淺析廣西大新錳礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害防治

莫俊暉

(廣西錫山礦業(yè)有限公司，廣西 南寧 530022)

0 前 言

廣西大新錳礦位于廣西大新縣下雷鎮(zhèn)，大新錳礦為一大型錳礦床，由原生沉積碳酸錳礦和次生氧化錳礦組成。工業(yè)礦層呈層狀，共3層，層位穩(wěn)定，其間有2層夾層，自下而上為Ⅰ礦層、夾一、Ⅱ礦層、夾二、Ⅲ礦層。

礦山露天開采從1959年開始至2018年全部結(jié)束，露天開采范圍從5a線至37線，走向長為4 km。地下開采從1999年開始，2018年后全部轉(zhuǎn)入地下開采，范圍4a線至35線，中段高差40～60 m，除西南區(qū)域外大部分280水平以上中段已采完并回填。目前主要回采220中段，160中段正在進(jìn)行基建工程施工。隨著開采的持續(xù)進(jìn)行，地質(zhì)環(huán)境受到破壞在所難免，必將引發(fā)一系列與采礦活動密切相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害。

1 礦山地質(zhì)環(huán)境

1.1 礦區(qū)自然地理條件

下雷錳礦區(qū)地處亞熱帶，氣候溫暖潮濕，雨量充沛，歷年最高溫氣溫為38.5 ℃，最低氣溫為-1.9 ℃，多年平均氣溫為21.9 ℃。平均降雨量為1 302.40 mm，雨季為4～9月，12月至次年的2月為旱季。由于區(qū)域地層條件限制，項目區(qū)植被主要為灌木叢、草本植物、松木為主，植被覆蓋度約90%。

礦區(qū)地貌類型為巖溶峰叢谷地，中部為一條狹長的東西走向的谷地，谷地地面標(biāo)高 325.0～372.2 m，兩側(cè)為含錳的碎屑巖夾碳巖丘陵，標(biāo)高 450～550 m,地形坡度 25(°)～35(°)；兩側(cè)巖溶山體陡峭，局部為陡崖，山峰聳立，峰頂標(biāo)高 688.5～782 m，坡度 50(°)～70(°)；溝谷呈“V”形。地形起伏變化大，相對高差大，切割中等，利于自然排水。南側(cè)邊坡巖層與采坑斜坡多為同向。

標(biāo)高241.50 m為當(dāng)?shù)氐那治g基準(zhǔn)面，是礦區(qū)地下水和地表水排泄基準(zhǔn)面。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有布康溪流，其上游匯水面積約4 km2，常年流量0.040 5 m3/s，最大洪水流量3.472 m3/s，最低標(biāo)高為310 m，為礦區(qū)最低侵蝕基準(zhǔn)面。

礦層大部分位于地下水位以下，標(biāo)高在 310 m 以上的采場可以自然排水，以下需機(jī)械排水，采場匯水面積較大，與地表水聯(lián)系(布康溪)較密切，采場正常涌水量3 400～7 500 m3/d，采礦和疏干排水對礦區(qū)周圍主要含水層有一定破壞。礦區(qū)水文地質(zhì)條件中等，礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度綜合評估為復(fù)雜。

1.2 礦區(qū)地層

礦區(qū)及周邊出露的地層有中泥盆統(tǒng)東崗嶺組(D2d)、上泥盆統(tǒng)榴江組(D3l)、五指山組(D3w)、 下石炭統(tǒng)巖關(guān)組(C1y)、下石炭統(tǒng)大塘組(C1d)、中石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)和第四系(Q)。

1)中泥盆統(tǒng)東崗嶺組(D2d)

分布在礦區(qū)周邊附近，礦區(qū)內(nèi)只出露其上部及中部的一部分。上部為深灰、灰黑色薄至厚層狀灰?guī)r，偶夾深灰色硅質(zhì)巖條帶，中部為淺灰色厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r。

2)上泥盆統(tǒng)榴江組(D3l)

