栗木钽铌锡多金属矿地质灾害评估及防治措施

刘 芳 谢廷勇 张紫峰

(中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西桂林 541004)

矿山地质灾害主要表现在崩塌、滑坡、泥石流、地面沉陷(矿山采空区沉陷)等方面，对矿区进行地质灾害的预测并根据具体情况提出相应防治措施，在尽最大努力避免和减轻地质灾害造成的损失的同时，也维护矿区的正常作业和人民生命及财产安全。

1 矿区概况及环境地质条件

1.1 概况

栗木钽铌锡多金属矿位于桂林市恭城县栗木镇北西4 km。矿山地理位置:东经110°50'～110°54'，北纬25°09'～25°11'，矿区面积13.165 4 km2，开采标高-200 m～+420 m。生产规模为60万t/年(其中水溪庙钽铌矿30万t/年，金竹源锡钽铌矿7.5万t/年，三个黄牛锡钨矿7.5万t/年，大歧岭砂锡矿9万t/年，晒禾坪高岭土矿6万t/年)。

1.2 环境地质条件

气象、水文条件:评估区属亚热带季风气候区，四季分明。年均气温19.7℃，年平均降水量约1 856 mm。矿山附近地表河流较发育，主要有勾挂垒河、淌江、上枧河和栗木河，栗木河为茶江的一级支流，从矿区东南4 km处通过;多年平均流量20.42 m3/s。

地形地貌:评估区地势总体西北高东南低，西部及西北部为中低山地貌，山峰最高海拔标高+1 057.5 m，相对高差200 m，地形切割强烈，“V”字形沟谷发育，山体坡度较陡，一般为30°～40°，东部为丘陵，标高为+300 m～+500 m。南面为冲积小平原，地面标高一般为+190 m～+210 m，相对高差30 m～50 m。北部和西部为低山、丘陵。

地层岩性:矿区出露的地层主要有下泥盆莲花组(D1l)，那高岭组(D1n);中泥盆统郁江阶(D2y)，东岗岭阶(D2d);上泥盆统融县组(D3r)，下石炭统大塘阶(C1h)，岩关阶(C1y);第四系残坡积层(Qel+dl)、冲积(Qal)、洪积层(Qpl)等。

区域地质构造:栗木矿田位于南岭纬向构造带中段与广西“山”字形东翼反射弧内侧的复合部位，恭城向斜北端扬起处。由于受东西向挤压应力的作用，近南北向压扭性断裂和近东西向张扭性断裂十分发育，两组断裂组呈“廿”字形构造。

2 矿区地质灾害现状及其特征

2.1 崩塌、滑坡

矿山长期开采，在矿区西部老虎头—香坑矿区的采矿形成50多处高度10 m～20 m，坡度50°～70°，宽100 m～200 m不等的高陡边坡、矿坑边坡和弃土石，其稳定性极差，在大暴雨或特大暴雨的冲刷侵蚀作用下，于20世纪70年代～80年代发生过10处崩塌、滑坡地质灾害，体积一般为500 m3～3000 m3，最大规模为10 000 m3，毁坏100多亩土地，大片土地被泥沙淤埋荒废。矿区东部水溪庙钽铌矿斜坡发生过5处废弃土石渣崩塌、滑坡，体积500 m3～1 000 m3，最大规模为2 500 m3，造成60多亩土地被泥沙淤埋荒废。

2.2 泥石流

矿山开采时，由于斜坡上堆积采矿废弃土石渣，堆积的采矿废石和弃土堆总方量约100万m3，其稳定性极差，在特大暴雨的冲刷侵蚀作用下，于20世纪80年代发生两次泥石流地质灾害，体积为5 000 m3和8 000 m3，毁坏矿山设施5座和土地60多亩。

2.3 采空区地面塌陷

香坑地段的地下开采区，因采矿、开凿井巷和采矿采场形成采空区，地下应力改变使采空区上覆岩土层强度不能承受强大的地压应力作用而失稳，再加上抽排地下水和坑道垮塌，导致产生地面塌陷，形成一个长300 m，宽80 m～100 m，深20 m～30 m的采空陷落区，威胁过往行车和人员安全。同时由于地下采矿区大量抽排地下水，造成矿区及附近地区的地下水位大幅度超常下降，原老虎头—香坑及水溪庙地段发生局部地面塌陷，该地段因采矿引起的地面塌(沉)陷10处，其中规模较大的有采空区地面塌陷Tk01和采空区地面塌陷Tk02。

