栗木鉭鈮錫多金屬礦地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估及防治措施

劉 芳 謝廷勇 張紫峰

(中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西桂林 541004)

礦山地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)在崩塌、滑坡、泥石流、地面沉陷(礦山采空區(qū)沉陷)等方面，對礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測并根據(jù)具體情況提出相應(yīng)防治措施，在盡最大努力避免和減輕地質(zhì)災(zāi)害造成的損失的同時(shí)，也維護(hù)礦區(qū)的正常作業(yè)和人民生命及財(cái)產(chǎn)安全。

1 礦區(qū)概況及環(huán)境地質(zhì)條件

1.1 概況

栗木鉭鈮錫多金屬礦位于桂林市恭城縣栗木鎮(zhèn)北西4 km。礦山地理位置:東經(jīng)110°50'～110°54'，北緯25°09'～25°11'，礦區(qū)面積13.165 4 km2，開采標(biāo)高-200 m～+420 m。生產(chǎn)規(guī)模為60萬t/年(其中水溪廟鉭鈮礦30萬t/年，金竹源錫鉭鈮礦7.5萬t/年，三個(gè)黃牛錫鎢礦7.5萬t/年，大歧嶺砂錫礦9萬t/年，曬禾坪高嶺土礦6萬t/年)。

1.2 環(huán)境地質(zhì)條件

氣象、水文條件:評(píng)估區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。年均氣溫19.7℃，年平均降水量約1 856 mm。礦山附近地表河流較發(fā)育，主要有勾掛壘河、淌江、上枧河和栗木河，栗木河為茶江的一級(jí)支流，從礦區(qū)東南4 km處通過;多年平均流量20.42 m3/s。

地形地貌:評(píng)估區(qū)地勢總體西北高東南低，西部及西北部為中低山地貌，山峰最高海拔標(biāo)高+1 057.5 m，相對高差200 m，地形切割強(qiáng)烈，“V”字形溝谷發(fā)育，山體坡度較陡，一般為30°～40°，東部為丘陵，標(biāo)高為+300 m～+500 m。南面為沖積小平原，地面標(biāo)高一般為+190 m～+210 m，相對高差30 m～50 m。北部和西部為低山、丘陵。

地層巖性:礦區(qū)出露的地層主要有下泥盆蓮花組(D1l)，那高嶺組(D1n);中泥盆統(tǒng)郁江階(D2y)，東崗嶺階(D2d);上泥盆統(tǒng)融縣組(D3r)，下石炭統(tǒng)大塘階(C1h)，巖關(guān)階(C1y);第四系殘坡積層(Qel+dl)、沖積(Qal)、洪積層(Qpl)等。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造:栗木礦田位于南嶺緯向構(gòu)造帶中段與廣西“山”字形東翼反射弧內(nèi)側(cè)的復(fù)合部位，恭城向斜北端揚(yáng)起處。由于受東西向擠壓應(yīng)力的作用，近南北向壓扭性斷裂和近東西向張扭性斷裂十分發(fā)育，兩組斷裂組呈“廿”字形構(gòu)造。

2 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及其特征

2.1 崩塌、滑坡

礦山長期開采，在礦區(qū)西部老虎頭—香坑礦區(qū)的采礦形成50多處高度10 m～20 m，坡度50°～70°，寬100 m～200 m不等的高陡邊坡、礦坑邊坡和棄土石，其穩(wěn)定性極差，在大暴雨或特大暴雨的沖刷侵蝕作用下，于20世紀(jì)70年代～80年代發(fā)生過10處崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害，體積一般為500 m3～3000 m3，最大規(guī)模為10 000 m3，毀壞100多畝土地，大片土地被泥沙淤埋荒廢。礦區(qū)東部水溪廟鉭鈮礦斜坡發(fā)生過5處廢棄土石渣崩塌、滑坡，體積500 m3～1 000 m3，最大規(guī)模為2 500 m3，造成60多畝土地被泥沙淤埋荒廢。

