云南彌勒山心村礦區(qū)露天煤礦地質(zhì)勘查分析

何群超，李 錢

(廣西錫山礦業(yè)有限公司，廣西 南寧 530022)

云南省彌勒山心村煤礦位于彌勒市區(qū)，北距南昆鐵路石林站約 60 km，至昆河鐵路盤溪站50 km，交通便利。礦區(qū)范圍由14個拐點圈定，面積3.8 km2，開采標高為1 420～1 170 m。礦區(qū)范圍內(nèi)有2個采場，根據(jù)各采場所處位置關(guān)系，分別命名為南、北采場，主采 M3-6煤層，為機械化開采，目前剝采比約1∶1，最大坡高約30 m，工作幫坡角45(°)～50(°),非工作幫坡角約30(°)。

項目區(qū)屬湖積平緩丘陵低中山地貌。礦區(qū)東北部高，西南部低， 地形起伏不大，一般高差為30～60 m，最高點位于礦區(qū)東部碗白村滑坡以西，標高1 488.9 m，最低侵蝕基準面位于礦區(qū)西南化工廠滑坡南，標高1 364.0 m，相對高差124.9 m。甸溪河是礦區(qū)西部的惟一地表水體，由北向南蜿蜒曲折流經(jīng)礦區(qū)西部邊緣，河寬約30 m，最大流量為456 m3/s，最小流量為0.19 m3/s，向西南流出礦區(qū)。

1 地層巖性

礦區(qū)主要含煤地層為第三系中新統(tǒng)小龍?zhí)督M。其上覆地層為第四系和第三系上新統(tǒng)師宗渡組地層，下伏地層為始—漸新統(tǒng)木花果組地層。

第四系人工填土層主要為褐紅、褐黃、褐灰、灰綠色，顏色較雜，土層松散欠固結(jié)，成分主要為煤礦露天開采剝離出的第四系、第三系黏土層混礫石，礫石分布較雜。主要厚度4.00～18.50 m，平均厚度 12.38 m。厚度變化大，分布不穩(wěn)定。第四系殘坡積層巖性主要為褐黃色、褐紅色黏土和含礫黏土，局部夾粉砂、細砂、礫砂。第四系沖洪積層巖性主要為褐黃色、褐灰色黏土和粉砂、細砂、礫砂，分選較差，砂粒含量較低，其在該層中相互交錯或斷續(xù)出現(xiàn)。

第三系上新統(tǒng)師宗渡組，該組在勘察區(qū)范圍內(nèi)則有沖積相、湖泊相淺黃色砂質(zhì)黏土、黏土夾3～5 m，層厚5～10 m 粉砂層或砂礫層。其中黏土質(zhì)約占75%，砂質(zhì)類約占25%。黏土或砂質(zhì)黏土，一般具可塑性。砂礫層粒徑大于2 mm，多呈棱角狀或次棱角狀。厚度為156.2 m。本組與小龍?zhí)督M連續(xù)沉積，按沉積旋回應(yīng)以其底部第一套雜色沖積相砂礫層底板為界，但因巖層松散、鉆孔巖心采取率極低(0%～20%)，對比困難，故以M6煤層頂板為界，灰色—深灰色沼澤相黏土，含較多菱鐵礦團塊，勘察區(qū)內(nèi)較穩(wěn)定，可作為見M6煤層標志，與下伏地層呈不整合接觸。

始—漸新統(tǒng)木花果組，出露于礦區(qū)南、西以及西南部的礦界外。系一套河床相—河漫灘相礫巖、砂巖，總厚150～435 m，與盆地小龍?zhí)督M為相鄰而不相重疊的關(guān)系。

2 地質(zhì)構(gòu)造

項目區(qū)處于滇東北拗褶帶東川隆褶區(qū)與滇東南拗褶斷帶師宗廣南拗陷區(qū)師宗—彌勒斷裂南東側(cè)，由于經(jīng)歷多期多級構(gòu)造運動，區(qū)域上構(gòu)造復(fù)合及聯(lián)合現(xiàn)象普遍，斷層相互截切錯綜復(fù)雜，以北東向斷裂構(gòu)造為主，南北向和北西向斷裂次之，形成區(qū)域復(fù)雜的構(gòu)造特征[1]。

