廣西龍勝縣樓梯寨滑石礦礦山地質災害發(fā)育特征及防治措施

嚴 瑋

桂林理工大學地球科學學院，廣西 桂林 541006

廣西龍勝縣樓梯寨滑石礦礦山地質災害發(fā)育特征及防治措施

嚴 瑋*

桂林理工大學地球科學學院，廣西 桂林 541006

通過對廣西龍勝縣樓梯寨滑石礦的實地調查，查明了礦山現(xiàn)狀地質災害發(fā)育狀況，結合該礦山的地質環(huán)境條件、設計開采方式以及實際建設情況等，分析預測了礦山可能發(fā)生的地質災害類型，并針對性的提出了防治措施。

滑石礦 地質災害 崩塌 滑坡 防治措施 廣西龍勝

滑石作為一種硅酸鹽礦物，因其優(yōu)良的物理、化學性質，被廣泛用于橡膠、塑料、涂料、造紙、陶瓷、化妝品等行業(yè)，是重要的工業(yè)原料【1-2】。廣西龍勝以產出優(yōu)質滑石礦石而聞名【3-4】，滑石礦的開采因礦體形態(tài)、空間分布等的不同而采用地表或地下開采，或二者兼有之，因此地質災害問題較多，防治難度較大。目前礦山開采引起的生態(tài)環(huán)境及地質災害問題越來越受到社會和國家的關注【5】。

本文以廣西龍勝樓梯寨滑石礦這一典型滑石礦山為例，闡明該礦山的地質環(huán)境條件，探討其可能遭受的地質災害威脅，并提出切實可能的防治措施，以期為同類型礦山提供一定參考價值。

1 礦山概況及環(huán)境地質條件

1.1 礦山概況

礦區(qū)位于龍勝縣龍勝鎮(zhèn)杜都坪村，開采礦種為滑石礦，本礦區(qū)滑石礦體呈似層狀賦存于丹州群合桐組（Pt3h）薄層大理巖中，順層產出或沿裂隙生成，礦體產出受保定—都坪區(qū)域斷層控制。礦體控制長度200m，厚度4.24～5.15m，礦層厚度變化系數(shù)不大，連續(xù)性好。礦體產狀320°∠74°，均屬陡傾斜礦體，開采技術條件良好。礦石顏色為略帶淺綠的白色，具顯微鱗片變晶結構、塊狀構造。

自建礦以來，礦山一直采用露天開采，目前露天礦體已基本開采完畢，擬采用有底柱分段崩落法進行地下開采。礦區(qū)面積約0.1785km2，設計開采標高+525～+440m，設計生產規(guī)模為1萬t/a，為一小型非金屬礦山。

1.2 環(huán)境地質條件

1.2.1 氣象水文條件 研究區(qū)地處亞熱帶季風氣候區(qū)，雨水豐富，氣候適宜，年平均氣溫17.8℃，最高氣溫38℃；，最低氣溫-5℃。本區(qū)年平均降雨量為1492.2mm，最大年降雨量1978.4mm，最小年降水量1020.8mm，最大日降雨量226mm，最大時降雨量74.6mm。

區(qū)內無大的地表水體發(fā)育，僅在山坳處受地表徑流或短時降雨的影響分布有若干沖溝。大氣降水是礦區(qū)地下水的主要來源，部分地區(qū)溝溪也補給地下水。采場主要受巖石節(jié)理、裂隙滲漏地表水的影響，從坑口標高+440m開掘的掘進平硐PD1涌水情況看，地下水對礦區(qū)采礦工作會產生一定的影響，但采用抽排等措施處理后不影響生產。

1.2.2 地形地貌 礦區(qū)地處構造剝蝕之中低山地貌區(qū)，總體地勢南西高北東低，海拔標高+594.0～+390.5m，相對高差約203.5m，山體坡度在20°～35°，地形起伏變化中等。

1.2.3 地層巖性 根據(jù)野外調查和地區(qū)資料，礦區(qū)出露地層主要有：

寒武系邊溪組下段（?b1），自上而下巖性為不等粒長石石英砂巖、細粒雜砂巖，呈灰綠色，厚層狀。

震旦系下統(tǒng)長安組（Z1c），巖性主要為砂巖、粉砂巖。

丹洲群拱洞組（Pt3g），呈淺灰—灰綠色，薄至中層狀，巖性為絹云板巖、絹云千枚巖。

丹洲群合桐組（Pt3h），巖性主要為灰綠色，細碧巖和少量輝綠巖，頂部為大理巖、細碧巖，其中細碧巖發(fā)育枕狀、杏仁狀構造，鈉長石化、碳酸鹽巖化普遍，下部為炭質絹云千枚巖（圖1）。