2.2 泥石流

礦山開采時(shí)，由于斜坡上堆積采礦廢棄土石渣，堆積的采礦廢石和棄土堆總方量約100萬m3，其穩(wěn)定性極差，在特大暴雨的沖刷侵蝕作用下，于20世紀(jì)80年代發(fā)生兩次泥石流地質(zhì)災(zāi)害，體積為5 000 m3和8 000 m3，毀壞礦山設(shè)施5座和土地60多畝。

2.3 采空區(qū)地面塌陷

香坑地段的地下開采區(qū)，因采礦、開鑿井巷和采礦采場形成采空區(qū)，地下應(yīng)力改變使采空區(qū)上覆巖土層強(qiáng)度不能承受強(qiáng)大的地壓應(yīng)力作用而失穩(wěn)，再加上抽排地下水和坑道垮塌，導(dǎo)致產(chǎn)生地面塌陷，形成一個(gè)長300 m，寬80 m～100 m，深20 m～30 m的采空陷落區(qū)，威脅過往行車和人員安全。同時(shí)由于地下采礦區(qū)大量抽排地下水，造成礦區(qū)及附近地區(qū)的地下水位大幅度超常下降，原老虎頭—香坑及水溪廟地段發(fā)生局部地面塌陷，該地段因采礦引起的地面塌(沉)陷10處，其中規(guī)模較大的有采空區(qū)地面塌陷Tk01和采空區(qū)地面塌陷Tk02。

3 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測研究

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

3.1.1 崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測

在礦區(qū)各露天開采處的邊坡、各礦區(qū)棄渣(石)場以及礦區(qū)尾礦壩等處，因露天開采、堆放廢礦渣、修建進(jìn)礦公路切坡形成了9處高5 m～10 m，坡度30°～55°的人工邊坡，這些邊坡是崩塌、滑坡的潛在發(fā)生區(qū)，在暴雨或爆破、機(jī)械震(振)動(dòng)等因素影響下，邊坡易失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害，邊坡的穩(wěn)定性決定著此災(zāi)種發(fā)生的可能性。崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要危害農(nóng)田和河流及其附近作業(yè)的人員(5人～10人)、機(jī)器設(shè)備和生活區(qū)、遠(yuǎn)處的少量民居等。預(yù)測其發(fā)生崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

3.1.2 采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測

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)算方法對該區(qū)的采空區(qū)變形進(jìn)行估算，主要計(jì)算公式為:

其中，Wcm為最大下沉值;M為礦體平均厚度;q為下沉系數(shù)(礦石、圍巖均為堅(jiān)固巖石，在此取0.65);α為礦體傾角。

計(jì)算結(jié)果見表1。

一種不安的情緒浮上心頭，何良諸不想看了，把目光掠過秧歌會(huì)，越過馬路，街對面人家，有一扇門開著，燈光偷偷淌出來，一個(gè)年輕女人，倚在門框上，捂嘴笑。她在看秧歌？何良諸聽說，煤礦生活區(qū)，開暗門子的多了，外地客經(jīng)過時(shí)，只要沖門前的女人笑笑，她就會(huì)嬌聲賤氣地說：“進(jìn)來呀?！币婚W身，把你讓進(jìn)屋。那里面，白天和夜晚，是沒有區(qū)別的。但你認(rèn)錯(cuò)門，是良家婦女，你不懷好意地一笑，她就會(huì)啐一口，罵道：“滾你媽蛋！”有的路人，并不知曉這些關(guān)節(jié)，想打聽個(gè)道，或者隨意一笑，竟遭唾罵，弄得莫名其妙，狼狽不堪。

表1 主要開采礦最大下沉值

可以看出，該重晶石礦體的開采將在其上方相應(yīng)的地表造成一定量的變形和移動(dòng)，開采引起的地表水平變形值最大為1.30 m(金竹源錫鉭鈮礦)，參考國內(nèi)同類礦山經(jīng)驗(yàn)，各礦脈開采引起的地表沉陷值均較小。預(yù)測水溪廟鉭鈮礦引發(fā)采空區(qū)地面沉陷可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等，預(yù)測影響面積2.92×104m2。

