廣西華錫集團(tuán)銅坑礦地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估及防治措施

謝廷勇 白艷萍

(1.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004;2.桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院地災(zāi)防治所，廣西 桂林 541004)

對(duì)礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)十分重要，它不僅能減輕和避免地質(zhì)災(zāi)害對(duì)礦山造成的損失，而且能夠維護(hù)礦區(qū)的正常作業(yè)，保證人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，礦山地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)為崩塌、采空區(qū)地面塌陷、滑坡、地下水污染、地面沉陷等方面，我們應(yīng)根據(jù)具體情況提出相應(yīng)的預(yù)防和治理辦法，為保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境，合理開(kāi)發(fā)礦山資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 礦區(qū)概況及環(huán)境地質(zhì)條件

1.1 概況

廣西華錫集團(tuán)銅坑礦位于廣西河池市南丹縣大廠鎮(zhèn)境內(nèi)，礦區(qū)中心地理坐標(biāo)為東經(jīng) 107°33'52″～107°41'45″，北緯 24°48'19″～24°52'53″，開(kāi)采標(biāo)高+925 m～+150 m?，F(xiàn)主要開(kāi)采對(duì)象為細(xì)脈帶，91號(hào)，92號(hào)礦體，三大礦體在空間位置上是重疊產(chǎn)出，續(xù)采開(kāi)采鋅多金屬礦體94號(hào)，95號(hào)，96號(hào)。

1.2 環(huán)境地質(zhì)條件

1)氣象、水文條件:評(píng)估區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。年均氣溫16.9℃，年平均降水量約1 497 mm。屬紅水河系支流清水河與刁江分水嶺地帶，區(qū)內(nèi)對(duì)礦山開(kāi)采和建設(shè)工程有影響的主要水系有黑水溝小溪、同車(chē)江、魯塘小溪、平村溪、車(chē)河。

2)地形地貌:評(píng)估區(qū)屬中低山～低山地貌區(qū)，總體地勢(shì)北西高，向東南逐步降低，區(qū)內(nèi)地形起伏大，多陡坡深谷，沖溝發(fā)育，斷面多呈“V”形，區(qū)內(nèi)山體天然坡度20°～90°。

3)地層巖性:礦區(qū)出露的地層為泥盆系、石炭系及二迭系，巖性主要為碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖、碎屑巖，在山間盆地及洼地有少量的第四系松散沉積分布及人工堆積的尾礦砂等。

4)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造:評(píng)估區(qū)位于廣西山字形前弧西翼中段，屬丹池褶斷帶，在礦區(qū)及附近由一系列西北向及北北西的褶皺和斷裂組成，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造主要是北東向撓曲構(gòu)造，長(zhǎng)1 500 m，寬500 m～700 m，軸向30°，從南西向北東方向傾伏。

2 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及其特征

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，銅坑礦區(qū)滑坡8處，崩塌5處，巖溶地面塌陷3處，采空區(qū)地面塌陷4處，采空區(qū)地面塌陷群1處。位于鐵板哨工業(yè)場(chǎng)地東副井和2號(hào)豎井山坡滑坡2處(H5，H6)，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等;位于銅坑區(qū)采空區(qū)地面塌陷群1處(Tq1)，危害程度大，危險(xiǎn)性大，位于長(zhǎng)坡區(qū)采空區(qū)地面塌陷4處(Tk1～Tk4)，危害程度小，危險(xiǎn)性小;位于鐵板哨工業(yè)場(chǎng)地職工宿舍區(qū)山坡崩塌1處(B4)，危害程度小，危險(xiǎn)性小;其中位于魯塘尾礦庫(kù)滑坡4 處(H1，H2，H3，H4)，崩塌4 處(B1，B2，B3，B5)，均屬小型，危害程度小，危險(xiǎn)性小;H7，H8危害程度中等，危險(xiǎn)性中等;巖溶地面塌陷位于魯塘尾礦庫(kù)壩首地段，Ty1危害程度中等，危險(xiǎn)性中等;Ty2，Ty3危害程度小，危險(xiǎn)性小;地下水污染危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

