大麥山多金屬礦山開采引發(fā)的礦山地質災害及防治措施分析

楊少鋒

(廣東省水文地質大隊，廣東 廣州 510510)

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大麥山多金屬礦山開采引發(fā)的礦山地質災害及防治措施分析

楊少鋒

(廣東省水文地質大隊，廣東 廣州 510510)

連南縣大麥山矽卡巖型多金屬礦床為矽卡巖型銅、鉛、鋅礦床。產在燕山期中酸性侵入體與碳酸鹽巖層的外接觸帶中，礦床成因為矽卡巖型。礦體產狀受巖層層理及構造破碎帶的控制，形態(tài)復雜，大小不等。由于礦山超深超挖，以獲得更大的經濟效益，忽視環(huán)境安全及人生安全。該地區(qū)為碳酸鹽巖，淺部巖溶非常發(fā)育，大量排水疏干，導致巖溶地面塌陷、地面沉降、地面開裂等，造成十幾棟房屋開裂、下沉、倒塌。而且選礦形成的廢水、廢渣影響到十幾公里，甚至更遠，附近的植物、禾苗不長，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

巖溶地面塌陷；礦坑突水；水土污染

1 地質環(huán)境概況

1.1 地形地貌

礦區(qū)屬低山丘陵區(qū)，位于低山斜坡-坡腳地貌，地形南高北低，高程275～380 m，坡度15°～25°，向北漸變平緩，過渡為坡腳，坡腳地面高程65～95 m，已發(fā)地質災害區(qū)主要分布在坡腳地貌單元中。

1.2 氣象水文

該區(qū)氣候溫和多雨，平均氣溫17.9℃～19.5℃，極端高溫38.9℃，極端低氣溫-6.9℃，山區(qū)冬季有霜凍和積雪現象。多年平均降雨量1 414.2～1 749.4 mm，年最大降雨量2 103.8mm，年最小降雨905.3 mm，每年四月至九月為豐水期，十月至次年二月為枯水期。多年平均蒸發(fā)度1 348.7～1 486.6 mm，最大1 828.2 mm，最小度966.1 mm。多年平均相對濕度78.9%～79.2%。

該區(qū)水系為大麥山河，河流從區(qū)北部由西向東流，河面寬30～50 m，水流較急，水量較豐富，具有坡度大，水位暴漲暴跌的山區(qū)河流特點。

1.3 地質條件

據區(qū)域地質條件及現場調查，礦區(qū)內的地層主要為石炭系中上統(tǒng)壺天群(C2+3ht) 灰?guī)r和第四系(Qdl+el)坡殘積土層。

(C2+3ht)灰?guī)r 廣布于礦區(qū)，位于坡殘積層之下，為一套淺海相碳酸鹽巖建造，為灰白色、淺灰色，厚層狀灰?guī)r，含燧石灰?guī)r和白云巖。厚度525～640 m。

(Qdl+el)土層 主要為灰黃色、褐黃色粉質粘土，含少量灰?guī)r角礫，可塑狀，廣布于開采區(qū)，層厚由南向北逐漸變厚，厚度2～15 m，層底起伏較大，隨下伏灰?guī)r面而變化。

在礦區(qū)的南部距開采區(qū)約500m處見燕山期似斑狀中粒花崗巖出露。

1.4 水文地質條件

礦區(qū)地下水類型主要為碳酸鹽巖溶洞裂隙水，松散層孔隙水為第四系粉質粘土層，含水微弱。

1.4.1 巖溶發(fā)育特征

礦區(qū)據16個鉆孔的揭露情況，有12個鉆孔揭露到溶洞，鉆孔見洞率75%。并有多層溶洞，部分呈串珠狀，單個洞高一般在1.20～12.70 m，以1.5～5 m居多。溶洞發(fā)育深度以標高-10～-70 m最為強烈,多數溶洞被充填或半充填，充填物主要為流塑狀粘性土或松散狀粉細砂。

1.4.2 水質特征

pH=6.6～6.9、侵蝕CO2=3.26～4.08 mg/L、HCO3-=1.36～2.67 mmol/L、Cl-=1.76～1.78 mg/L、SO42-=77.68～92.6 mg/L，水質類型為HCO3—Ca型，礦化度為0.17～0.29 g/L。據《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)標準判別，礦區(qū)的地下水對混凝土結構和鋼筋混凝土結構中的鋼筋均無腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

