，对矿山防水设施考验更大，一旦出现渗漏，后果不堪设想。

3.4 瓦斯风险

对于含瓦斯的矿山，瓦斯涌出不可控是重大风险。在通风不良的区域，瓦斯积聚，达到爆炸下限，遇火源瞬间爆炸，摧毁巷道、设备，引发火灾，造成惨重损失。瓦斯超限还会导致人员窒息，威胁生命安全。如某煤矿曾因瓦斯积聚爆炸，致使整个矿井陷入瘫痪，众多矿工被困井下。

四、安全风险评估方法

4.1 定性评估方法

专家经验判断法是常用的定性评估手段。邀请地质、采矿、安全等领域专家，依据现场勘查、地质资料分析，凭借专业知识和实践经验，对安全风险进行识别与分级。这种方法简单快捷，能在短时间内对复杂问题做出初步判断，但主观性较强，受专家经验局限。检查表法是将矿山开采可能存在的安全风险列成清单，对照矿山实际情况逐一检查、勾选，确定风险存在状况，它为风险排查提供了清晰的框架，但难以对风险程度进行精确量化。

4.2 定量评估方法

概率风险评估（PRA）通过收集大量历史数据，统计分析事故发生概率，结合事故后果严重程度，计算风险值。以瓦斯爆炸为例，分析以往瓦斯爆炸事故的诱发因素、发生频率，结合本矿山瓦斯涌出量、通风状况等参数，预测瓦斯爆炸的可能性及危害范围。数值模拟法借助计算机软件，模拟地质构造、地压、地下水流动等过程，直观展现风险演化态势。模拟地下水渗流，预测涌水量及水压分布，为防水设计提供依据，但定量评估方法对数据要求高，建模复杂，计算成本较大。

4.3 综合评估方法

层次分析法（AHP）将复杂的安全风险问题分解为多个层次，构建判断矩阵，确定各因素相对权重，结合定性与定量指标进行综合评价。模糊综合评价法考虑风险评价中的模糊性，对难以精确界定的因素，如岩石稳定性“较好”“一般”“较差”等模糊概念，运用模糊数学原理转化为量化评价，使评估结果更贴合实际。综合评估方法兼顾主客观因素，提高了风险评估的准确性与可靠性。

五、管控策略

5.1 地质勘查与监测

在复杂地质条件下的矿山开采作业中，地质勘查与监测工作起着举足轻重的基石作用。为全面、精准地掌握矿山地质信息，必须大力投入资源，加大地质勘查力度。高精度物探技术的应用能够穿透地层，从宏观层面揭示地下地质构造的轮廓与分布。例如，三维地震勘探技术通过人工激发地震波，利用波在不同介质中的传播特性差异，构建出详细的地下地质结构三维模型，清晰展现褶皱、断层等构造的形态、走向与规模，为后续开采规划提供直观的地质蓝图。钻探技术则侧重于微观层面的信息获取，通过钻孔提取岩芯样本，精准分析岩性特征，包括岩石的种类、强度、硬度、孔隙率等物理力学参数，以及是否存在易软化、膨胀等特殊性质，为开采设计提供精确的岩性资料。同时，运用水文地质勘查手段，查明地下水的赋存状态、水位标高、含水层分布、水力联系等关键信息，评估其对开采作业的潜在影响。

5.2 开采设计优化

开采设计的优劣直接关系到矿山开采的安全性与效益性，而地质勘查结果则是开采设计优化的核心依据。基于详实的地质资料，合理选择适配不同地质条件的开采方法成为关键。在地质构造错综复杂、矿体形态破碎不规则的区域，传统的大规模、高强度开采方法往往难以施展，此时灵活的充填采矿法展现出独特优势。该方法在采出矿石后，及时用充填材料回填采空区，既能有效控制围岩变形，防止顶板垮落，又能减少地表沉降，保护生态环境。房柱式采矿法同样适用于矿体稳定性较差、地质构造复杂地段，通过保留规则的矿柱支撑顶板，在矿柱间安全高效地开采矿石，在保障开采作业顺利进行的同时，最大程度维护岩体的初始稳定性。

5.3 支护与加固

面对复杂多变的地质条件和多样化的安全风险，针对性强、行之有效的支护与加固措施是矿山安全的坚实屏障。在破碎围岩巷道，由于岩石的完整性遭到严重破坏，自身承载能力极低，采用锚杆、锚索、喷浆联合支护体系能够实现“1 + 1 + 1＞3”的强化效果。锚杆犹如深入岩体的“筋骨”，将破碎的岩石串联在一起，提高其整体性；锚索则发挥“强筋”作用，深入围岩深部，锚固在稳定岩层上，为浅层围岩提供强大的拉力支撑，有效控制围岩变形；喷浆如同给巷道穿上一层“防护铠甲”，封闭岩石表面，防止风化、水蚀等外界因素进一步削弱围岩强度，三者协同发力，极大增强围岩的自承能力。

六、结论

复杂地质条件下矿山开采的安全风险评估与管控是一项系统工程。通过深入分析地质特点与潜在风险，运用科学的评估方法确定风险等级，实施针对性管控策略，能有效降低事故发生率，保障矿山生产安全。未来，随着技术进步与经验积累，应不断完善风险评估与管控体系，推动矿山行业可持续发展。在持续探索中，注重多学科融合，将地质、采矿、安全、信息技术深度结合，开创矿山安全新局面。

参考文献：

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