廣西大新錳礦井下工程與工業(yè)園場地的穩(wěn)定性關(guān)系

劉文安，鄧貴元

(中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司大新分公司，廣西大新 532315)

1 場地區(qū)域地形和地貌

場地地貌單元屬峰林地形，位于槽形巖溶盆地的東端，盆地呈條帶形狀，地形較為平緩，兩側(cè)山峰陡峭尖挺，近似東西走向的山脈。盆地內(nèi)地形標(biāo)高316.6～322 m，兩側(cè)山峰標(biāo)高576～684 m，山坡陡峭。山坡地面植被以灌木為主。盆地內(nèi)已建廠房(包括一氧化錳廠、硫酸錳二廠、金屬錳二車間、新3萬t/a金屬錳廠和 EMD示范廠)；盆地北為礦運(yùn)公路，坡上為廠房(硫酸錳一廠、金屬錳老廠和舊渣庫)，后山有一溶洞泉眼，常年流水，但受季節(jié)性影響大，南北流向匯集布康溪；盆地南坡上為硫酸廠，在建的東進(jìn)風(fēng)、東回風(fēng)井工程。布康溪近東西向南偏聽偏流穿盆地，經(jīng)東南端地表最低溶蝕基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)入地下河，標(biāo)高約310 m。象，綜上可推測，此區(qū)域曾經(jīng)歷過較為頻繁或較為強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使得巖層內(nèi)部的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)變得加復(fù)雜。

2 場地區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造

圖1 構(gòu)造

該區(qū)位于大區(qū)域向斜構(gòu)造的南翼，為走向近東西的斷層谷地盆地，巖層的小褶皺發(fā)育，扭曲變形強(qiáng)烈。從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖知，有6條較大的斷層在此場地范圍內(nèi)起作用(圖1)，分別是：F60在場地西面，近南北走向，與F51相交于場地東南角；F59在場地略偏東，近南北走向，與F52相交于場地稍偏北，幾乎與F51相交于場地稍偏南；F52東西走向，位于場地稍偏北面；F51、F50均位于場地稍偏南邊沿上；F1位于南面，區(qū)域內(nèi)最大的斷層，近東西走向，幾乎穿越整個(gè)南翼礦區(qū)。在區(qū)域的東、南、北面都有巖層倒轉(zhuǎn)現(xiàn)

3 場地區(qū)域的地層分布及描述

根據(jù)《中信大錳公司大新分公司3萬t/a電解金屬錳巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》[1]、《大新錳礦深部開采膠帶斜面井巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》[2]、《大新錳礦280平峒及膠帶斜井物探勘察報(bào)告》[3]、膠帶斜面井施工地質(zhì)編錄資料、下雷錳礦區(qū)南部礦段第0線地質(zhì)及資儲(chǔ)量估算剖面圖等資料，進(jìn)行地質(zhì)分層和描述。

1)素填土(Qml)：灰褐色、黃褐色等，主要成分為粘性土，含有較多片石、碎石、礫石等，稍濕—濕，孔隙大，具高壓縮性，厚度0.2～8.10 m。

2)粉質(zhì)粘土：灰白、灰褐色，硬塑狀態(tài)，無搖震反應(yīng)，光滑光澤，中等干強(qiáng)度，中等韌性，粘性強(qiáng)。局部含水量角礫。層厚0.5～8.2 m，局部分布。屬中等壓縮性土。

3)含粘土角礫：灰褐、灰黑、黑色，含有約20%～30%的硬塑粘土。角礫主要成分是硅質(zhì)巖，強(qiáng)—中等風(fēng)化，粒徑0.2～2.0 cm。磨圓度較差，多呈梭角關(guān)，分選性差。稍濕，中密狀態(tài)。厚度0.8～7.8 m，局部分布，屬中等壓縮性土。

4)粉質(zhì)粘土：灰白、灰褐、灰黑、黃褐色，可塑—軟塑狀態(tài)，局部混角礫、粘土或粉土，無搖震反應(yīng)，光滑光澤，中等干強(qiáng)度，中等韌性。層厚0.5～10.3 m，局部分布。屬高壓縮性土。

5)含粘土碎石：灰褐、灰黑、黑色，碎石主要成分是硅質(zhì)巖，中等風(fēng)化，粒徑2.0～6.0 m。呈梭角關(guān)，分選性差。稍濕，中密—密實(shí)狀態(tài)。下部碎石較多，層理明顯，強(qiáng)度較高。鉆探鉆入0.4～20.9 m未揭穿該層。全場均有分布。屬中等—低壓縮性土。

6)硅質(zhì)灰?guī)r(D3l)：深灰色、灰黑色，中厚層狀構(gòu)造。巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育中等，有方解石脈充填。巖芯較完整，巖芯多呈長柱狀，部分短柱狀，屬堅(jiān)硬巖石。膠帶斜井勘察中鉆孔2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)均有揭露，層頂埋深8.10～42.40 m。