灰至灰黑色薄層狀構(gòu)造，下部為硅質(zhì)灰?guī)r夾少量硅質(zhì)巖和生物碎屑灰?guī)r；上部為鈣質(zhì)泥巖夾硅質(zhì)灰?guī)r，少量硅質(zhì)巖及生物碎屑巖。

3)上泥盆統(tǒng)五指山組(D3w)

含錳層位，按巖性不同，自下而上可分為4段。第1段(D3w1)：下部為鈣質(zhì)泥巖夾少量灰?guī)r；上部為泥質(zhì)灰?guī)r夾少量泥灰?guī)r或鈣質(zhì)泥巖及硅質(zhì)巖?；抑辽罨疑訝?、條帶狀構(gòu)造為主。本層風(fēng)化后為含錳泥巖夾硅質(zhì)巖。第2段(D3w2)：為含錳巖段，由3層碳酸錳礦和2個夾層組成。第3段(D3w3)：為硅質(zhì)灰?guī)r夾硅質(zhì)巖，局部夾含錳灰?guī)r。第4段(D3w4)：灰至深灰色泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖夾硅質(zhì)條帶。

4)下石炭統(tǒng)巖關(guān)組(C1y)

巖關(guān)組分為2個段。第1段(C1y1)為硅泥質(zhì)灰?guī)r夾硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖及生物碎屑灰?guī)r。第2段(C1y2)為硅質(zhì)泥灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖夾生物碎屑灰?guī)r及硅巖質(zhì)巖，底部含磷。

5)下石炭統(tǒng)大塘組(C1d)

為含硅質(zhì)灰?guī)r或硅質(zhì)灰?guī)r與硅質(zhì)巖互層夾少量生物碎屑灰?guī)r?；抑辽罨疑?xì)—中粒結(jié)構(gòu)，薄—中層狀構(gòu)造。

6)中石炭統(tǒng)黃龍組(C2h)

為灰—深灰色帶暗紅色厚層狀夾中厚層狀灰?guī)r，部分夾硅質(zhì)灰?guī)r條帶或團(tuán)塊。

7)第四系(Q)

第四系(Q)分為人工堆積層(Qml)、沖積層(Qal)、殘積層(Qel)共3層。①人工堆積層(Qml)：成分主要為含風(fēng)化碎石的黏性土，主要為采礦棄填土。②沖積層(Qal)：成分主要為粉質(zhì)黏土、含黏土砂礫石層。③殘積層(Qel)：巖性為粉質(zhì)黏土、含黏土碎石等，灰褐、灰黑，碎石主要成分為硅質(zhì)巖，中等風(fēng)化。呈棱角狀，分選性差。下部碎石較多，層理明顯。該層含氧化錳礦層，屬泥盆系上統(tǒng)(D3)覆蓋層。

1.3 構(gòu)造

1)礦區(qū)的褶皺構(gòu)造很發(fā)育，特別是南部礦段，形成極為復(fù)雜的復(fù)式褶皺構(gòu)造，主要分為4級?？刂葡吕族i礦床錳礦層的主要構(gòu)造為下雷平臥褶皺；平臥褶皺位于區(qū)域上映—下雷倒轉(zhuǎn)向斜的南西端。

2)礦區(qū)內(nèi)斷層甚多，根據(jù)斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀及相互關(guān)系等，礦區(qū)范圍內(nèi)主要的斷層可分為5期9個組，對礦體形態(tài)起了程度不同的破壞作用。其中F1斷層在15線以東巖溶較發(fā)育，透水，含水性較強(qiáng)，是南部巖溶水的通道；以西巖溶不發(fā)育，透水，含水性較弱。垂向上隨深度增加巖溶發(fā)育程度減弱。其他發(fā)育在礦層含水層及D3w4隔水層中的各組斷層，破碎帶一般很小，寬度0.1～0.3 m，局部可達(dá)1～2 m，斷層角礫被方解石、石英脈、硅質(zhì)等膠結(jié)良好。受斷層影響的裂隙發(fā)育帶寬度(包括角礫巖)一般小于10 m。