3 矿区地质灾害预测研究

3.1 矿山建设引发的地质灾害预测

3.1.1 崩塌、滑坡地质灾害预测

在矿区各露天开采处的边坡、各矿区弃渣(石)场以及矿区尾矿坝等处，因露天开采、堆放废矿渣、修建进矿公路切坡形成了9处高5 m～10 m，坡度30°～55°的人工边坡，这些边坡是崩塌、滑坡的潜在发生区，在暴雨或爆破、机械震(振)动等因素影响下，边坡易失稳产生崩塌、滑坡地质灾害，边坡的稳定性决定着此灾种发生的可能性。崩塌、滑坡地质灾害主要危害农田和河流及其附近作业的人员(5人～10人)、机器设备和生活区、远处的少量民居等。预测其发生崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度中等，危险性中等。

3.1.2 采空区地面沉陷地质灾害预测

矿区内的矿体大面积采空后，矿体顶板岩体失去支撑，上部岩(土)体原有平衡条件被破坏容易产生弯曲、塌落，引发地表相应下沉。本文采取矿山地表移动与变形值的计算方法对该区的采空区变形进行估算，主要计算公式为:

其中，Wcm为最大下沉值;M为矿体平均厚度;q为下沉系数(矿石、围岩均为坚固岩石，在此取0.65);α为矿体倾角。

计算结果见表1。

一种不安的情绪浮上心头，何良诸不想看了，把目光掠过秧歌会，越过马路，街对面人家，有一扇门开着，灯光偷偷淌出来，一个年轻女人，倚在门框上，捂嘴笑。她在看秧歌？何良诸听说，煤矿生活区，开暗门子的多了，外地客经过时，只要冲门前的女人笑笑，她就会娇声贱气地说：“进来呀。”一闪身，把你让进屋。那里面，白天和夜晚，是没有区别的。但你认错门，是良家妇女，你不怀好意地一笑，她就会啐一口，骂道：“滚你妈蛋！”有的路人，并不知晓这些关节，想打听个道，或者随意一笑，竟遭唾骂，弄得莫名其妙，狼狈不堪。

表1 主要开采矿最大下沉值

可以看出，该重晶石矿体的开采将在其上方相应的地表造成一定量的变形和移动，开采引起的地表水平变形值最大为1.30 m(金竹源锡钽铌矿)，参考国内同类矿山经验，各矿脉开采引起的地表沉陷值均较小。预测水溪庙钽铌矿引发采空区地面沉陷可能性中等，危害程度中等，危险性中等，预测影响面积2.92×104m2。

3.1.3 采空区地面塌陷地质灾害预测

按《评估规程》附录F，采空区垮落带高度采用下式计算:

其中，Hm为垮落带高度，m;M为矿体厚度，m;∑M为采矿层累计厚度，m。

计算结果见表2。

表2 主要开采矿垮落带高度 m

由表2可以看出，水溪庙钽铌矿埋深全部大于垮落带高度，因此，未来开采引发采空区地面塌陷可能性小，危害程度小，危险性小。

3.1.4 泥石流地质灾害预测

本区雨量充沛，地形起伏较大、坡高谷深，加之残坡积层较为松散，具备发生泥石流地质灾害的环境地质条件。矿山在大规模地下开采后所产生的废弃矿渣堆积在原废石场，碎石间接触面较小，且未经压实，结构松散，造成废石场边坡不稳，在发生暴雨或者连续大降雨时，在雨水侵蚀和冲刷下，会引发废石流灾害，因水溪庙钽铌矿废石场下方为生产办公区、农田和河流，一旦发生废石流灾害，会对矿山生产和生产工作人员造成危害，大量的碎石和土会冲毁农田，堵塞河道。预测矿区产生泥石流的可能性中等，危害程度中等，危险性中等。

3.2 矿山建设可能加剧的地质灾害预测

评估区水溪庙钽铌矿区、原老虎头—香坑地段发育崩塌、滑坡地质灾害;原老虎头—香坑地段发育采空区地面塌陷，在矿山开采、运矿车辆及采矿爆破震动等作用下有可能使其复活乃至规模进一步扩大，人工边坡处于不稳定状态，在运矿车辆及采矿爆破振(震)动等作用下有可能使组成滑坡体的土体松散，内聚力下降，使其复活。预测工程建设加剧崩塌滑坡的可能性中等，危害程度中等，危险性中等。由于香坑已经闭坑，且已经开展矿区地质环境综合治理工程，在矿山建设和开采过程中，不会加剧现状发育的采空区地面塌陷。综上所述，评估区内预测该矿山建设可能引发的地质灾害为崩塌、滑坡、泥石流、采空区地面沉陷，可能加剧的地质灾害为崩塌、滑坡。预测评估区发生崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度中等，危险性中等;发生采空区地面沉陷、泥石流可能性中等，危害程度中等，危险性中等。