3 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)研究

3.1 礦山建設(shè)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

3.1.1 崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

1)黑水溝尾礦庫(kù)。

位于黑水溝下游，現(xiàn)堆放尾礦約70萬(wàn)m3，尾礦堆長(zhǎng)約300 m，寬80 m，高15 m～30 m，坡度30°～50°，尾砂未經(jīng)壓實(shí)，結(jié)構(gòu)松散，在不同時(shí)期各層接觸面間可能產(chǎn)生一定的滑動(dòng)，由于堆放尾砂存在坡度較陡的臨空面，尾礦堆積體在自重和水循環(huán)動(dòng)力作用下可能引發(fā)尾礦庫(kù)內(nèi)小規(guī)模的崩塌，預(yù)測(cè)引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性小，規(guī)模100 m3～2 000 m3，對(duì)壩體穩(wěn)定性影響較小，不會(huì)造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

2)礦山廢石場(chǎng)。

位于黑水溝上游東副井附近，礦山廢石場(chǎng)現(xiàn)存放廢石量約160萬(wàn)m3，形成廢石場(chǎng)坡度在30°以上，高度20 m～35 m，銅坑礦每年開(kāi)采產(chǎn)生的廢石除絕大部分用于充填采空區(qū)外，約有10萬(wàn)t需提升至地表廢石場(chǎng)堆放，主要堆放在1號(hào)壩西端地勢(shì)稍高的溝谷場(chǎng)地內(nèi)，谷寬50 m～80 m，自然坡度30°～50°。廢石由塊狀砂巖、頁(yè)巖、硅質(zhì)巖組成，塊體大小不一，巖體結(jié)構(gòu)松散，在暴雨或者連續(xù)強(qiáng)降雨作用下形成洪水，將產(chǎn)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患，對(duì)壩體的穩(wěn)定性形成威脅。預(yù)測(cè)廢石場(chǎng)發(fā)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性中等，下方為溝谷山地，人煙稀少，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

3)長(zhǎng)坡尾礦庫(kù)。

長(zhǎng)坡尾礦庫(kù)形成5階臺(tái)階高度5 m～8 m不等，坡度30°～50°的臺(tái)階式堆積壩體，壩體總高近40 m，尾礦主要成分為粒徑2 mm～5 mm的中砂和細(xì)砂，尾砂較為松散，未經(jīng)壓實(shí)，透水性好，如開(kāi)挖順序不合理，形成高陡邊坡，在暴雨或者連續(xù)強(qiáng)降雨作用影響下，坡腳遭到水流沖擊破壞，易引發(fā)崩塌、滑坡。預(yù)測(cè)長(zhǎng)坡尾礦庫(kù)在復(fù)選礦過(guò)程中引發(fā)崩塌、滑坡的可能性中等，崩塌、滑坡體積一般在300 m3～1 000 m3之間，主要危害對(duì)象為進(jìn)庫(kù)道路、礦山道路、作業(yè)人員和機(jī)械設(shè)備，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

4)魯塘尾礦庫(kù)區(qū)。

a.碳酸鹽巖質(zhì)崩塌。庫(kù)區(qū)內(nèi)可能引發(fā)碳酸鹽巖質(zhì)崩塌的地段主要在壩首的南面及西岸碳酸鹽巖峰體。壩區(qū)南面、西岸邊坡在庫(kù)水位線(xiàn)附近有可能引發(fā)崩塌現(xiàn)象。危害對(duì)象主要是尾礦庫(kù)庫(kù)岸，規(guī)模較小，產(chǎn)生結(jié)果只是減少極小的庫(kù)容，對(duì)人員危害不大。因此，預(yù)測(cè)尾礦庫(kù)未來(lái)使用過(guò)程中，在南岸、西岸引發(fā)崩塌的可能性中等，危害程度小，危險(xiǎn)性小。b.碎屑巖及不純碳酸鹽巖崩塌、滑坡。在庫(kù)區(qū)可能引發(fā)碎屑巖及不純碳酸鹽巖崩塌、滑坡的地段主要在庫(kù)東岸壩址以上至回水泵房地段及排洪隧道進(jìn)水口處。預(yù)測(cè)引發(fā)碎屑巖、不純碳酸鹽巖崩塌、滑坡的可能性中等，預(yù)測(cè)其規(guī)模較小，體積一般在100 m3～20 000 m3，其危害對(duì)象主要是堵漏壩、排洪隧道及排洪斜井、排洪斜槽、進(jìn)庫(kù)公路等，造成汛期排洪受阻，水位上升，威脅進(jìn)出庫(kù)區(qū)的車(chē)輛和人員安全，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