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害

2.1 地面塌陷與地裂縫

礦區(qū)內(nèi)地面塌陷主要為巖溶地面塌陷和采空區(qū)地面塌陷，伴有地裂縫。經(jīng)計算，塌落帶高度為11.2～21.5 m，導(dǎo)水裂隙帶高度為29.9～42.9 m。礦區(qū)南北兩翼的塌陷和地裂縫在不同的采深時發(fā)生。①在礦區(qū)南翼(中東部采場地段)，當(dāng)采深小于21.5 m時表現(xiàn)為采空區(qū)地面塌陷，采深為21.5～42.9 m時表現(xiàn)為地裂縫，采深大于42.9 m時表現(xiàn)為地面沉陷。在礦區(qū)北翼(北中部采場地段)，當(dāng)采深小于11.2 m時表現(xiàn)為采空區(qū)地面塌陷，采深為11.2～29.9 m時表現(xiàn)為地裂縫，采深大于29.9 m時表現(xiàn)為地面沉陷。危害對象主要為林地或露天采場。

1)巖溶地面塌陷

巖溶地面塌陷主要位于礦區(qū)中部露天采場西南的沿邊公路路面上，塌陷呈槽帶狀、圓形。巖溶塌陷區(qū)(沿邊公路)地段為泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組(D2d)灰?guī)r，巖溶發(fā)育，其北發(fā)育有東西走向 F1 正斷層，下盤為泥盆系上統(tǒng)榴江組(D2l)硅質(zhì)灰?guī)r。坡下為中部露天采場及地下開采的380 m中段以上采場，礦體主要賦存于泥盆系上統(tǒng)五指山組(D3w)，巖性為泥巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r等。下雷錳礦區(qū)巖溶地面塌陷點(diǎn)TY1剖面圖(A—A)見圖1。

圖1 下雷錳礦區(qū)巖溶地面塌陷點(diǎn)TY1剖面(A—A)

巖溶地面塌陷成因分析：該地段地層巖性為泥盆系中統(tǒng)東崗嶺組(D2d)灰?guī)r，屬于溶性巖層，巖溶發(fā)育，發(fā)育型態(tài)主要為溶洞、溶蝕裂隙。沿現(xiàn)狀公路邊坡隨處可見規(guī)模不一的溶洞、溶孔、溶槽、鐘乳石等發(fā)育。由于受南西—北東向斷層及北東向多級褶皺的影響，巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈。該區(qū)域發(fā)育有北東向正斷層，且處在不對稱褶皺地層陡的南翼，這些條件均利于巖溶發(fā)育。原用回填碎石土處理的公路地基，加之地表水和應(yīng)力作用造成塌陷裂隙拉裂和擴(kuò)大。

2)采空區(qū)地面塌陷

由于礦山的開采是先露天開采后地下開采，采礦空區(qū)地面塌陷主要發(fā)生在中東部露天采場底部。塌陷是由于采用地下開采方式后，采礦方法采用有底柱中深孔分段鑿巖階段集中出礦留礦法，地下礦體被采空后，采空區(qū)上部的巖層失去支撐，使其周邊一定范圍的巖體應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致巖石變形，隨之產(chǎn)生彎曲、變形，以致發(fā)展到地表下沉塌落。

2.2 崩塌

崩塌是陡坡上的巖土體在重力作用下或其他外力參與下，突然脫離母體，發(fā)生以豎向為主的運(yùn)動，并堆積在坡角的動力地質(zhì)現(xiàn)象[1]。崩塌成因主要與地形條件、構(gòu)造條件、地層巖性條件、氣候條件、人為因素、震動觸發(fā)條件等有關(guān)。礦區(qū)出現(xiàn)的崩塌分為4種情況。