4 矿区地质灾害防治措施

根据该区地质灾害现状和矿山实际情况提出以下防治对策。

4.1 崩塌、滑坡的防治措施

露天开采、开挖矿山道路等工程活动产生的高陡边坡，建议应合理设计确定稳定坡率，及时做好边坡的支挡和削坡工作，搞好防护、种植草皮，必要时在坡脚设置挡土墙。对已经产生或可能产生崩塌、滑坡的地质灾害矿区路段，及时清理崩塌、滑坡堆积物;其中B01崩塌体已清理堆积物300 m3，放坡将产生土石方量约800 m3;B02崩塌体已清理堆积物250 m3，放坡将产生土石方量约600 m3。

4.2 采空区地面塌陷和地面沉陷的防治措施

矿区开采过程中形成的采空区，应利用废弃石方对采空区进行回填。对回采结束后采空区的巷道中砌筑一定厚度的隔离墙及时封闭采空区，以避免采空区局部垮塌时所产生的冲击气流危害。各采场回采结束后应及时封闭采空区，采用坑内废石和尾砂充填采空区，以减少废石运输排放量并起到支护空区的作用，以策安全;对可能发生地面塌陷和地面沉陷区以铁丝网圈围，并树立警示标志牌。闭坑3年～5年内，采空区地面不宜兴建建筑物。

4.3 泥石流防治措施

对已经使用的废渣(石)场，在后壁顶部山体边缘修截水渠，防止雨水汇聚渗入，并在前缘设置排水沟、疏干积水，同时修筑拦砂坝或挡渣墙，据现场调查，水溪庙钽铌矿废石场需修筑长60 m，高3m～5 m的挡渣墙。新建的废渣(石)场，首先对环绕排渣场周围挖掘明沟截留地表水，沟谷中设置排水道或采取渗水措施，保证冲沟内水流畅通，排出沟外。设计合理的排弃参数，排放时要进行压实，在沟口修筑拦砂坝、挡渣墙等拦排工程，采取必要的环保措施使废弃渣场废水达标排放。建立泥石流预报警报措施，及时监测泥石流可能发生的动态信息，以便对可能产生的灾情进行防治。

5 结语

评估区内曾发生滑坡10处、崩塌5处、采空区地面塌(沉)陷10处、泥石流1处。其危害程度中等，危险性中等，通过评估，矿区内可能引发、遭受的地质灾害有崩塌、滑坡、泥石流、采空区地面沉陷，为地质灾害危险性中等区，评估区以内、矿区以外为地质灾害危险性小区。水溪庙锡钽铌矿、砂锡矿、三个黄牛锡钨矿、晒禾坪高岭土矿、大歧岭砂锡矿露天开采为地质灾害危险性大区，建设用地适宜性差;金竹源锡钽铌矿、疗养院砂锡矿、高屋坪、新木尾矿库区为地质灾害危险性中等区，建设用地适宜性为基本适宜;评估区其余地段为危险性小区。

结合综合评估中的结果，对于矿山的地质灾害的防治，采取合理可行的开发建设方案，认真落实好地质灾害的各项防治措施，必须坚持以预防为主、避让与治理相结合和全面规划、突出重点的原则，各种防治技术相结合，这样才能达到减灾的目的。

［1］ 桂林矿产地质研究院.广西壮族自治区恭城县栗木矿田保有矿产资源储量核实报告［R］.2009.

［2］ 广西工业建筑设计研究院(原广西冶金设计院).桂林矿产地质研究院栗木钽铌锡多金属矿矿产资源开发利用方案［R］.2009.

［3］ 广西水文地质工程地质队.1∶20万桂林幅水文地质普查报告［R］.1983.

［4］ 地矿部广西壮族自治区地质局.1∶20万桂林幅区域地质测量报告书［R］.1969.

［5］ 武 强，刘伏昌，李 铎.矿山环境研究理论与实践［M］.北京:地质出版社，2005.

［6］ 闫国杰.矿山地质灾害研究与防治探讨［J］.中国矿业，2004，13(3):66-68.

［7］ DB45/T 382，广西建设项目地质灾害危险性评估规程［S］.