作面的向前推进，受影响的岩层范围不断扩大，采空区顶板在矿山压力作用下不断发生变形、破裂、位移和冒落，自下而上出现冒落带、裂隙带和下沉带（如下图）
下沉带
裂隙带
冒落带
矿山塌陷灾害主要是由于采空区上覆岩土体发生变形、破裂和冒落而造成的。从平面上看，地表塌陷区比其下部的采空区范围大，中间塌陷区沉降速度及幅度最大，无明显地裂缝产生。如果煤层埋藏浅、厚度不大，冒裂带直达地表，则在采空区正上方形成下宽上窄的地裂缝。
采场全部采完阶段采动影响的地表变化关系
（三）矿区地面变形的防治对策 1、地面塌陷区的整治和利用
地面变形是地下开挖、尤其是地下采矿最易引发分地质灾害。地面变形的范围往往超出地下对应采空区的范围，对于地下采矿而造成的地面变形破坏，可通过回填、充填等措施进行整治。在许多矿山塌陷区，沉陷坑深部常年积水但水不深，而周围农田则是雨季洪涝，旱季泛碱。对于这些“水浅不能养鱼，地涝不宜耕种”的浅沉陷区，可采用“挖深垫浅”的方法整治。就是将较深的塌陷区再挖深，使其适合养鱼或从事其它淡水养殖；垫浅是指用挖出的泥土垫到浅的沉陷区，使其地势增高，造成成为水田或旱田。
对于某些特殊塌陷的水淹区，根据实际情况可以适当整治开发，直接用于农业灌溉或改建成水陆公园等。
实例：淮北矿务局从1985年开始采用“挖深垫浅”的方法进行复垦试验，不到五年即收回投资，而其社会和环境效应更加显著。 2、以废治害
矿区塌陷是矿山地下采空造成的，而采出的矸石、尾矿等无法利用部分却作为废弃物堆积在矿区
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周围，既占用土地又污染环境。以煤矿为例，我国每年矸石排放量约为（1.5～2.0）×108t，而综合利用部分不到其总量的15％。
以废治害就是利用尾矿、矸石、粉煤灰填埋塌陷区，治理塌陷灾害。具体办法是：在用尾矿、矸石填埋前，先将塌陷区表土剥离另放，然后充填矸石、尾矿至目标标高以下0.5米处，再覆以表土到原标高，这样既可以使地形得以复原，保持原来的土质和肥力，还减少了因堆积矸石、尾矿而占用的土地，同时可以减少或消除塌陷区和废石堆对环境的污染。若经周密规划，则可变荒芜之地为风景宜人、工农业兴旺的良好用地。
应该注意，当地表塌陷区与地下水或地表水体相通时，要防止因为充填而造成水体的污染。 3、治理地裂缝，消除隐患
在一些涝老矿区，特别是已经闭坑的矿区，对已有的地裂缝进行治理是非常关键的。治理前首先应调查其几何特征、成因等，对于沉降盆地边缘的地裂缝，可采用灌注浆的方法治理；对于采空塌陷地裂缝，治理方法较多，如采用尾矿石回填、灌注浆等。 4、减轻塌陷灾害的预防措施
在矿山生产期间，可采用充填开采法和减灾开采法等技术性措施预防采空后塌陷。充填开采是缓冲采空塌陷灾害最为简便而实用的方法。按材料的不同，可分为水砂充填、粉煤灰充填和矸石充填等。其中水砂充填效果最好，但其成本过高，只适于特定地区采用。
目前，我国许多煤矿采用粉煤灰和矸石充填废旧坑道，取得了较好的经济效益和环境效益，这些矿山在开采后通过把矸石或粉煤灰充填于村庄、道路、高压输电线、河堤等建筑物之下的巷道和回采区内，大大减轻了塌陷灾害，避免了因塌陷或潜在威胁而造成的损失和治理费用。
减灾开采法是指从回采技术上预防或减轻采空塌陷的方法。具体措施有条带开采法、顺序开采法、协调开采法和离层高压注浆法等。
二、矿区荒漠化
（一）矿区荒漠化的特征和危害
矿产资源开发，除造成地面塌陷、地裂缝、边坡失稳破坏外，尾矿和矸石堆放及筛选冶炼过程中排放的矿山“三废”（废气、废水、废渣）还危害矿区周围的植被，导致植被枯萎、死亡；露天采矿剥离表土使矿区原有的地表生态系统遭受破坏，水土流失加剧，土地生产力下降，土地资源丧失，呈现地表荒芜，砂石或碎石裸露景观的土地退化过程称为工矿型土地荒漠化。
据美国世界观察研究所的调查资料，全球采矿和冶炼行业每年生产的废料超过了全世界城市垃圾的总和。中国是个矿业大国，特别是采煤业居世界首位，仅煤矿业一项，全国每年外排矸石、剥离物、粉煤灰等固体废弃物就达30×108t。中国的矿山企业每年产生固体废物133.8×108t，；重点金属矿山约有90％是露天开采，每年剥离岩土体约3×108t。因露天采矿、开挖和各类废渣、废石、尾矿堆置等，直接破坏与侵占的土地已达（1.4～2.0）×104km2，并以每年200 km2的速度增加。