3.1.2 采空區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

未來(lái)銅坑礦主要開(kāi)采深部的94，95，96號(hào)礦體，為緩傾斜礦體，平均傾角約 30°，平均厚度分別為 3.58 m，4.95 m，5.57 m。

未來(lái)開(kāi)采垮落帶高度按下式計(jì)算:

其中，∑M為礦體累計(jì)厚度，m;Hm為垮落帶高度。

由上述公式計(jì)算，銅坑礦 Hm=(16.54±2.2)m，開(kāi)采中段距地表高度為 min[H地]=235 m，Hm＜min[H地]，可知垮落帶未發(fā)育至地表，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，預(yù)測(cè)未來(lái)開(kāi)采94，95，96號(hào)礦體時(shí)引發(fā)采空區(qū)地面塌陷的可能性小，加劇上下開(kāi)采水平中段間塌陷的可能性亦小，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

3.1.3 巖溶地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

1)尾礦庫(kù)堆壩及堵漏壩基。在魯塘尾礦庫(kù)堆壩和堵漏壩基受F4斷層影響，裂隙發(fā)育，巖石完整性差，由于受堆壩荷載和約50 m～60 m高的水頭壓力作用，將可能引發(fā)巖溶地面塌陷的產(chǎn)生，尾礦庫(kù)巖溶地面塌陷對(duì)下游人員的影響不大，可使尾礦庫(kù)主體工程的使用功能失效。所以，預(yù)測(cè)未來(lái)尾礦堆放引發(fā)尾礦庫(kù)壩基巖溶地面塌陷的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

2)尾礦庫(kù)庫(kù)區(qū)。魯塘尾礦庫(kù)區(qū)巖溶極發(fā)育，第四系厚度只有0.5 m～1.5 m左右，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，有可能引發(fā)巖溶地面塌陷的產(chǎn)生，預(yù)測(cè)此地段尾礦堆放引發(fā)巖溶地面塌陷的可能性中等，因巖溶地面塌陷產(chǎn)生的跑砂、漏水仍在庫(kù)內(nèi)，對(duì)尾礦庫(kù)運(yùn)行影響和危害程度小，危險(xiǎn)性小。

3.1.4 采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

礦區(qū)內(nèi)的礦體大面積采空后，礦體頂板巖體失去支撐，上部巖(土)體原有平衡條件被破壞容易產(chǎn)生彎曲、塌落，引發(fā)地表相應(yīng)下沉。本文采取礦山地表移動(dòng)與變形值的計(jì)算方法對(duì)該區(qū)的采空區(qū)變形進(jìn)行估算，主要計(jì)算公式如下:

式中:Wcm——最大下沉值;

M——礦體平均厚度;

q——下沉系數(shù)(礦石、圍巖均為堅(jiān)固巖石，在此取0.65);

a——礦體傾角。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?，未來(lái)開(kāi)采94，95，96號(hào)礦體形成采空區(qū)變形值最大傾斜值和最大曲率值均小于臨界值。預(yù)測(cè)未來(lái)礦業(yè)活動(dòng)中產(chǎn)生采空區(qū)地面沉陷的可能性中等，因地表為荒山，無(wú)建筑物和人員，發(fā)生災(zāi)害僅造成植被破壞，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