3.1.3 采空區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測

按《評(píng)估規(guī)程》附錄F，采空區(qū)垮落帶高度采用下式計(jì)算:

其中，Hm為垮落帶高度，m;M為礦體厚度，m;∑M為采礦層累計(jì)厚度，m。

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 主要開采礦垮落帶高度 m

由表2可以看出，水溪廟鉭鈮礦埋深全部大于垮落帶高度，因此，未來開采引發(fā)采空區(qū)地面塌陷可能性小，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

3.1.4 泥石流地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測

本區(qū)雨量充沛，地形起伏較大、坡高谷深，加之殘坡積層較為松散，具備發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害的環(huán)境地質(zhì)條件。礦山在大規(guī)模地下開采后所產(chǎn)生的廢棄礦渣堆積在原廢石場，碎石間接觸面較小，且未經(jīng)壓實(shí)，結(jié)構(gòu)松散，造成廢石場邊坡不穩(wěn)，在發(fā)生暴雨或者連續(xù)大降雨時(shí)，在雨水侵蝕和沖刷下，會(huì)引發(fā)廢石流災(zāi)害，因水溪廟鉭鈮礦廢石場下方為生產(chǎn)辦公區(qū)、農(nóng)田和河流，一旦發(fā)生廢石流災(zāi)害，會(huì)對礦山生產(chǎn)和生產(chǎn)工作人員造成危害，大量的碎石和土?xí)_毀農(nóng)田，堵塞河道。預(yù)測礦區(qū)產(chǎn)生泥石流的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

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

評(píng)估區(qū)水溪廟鉭鈮礦區(qū)、原老虎頭—香坑地段發(fā)育崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害;原老虎頭—香坑地段發(fā)育采空區(qū)地面塌陷，在礦山開采、運(yùn)礦車輛及采礦爆破震動(dòng)等作用下有可能使其復(fù)活乃至規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，人工邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在運(yùn)礦車輛及采礦爆破振(震)動(dòng)等作用下有可能使組成滑坡體的土體松散，內(nèi)聚力下降，使其復(fù)活。預(yù)測工程建設(shè)加劇崩塌滑坡的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。由于香坑已經(jīng)閉坑，且已經(jīng)開展礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境綜合治理工程，在礦山建設(shè)和開采過程中，不會(huì)加劇現(xiàn)狀發(fā)育的采空區(qū)地面塌陷。綜上所述，評(píng)估區(qū)內(nèi)預(yù)測該礦山建設(shè)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害為崩塌、滑坡、泥石流、采空區(qū)地面沉陷，可能加劇的地質(zhì)災(zāi)害為崩塌、滑坡。預(yù)測評(píng)估區(qū)發(fā)生崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等;發(fā)生采空區(qū)地面沉陷、泥石流可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

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策。

4.1 崩塌、滑坡的防治措施

露天開采、開挖礦山道路等工程活動(dòng)產(chǎn)生的高陡邊坡，建議應(yīng)合理設(shè)計(jì)確定穩(wěn)定坡率，及時(shí)做好邊坡的支擋和削坡工作，搞好防護(hù)、種植草皮，必要時(shí)在坡腳設(shè)置擋土墻。對已經(jīng)產(chǎn)生或可能產(chǎn)生崩塌、滑坡的地質(zhì)災(zāi)害礦區(qū)路段，及時(shí)清理崩塌、滑坡堆積物;其中B01崩塌體已清理堆積物300 m3，放坡將產(chǎn)生土石方量約800 m3;B02崩塌體已清理堆積物250 m3，放坡將產(chǎn)生土石方量約600 m3。

