大麦山多金属矿山开采引发的矿山地质灾害及防治措施分析

2017-04-16杨少锋

地下水 2017年3期

关键词：土洞矿坑溶洞

杨少锋

(广东省水文地质大队，广东广州 510510)

大麦山多金属矿山开采引发的矿山地质灾害及防治措施分析

杨少锋

(广东省水文地质大队，广东广州 510510)

连南县大麦山矽卡岩型多金属矿床为矽卡岩型铜、铅、锌矿床。产在燕山期中酸性侵入体与碳酸盐岩层的外接触带中，矿床成因为矽卡岩型。矿体产状受岩层层理及构造破碎带的控制，形态复杂，大小不等。由于矿山超深超挖，以获得更大的经济效益，忽视环境安全及人生安全。该地区为碳酸盐岩，浅部岩溶非常发育，大量排水疏干，导致岩溶地面塌陷、地面沉降、地面开裂等，造成十几栋房屋开裂、下沉、倒塌。而且选矿形成的废水、废渣影响到十几公里，甚至更远，附近的植物、禾苗不长，生态环境遭到破坏。

岩溶地面塌陷；矿坑突水；水土污染

1 地质环境概况

1.1 地形地貌

矿区属低山丘陵区，位于低山斜坡-坡脚地貌，地形南高北低，高程275～380 m，坡度15°～25°，向北渐变平缓，过渡为坡脚，坡脚地面高程65～95 m，已发地质灾害区主要分布在坡脚地貌单元中。

1.2 气象水文

该区气候温和多雨，平均气温17.9℃～19.5℃，极端高温38.9℃，极端低气温-6.9℃，山区冬季有霜冻和积雪现象。多年平均降雨量1 414.2～1 749.4 mm，年最大降雨量2 103.8mm，年最小降雨905.3 mm，每年四月至九月为丰水期，十月至次年二月为枯水期。多年平均蒸发度1 348.7～1 486.6 mm，最大1 828.2 mm，最小度966.1 mm。多年平均相对湿度78.9%～79.2%。

该区水系为大麦山河，河流从区北部由西向东流，河面宽30～50 m，水流较急，水量较丰富，具有坡度大，水位暴涨暴跌的山区河流特点。

1.3 地质条件

据区域地质条件及现场调查，矿区内的地层主要为石炭系中上统壶天群(C2+3ht) 灰岩和第四系(Qdl+el)坡残积土层。

(C2+3ht)灰岩广布于矿区，位于坡残积层之下，为一套浅海相碳酸盐岩建造，为灰白色、浅灰色，厚层状灰岩，含燧石灰岩和白云岩。厚度525～640 m。

(Qdl+el)土层主要为灰黄色、褐黄色粉质粘土，含少量灰岩角砾，可塑状，广布于开采区，层厚由南向北逐渐变厚，厚度2～15 m，层底起伏较大，随下伏灰岩面而变化。

在矿区的南部距开采区约500m处见燕山期似斑状中粒花岗岩出露。

1.4 水文地质条件

矿区地下水类型主要为碳酸盐岩溶洞裂隙水，松散层孔隙水为第四系粉质粘土层，含水微弱。

1.4.1 岩溶发育特征

矿区据16个钻孔的揭露情况，有12个钻孔揭露到溶洞，钻孔见洞率75%。并有多层溶洞，部分呈串珠状，单个洞高一般在1.20～12.70 m，以1.5～5 m居多。溶洞发育深度以标高-10～-70 m最为强烈,多数溶洞被充填或半充填，充填物主要为流塑状粘性土或松散状粉细砂。

1.4.2 水质特征

pH=6.6～6.9、侵蚀CO2=3.26～4.08 mg/L、HCO3-=1.36～2.67 mmol/L、Cl-=1.76～1.78 mg/L、SO42-=77.68～92.6 mg/L，水质类型为HCO3—Ca型，矿化度为0.17～0.29 g/L。据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)标准判别，矿区的地下水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

1.4.3 矿坑涌水量

(C2+3ht)富水性强，大泉暗河流量12～77 L/S，单井涌水量220～960 m3/d，地下水径流模数10.75 L/(S·km2)，矿坑总涌水量11 062 m3/d，(其中顺德窿3 216 m3/d、清远窿3 356 m3/d、125矿井2 325 m3/d、220矿井2 165 m3/d)；预测矿坑总涌水量达15 680 m3/d。

1.5 工程地质条件

矿区的岩土体可划分为两类；土层和硬质岩(见图2)。

1.5.1 土层

区内土层为(Qdl+el)土层，主要分布于矿区北部，为粉质粘土，呈黄色、褐黄、棕黄色，成分主要为粘粒、粉粒，含灰岩角砾碎石等，湿，以可塑状为主，钻孔揭露厚度为2～15 m，主要物理力学性质天然含水量24.8%～41.2%，天然重度18.2～19.5 KN/m3，孔隙比0.768～1.023，液性指数0.26～0.71,压缩系数0.31～0.51 MPa-1，压缩模量3.48～5.15 MPa,粘聚力17.3～35.2 KPa,内摩擦角13.50～21.30。

