廣西某金屬礦山采空區(qū)沉陷損毀耕地預(yù)測及防治

張紫峰 謝廷勇 劉 芳

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

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廣西某金屬礦山采空區(qū)沉陷損毀耕地預(yù)測及防治

張紫峰 謝廷勇 劉 芳

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

通過對(duì)廣西佛子礦業(yè)有限公司佛子沖鉛鋅礦古益礦區(qū)采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地表耕地?fù)p毀的預(yù)測和研究，闡述了地面沉陷損毀耕地的形式及特征，并提出防治措施，為類似金屬礦山采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害損毀耕地的預(yù)測及防治提供參考。

金屬礦山，采空區(qū)地面沉陷，損毀耕地，預(yù)測與防治

廣西佛子礦業(yè)有限公司佛子沖鉛鋅礦古益礦區(qū)位于廣西岑溪市安平鎮(zhèn)、誠諫鎮(zhèn)交界處，礦山采用普通留礦法和全面法進(jìn)行地下開采，地下礦體被采空后，采空區(qū)上部的巖層失去支撐，平衡條件被破壞，隨之可能產(chǎn)生彎曲、塌落，以致發(fā)展到使地表下沉變形形成采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害，致使地表的耕地(水田、旱地)因變形、地裂縫等造成耕作條件改變，無法正常耕種而失去原有功能，造成耕地的損毀。本文將通過對(duì)佛子沖鉛鋅礦古益坑口采空區(qū)地面沉陷地表影響區(qū)半徑、地表最大下沉值、最大傾斜值、最大水平移動(dòng)值等的計(jì)算與分析，預(yù)測采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地表耕地的損毀程度，并提出防治措施與建議。

1 環(huán)境及地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

礦區(qū)處于構(gòu)造侵蝕的中低山地貌單元，地勢(shì)南北低，東西及中部高，地面海拔標(biāo)高一般為300 m～500 m，最高862 m，相對(duì)高差一般100 m～300 m，地形切割中等，溝谷多呈“V”字形，坡度25°～45°，植被較發(fā)育。

1.2 地層及構(gòu)造

1)地層巖性。

2)地質(zhì)構(gòu)造。

礦區(qū)處于華南加里東褶皺系云開隆起西緣,欽州—玉林海西殘余地槽褶皺帶之博白—岑溪深大斷裂帶北東端，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，相伴有緊閉褶皺，按空間展布方向分NNE，NE，NW和SN走向四組，其中以NNE，NE組最為發(fā)育，各構(gòu)造體系相互干擾、利用、遷就或穿插，形成了本區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造格局。

1.3 礦體特征及開采方法

古益礦區(qū)包含六塘—石門—刀支口礦段和大羅坪礦段，共計(jì)保有大小礦體122個(gè),礦體走向長一般100 m～300 m，最長600 m，傾斜延深一般200 m～300 m，最大延深400 m，厚一般1 m～4 m，最厚17 m，平均2.15 m，設(shè)計(jì)開采標(biāo)高為570.1 m至海拔-160.1 m。設(shè)計(jì)采用地下開采方式，采礦方法為：普通留礦法和全面法。

2 地面沉陷損毀耕地形式及特征

地下開采之前，巖體間處于一種相對(duì)穩(wěn)定的自然平衡狀態(tài)。礦體采空后，就破壞了原巖的自然平衡狀態(tài)，使圍巖內(nèi)的應(yīng)力重新分布，當(dāng)某處所產(chǎn)生的拉應(yīng)力達(dá)到或者超過圍巖的強(qiáng)度，巖體發(fā)生破壞，產(chǎn)生采空區(qū)倒塌，頂?shù)字蜷g柱垮落，巷道下沉、冒頂、錯(cuò)動(dòng)等。當(dāng)這些應(yīng)力釋放的現(xiàn)象影響到地表后，就會(huì)出現(xiàn)地表土地的移動(dòng)、變形、裂縫或塌陷等，造成土地?fù)p毀。地面沉陷損毀耕地形式和特征見表1。

表1 采空區(qū)地面沉陷損毀耕地形式和特征表

3 采空區(qū)地面沉陷損毀耕地分析[2,3]