礦區(qū)為第三系沉積的原型盆地，主要受松散地層在成巖過程中的壓縮沉降影響，為一個向東南圈閉的不完整向斜構(gòu)造，向斜中心處在新哨南部，沉降較深，地層傾角8(°)～10(°)。向斜長軸方向為南西—北東，長約5 km，兩翼不對稱。北西翼寬緩，在招納、師宗渡傾角為2(°)～5(°)，傾向南東。南東翼較陡，在山心村一帶為7(°)～10(°)，向北傾斜，總體是斷裂與褶皺變動均不強烈，構(gòu)造較簡單。

礦區(qū)位于跨竹盆地西南側(cè)的向斜傾伏端，地層走向變化由南往北為EW-NW-SN的弧形。傾向基本以跨竹為中心扭轉(zhuǎn)，傾角5(°)～15(°)。 礦區(qū)范圍內(nèi)共查出斷裂18條，其中落差大于30 m的有F5、F5′、F13、F16共4條，落差為10～30 m的有F2、F4、F6、F7、F9、F11、F12、F19共8條。斷層主要分布于第10勘探線以東地區(qū)，6～32勘探線淺部、7～9勘探線淺部等地段，煤層破壞程度較嚴重。

2.1 斷裂

1)NNE-NE向斷裂，斷層走向為NNE-NE，傾向不一，性質(zhì)有異。包括F11、F12、F13、F15、F16、F17及礦界外的F18，分布于第3勘探線以東地區(qū)。本組斷裂一般規(guī)模較大，落差15～60 m，因而破壞性強，同時因次生斷裂多，更進一步破壞了煤層賦存條件，故F11以東地區(qū)煤層較其他地段破壞嚴重。

2)NNW-NW向斷裂，斷層走向以NNW為主，其次為NW，傾向不一，均為正斷層。包括F5、F5′、F6、F6′、F3、F10，其中以 F5、F6為主構(gòu)成一地塹。

3)NWW(或EW)向斷裂，大多數(shù)斷層走向為EW，少數(shù)為NWW走向，多為張扭性正斷層。包括F4、F9、F1、F2、F7、F8、F19等。該組斷裂形成于后期，切割了其他方向的斷裂。

2.2 褶皺

礦區(qū)內(nèi)地層波狀起伏比較多，但背向斜僅兩處，均分布于礦區(qū)東部，應(yīng)與NE向斷裂為同期構(gòu)造。

1)山心村向斜，南起山心村西，呈NNE方向延伸至農(nóng)場附近，軸向大致與F11平行，波動幅度10～15 m，南端兩翼基本對稱，礦區(qū)內(nèi)軸向長度約1 200 m。

2)大三家背斜，位于大三家之西，軸向正北偏東，長700 m，波動幅度5～25 m。南端兩翼對稱且較緩，北部則西翼偏陡、東翼緩。

3 水文地質(zhì)條件

3.1 區(qū)域水文地質(zhì)

彌勒市跨竹煤礦區(qū)位于彌勒盆地的西南端，石灰?guī)r廣布，被南盤江U形深切河谷圍繞，為強巖溶地下水活動區(qū)。礦區(qū)為巖溶侵蝕聚煤盆地，基底主要為中三疊統(tǒng)個舊組灰?guī)r強巖溶含水層。盆地西南緣有第三系分布，盆地溶蝕成盆后，接受中新統(tǒng)小龍?zhí)督M含煤地層和上新統(tǒng)師宗渡組沉積。礦區(qū)為湖積平緩丘陵地貌，最大比高在50～60 m，西部外圍因斷層關(guān)系使下二疊統(tǒng)陽新石灰?guī)r出露，形成低中山，東部亦因斷層關(guān)系使第三系與三疊統(tǒng)個舊組石灰?guī)r接觸，并形成北東向的低中山。

盆地主要地表水為甸溪河，總匯水面積約2 347 km2，為南盤江支流，屬珠江水系。其中地下水總體由北向南徑流，在西北部外圍，由于玄武巖形成隔水邊界，使地下水在玄武巖西側(cè)匯流富集，形成富水塊段。同時因受北東向斷層控制，沿斷層帶形成熱異常帶。盆地東北部主要為三疊系碳酸鹽巖徑流排泄帶，盆地內(nèi)第三系及第四系富水性較弱。

3.2 勘察區(qū)水文地質(zhì)

1)第四系，砂礫石土孔隙潛水含水層多為沖洪積和殘坡積層，巖性為砂礫層，砂質(zhì)黏土及耕植土，一般分布在河流溝溪沿岸及緩坡地帶，厚度0～15 m，因厚度薄，分布零散，對礦床充水影響不大[2]。