1.4.3 礦坑涌水量

(C2+3ht)富水性強，大泉暗河流量12～77 L/S，單井涌水量220～960 m3/d，地下水徑流模數10.75 L/(S·km2)，礦坑總涌水量11 062 m3/d，(其中順德窿3 216 m3/d、清遠窿3 356 m3/d、125礦井2 325 m3/d、220礦井2 165 m3/d)；預測礦坑總涌水量達15 680 m3/d。

1.5 工程地質條件

礦區(qū)的巖土體可劃分為兩類；土層和硬質巖(見圖2)。

1.5.1 土層

區(qū)內土層為(Qdl+el)土層，主要分布于礦區(qū)北部，為粉質粘土，呈黃色、褐黃、棕黃色，成分主要為粘粒、粉粒，含灰?guī)r角礫碎石等，濕，以可塑狀為主，鉆孔揭露厚度為2～15 m，主要物理力學性質天然含水量24.8%～41.2%，天然重度18.2～19.5 KN/m3，孔隙比0.768～1.023，液性指數0.26～0.71,壓縮系數0.31～0.51 MPa-1，壓縮模量3.48～5.15 MPa,粘聚力17.3～35.2 KPa,內摩擦角13.50～21.30。

1.5.2 硬質巖

區(qū)內硬質巖類為(C2+3ht)灰?guī)r，灰色、灰白色、淺灰色，厚層狀灰?guī)r，白云質灰?guī)r和大理巖，淺部巖溶發(fā)育，見較多溶洞、溶蝕裂隙分布，巖芯多呈短柱狀，巖質堅硬，天然單柱抗壓強度fr=43～86 MPa。

1.5.3 巖溶土洞

區(qū)內主要不良地質條件為溶洞，鉆孔見洞率達75%；多數溶洞全充填或半充填溶洞，充填物主要為流塑狀粘性土或松散狀粉細砂，局部含少量巖塊，結合綜合物探勘察結果，在物探測線控制范圍內，共發(fā)現土洞3處，溶洞12處。

1.6 區(qū)域地殼穩(wěn)定性

礦區(qū)位于南嶺緯向構造帶及華夏系，新華夏系等構造帶的復合交界處，經歷了加里東以來的多次構造運動，導致構造錯綜復雜。對礦區(qū)周圍區(qū)域而言，構造體系基本屬于華夏系、新華夏系構造，地質構造主要為斷裂構造，走向以北東向為主，地層擠壓較強烈。

該區(qū)的地質構造主要為連南壓性沖斷裂，該斷裂發(fā)育有多個分支，斷裂總體走向北東，延長20～30 km，傾向北西，傾角32°～65°，擠壓帶寬度約20～50 m，擠壓帶內巖石硅化，劈理化嚴重，并有大量石英脈充填，局部夾糜棱巖。礦區(qū)地震基本烈度為小于VI度，該區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反映譜特征周期為0.35 s?？偠灾?，區(qū)域地質穩(wěn)定性較好。

2 礦山開采引發(fā)的地質災害

連南縣大麥山矽卡巖型多金屬礦床為矽卡巖型銅、鉛、鋅礦床。產在燕山期中酸性侵入體與碳酸鹽巖層的外接觸帶中，礦床成因為矽卡巖型。礦體產狀受巖層層理及構造破碎帶的控制，形態(tài)復雜，大小不等。礦石礦物成分主要有方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、輝銀礦、輝鉍礦、輝鉬礦等。

由于礦山超深超挖，以獲得更大的經濟效益，忽視環(huán)境安全及人生安全。因為礦井疏干排水后，才能繼續(xù)往下開挖礦床，該地區(qū)為碳酸鹽巖，淺部巖溶非常發(fā)育，大量排水疏干，導致巖溶地面塌陷、地面沉降、地面開裂等，造成十幾棟房屋開裂、下沉、倒塌。而且選礦形成的廢水、廢渣影響到十幾公里，甚至更遠，附近的植物、禾苗不長，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

