广西大新锰矿井下工程与工业园场地的稳定性关系

2011-12-31刘文安邓贵元

中国锰业 2011年1期

刘文安，邓贵元

(中信大锰矿业有限责任公司大新分公司，广西大新 532315)

1 场地区域地形和地貌

场地地貌单元属峰林地形，位于槽形岩溶盆地的东端，盆地呈条带形状，地形较为平缓，两侧山峰陡峭尖挺，近似东西走向的山脉。盆地内地形标高316.6～322 m，两侧山峰标高576～684 m，山坡陡峭。山坡地面植被以灌木为主。盆地内已建厂房(包括一氧化锰厂、硫酸锰二厂、金属锰二车间、新3万t/a金属锰厂和 EMD示范厂)；盆地北为矿运公路，坡上为厂房(硫酸锰一厂、金属锰老厂和旧渣库)，后山有一溶洞泉眼，常年流水，但受季节性影响大，南北流向汇集布康溪；盆地南坡上为硫酸厂，在建的东进风、东回风井工程。布康溪近东西向南偏听偏流穿盆地，经东南端地表最低溶蚀基准面转入地下河，标高约310 m。象，综上可推测，此区域曾经历过较为频繁或较为强烈的地质构造运动，使得岩层内部的构造、结构变得加复杂。

2 场地区域的地质构造

图1 构造

该区位于大区域向斜构造的南翼，为走向近东西的断层谷地盆地，岩层的小褶皱发育，扭曲变形强烈。从区域地质构造图知，有6条较大的断层在此场地范围内起作用(图1)，分别是：F60在场地西面，近南北走向，与F51相交于场地东南角；F59在场地略偏东，近南北走向，与F52相交于场地稍偏北，几乎与F51相交于场地稍偏南；F52东西走向，位于场地稍偏北面；F51、F50均位于场地稍偏南边沿上；F1位于南面，区域内最大的断层，近东西走向，几乎穿越整个南翼矿区。在区域的东、南、北面都有岩层倒转现

3 场地区域的地层分布及描述

根据《中信大锰公司大新分公司3万t/a电解金属锰岩土工程详细勘察报告》[1]、《大新锰矿深部开采胶带斜面井岩土工程详细勘察报告》[2]、《大新锰矿280平峒及胶带斜井物探勘察报告》[3]、胶带斜面井施工地质编录资料、下雷锰矿区南部矿段第0线地质及资储量估算剖面图等资料，进行地质分层和描述。

1)素填土(Qml)：灰褐色、黄褐色等，主要成分为粘性土，含有较多片石、碎石、砾石等，稍湿—湿，孔隙大，具高压缩性，厚度0.2～8.10 m。

2)粉质粘土：灰白、灰褐色，硬塑状态，无摇震反应，光滑光泽，中等干强度，中等韧性，粘性强。局部含水量角砾。层厚0.5～8.2 m，局部分布。属中等压缩性土。

3)含粘土角砾：灰褐、灰黑、黑色，含有约20%～30%的硬塑粘土。角砾主要成分是硅质岩，强—中等风化，粒径0.2～2.0 cm。磨圆度较差，多呈梭角关，分选性差。稍湿，中密状态。厚度0.8～7.8 m，局部分布，属中等压缩性土。

4)粉质粘土：灰白、灰褐、灰黑、黄褐色，可塑—软塑状态，局部混角砾、粘土或粉土，无摇震反应，光滑光泽，中等干强度，中等韧性。层厚0.5～10.3 m，局部分布。属高压缩性土。

5)含粘土碎石：灰褐、灰黑、黑色，碎石主要成分是硅质岩，中等风化，粒径2.0～6.0 m。呈梭角关，分选性差。稍湿，中密—密实状态。下部碎石较多，层理明显，强度较高。钻探钻入0.4～20.9 m未揭穿该层。全场均有分布。属中等—低压缩性土。

6)硅质灰岩(D3l)：深灰色、灰黑色，中厚层状构造。岩石节理、裂隙发育中等，有方解石脉充填。岩芯较完整，岩芯多呈长柱状，部分短柱状，属坚硬岩石。胶带斜井勘察中钻孔2号、3号、4号、5号、6号均有揭露，层顶埋深8.10～42.40 m。

7)泥岩夹硅质岩(D3l)：深灰色、灰黑色，泥质结构，薄层—中厚层状构造。岩石节理裂隙发育，岩层破碎，风化强烈，风化后成土状构造，局部有硅质岩夹层。属极软岩。胶带斜井勘察中钻孔2号、6号有揭露，厚度5.20～32.40 m。

8)硅质岩(D3l)：灰色、深灰色、灰黑色，薄层状构造。岩石节理、裂隙发育，岩层破碎，风化强烈，风化后成为密实的碎石土，硅质岩层理发育，泥岩为微层夹于硅质岩间。属较软岩。胶带斜井勘察中钻孔0号、7号有揭露，深度10.00～208.20 m。