工矿型荒漠化土地主要位于工矿开发区附近。这种工矿型荒漠化土地在分布特点上往往以工矿区为中心，荒漠化程度呈同心圆向外逐渐减弱，影响范围与矿山开发规模密切相关。 （二）矿区荒漠化的防治对策 1、增强环境意识，强化法规管理
中国的《环境保护法》、《矿产资源法》、《土地管理法》等法规都明确规定，在开采和利用矿产资源的同时，必须保护环境和自然资源，防止污染。环境保护部门和矿山管理部门必须按“三同时”（环
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保设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产）原则严格把关，对矿山企业监督管理，使其完善各项环保设施。
2、加强环境规划和环境影响评价
在进行矿山设计时要对排土场、尾矿库等设施进行合理选址，尽量少占或不占耕地，充分利用荒地建设排土场和尾矿库，以减少耕地损失和环境破坏，同时要注意防止排土场泥石流灾害的发生。 3、露天矿山的复垦和利用
露天开采的剥离物可边回填到采空区内，这称为内排土开采法。也可以临时堆放在矿区边界以外地面，即外排土开采法。内排土开采的优点是可以边采边填，剥离物不占用土地。而外排法开采则需要占用大面积的土地堆放剥离物，开采完毕后才能回填采空区。从土地利用和环境保护角度看，应尽量创造条件，实现内排土开采法。
具有再造表土和植被的复垦土地 复垦作业 矸石堆 盖层 煤层 露天采煤内排法土地复垦作业示意图
4、废石堆及尾矿池复垦
目前，国内外普遍采用土壤层覆盖法进行废石堆复垦，复垦后的结构自下而上为坚硬或粗粒岩土→底土层→表土层。 5、矿山“三废”的综合利用
逐步实行尾矿、矸石及矿坑排水资源化，把矿坑排水纳入水资源管理系统。有条件的矿山可通过改变排水方式，改井下集中卧泵排水为地面井直接排水，把矿坑疏干排水与解决供水水源结合起来，这样既减少了污染，又解决了供水水源。
尾矿、煤矸石、粉煤灰等固体废弃物的治理和开发利用也是资源综合利用的重要内容，我国这方面的工作也有待加强。据调查，我国堆存煤矸石 38亿吨，综合利用率为 44％；堆存粉煤灰 8亿吨以上，综合利用率为 53％；金属矿山堆存的尾矿已超过 60亿吨，综合利用率仅有 8．3％左右。
第三节 矿山与地下工程地压灾害
地下岩体在受到开挖以前，原岩应力处于平衡状态。开掘巷道或进行回来工作时，破坏了原始的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。这种由于矿山开采活动的影响，在巷峒周围岩体中形成的和作用在巷峒支护物上的力定义为可山压力，在相关学科中也称为二次应力或工程扰动力。在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象。这些由于矿山压力作用使巷峒周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。在大多数情况下，矿压显现会对采矿工程造成不同程度的危害。为使矿压显现不致影响采矿工作正常进行和保障安全生产，必须采取各种技术措施招矿山压力显现控制在一定范围内。对于有利于采矿生产的矿山压力显现，也应当合理地利用。所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。
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一、冒顶垮帮
（一）冒顶垮帮的特征及其影响因素
围岩岩体变形及破坏的形式和特点，除与岩体内的初始应力状态和峒室形状有关外，主要取决于围岩的岩性和结构（见下表）
表 围岩的变形破坏形式及其与围岩岩性和结构的关系 围岩岩性 脆性围岩
塑性围岩
岩体结构 块体状结构及厚层状结构
中薄层状结构 碎裂结构 层状结构
散体结构
变形及破坏形式 张裂塌落 劈裂剥落 剪切滑移 岩 爆 弯折内鼓 碎裂松动 塑性挤出 膨胀内鼓 塑性挤出 速流涌出 重力坍塌
产生机制
拉应力集中造成的张裂破坏 压应力集中造成的压致拉裂
压应力集中造成的剪切破裂及滑移拉裂
压应力高度集中造成的突然而猛烈的脆性破坏 卸荷回弹压应力集中造成的弯曲拉裂 压应力集中造成的剪切松动 压应力集中造成的塑性流动 水分重分布造成的吸水膨胀 压应力作用下的塑流 松散饱水岩体的悬浮塑流 重力作用下的坍塌