圖1 礦區(qū)地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of Loutizhai mine1.寒武系邊溪組下段；2.寒武系清溪組上段；3.震旦系下統(tǒng)長安組；4.丹洲群拱洞組（Pt3g）；5.丹洲群合桐組（Pt3h）；6.地質界線；7.保定—都坪逆斷層；8.滑石礦體

1.2.4 地質構造 礦區(qū)在區(qū)域上位于龍勝復式背斜南部傾沒端，斷裂構造在本區(qū)主要表現(xiàn)為區(qū)域性逆斷層，呈北北東向，近等距平行分布，延伸長遠，與龍勝復式背斜軸面大致平行或小角度斜交。礦區(qū)內小褶皺較發(fā)育，保定-都坪區(qū)域斷層從礦區(qū)東側穿過，為一高傾角逆斷層，走向北北東，傾角65°～83°，斷距大于200m，斷裂破碎帶寬0.30～2.0m，錯斷的地層為寒武系—丹洲群，主要由擠壓破碎巖石、構造透鏡體、糜棱巖、脈石英及少量角礫巖等組成。保定—都坪逆斷層與龍勝復式褶皺走向上近一致，二者在展布方向和發(fā)育程度等方面表現(xiàn)了同一性。

1.2.5 地下水類型 礦區(qū)地下水類型可劃分為3種：① 第四系松散巖類孔隙水，水量貧乏；② 變質巖基巖裂隙水，水量中等；③ 碎屑巖基巖裂隙水，水量貧乏。區(qū)內地下水主要接受氣降雨及地表水體的下滲補給。礦區(qū)地形切割強烈，沖溝較為發(fā)育，徑流條件好，礦區(qū)內大體由南向北徑流，匯入礦區(qū)北側溪流及沖溝內。礦床主要含水層富水性弱至中等。礦坑正常涌水量實測值為4.56m3/d，豐水期最大涌水量15m3/d。因此，地下水對地下開采影響較小。

2 礦山地質災害發(fā)育現(xiàn)狀評估

根據(jù)野外實地調查，礦山現(xiàn)狀存在的地質災害為PD1平硐口北西側附近廢渣場的崩塌。崩塌體成分主要為廢石、渣土等，粒徑10～60m不等，崩塌體體積約25m3，崩塌方向120°，最遠滾落距離約3m，為一小型巖質崩塌，未造成直接經濟損失，亦未對東側礦山公路及過往車輛、行人等造成損傷。因此，礦區(qū)現(xiàn)狀地質災害問題少，危險性小，對本區(qū)影響程度較小。

3 礦山地質災害發(fā)育預測評估

在地質災害發(fā)育現(xiàn)狀評估的基礎上，根據(jù)設計開采形式、規(guī)模及工程特征并結合礦山地質環(huán)境條件特征分析，預測采礦工程活動可能引發(fā)、加劇及礦山工程本身可能遭受的地質災害有崩塌、滑坡、泥石流、礦坑突水、采空區(qū)地面塌陷、采空區(qū)地面沉陷等。

3.1 礦山工程活動引發(fā)的地質災害預測

礦山工程活動可能引發(fā)的地質災害有崩塌、滑坡、泥石流、礦坑突水、采空區(qū)地面塌陷、采空區(qū)地面沉陷等。

3.1.1 崩塌、滑坡 礦山工程活動可能引發(fā)崩塌、滑坡地質災害的區(qū)段主要在露天采場和平硐口，現(xiàn)分述如下。

露天采場：礦區(qū)東部露天采場的持續(xù)開采已將地表礦脈開采完畢，圍繞采坑形成了一處巖質開采邊坡P1，邊坡寬約55m，高5～30m，坡角約50°，邊坡主要由下部丹洲群合桐組（Pt3h）的大理巖、細碧巖及其上覆少量第四系松散表土組成。此類邊坡臨空面較高，節(jié)理發(fā)育，穩(wěn)定性差，地下采礦活動的進行又對其產生一定的擾動，再加上巖土體的卸荷作用等諸多因素的影響下都會引起邊坡失穩(wěn)而產生崩塌、滑坡地質災害，因此，礦山工程活動引發(fā)其崩塌、滑坡的可能性大。據(jù)邊坡高寬、巖土性質及穩(wěn)定性估計崩、滑體規(guī)模約為2000m3，崩塌、滑坡一旦發(fā)生會危及在場的5名采礦人員和鏟車、貨車等設備安全，造成的直接經濟損失約80萬元，其危害程度小，危險性小。