表1 未來(lái)主要開(kāi)采礦脈最大下沉值

3.1.5 引發(fā)礦坑突水地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

根據(jù)礦山現(xiàn)階段+305 m中段正常涌水量為4 793 m3/d。未來(lái)礦山活動(dòng)，開(kāi)拓方式不變，所處地質(zhì)環(huán)境條件相似，但隨著開(kāi)采深度增大(從+305 m～+150 m)，水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件發(fā)生了較大變化，而且開(kāi)采揭露的斷層面和導(dǎo)水裂隙面加大，一旦揭穿與現(xiàn)地表塌陷連通性好的導(dǎo)水裂隙帶及富水帶，將導(dǎo)致礦坑涌水量加大，預(yù)測(cè)未來(lái)最大涌水量為7 822 m3/d。因此，未來(lái)礦業(yè)活動(dòng)引發(fā)礦坑突水的可能性小，危害對(duì)象為礦工、井下設(shè)施，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

3.2 礦山建設(shè)可能加劇的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)

可能加劇崩塌(B2，B3)地質(zhì)災(zāi)害(B1位置較高，不受庫(kù)水位影響)，可能性中等，預(yù)測(cè)崩塌的規(guī)模100 m3～300 m3，因此地段無(wú)人居住，僅會(huì)減少部分庫(kù)容，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

預(yù)測(cè)未來(lái)尾礦堆積加劇滑坡(H2，H3)的可能性中等，危害程度小，危險(xiǎn)性小;尾礦庫(kù)水位的上升對(duì)東岸進(jìn)庫(kù)公路段滑坡(H4，H7，H8)影響較大，可能加劇此地段滑坡地質(zhì)災(zāi)害，滑坡對(duì)進(jìn)庫(kù)公路及車(chē)輛行人形成威脅，滑坡堆積物可能堵塞正在使用的排洪隧道，影響排洪，可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

預(yù)測(cè)未來(lái)礦業(yè)活動(dòng)加劇地下水污染的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

預(yù)測(cè)未來(lái)開(kāi)采淺部細(xì)脈帶、91，92號(hào)礦體加劇采空區(qū)地面塌陷的可能性中等，因產(chǎn)生塌陷后大部分地表建筑均已遷移，僅有荒山和植被，雖不會(huì)造成人員傷亡，但破壞土地資源、生態(tài)環(huán)境和已建排洪溝，給以后的礦山土地復(fù)墾工作帶來(lái)較大的難度，經(jīng)濟(jì)損失較大。此外，發(fā)生采空區(qū)地面塌陷會(huì)引發(fā)塌陷區(qū)周?chē)吰麓紊谋浪?、滑坡進(jìn)而引發(fā)泥石流地質(zhì)災(zāi)害，泥石流從貫通地表塌陷區(qū)灌入井下，對(duì)后期開(kāi)采工作人員、機(jī)器設(shè)備造成危害，危害程度大，危險(xiǎn)性大。

4 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治措施

根據(jù)該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀和礦山實(shí)際情況提出以下防治對(duì)策。

4.1 采空區(qū)地面塌陷

礦山已建立了完善的地壓活動(dòng)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)在原有監(jiān)測(cè)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大地表觀測(cè)網(wǎng)的布置范圍，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作定量分析，更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地壓活動(dòng)和地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，確保井下空區(qū)以及地表塌陷坑治理工作的安全。

銅坑礦已在地表塌陷區(qū)邊界范圍設(shè)置了界樁和警示牌，礦山糾察隊(duì)不定期在其范圍內(nèi)巡察，以杜絕人員進(jìn)入塌陷區(qū)。應(yīng)對(duì)民采遺棄的窿口加強(qiáng)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)塌陷區(qū)內(nèi)有非法民窿，立即向有關(guān)部門(mén)匯報(bào)并組織人員進(jìn)行炸毀，確保井下作業(yè)安全。

4.2 崩塌、滑坡

對(duì)礦山公路、職工生活區(qū)、魯塘尾礦庫(kù)區(qū)南岸可能形成危巖及破碎巖石應(yīng)全部清除，同時(shí)對(duì)峰體上存在影響巖體穩(wěn)定性的裂隙，特別是有順坡張裂隙的危巖體可考慮錨固承柱支撐處理;對(duì)人工改造自然斜坡和進(jìn)庫(kù)公路地段，禁止破壞山坡植被，對(duì)已經(jīng)開(kāi)挖坡腳地段應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范驗(yàn)算人工邊坡的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的擋土墻進(jìn)行護(hù)坡。