7)泥巖夾硅質(zhì)巖(D3l)：深灰色、灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層—中厚層狀構(gòu)造。巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化后成土狀構(gòu)造，局部有硅質(zhì)巖夾層。屬極軟巖。膠帶斜井勘察中鉆孔2號(hào)、6號(hào)有揭露，厚度5.20～32.40 m。

8)硅質(zhì)巖(D3l)：灰色、深灰色、灰黑色，薄層狀構(gòu)造。巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖層破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化后成為密實(shí)的碎石土，硅質(zhì)巖層理發(fā)育，泥巖為微層夾于硅質(zhì)巖間。屬較軟巖。膠帶斜井勘察中鉆孔0號(hào)、7號(hào)有揭露，深度10.00～208.20 m。

另外，根據(jù)《下雷錳礦區(qū)南部礦段第0線地質(zhì)及資儲(chǔ)量估算剖面圖》可知，場地區(qū)域下伏巖層為下炭系大塘階(C1d)白云質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r、巖關(guān)階(C1y)灰?guī)r。

4 場地區(qū)域巖溶發(fā)育及水文地質(zhì)情況

根據(jù)收集的區(qū)域地質(zhì)資料、實(shí)地調(diào)查、鉆孔揭露、物探資料顯示，巖溶發(fā)育主要在石炭系(C1d、C1y)、泥盆系上統(tǒng)榴江組(D3l)硅質(zhì)灰?guī)r及泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組(D2d)灰?guī)r，巖溶發(fā)育形式以溶洞、地下河、溶溝、落水洞等為主。場地東南端有地下河入口出現(xiàn)，金屬錳舊廠后山有泉眼出現(xiàn)，膠帶斜井鉆孔勘探和280平峒物探均存在溶洞、破裂帶。這些是溶洞發(fā)育的很好證明。

根據(jù)已有資料顯示，場地區(qū)域內(nèi)沒有有關(guān)水文地質(zhì)勘察的詳細(xì)資料，現(xiàn)有資料都是根據(jù)礦區(qū)大區(qū)域的資料推斷得來，這顯然存在極大的偏差。此區(qū)域主要存在地表水(布康溪)、松散巖層孔隙水、巖溶溶洞裂隙水、基巖裂隙水、巖層的層間水等，場地區(qū)域內(nèi)的地下水正常穩(wěn)定水位的標(biāo)高約316 m。從目前地下工程揭露資料分析，幾種形式存在的水有著密切水力聯(lián)系。

5 場地穩(wěn)定性淺析

1)場地位于布康溪轉(zhuǎn)入地下河之前的最下游，地處槽形條狀盆地，屬?zèng)_積地形，從對場地進(jìn)行的鉆孔資料得到進(jìn)一步的驗(yàn)證：盆地處于北面地勢土層(基巖以上)的底面標(biāo)高比處于南面相應(yīng)土層相應(yīng)層面的標(biāo)高高出很多，西面與東面的關(guān)系同前述。這是河流沖刷沉積的結(jié)果。土層厚度、成分的粒度極不均勻，由土力學(xué)性質(zhì)可知，土層厚度、成分相差越大，同樣受力條件下其變形(沉降或壓縮)程度也就差異越大[4]。由于此層含的是孔隙水，其靜水壓力和排泄水能力也不一樣，造成不均勻沉降。

2)從地質(zhì)學(xué)角度來講“逢溝必?cái)唷?，塹溝在此場地的東南側(cè)存在，說明有斷層存在，褶皺與斷層密不可分，斷層與派生的褶皺共同作用，使得該區(qū)域巖層破碎、弱化，形成斷裂帶和溶洞。5條斷層在該區(qū)域內(nèi)，巖層倒轉(zhuǎn)，地下河存在，說明局部巖層破碎、弱化，受溶蝕的結(jié)果。斷層的存在，在隔水層內(nèi)部在某一特定位置形成地下水通道，失去其隔水實(shí)際作用，含水層間的水力聯(lián)系就自然而然形成。