1.5.2 硬质岩

区内硬质岩类为(C2+3ht)灰岩，灰色、灰白色、浅灰色，厚层状灰岩，白云质灰岩和大理岩，浅部岩溶发育，见较多溶洞、溶蚀裂隙分布，岩芯多呈短柱状，岩质坚硬，天然单柱抗压强度fr=43～86 MPa。

1.5.3 岩溶土洞

区内主要不良地质条件为溶洞，钻孔见洞率达75%；多数溶洞全充填或半充填溶洞，充填物主要为流塑状粘性土或松散状粉细砂，局部含少量岩块，结合综合物探勘察结果，在物探测线控制范围内，共发现土洞3处，溶洞12处。

1.6 区域地壳稳定性

矿区位于南岭纬向构造带及华夏系，新华夏系等构造带的复合交界处，经历了加里东以来的多次构造运动，导致构造错综复杂。对矿区周围区域而言，构造体系基本属于华夏系、新华夏系构造，地质构造主要为断裂构造，走向以北东向为主，地层挤压较强烈。

该区的地质构造主要为连南压性冲断裂，该断裂发育有多个分支，断裂总体走向北东，延长20～30 km，倾向北西，倾角32°～65°，挤压带宽度约20～50 m，挤压带内岩石硅化，劈理化严重，并有大量石英脉充填，局部夹糜棱岩。矿区地震基本烈度为小于VI度，该区地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反映谱特征周期为0.35 s。总而言之，区域地质稳定性较好。

2 矿山开采引发的地质灾害

连南县大麦山矽卡岩型多金属矿床为矽卡岩型铜、铅、锌矿床。产在燕山期中酸性侵入体与碳酸盐岩层的外接触带中，矿床成因为矽卡岩型。矿体产状受岩层层理及构造破碎带的控制，形态复杂，大小不等。矿石矿物成分主要有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、辉银矿、辉铋矿、辉钼矿等。

由于矿山超深超挖，以获得更大的经济效益，忽视环境安全及人生安全。因为矿井疏干排水后，才能继续往下开挖矿床，该地区为碳酸盐岩，浅部岩溶非常发育，大量排水疏干，导致岩溶地面塌陷、地面沉降、地面开裂等，造成十几栋房屋开裂、下沉、倒塌。而且选矿形成的废水、废渣影响到十几公里，甚至更远，附近的植物、禾苗不长，生态环境遭到破坏。

3 地质灾害原因及防治措施

3.1 岩溶地面塌陷原因分析

岩溶地面塌陷是指与岩溶有关的地面塌陷，可分为二种，一种是发生在石灰岩中的溶洞顶板塌陷，另一种发生在覆盖层中的土洞顶板塌陷。起主导作用的是人为因素。主要是矿坑疏干排水引起的岩溶地下水位下降，导致地下水动力条件的急剧变化，随着岩溶水位的降低同时，也会引起第四系松散层孔隙水位的降低，使上覆土层及岩溶裂隙中的充填物受到疏通潜蚀，当冲刷和淘空作用到达一定程度，就会在第四系土层下部或土层形成隐伏的土洞。土洞内细小颗粒随地下水的向下补给不断流入溶洞及裂隙内或被抽出地面，顶部土粒不断冒落，当地下水的搬运作用超过了冒落土体对岩溶通道、隐伏塌洞的堵塞作用，土洞随之逐渐向上扩展，至洞顶土体失去了自然平衡状态。导致地面开裂变形，断而产生下沉、塌陷、水质污染等等的环境公害。

3.2 地面塌陷防治措施

(1)加强管理和监测、制定合理的开采方案，防止任意开挖坑道，盲目开采。

(2)灰岩地区，用物探方法，圈定岩溶发育地段，查明溶洞、土洞形态，长、宽、高、顶、底板位置，充填情况等。

(3)禁止在建筑附近打井(坑道)大降深抽汲岩溶水。

(4)对已发生的塌陷、要及时回填陷坑，以恢复土地利用。

(5)对重要建筑物建议采用稳定的基岩作为桩基持力层。

(6)对基岩影响深度内的土洞、溶洞进行充填，对较小的溶洞、土洞采用梁板跨越。

(7)对地下水截流改道，防止土洞进一步发展。

3.3 矿坑突水防治措施

矿坑突水是矿山开采主要地质灾害之一，主要分为地面水灾防治和井下水灾防治。

地表水灾防治主要采取防、堵、截、排水的措施，合理确定井口位置，特别是井口标高要高出当地洪水位0.3～0.5 m以上。在地表变形区附近挖掘排水沟，将地表水引出变形区外，防止地表水回灌入井下，及时填压实地表裂缝，可避免地表水对矿井的危险。

井下水灾防治主要是针对老窑积水的溃入和强含水层的突水。特别是灰岩中存在溶洞裂隙水。必须收集本矿及邻矿的水文地质资料进行分析对比，建立完善合理的排水系统。