4.2 采空區(qū)地面塌陷和地面沉陷的防治措施

礦區(qū)開采過程中形成的采空區(qū)，應(yīng)利用廢棄石方對采空區(qū)進(jìn)行回填。對回采結(jié)束后采空區(qū)的巷道中砌筑一定厚度的隔離墻及時(shí)封閉采空區(qū)，以避免采空區(qū)局部垮塌時(shí)所產(chǎn)生的沖擊氣流危害。各采場回采結(jié)束后應(yīng)及時(shí)封閉采空區(qū)，采用坑內(nèi)廢石和尾砂充填采空區(qū)，以減少廢石運(yùn)輸排放量并起到支護(hù)空區(qū)的作用，以策安全;對可能發(fā)生地面塌陷和地面沉陷區(qū)以鐵絲網(wǎng)圈圍，并樹立警示標(biāo)志牌。閉坑3年～5年內(nèi)，采空區(qū)地面不宜興建建筑物。

4.3 泥石流防治措施

對已經(jīng)使用的廢渣(石)場，在后壁頂部山體邊緣修截水渠，防止雨水匯聚滲入，并在前緣設(shè)置排水溝、疏干積水，同時(shí)修筑攔砂壩或擋渣墻，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，水溪廟鉭鈮礦廢石場需修筑長60 m，高3m～5 m的擋渣墻。新建的廢渣(石)場，首先對環(huán)繞排渣場周圍挖掘明溝截留地表水，溝谷中設(shè)置排水道或采取滲水措施，保證沖溝內(nèi)水流暢通，排出溝外。設(shè)計(jì)合理的排棄參數(shù)，排放時(shí)要進(jìn)行壓實(shí)，在溝口修筑攔砂壩、擋渣墻等攔排工程，采取必要的環(huán)保措施使廢棄渣場廢水達(dá)標(biāo)排放。建立泥石流預(yù)報(bào)警報(bào)措施，及時(shí)監(jiān)測泥石流可能發(fā)生的動(dòng)態(tài)信息，以便對可能產(chǎn)生的災(zāi)情進(jìn)行防治。

5 結(jié)語

評(píng)估區(qū)內(nèi)曾發(fā)生滑坡10處、崩塌5處、采空區(qū)地面塌(沉)陷10處、泥石流1處。其危害程度中等，危險(xiǎn)性中等，通過評(píng)估，礦區(qū)內(nèi)可能引發(fā)、遭受的地質(zhì)災(zāi)害有崩塌、滑坡、泥石流、采空區(qū)地面沉陷，為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等區(qū)，評(píng)估區(qū)以內(nèi)、礦區(qū)以外為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)。水溪廟錫鉭鈮礦、砂錫礦、三個(gè)黃牛錫鎢礦、曬禾坪高嶺土礦、大歧嶺砂錫礦露天開采為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)，建設(shè)用地適宜性差;金竹源錫鉭鈮礦、療養(yǎng)院砂錫礦、高屋坪、新木尾礦庫區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等區(qū)，建設(shè)用地適宜性為基本適宜;評(píng)估區(qū)其余地段為危險(xiǎn)性小區(qū)。

結(jié)合綜合評(píng)估中的結(jié)果，對于礦山的地質(zhì)災(zāi)害的防治，采取合理可行的開發(fā)建設(shè)方案，認(rèn)真落實(shí)好地質(zhì)災(zāi)害的各項(xiàng)防治措施，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，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.廣西壯族自治區(qū)恭城縣栗木礦田保有礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告［R］.2009.

［2］ 廣西工業(yè)建筑設(shè)計(jì)研究院(原廣西冶金設(shè)計(jì)院).桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院栗木鉭鈮錫多金屬礦礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案［R］.2009.

［3］ 廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì).1∶20萬桂林幅水文地質(zhì)普查報(bào)告［R］.1983.

［4］ 地礦部廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)局.1∶20萬桂林幅區(qū)域地質(zhì)測量報(bào)告書［R］.1969.

［5］ 武 強(qiáng)，劉伏昌，李 鐸.礦山環(huán)境研究理論與實(shí)踐［M］.北京:地質(zhì)出版社，2005.

［6］ 閆國杰.礦山地質(zhì)災(zāi)害研究與防治探討［J］.中國礦業(yè)，2004，13(3):66-68.

［7］ DB45/T 382，廣西建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估規(guī)程［S］.