另外，根据《下雷锰矿区南部矿段第0线地质及资储量估算剖面图》可知，场地区域下伏岩层为下炭系大塘阶(C1d)白云质灰岩和灰岩、岩关阶(C1y)灰岩。

4 场地区域岩溶发育及水文地质情况

根据收集的区域地质资料、实地调查、钻孔揭露、物探资料显示，岩溶发育主要在石炭系(C1d、C1y)、泥盆系上统榴江组(D3l)硅质灰岩及泥盆系中统东岗岭组(D2d)灰岩，岩溶发育形式以溶洞、地下河、溶沟、落水洞等为主。场地东南端有地下河入口出现，金属锰旧厂后山有泉眼出现，胶带斜井钻孔勘探和280平峒物探均存在溶洞、破裂带。这些是溶洞发育的很好证明。

根据已有资料显示，场地区域内没有有关水文地质勘察的详细资料，现有资料都是根据矿区大区域的资料推断得来，这显然存在极大的偏差。此区域主要存在地表水(布康溪)、松散岩层孔隙水、岩溶溶洞裂隙水、基岩裂隙水、岩层的层间水等，场地区域内的地下水正常稳定水位的标高约316 m。从目前地下工程揭露资料分析，几种形式存在的水有着密切水力联系。

5 场地稳定性浅析

1)场地位于布康溪转入地下河之前的最下游，地处槽形条状盆地，属冲积地形，从对场地进行的钻孔资料得到进一步的验证：盆地处于北面地势土层(基岩以上)的底面标高比处于南面相应土层相应层面的标高高出很多，西面与东面的关系同前述。这是河流冲刷沉积的结果。土层厚度、成分的粒度极不均匀，由土力学性质可知，土层厚度、成分相差越大，同样受力条件下其变形(沉降或压缩)程度也就差异越大[4]。由于此层含的是孔隙水，其静水压力和排泄水能力也不一样，造成不均匀沉降。

2)从地质学角度来讲“逢沟必断”，堑沟在此场地的东南侧存在，说明有断层存在，褶皱与断层密不可分，断层与派生的褶皱共同作用，使得该区域岩层破碎、弱化，形成断裂带和溶洞。5条断层在该区域内，岩层倒转，地下河存在，说明局部岩层破碎、弱化，受溶蚀的结果。断层的存在，在隔水层内部在某一特定位置形成地下水通道，失去其隔水实际作用，含水层间的水力联系就自然而然形成。

3)根据280平峒物探资料显示，W T1线1 050～1 420 m间(在新3万t/a金属锰厂场地南面)，标高约265～313 m层间，充填溶洞、裂隙发育、破碎、节理、层理发育占长度比例达45%；W T3线335～800 m间(胶带斜井路线，通过新3万t/a金属锰场地)，标高约259～269，292～299，300～329 m层间，充填溶洞、裂隙发育、破碎、节理、层理发育占长度比例达17%；WT6线50～200 m间，标高约262～309 m层间，充填溶洞、裂隙发育、破碎、节理、层理发育占长度比例达 52%；W T7线50～200 m间，标高约260～319 m层间，充填溶洞、裂隙发育、破碎、节理、层理发育占长度比例达62%。胶带斜井勘察资料也描述有溶洞(3号、5号钻孔)和岩层裂隙、节理发育。胶带斜井施工地质编录资料描述192～320 m段(2号～3号钻孔间)局部小型褶皱，岩层、节理、裂隙中等发育，局部地段有淋水、滴水现象。溶洞、裂隙发育、破碎、节理、层理发育加大了地下水水力联系的可能。

4)场地区域位于向斜构造的南翼，地下水的正常流向是沿岩层层面向轴心方向流动。

5)由于原厂区场地范围没有进行地基勘察或勘察钻孔深度没达到、超过基岩层面，不清楚基岩实际埋深，对基岩以下岩层(岩石)的完整性不能作出正确判断，参照周围同类条件来推断：溶洞、裂隙、破碎、节理发育情况也会存在。了解到的地下水位是孔隙水潜水水位，与溶洞、裂隙水、基岩层间水的水力联系不清。

综合上述分析：场地区域内以各种形式存在地下水之间的水力联系极为密切。地下矿床的开采必然要对地下水进行疏干，在排泄地下水过程中，由于地下水静水压力和动水压力共同作用，原本已被充填隔水的裂隙会被疏通，重新形成地下水径流的通道，在地下水补给量小于排泄量时，某一标高以上的岩层内水压力变小，继而地下水对上层岩层的浮力变小，岩层就会失去原有平衡状态，这时岩层通过应力释放重新达到新的平衡状态，形成岩层变形、沉降、破坏、塌陷。对于溶洞的泄水，由于虹吸作用，会加大对溶洞顶板的破坏能力，所以对于溶洞顶板厚度不足、岩层愈破裂其被破坏程度愈严重。地基受破坏程度与地层不均匀程度、地下水赋存形式、溶洞大小及充填情况有着密切的关系。