根據(jù)地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)計(jì)算公式，先對(duì)地表影響區(qū)半徑r進(jìn)行估算，然后將影響范圍內(nèi)的耕地(水田和旱地)按空間分布劃分為14個(gè)地塊，再以地塊為單位，利用公式對(duì)各地塊的地表最大下沉值Wcm，最大傾斜值icm，最大水平變形值ucm進(jìn)行計(jì)算，最后通過對(duì)照《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中的沉陷土地?fù)p毀程度分級(jí)參考標(biāo)準(zhǔn)(見表2，表3)，分析確定采空區(qū)地面沉陷對(duì)耕地?fù)p毀等級(jí)。各計(jì)算公式如下：

地表影響區(qū)半徑：r=H/tanβ。

其中，H為開采深度，m；β為移動(dòng)角，按β=70°計(jì)算。

地表最大下沉值Wcm=Mqcosα(mm)(充分采動(dòng))。

其中，M為礦體開采厚度，m；q為單層采動(dòng)的下沉系數(shù),本次評(píng)估取值0.6；α為礦體傾角。

最大傾斜值：icm=Wcm/r(mm/m)。

最大水平變形值：ucm=1.52bWcm/r(mm/m)。

其中，b為水平移動(dòng)系數(shù)，取b=0.3(1+0.008 6α)(本次評(píng)估取值0.45)。

表2 水田損毀程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 旱地?fù)p毀程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)計(jì)算古益礦區(qū)采空區(qū)邊界影響半徑r為26 m～309 m，影響區(qū)面積為256.55 hm2，受影響水田10.69 hm2、旱地8.99 hm2。各地塊的地表最大下沉值Wcm、最大傾斜值icm、最大水平變形值ucm以及采空區(qū)地面沉陷對(duì)地塊(水田和旱地)的損毀等級(jí)見表4，表5。

表4 采空區(qū)地面沉陷對(duì)水田的損毀等級(jí)評(píng)價(jià)表

表5 采空區(qū)地面沉陷對(duì)旱地的損毀等級(jí)評(píng)價(jià)表

通過以上計(jì)算與分析，預(yù)測廣西佛子礦業(yè)有限公司佛子沖鉛鋅礦古益礦區(qū)采空區(qū)地面沉陷對(duì)水田的損毀程度為中度～重度，對(duì)旱地的損毀程度為輕度～中度。

4 采空區(qū)地面沉陷損毀耕地防治措施

1)建議留設(shè)保安礦柱或建造人工支柱，及時(shí)利用廢石回填采空區(qū)，防止引發(fā)采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害。

2)對(duì)沉陷區(qū)內(nèi)的水田、旱地進(jìn)行裂縫充填、平整田地，修復(fù)、修筑田坎、灌溉水渠等，恢復(fù)土地肥力和其原有用途。

5 結(jié)語

采空區(qū)地面沉陷損毀耕地是眾多地下開采礦山面對(duì)的主要問題之一，本文通過對(duì)廣西佛子礦業(yè)有限公司佛子沖鉛鋅礦古益礦區(qū)采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地表耕地?fù)p毀的預(yù)測和研究，并提出防治措施，為今后類似金屬礦山采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害損毀耕地的預(yù)測及防治提供了參考。

[1]賈新果.采煤沉陷土地破壞程度分級(jí)研究.煤炭工程，2009(6):81-84.

[2]TD/T 1031—2011，土地復(fù)墾方案編制規(guī)程.

[3]DB45/T 382—2006，建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估規(guī)程.

The prediction and prevention to the farmland destruction by goaf subsidence geological disaster of a metal mine in Guangxi

Zhang Zifeng Xie Tingyong Liu Fang

(ChinaNonferrousMetal(Guilin)GeologyandMiningCo.,Ltd,Guilin541004,China)

According to the prediction and research on the goaf subsidence geological disasters on the surface farmland damages at Fozichong lead zinc mine of Fozi Mining Co., Ltd in Guangxi, the paper illustrates the forms and features of the ground subsidence damage on farmland, and points out the prevention measures, so as to provide reference for the prediction and prevention of the goaf subsidence geological disasters on farmland at similar metal mines.

metal mine, goaf ground subsidence, damaged farmland, prediction and prevention

1009-6825(2015)18-0201-02

2015-04-11

張紫峰(1981- )，男，工程師； 謝廷勇(1977- )，男，高級(jí)工程師； 劉 芳(1986- )，女，工程師

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