2)第三系中新統(tǒng)小龍?zhí)督M，黏土及煤層極弱裂隙含水層主要由褐煤、黏土、砂質(zhì)黏土組成，局部夾泥質(zhì)粉砂層，總厚67.75～138.75 m，一般厚100 m。為礦區(qū)內(nèi)的主采煤層，全段富水性極弱。

3)第三系始—漸新統(tǒng)木花果組，砂礫巖弱裂隙含水層上部和底部為棕紅色砂巖，中部為深灰色微顯暗紅色厚層狀礫巖，鈣質(zhì)膠結(jié)，厚度150～530 m。礦區(qū)揭露最大厚度55.94 m，含弱裂隙承壓水，對礦坑充水具有一定的影響。

4)基底巖溶裂隙含水層，由淺灰、灰白、深灰色石灰?guī)r、白云巖組成，巖溶裂隙發(fā)育。

區(qū)內(nèi)各含水層均接受大氣降水補給，地層巖性及地貌控制著地下水的埋深、運移、富集及排泄條件。地表淺部以孔隙潛水為主，地下水埋藏淺，且隨地形起伏而變化。向深部地下水徑流交替循環(huán)逐漸減弱。區(qū)內(nèi)含水層受大氣降水入滲補給，大多沿就近溝谷低洼處以泉水形式排泄，排泄條件好。

4 采掘場邊坡工程

4.1 地質(zhì)條件

采掘場位于彌勒山心村露天煤礦礦界北西側(cè)，邊坡工程地質(zhì)勘察范圍主要是達產(chǎn)5 a后采掘場境界范圍，其西側(cè)為西梭白老村，現(xiàn)已搬遷完畢，東側(cè)為農(nóng)田和耕地，現(xiàn)狀為原地貌，暫未進行采掘開挖。原始地形坡度較平緩，坡度5(°)～10(°)，局部地段15(°)～30(°)，農(nóng)耕活動較強烈，存在開挖形成的臺坎[3]。

勘察范圍內(nèi)省道S304線以南為原西梭白煤礦露天采坑，現(xiàn)狀已進行開挖，形成高30～75 m不等的露天采坑邊坡，邊坡總長500～800 m，坡腳20(°)～50(°)，目前有多級臺階。坡頂有少量廢棄建筑分布，現(xiàn)狀基本穩(wěn)定。根據(jù)野外調(diào)查和勘察鉆孔資料，構(gòu)成邊坡的巖土體主要為第三系中新統(tǒng)小龍?zhí)督M(N1)黏土、炭質(zhì)黏土、砂土等，未發(fā)現(xiàn)物理力學(xué)性質(zhì)差異明顯的軟弱夾層。

第四系人工堆積層為露天采礦排棄物，巖性主要為黏土、含礫黏土、炭質(zhì)黏土、砂土等，結(jié)構(gòu)松散，遇水易發(fā)生沉陷和滑塌。第四系殘坡積黏土、含礫黏土分布在采掘場區(qū)西部丘陵地帶，沖洪積黏土、粉砂、細砂、礫砂層主要分布在采掘場區(qū)北東部地形低洼地帶。該層在整個區(qū)內(nèi)分布較廣，厚度不大，一般2～9 m。

4.2 地質(zhì)分區(qū)

1)現(xiàn)狀穩(wěn)定區(qū)，包括采掘場邊坡區(qū)大部分區(qū)域，未進行開挖采掘。邊坡體組成：①第四系黏土、含礫黏土；②第三系上新統(tǒng)師宗渡組黏土、粉砂、細砂、礫砂；③第三系中新統(tǒng)小龍?zhí)督M黏土、褐煤、炭質(zhì)黏土、粉砂；④始—漸新統(tǒng)木花果組粉砂巖、礫巖等。

2)潛在不穩(wěn)定區(qū)，勘察范圍內(nèi)省道S304線以南為原西梭白煤礦露天采坑，已進行開挖，兩側(cè)形成露天采坑邊坡，中間為放坡開挖，坡頂有少量廢棄建筑分布，現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，局部可見因開挖卸荷引起小范圍的坍滑。邊坡體由第三系中新統(tǒng)小龍?zhí)督M黏土、褐煤、炭質(zhì)黏土、粉砂等組成。該區(qū)在暴雨季節(jié)有可能發(fā)生滑坡，威脅下部采坑的采礦人員和機械的安全，為潛在不穩(wěn)定區(qū)域。