平硐口：平硐為逆坡開拓，巖石表層風化強烈，節(jié)理、裂隙發(fā)育，在雨水下滲和植被根劈作用的影響下，完整性遭到了破壞。目前礦山平硐開拓過程中已修建1條平硐PD1，深566m，已達礦體，在硐口形成1處高約2～6m，寬約3～25m的巖土質邊坡P2，主坡向355°、平均坡角50°。平硐口邊坡主要由下部丹洲群合桐組（Pt3h）的大理巖、細碧巖及其上覆少量第四系松散表土組成，硐口巖層S0產狀145°∠51°，巖體主要發(fā)育有2組節(jié)理J1和J2，產狀分別為150°∠70°、275°∠45°。為分析平硐口邊坡P2的穩(wěn)定性，根據(jù)工作面上節(jié)理及工作面邊坡的特點，選用極射赤平投影圖法（圖2）。

圖2 P2邊坡與構造面赤平投影圖Fig.2 Stereographic projection of side slope P2 and structural plane

據(jù)圖2可知，各個結構面切割的巖塊均處于穩(wěn)定狀態(tài)，故礦山工程活動引發(fā)平硐口邊坡P2發(fā)生崩塌、滑坡的可能性小，崩、滑體積小于100m3。崩塌、滑坡地質災害發(fā)生后，會威脅到工作人員（2～3人）的生命安全，損壞礦車等礦山設備，估計造成的直接經濟損失60～80萬元，其危害程度小，危險性小。

3.1.2 泥石流 堆料場和廢渣場位于各平硐附近沖溝內，在平硐開拓和采礦過程中形成的廢渣、品位較低的礦石沿沖溝堆積，廢渣主要為白云石大理巖、千枚巖及板巖以及含粘土砂礫。廢渣堆積體坡度較陡，且結構松散、穩(wěn)定性差，為泥石流的產生提供了物源；礦區(qū)地形較陡，棄渣所在的地段上方集雨面積較大，縱坡降10%，為流通提供了條件；溝谷地形大體呈U字型，有利于泥石流的形成；堆料場和廢渣場所在溝谷為季節(jié)性流水沖溝，枯期無水流，汛期最大流量約0.62m3/s。因此，在遭遇高強度連續(xù)降雨天氣時，棄渣堆積體可能在完全飽水、浸潤狀態(tài)下流動，引發(fā)泥石流地質災害，其規(guī)模應為小型（小于1000m3）。鑒于區(qū)內植被發(fā)育狀況良好，泥石流發(fā)生的可能性不大【6】，因此預測采礦活動引發(fā)泥石流地質災害發(fā)生的可能性中等。上述泥石流的產生會造成當?shù)厮临Y源及生態(tài)環(huán)境的破壞，主要危害廢渣場下方向的平硐、礦山公路、農田及附近工作人員（5～6人）等，其危害程度小，危險性小。

3.1.3 礦坑突水 礦山擬開采礦體在+440m以上，位于當?shù)刈畹颓治g基準面（+280m）之上，礦區(qū)斷裂均為充填膠結類型，未發(fā)現(xiàn)導水斷裂。因此礦坑充水因素僅存在季節(jié)性裂隙水。采坑位于山體谷地以上地段，為季節(jié)性富水，一般枯期坑內為點滴狀出水，雨季坑道局部有裂隙滲流，目前在PD1坑道內測得滲水量約為4.56m3/d，涌水量不大，坑道內設置有邊溝，坑道水可由坑口自然排出，因此，預測礦山開采引發(fā)礦坑突水的可能性中等，主要危害礦山坑道內采礦工作人員（7～8人）和設備等，危害程度小，危險性小。