1)礦區(qū)東部的舊生活區(qū)北側(cè)為陡峭的巖溶峰叢，山峰標(biāo)高為646.0 m，坡下的舊生活區(qū)地面標(biāo)高為332～337 m，相對高差309～314 m。自然坡度大于50(°)，近山頂更陡峭，近直立，組成山體的巖性為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組的硅質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)狀為 8(°)∠14(°)，自然坡向為180(°)，屬逆向坡，再往東則巖層產(chǎn)狀為320(°)～350(°)，∠40(°)～78(°)、50(°)～135(°)∠40(°)～70(°)，山頂標(biāo)高599.0～476.0 m。

2)電解錳廠西側(cè)、南側(cè)為高陡的巖溶山體，高差大于100 m。這些巖溶山體垂直裂隙較為發(fā)育，局部較為破碎，巖溶中等發(fā)育，且受東西走向的正斷層影響，巖體完整性較差。

3)東回風(fēng)井至東部箕斗井南側(cè)(4～5線)范圍，南面為泥盆系東崗嶺組灰?guī)r的山體，巖層產(chǎn)狀189(°)～130(°)∠48(°)～25(°)，山頂標(biāo)高706.4～579.0 m；北面為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組的硅質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r的山體，因采礦活動和構(gòu)造、溶洞影響，靠近邊防公路山體風(fēng)化部分有零星的滾石。

4)礦區(qū)內(nèi)中央副井段經(jīng)中部露采采場至西南露采采場東南端，南北兩面為陡峭的巖溶峰叢，南面為泥盆系東崗嶺組灰?guī)r的山體，巖層產(chǎn)狀153(°)～120(°)∠40(°)～20(°)，山頂標(biāo)高698.0～639.0 m；北面為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組的硅質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r的山體，巖層產(chǎn)狀330(°)～340(°)∠15(°)～25(°)、105(°)～160(°)∠20(°)～60(°)，山頂標(biāo)高776.0～625.5 m。

以上崩塌(滾石)災(zāi)害區(qū)域，在2019年11月25日，受靖西5.2級地震影響，其嚴(yán)重后果尤為明顯，局部礦區(qū)道路受滾石攔阻，車輛不能通過。東部—中部露采采場南側(cè)山體(近邊防公路及以上)有4處體積規(guī)模達(dá)上萬立方米的巖體崩塌。

2.3 滑坡

斜坡巖土體在重力作用或有其他因素參與影響下，沿地質(zhì)弱面發(fā)生向下向外滑動并以向下滑動為主的變形破壞?；鲁梢蛑饕c地形地貌條件、地層巖性條件、氣候條件、人為因素等有關(guān)。礦區(qū)存在滑坡可能的地段及其情況如下。

1)4個均已結(jié)束開采的露天采場，組成露天采場邊坡多為第四系殘積層黏土、碎石土、上泥盆統(tǒng)榴江組(D3l)、五指山組(D3w)硅質(zhì)巖、硅質(zhì)泥巖和強(qiáng)風(fēng)化破碎硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)泥巖組成，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石破碎，風(fēng)化后呈碎石黏土狀，頂部為殘積層含礫黏土。這些巖土體結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性較差，開采形成臨空面后，邊坡巖土體應(yīng)力重新分布，打破了原有的應(yīng)力平衡，當(dāng)采坡下滑力大于抗滑力時，引發(fā)邊坡崩塌滑坡。特別是在強(qiáng)降雨時，雨水滲入巖土體，增加其容重，降低了巖土體的抗剪強(qiáng)度，使下滑力增大抗滑力減小。巖層多夾薄層狀泥巖，巖體節(jié)理裂隙與層面之間相互切割，容易產(chǎn)生弱結(jié)構(gòu)面。而采礦時剝離爆破震動，造成巖層碎裂降低了巖石強(qiáng)度，在開挖、降雨沖刷等作用下，容易引發(fā)采坡滑坡。

露天開采邊坡或以上土體可能發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，中部露天采場在回填前，大雨過后邊坡經(jīng)?？梢姸嗵幮∫?guī)模土體流失現(xiàn)象。