3)根據(jù)280平峒物探資料顯示，W T1線1 050～1 420 m間(在新3萬t/a金屬錳廠場地南面)，標(biāo)高約265～313 m層間，充填溶洞、裂隙發(fā)育、破碎、節(jié)理、層理發(fā)育占長度比例達(dá)45%；W T3線335～800 m間(膠帶斜井路線，通過新3萬t/a金屬錳場地)，標(biāo)高約259～269，292～299，300～329 m層間，充填溶洞、裂隙發(fā)育、破碎、節(jié)理、層理發(fā)育占長度比例達(dá)17%；WT6線50～200 m間，標(biāo)高約262～309 m層間，充填溶洞、裂隙發(fā)育、破碎、節(jié)理、層理發(fā)育占長度比例達(dá) 52%；W T7線50～200 m間，標(biāo)高約260～319 m層間，充填溶洞、裂隙發(fā)育、破碎、節(jié)理、層理發(fā)育占長度比例達(dá)62%。膠帶斜井勘察資料也描述有溶洞(3號(hào)、5號(hào)鉆孔)和巖層裂隙、節(jié)理發(fā)育。膠帶斜井施工地質(zhì)編錄資料描述192～320 m段(2號(hào)～3號(hào)鉆孔間)局部小型褶皺，巖層、節(jié)理、裂隙中等發(fā)育，局部地段有淋水、滴水現(xiàn)象。溶洞、裂隙發(fā)育、破碎、節(jié)理、層理發(fā)育加大了地下水水力聯(lián)系的可能。

4)場地區(qū)域位于向斜構(gòu)造的南翼，地下水的正常流向是沿巖層層面向軸心方向流動(dòng)。

5)由于原廠區(qū)場地范圍沒有進(jìn)行地基勘察或勘察鉆孔深度沒達(dá)到、超過基巖層面，不清楚基巖實(shí)際埋深，對基巖以下巖層(巖石)的完整性不能作出正確判斷，參照周圍同類條件來推斷：溶洞、裂隙、破碎、節(jié)理發(fā)育情況也會(huì)存在。了解到的地下水位是孔隙水潛水水位，與溶洞、裂隙水、基巖層間水的水力聯(lián)系不清。

綜合上述分析：場地區(qū)域內(nèi)以各種形式存在地下水之間的水力聯(lián)系極為密切。地下礦床的開采必然要對地下水進(jìn)行疏干，在排泄地下水過程中，由于地下水靜水壓力和動(dòng)水壓力共同作用，原本已被充填隔水的裂隙會(huì)被疏通，重新形成地下水徑流的通道，在地下水補(bǔ)給量小于排泄量時(shí)，某一標(biāo)高以上的巖層內(nèi)水壓力變小，繼而地下水對上層巖層的浮力變小，巖層就會(huì)失去原有平衡狀態(tài)，這時(shí)巖層通過應(yīng)力釋放重新達(dá)到新的平衡狀態(tài)，形成巖層變形、沉降、破壞、塌陷。對于溶洞的泄水，由于虹吸作用，會(huì)加大對溶洞頂板的破壞能力，所以對于溶洞頂板厚度不足、巖層愈破裂其被破壞程度愈嚴(yán)重。地基受破壞程度與地層不均勻程度、地下水賦存形式、溶洞大小及充填情況有著密切的關(guān)系。

6 結(jié)語

鑒于廠房已存在，地下開采也必須進(jìn)行，天然地基沉降不可避免，可通過人為措施適度改良，有如下建議。

1)由于場地區(qū)域的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不清楚，應(yīng)加緊對場地區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行補(bǔ)充勘察。

2)由于廠區(qū)構(gòu)筑物是淺基礎(chǔ)，持力層受地下水水位變化影響大，場地地基勘察資料顯示，要進(jìn)行地基巖土工程處理、加固。注漿(井筒掘進(jìn)超前注漿或地表鉆孔對地基注漿)是處理此類地基最好辦法，可人為排泄地下水，尤其是非基巖層以上的潛水，注漿同時(shí)起到加密土層的作用，減少巖層變形量[5]。

3)為了不改變原地下開采設(shè)計(jì)的主系統(tǒng)布局，認(rèn)為繼續(xù)按膠帶斜井掘進(jìn)，因?yàn)椴还苁橇頁竦攸c(diǎn)施工豎井，還是施工斜坡道(正常情況只是作為設(shè)備的進(jìn)出用途)，最終采礦工藝階段還是要疏干某一標(biāo)高以上巖層內(nèi)地下水，這樣就不可避免造成地表下陷。

4)區(qū)域水文觀測孔是必須的，有必要提前進(jìn)行。

5)場地區(qū)域的補(bǔ)充勘察報(bào)告，必須說明井下工程對地表構(gòu)筑物可能造成影響程度。

[1]廣西冶金工業(yè)設(shè)計(jì)研究院.中信大錳公司大新分公司3萬t/a電解金屬錳巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告[R].南寧：廣西冶金工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，2006.

[2]徐初來.大新錳礦深部開采膠帶斜面井巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告[R].南寧：廣西有色勘察設(shè)計(jì)研究院，2007.

[3]南寧地礦地質(zhì)工程勘察院.大新錳礦280平峒及膠帶斜井物探勘察報(bào)告[R].南寧：南寧地礦地質(zhì)工程勘察院，2008.

[4]張喜發(fā).巖土工程勘察與評價(jià)[M].長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1995.

[5]GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].