3.1.4 采空區(qū)地面塌陷 隨著礦山對礦體的地下開采，必將會形成采空區(qū)，而為不穩(wěn)定巖石提供了臨空面，巖石應力重新分布，加之頂板巖石厚度進一步變薄，在重力作用、地表機械荷載和爆破作用下都可能引發(fā)采空區(qū)地面塌陷。為了準確地評估其危害程度和危險性，本文對采空區(qū)的各變形要素專門討論和分析如下：

采空區(qū)地面塌陷的評價，根據(jù)采空區(qū)的垮落帶高度Hm和導水裂隙帶高度Hli進行估算【7】。

式中：M-礦體平均厚度（m），取4.5；h-回采階段高度（m）。計算結果見表1。

采空區(qū)埋深為25～75m，局部小于礦體的導水裂隙帶高度及垮落帶高度，但采空區(qū)埋深大于5倍以上采厚，預測發(fā)生塌陷和開裂的可能性中等。地面塌陷多在采空區(qū)形成以后才產生，塌陷出現(xiàn)時，會危害采區(qū)內的工作人員，約3～8人，預測塌陷造成直接經濟損失小于100萬元，其危害程度小，危險性小。

表1 各礦體導水裂隙帶、垮落帶高度預測值計算表Table 1 Predictive height for diversion fissure zone and caving zone of each ore body

3.1.5 采空區(qū)地面沉陷 采空區(qū)形成后，受重力影響，頂部巖石可能會發(fā)生移動和變形，引起地表下移、沉陷。為準確評估其危害程度和危險性，本文對采空區(qū)的各變形要素專門討論和分析如下：

本次采空區(qū)地面沉陷的評價，根據(jù)采空區(qū)的地表影響區(qū)半徑r、地表最大下沉值Wcm、最大傾斜值icm、最大曲率值Kcm、最大水平移動值εcm、最大水平變形值ucm進行評估。

經測算驗證，本礦體充分采動程度為非充分采動，故其地表移動與變形預測值按以下公式【5】計算：

式中：M-礦體開采厚度（m），取4.5；q-單層采動下沉系數(shù)，取0.5；α-礦體傾角；n1-傾向采動系數(shù)，取0.37；n2-走向采動系數(shù)，取0.9；H-采區(qū)邊界開采深度（m）；β-移動角，取65°計算；b-水平移動系數(shù)，取b=0.3（1+0.0086α）。計算結果見表2。

表2 礦體采空區(qū)變形預測值計算表Table 2 Predictive value of deformation for goaf of ore bodies

根據(jù)計算結果，采空區(qū)地面最大水平變形值達到了重度,最大傾斜值和最大下沉值達到了中度,其余指標在輕度級別。因此，預測評估礦山采礦活動引發(fā)采空區(qū)地面沉陷的可能性為中等。采礦區(qū)上方地面沉陷具有緩慢性，主要對植被林地造成影響，危害礦區(qū)作業(yè)人員（1～2人），引發(fā)采空區(qū)地面沉陷范圍內沒有其他建筑物，可能造成的直接經濟損失小于100萬，危害程度小，危險性小。

3.2 礦山工程活動可能加劇的地質災害

經野外調查發(fā)現(xiàn)，廢渣場目前已發(fā)生小規(guī)模崩塌，隨著采礦活動的進行，棄渣、品位較低的礦渣等繼續(xù)堆放，廢渣場堆積體體積將持續(xù)增大，堆積體結構松散，穩(wěn)定性較差，在降雨、平硐排水和機械振（震）動等作用下易導致廢渣場崩塌規(guī)模進一步擴大，因此，礦山工程活動加劇廢渣場崩塌地質災害的可能性中等，主要危害廢渣場運輸作業(yè)的工作人員（4～5人）、礦山公路過往運輸車輛及機械設備等，預估造成的直接經濟損失在60～80萬元，危害程度小，危險性小。

3.3 礦山工程活動本身可能遭受的地質災害

預測礦山工程活動本身可能遭受的地質災害主要有崩塌、滑坡、泥石流、礦坑突水、采空區(qū)地面塌陷和采空區(qū)地面沉陷。其中，遭受崩塌、滑坡地質災害的區(qū)段主要為露天采場、平硐口、廢渣場及其附近地段；遭受泥石流地質災害的區(qū)段主要在廢渣場下游礦山公路、溝谷及附近地段；遭受礦坑突水地質災害的區(qū)段主要在PD1坑道內；遭受采空區(qū)地面塌陷和采空區(qū)地面沉陷的區(qū)段主要為采空區(qū)附近地段。礦山本身遭受上述地質災害的危害程度、危險性基本與引發(fā)的該災種同級。