2)原通往中央副井道路，其位于中部采場與邊境公路之間。該路段南側(cè)(靠邊防公路)邊坡局部形成下陡—中緩—上陡地形的高陡斜坡，且為東崗嶺組和榴江組巖石風(fēng)化后形成的較厚松散層(含孤石)覆蓋，加上原中部露采的開采活動，發(fā)育較多縱向裂隙，極易形成滑坡體，若有大暴雨可伴有泥石流或滾石災(zāi)害。以牽引式滑坡為主。

3)礦區(qū)設(shè)有6個排土場，東部排土場邊坡較穩(wěn)定，且已全部復(fù)綠。中部排土場正在做邊坡修整，排土形成的這些邊坡主要位于排土場外邊緣。邊坡組成為露天采場剝離的棄土石方，結(jié)構(gòu)松散，邊坡穩(wěn)定性差。邊坡角一般小于40(°)，分臺階堆放，但臺階高度大部分在10 m以上。在邊坡土體自重力作用下，特別是在降雨情況下，雨水滲透進(jìn)入土體，增加自重，降低了土體抗滑強(qiáng)度，容易引發(fā)邊坡崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)測可能性小—中等。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害防治措施及建議

礦區(qū)現(xiàn)狀條件下，礦山地質(zhì)問題的類型多，主要災(zāi)害為采空區(qū)地面塌陷、滑坡、崩塌。礦山地質(zhì)災(zāi)害成因復(fù)雜，且不是單一現(xiàn)象出現(xiàn)，而是多種災(zāi)害伴生出現(xiàn)，相互影響。如地表地質(zhì)災(zāi)害還會導(dǎo)致地下工程的冒頂片幫、突水、巖爆等現(xiàn)象，所以建議地質(zhì)災(zāi)害防治工作要劃分重點(diǎn)，分區(qū)防治，因地制宜，綜合治理。地質(zhì)災(zāi)害防治措施及建議分為4點(diǎn)。

1)控水措施

如加強(qiáng)地表水和地下水的水文觀測工作和防滲排水措施。

2)工程加固措施

①塌陷與地裂縫治理采取土石填充并夯實、灌漿、防滲處理等措施[2]。②滑坡治理，主要采用清理廢土石和危巖以恢復(fù)場地；削坡減荷、錨固、抗滑樁、支擋、排水、截水等工程措施進(jìn)行邊坡加固。③泥石流治理，修建治水治泥工程，可采用清理泥土石以恢復(fù)場地，或者修筑攔擋工程防止形成新的泥石流物源；潛在的泥石流隱患治理可采用疏導(dǎo)、切斷或固化泥石流物源，消除引發(fā)泥石流的水源條件[3]。

3)非工程性的防治措施

如開展各類地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價，試驗研究，加強(qiáng)宣傳，增強(qiáng)防災(zāi)意識，建立防災(zāi)體系和預(yù)警機(jī)制。

4)加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害勘探和監(jiān)測工作

如要加強(qiáng)對露天采場邊坡、地下采坑的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)險情及時采取措施。建立礦山地質(zhì)災(zāi)害及環(huán)境問題監(jiān)測系統(tǒng)，并始終貫穿于礦山開發(fā)的全過程，堅持邊開發(fā)邊治理的原則，最大限度地減少礦山開采對環(huán)境的影響[4]。

4 結(jié) 語

礦山地質(zhì)災(zāi)害對礦山生產(chǎn)和人們的生活影響重大，礦山企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)思想上的重視，并在技術(shù)上創(chuàng)新，才能真正做到安全生產(chǎn)。結(jié)合大新錳礦下雷礦區(qū)地質(zhì)條件等因素，通過對礦區(qū)多發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行的研究分析，總結(jié)了相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的措施，為大新錳礦的地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供了建議。地質(zhì)災(zāi)害防治工作不僅對安全生產(chǎn)工作具有指導(dǎo)意義，對促進(jìn)“綠色礦山”建設(shè)也具有重大的現(xiàn)實意義。