5 排土場邊坡工程

外排土場位于山心村露天煤礦礦界外圍以北，帕布革村以西，部分民房在外排土場境界范圍內(nèi)。區(qū)內(nèi)南東部屬丘陵地貌，其余地帶平緩，為湖積盆地地貌。場內(nèi)最高點位于帕布革村民房邊，高程1 402.97 m，最低點高程為1 357.60 m，地形起伏不大，坡度3(°)～8(°)，最大高差為45.37 m。甸溪河由北東向南蜿蜒曲折流經(jīng)場區(qū)邊緣，距場區(qū)最小距離約為125 m，平均距離約為140 m。內(nèi)、外排土場現(xiàn)狀均無任何開挖和堆排，均為原地貌。

根據(jù)勘察，排土場基底巖土有第四系殘坡積地層、沖洪積地層，第三系上新統(tǒng)師宗渡組地層、中新統(tǒng)小龍?zhí)督M地層及下伏始—漸新統(tǒng)木花果組地層。根據(jù)基底巖土成因及巖性，將基底巖土劃分為兩個工程地質(zhì)巖組?；总浫鯇拥拇嬖谑怯绊懪磐翀鲞吰路€(wěn)定性的因素之一。

6 結(jié) 語

1)礦區(qū)主要含煤地層為第三系中新統(tǒng)小龍?zhí)督M，其上伏地層為第四系和第三系上新統(tǒng)師宗渡組地層，下伏地層為始—漸新統(tǒng)木花果組地層。

2)構(gòu)成采掘場邊坡巖土體主要有第四系殘坡積地層和沖洪積地層，第三系上新統(tǒng)師宗渡組地層，第三系中新統(tǒng)小龍?zhí)督M地層及下伏始—漸新統(tǒng)木花果組地層。

3)影響采掘場邊坡穩(wěn)定性的因素分為直接因素和間接因素：①直接因素為構(gòu)成邊坡巖土體自身所具有的強度特征，軟弱結(jié)構(gòu)層(面)；②間接因素指邊坡因外在因素的影響而降低穩(wěn)定性的因素，這些因素包括表土剝離采煤卸荷，地表水和地下水的作用，地震與爆破震動的影響等因素。

4)根據(jù)采掘場邊坡區(qū)的工程地質(zhì)條件，變形破壞模式和發(fā)展趨勢，現(xiàn)狀采空區(qū)情況，將采掘場邊坡區(qū)劃分為2個工程地質(zhì)分區(qū)：現(xiàn)狀穩(wěn)定區(qū)和潛在不穩(wěn)定區(qū)。

5)通過對勘探線區(qū)域邊坡穩(wěn)定性計算，在考慮地震力作用下，南區(qū)將失穩(wěn)破壞[3-4]。省道S304線以北的區(qū)域現(xiàn)狀均未開挖，按照設(shè)計擬定坡度角，對達產(chǎn)5 a后采掘場境界范圍內(nèi)邊坡穩(wěn)定性進行計算。勘探線區(qū)域均為穩(wěn)定狀態(tài)。在考慮地震力作用下，南區(qū)勘探線區(qū)域處于臨界狀態(tài)，有可能失穩(wěn)破壞，區(qū)域不穩(wěn)定。

6)排土場基底巖土：①第四系殘坡積地層、沖洪積地層；②第三系上新統(tǒng)師宗渡組地層、中新統(tǒng)小龍?zhí)督M地層和下伏始—漸新統(tǒng)木花果組地層。

7)排棄物具有以下特征：排棄物物理力學(xué)性質(zhì)與排放年限，隨深度變化無明顯規(guī)律。排棄物性質(zhì)在平面及垂向上表現(xiàn)出不均勻性，但其隨機性極大，故在對排土場大范圍研究時，排土體可視為均勻土體。按照設(shè)計當外排土場最大排棄高程為 1 420 m，坡度角 15(°)時，如不考慮地震力作用，外排土場邊坡穩(wěn)定性較好；如考慮地震力作用，邊坡將處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，不穩(wěn)定；考慮強降雨、暴雨使土體充水飽和，邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)或者失穩(wěn)破壞。當內(nèi)排土場最大排棄高程為 1 393 m，坡度角 17(°)時，如不考慮地震力作用，外排土場邊坡穩(wěn)定性較好；如考慮地震力作用，邊坡將失穩(wěn)破壞；考慮強降雨、暴雨使土體充水飽和，邊坡將失穩(wěn)破壞。