4 地質災害防治措施

4.1 崩塌、滑坡防治措施

為防止露天采場、平硐口、廢渣場等地段發(fā)生崩塌、滑坡地質災害，應及時對已存在的危巖、浮石進行清除，且在采礦過程中時刻對平硐口邊坡危巖進行清理，消除隱患。廢渣場堆放終坡面應夯實，同時應嚴格控制堆放邊坡的高度不超過2.5m，一般控制在2m。為防止雨季大氣降水沖刷露天采場邊坡、平硐口、廢渣場引發(fā)崩塌、滑坡地質災害，應在上述地段周邊開挖或者修砌截排水溝，在廢渣場下坡向修建漿砌石擋土墻。

4.2 泥石流防治措施

為防止泥石流地質災害的發(fā)生，應避免在極端暴雨天氣下進行礦山工程活動，雨季盡量減少大振動、大爆破等施工方式，做好山體坡面監(jiān)測工作，必要時在礦區(qū)上方修建截排水溝，在沖溝下游修建擋土墻。

4.3 礦坑突水防治措施

為防止坑道發(fā)生礦坑突水地質災害，應時刻監(jiān)測地下水動態(tài)，對淋頭水或積水較多的地方積極采取排水、放水等措施。此外，采掘過程中若遇到涌水量大的地段，或發(fā)現(xiàn)透水預兆現(xiàn)象，應回避繞行并注漿封堵，堅持“有疑必探，先探后掘”【8-9】。

4.4 采空區(qū)地面塌陷、沉陷防治措施

礦山采礦活動結束后，及時做好采空區(qū)回填和平硐口封堵工作，從平硐口由里往外填充至少20m的廢石，再在平硐口修筑1m厚的漿砌石墻，嵌入平硐20cm。同時設立好警告標識，禁止人畜靠近，做好地表變形監(jiān)測工作。

5 結論

（1）礦區(qū)地處構造剝蝕之中低山地貌區(qū)，地形起伏變化中等；保定-都坪區(qū)域斷層從礦區(qū)東側穿過，地質構造較復雜；地下水對礦山工程活動影響小，水文地質條件良好；滑石礦體呈似層狀賦存于丹州群合桐組（Pt3h）薄層大理巖中，工程地質條件較差。綜合來看，礦山地質環(huán)境條件復雜程度為中等。

（2）礦山現(xiàn)狀條件下在廢渣場發(fā)育有一處小型巖質崩塌，但未造成人員傷亡，亦未造成財產損失，危險性小。

（3）預測礦山可能發(fā)生的地質災害有崩塌、滑坡、泥石流、礦坑突水、采空區(qū)地面塌陷、采空區(qū)地面沉陷，危害程度小，危險性小。

（4）針對性的對礦山可能發(fā)生的地質災害提出了防治措施，如修建截排水溝、擋土墻，清理危巖、浮石，礦坑回填等。

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Development characteristics and prevention measures of geological hazards of Loutizhai talc mine in Longsheng county, Guangxi province

Yan Wei

Gollege of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541006, Guangxi, China

Through the field survey in Loutizhai of Longsheng County, Guangxi Province, the development of geological hazards of talc mine at present has been ascertained. Combined with the geological environment conditions, designed mining way and actual constructions, the possible type of geological hazards of the talc mine have been analyzed and forecast, risks have been assessed, and prevention measures have been offered. The geological condition and circumstance of the talc mine was moderately complex and there is a minitype rock collapse in the growth situation, the possible disasters are low damages and risks, including collapse, landslip, debris flow, mine water bursting, ground collapse of goaf and ground subsidence of goaf. Aim at above-mentioned geological hazards, a series of prevention measures have been proposed such as building drainage ditch, retaining wall, cleaning unstable rock, backfilling goaf, sealing adit entrance, etc.

talc mine，geological disasters，collapse，landslip，prevention measures，Longsheng county of Guangxi

P619.253 ；P694

A

1006–5296（2017）02–0116–06

嚴 瑋（1993~）男，地質資源與地質工程專業(yè)，碩士

2017-02-27；改回日期：2017-03-06