3 地質災害原因及防治措施

3.1 巖溶地面塌陷原因分析

巖溶地面塌陷是指與巖溶有關的地面塌陷，可分為二種，一種是發(fā)生在石灰?guī)r中的溶洞頂板塌陷，另一種發(fā)生在覆蓋層中的土洞頂板塌陷。起主導作用的是人為因素。主要是礦坑疏干排水引起的巖溶地下水位下降，導致地下水動力條件的急劇變化，隨著巖溶水位的降低同時，也會引起第四系松散層孔隙水位的降低，使上覆土層及巖溶裂隙中的充填物受到疏通潛蝕，當沖刷和淘空作用到達一定程度，就會在第四系土層下部或土層形成隱伏的土洞。土洞內細小顆粒隨地下水的向下補給不斷流入溶洞及裂隙內或被抽出地面，頂部土粒不斷冒落，當地下水的搬運作用超過了冒落土體對巖溶通道、隱伏塌洞的堵塞作用，土洞隨之逐漸向上擴展，至洞頂土體失去了自然平衡狀態(tài)。導致地面開裂變形，斷而產生下沉、塌陷、水質污染等等的環(huán)境公害。

3.2 地面塌陷防治措施

(1)加強管理和監(jiān)測、制定合理的開采方案，防止任意開挖坑道，盲目開采。

(2)灰?guī)r地區(qū)，用物探方法，圈定巖溶發(fā)育地段，查明溶洞、土洞形態(tài)，長、寬、高、頂、底板位置，充填情況等。

(3)禁止在建筑附近打井(坑道)大降深抽汲巖溶水。

(4)對已發(fā)生的塌陷、要及時回填陷坑，以恢復土地利用。

(5)對重要建筑物建議采用穩(wěn)定的基巖作為樁基持力層。

(6)對基巖影響深度內的土洞、溶洞進行充填，對較小的溶洞、土洞采用梁板跨越。

(7)對地下水截流改道，防止土洞進一步發(fā)展。

3.3 礦坑突水防治措施

礦坑突水是礦山開采主要地質災害之一，主要分為地面水災防治和井下水災防治。

地表水災防治主要采取防、堵、截、排水的措施，合理確定井口位置，特別是井口標高要高出當地洪水位0.3～0.5 m以上。在地表變形區(qū)附近挖掘排水溝，將地表水引出變形區(qū)外，防止地表水回灌入井下，及時填壓實地表裂縫，可避免地表水對礦井的危險。

井下水災防治主要是針對老窯積水的潰入和強含水層的突水。特別是灰?guī)r中存在溶洞裂隙水。必須收集本礦及鄰礦的水文地質資料進行分析對比，建立完善合理的排水系統(tǒng)。

4 對策與建議

4.1 對策

(1)加強組織領導，切實履行地質環(huán)境監(jiān)督管理職能；確保監(jiān)測工作、保質、保量的正常進行。

(2)同時要繼續(xù)做好地下水環(huán)境動態(tài)監(jiān)測并開展礦山地質環(huán)境調查評價工作；及時做好地質災害和地下水污染情況的預測預報工作。

(3)各礦區(qū)應建立污水處理收集系統(tǒng)；最合理的治理措施是循環(huán)使用這些選礦廢水，既能節(jié)約水資源，又能防止環(huán)境污染。不能將這些廢水直接流入江河。

4.2 建議

(1)對兩地面變形區(qū)的巖溶水位動態(tài)變化進行長期觀測，為防災、減災提供預警依據。

(2)該礦區(qū)今后采礦深度主要布置在標高0 m以下，且巷道掘進方向以南西向為宜，應避免向礦業(yè)場住宅區(qū)方向采礦。

(3)必要時在本礦區(qū)及其附近地區(qū)開展專業(yè)的巖溶地面變形地質災害勘察工作，進行礦山地質環(huán)境評價工作，進一步劃分危險性區(qū)段，為礦區(qū)生產建設宏觀決策提供依據。

2016-11-30

楊少鋒(1971-)，男，廣東河源人，工程師，主要從事水文地質、環(huán)境地質方面工作。

P642.21

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1004-1184(2017)03-0215-02