24、采矿与环境：沉降、废弃物及酸性排水问题解析

采矿与环境：沉降、废弃物及酸性排水问题解析

1. 流体抽取导致的地面沉降

地面沉降常发生在大量抽取流体的区域，尤其是地下水、石油或盐水。

1.1 地下水抽取引发的沉降

当抽取的地下水量超过自然补给量，地下水位下降时，就会发生沉降。这是由于有效应力增加导致沉积层固结。例如，地下水位每下降1米，平均有效上覆压力会相应增加10kPa。沉降量受以下因素影响：
- 有效压力的增加（即地下水位下降幅度）
- 相关沉积物的厚度和压缩性
- 沉积物的埋藏深度
- 增加荷载的持续时间
- 施加应力的速率和类型

固结速率取决于相关地层的厚度以及孔隙水从系统中排出的速率，而这又由渗透率决定。厚的、排水缓慢的细粒地层可能需要数年甚至数十年才能适应施加应力的增加，而粗粒沉积物则能迅速调整。控制因抽取地下水导致沉降的方法包括：
- 减少抽水量
- 从地表对含水层进行人工补给
- 通过井对相关含水层进行再增压
- 采用上述方法的组合

目标是管理抽水的速率和水量，使井中的水位稳定或略有上升，从而避免有效应力进一步增加。减少抽取速率可使地下水位上升，控制地下水抽取有助于恢复自然水力平衡。

1.2 石油抽取引发的沉降

石油抽取导致沉降的原因与地下水抽取类似。可以通过向油藏注入水来进行再增压，从而控制沉降。

1.3 南非金矿开采相关的脱水沉降

南非含金矿脉的开采涉及脱水，该矿脉位于白云岩和未固结沉积物之下，特别是一种名为“wad”的残余粘土沉积物。这导致了沉洞的形成，并在大面积区域产生了差异沉降。沉