排洪、排砂隧道進(jìn)水口處邊坡用漿片石護(hù)坡，對(duì)巖石中的張性裂隙進(jìn)行灌漿固結(jié)處理。發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶及裂隙密集區(qū)時(shí)，及時(shí)采取錨固灌漿、支撐等防坍措施。

對(duì)危險(xiǎn)性較大的如H5，H6，H7，H8滑坡，雖已修建擋土墻、抗滑樁等設(shè)施，因年代久遠(yuǎn)或已遭滑坡破壞，應(yīng)檢查、核算擋土墻、抗滑樁的完整性和安全性，修建排水設(shè)施;同時(shí)在邊坡上設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，派專(zhuān)人定期進(jìn)行邊坡位移變形記錄，特別是遇連續(xù)大降雨或者強(qiáng)暴雨天氣時(shí)要加強(qiáng)邊坡巡查，遇危險(xiǎn)情況及時(shí)撤離和疏散邊坡下建筑物內(nèi)工作人員，封鎖區(qū)域內(nèi)礦山道路。

4.3 巖溶地面塌陷、地下水污染

魯塘尾礦庫(kù)壩區(qū)易產(chǎn)生壩下巖溶地面塌陷、地下水污染，應(yīng)對(duì)局部溶隙發(fā)育地帶采用土工布(膜)、粘土鋪蓋。對(duì)尾礦壩巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈地段進(jìn)行灌漿或噴射混凝土加固處理，確保尾礦庫(kù)的安全使用。尾礦庫(kù)水作為生產(chǎn)用水循環(huán)使用一般不向外排放，如需排放應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)國(guó)家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)排放。

防治崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的根本措施還在于加強(qiáng)礦山建設(shè)、生產(chǎn)，乃至閉礦后的礦山環(huán)境保護(hù)和復(fù)墾綠化工作。

5 結(jié)語(yǔ)

銅坑礦區(qū)滑坡8處，崩塌5處，巖溶地面塌陷3處，采空區(qū)地面塌陷4處，采空區(qū)地面塌陷群1處;可能引發(fā)或加劇的地質(zhì)災(zāi)害主要有:礦山廢石場(chǎng)廢石、廢水混放可能引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害;長(zhǎng)坡尾礦庫(kù)尾礦再選過(guò)程中的人類(lèi)工程活動(dòng)易引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害;魯塘尾礦庫(kù)尾礦堆積引發(fā)和加劇壩基、壩體和庫(kù)岸崩塌、滑坡、巖溶地面塌陷、地下水污染等地質(zhì)災(zāi)害;礦山淺層細(xì)脈帶、91，92號(hào)礦體地下開(kāi)采可能加劇采空區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，地下開(kāi)采掘揭露地下含水層可能引發(fā)礦坑突水地質(zhì)災(zāi)害。銅坑礦區(qū)的2號(hào)豎井及東副井地段、地下開(kāi)采區(qū)、采空區(qū)地面塌陷、礦坑突水、地下水污染地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)，面積1.78 km2，建設(shè)用地適宜性差;魯塘尾礦庫(kù)區(qū)、廢石場(chǎng)、礦山道路、長(zhǎng)坡工業(yè)場(chǎng)地、鐵板哨工業(yè)場(chǎng)地其他范圍為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等區(qū)，面積2.75 km2，建設(shè)用地適宜性為基本適宜;除上述范圍外評(píng)估區(qū)范圍內(nèi)其余地段為危險(xiǎn)性小區(qū)，面積18.01 km2，建設(shè)用地適宜性為適宜。

對(duì)于礦山的地質(zhì)災(zāi)害的防治，必須堅(jiān)持以預(yù)防為主、避讓與治理相結(jié)合和全面規(guī)劃、突出重點(diǎn)的原則，因勢(shì)利導(dǎo)，因害設(shè)防，各種防治技術(shù)相結(jié)合，這樣才能達(dá)到減災(zāi)的目的。

[1] 桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院.廣西華錫集團(tuán)有限責(zé)任公司銅坑礦建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告[R].2008.

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