顶板冒落或侧壁垮帮的征兆主要有：顶板掉渣由小而大、由稀变密，裂隙数量增多、宽度加大，煤帮煤质在高压下变软，支架压坏、折断，瓦斯涌出量突然增多，淋水量增大等。 （二）采空区处理方法
1、充填法：及时用碎石、尾矿砂、水砂、混凝土等物质充填采空区，从而起到支撑顶板、减小其承受上覆岩土体的压力。
2、崩落法：指利用深孔爆破的方法将采空区围岩崩落，充填采空区。 3、支撑法：以矿柱或支架等支撑采空区，防止其发生危险变形的方法。
4、封闭法：这种方法常用来处理与主要矿体相距较远、围岩崩落后不会影响主矿体坑道和其它矿体开采的孤立小采空区。封闭这些小采空区的目的主要是防止围岩突然冒落时空气冲击波对人员和设备的危害。
二、岩爆
岩爆又称冲击地压，是指承受强大地压的脆性煤、矿体或岩体，在其极限平衡状态受到破坏时向自由空间突然释放能量的动力现象。 （一）岩爆的类型和特点 1、围岩表部岩石破裂引起的岩爆
在深埋隧道或其它类型地下峒室中发生的中小型岩爆多属于这种类型。 2、矿柱或围岩破坏引起的岩爆
在深埋较大的矿坑中，由于围岩应力大，常常使矿柱或围岩发生破坏而引发岩爆。 3、断层错动引起的岩爆
当开挖的峒室或坑道与潜在的活动断层以较小的角度相交时，由于开挖使作用于断层面上的正应力减小，降低了断层面上的摩擦阻力，常常引起断层突然活动而形成岩爆。这类岩爆一般发生在活动构造区的深矿井中，破坏性大，影响范围广。
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（二）岩爆产生的条件与发生机制
从产生条件看，高储能体的存在及其应力接近于岩体极限强度是产生岩爆的内在条件，而某些因素的触发是产生的外因。
围岩内高储能体的形成的形成必须具备两个条件：岩体能够储聚较大的弹性应变能；二是在岩体内部应力高度集中。
对地下峒室造成破坏的岩爆主要有三种形式：岩体扩容；岩石突出；振动诱发冒落。 （三）岩爆的预测及防治 1、岩爆的监测预报
（1）钻屑法或岩芯饼化率法：对于强度很高的岩石，若钻孔岩芯取出后在地表发生饼化现象则表明地下存在较高的地应力，可根据一定厚度岩芯中岩饼数量的相对大小来进行判断。在钻进过程中还可以将钻孔中的爆裂声、摩擦声和卡钻现象等动力响应作为辅助判断信息。 （2）地震波法：
（3）声发射法：即Acoustic-Emission方法。此方法的建立基于岩石临近破坏前有声发射这一试验观测结果，它是对岩爆孕育过程最直接的监测预报方法。 （4）温度变化法 2、岩爆的防治
（1）设计阶段的防治对策
洞轴线的选择：通常选择洞轴线方向与最大主应力方向平行，以改善峒室结构的受力条件。然而，使峒室相对稳定的受力条件是围岩不产生拉应力、压应力均匀分布和切向压应力最小。在选择轴线方向时应多方面比较选择，以减少高地应力引发的不利因素。
洞室断面形状的选择：洞室断面形状一般有圆形、椭圆形、矩形和倒U形等。当断面的宽高比等于侧压系数时，可使围岩处于最佳受力状态，此时以选择椭圆形断面最好。但从降低工程开挖质量和成本的角度看，可综合考虑各种因素确定峒室断面的形状。 （2）施工阶段的防治对策
超前应力解除法：采区预切槽法、表面爆破诱发法和超前钻孔应力解除法等提前释放高地应力。 喷水或钻孔注水促进围岩软化：喷水既可降尘又可缓释围岩应力。原因是因为注水使裂纹尖端能量降低，裂纹扩张传播可可能性减小，裂纹周围的热能转为地震能的效率随之降低，从而减少剧烈爆裂的危险。
选择合适的开挖方式：岩爆是高压力集中的结果，因此，开挖时可采取分布开挖的方式，人为地给围岩岩体提供一定的变形空间，使其内部的高应力得以缓慢降低，从而达到预防岩爆的目的。
减少岩体暴露的时间和面积：
岩爆发生时的处理措施：一旦发生岩爆，应彻底停机、待避开。 （3）合理选择围岩的支护加固措施
喷混凝土或钢纤维喷混凝土加固；钢筋网喷混凝土加固；周边锚杆加固；格删钢架加固；超前支护等
三、煤与瓦斯突出
在煤矿地下开采过程中，从煤岩石壁向工作面瞬间突然喷出大量煤岩粉和瓦斯的现象，称为煤与瓦斯突出。而大量承压状态下的瓦斯从煤或围岩裂缝中高速喷出的现象称为瓦斯喷出。突出与喷
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