广西龙胜县楼梯寨滑石矿矿山地质灾害发育特征及防治措施

严 玮

桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541006

广西龙胜县楼梯寨滑石矿矿山地质灾害发育特征及防治措施

严 玮*

桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541006

通过对广西龙胜县楼梯寨滑石矿的实地调查，查明了矿山现状地质灾害发育状况，结合该矿山的地质环境条件、设计开采方式以及实际建设情况等，分析预测了矿山可能发生的地质灾害类型，并针对性的提出了防治措施。

滑石矿 地质灾害 崩塌 滑坡 防治措施 广西龙胜

滑石作为一种硅酸盐矿物，因其优良的物理、化学性质，被广泛用于橡胶、塑料、涂料、造纸、陶瓷、化妆品等行业，是重要的工业原料【1-2】。广西龙胜以产出优质滑石矿石而闻名【3-4】，滑石矿的开采因矿体形态、空间分布等的不同而采用地表或地下开采，或二者兼有之，因此地质灾害问题较多，防治难度较大。目前矿山开采引起的生态环境及地质灾害问题越来越受到社会和国家的关注【5】。

本文以广西龙胜楼梯寨滑石矿这一典型滑石矿山为例，阐明该矿山的地质环境条件，探讨其可能遭受的地质灾害威胁，并提出切实可能的防治措施，以期为同类型矿山提供一定参考价值。

1 矿山概况及环境地质条件

1.1 矿山概况

矿区位于龙胜县龙胜镇杜都坪村，开采矿种为滑石矿，本矿区滑石矿体呈似层状赋存于丹州群合桐组（Pt3h）薄层大理岩中，顺层产出或沿裂隙生成，矿体产出受保定—都坪区域断层控制。矿体控制长度200m，厚度4.24～5.15m，矿层厚度变化系数不大，连续性好。矿体产状320°∠74°，均属陡倾斜矿体，开采技术条件良好。矿石颜色为略带浅绿的白色，具显微鳞片变晶结构、块状构造。

自建矿以来，矿山一直采用露天开采，目前露天矿体已基本开采完毕，拟采用有底柱分段崩落法进行地下开采。矿区面积约0.1785km2，设计开采标高+525～+440m，设计生产规模为1万t/a，为一小型非金属矿山。

1.2 环境地质条件

1.2.1 气象水文条件 研究区地处亚热带季风气候区，雨水丰富，气候适宜，年平均气温17.8℃，最高气温38℃；，最低气温-5℃。本区年平均降雨量为1492.2mm，最大年降雨量1978.4mm，最小年降水量1020.8mm，最大日降雨量226mm，最大时降雨量74.6mm。

区内无大的地表水体发育，仅在山坳处受地表径流或短时降雨的影响分布有若干冲沟。大气降水是矿区地下水的主要来源，部分地区沟溪也补给地下水。采场主要受岩石节理、裂隙渗漏地表水的影响，从坑口标高+440m开掘的掘进平硐PD1涌水情况看，地下水对矿区采矿工作会产生一定的影响，但采用抽排等措施处理后不影响生产。

1.2.2 地形地貌 矿区地处构造剥蚀之中低山地貌区，总体地势南西高北东低，海拔标高+594.0～+390.5m，相对高差约203.5m，山体坡度在20°～35°，地形起伏变化中等。

1.2.3 地层岩性 根据野外调查和地区资料，矿区出露地层主要有：

寒武系边溪组下段（Єb1），自上而下岩性为不等粒长石石英砂岩、细粒杂砂岩，呈灰绿色，厚层状。

震旦系下统长安组（Z1c），岩性主要为砂岩、粉砂岩。

丹洲群拱洞组（Pt3g），呈浅灰—灰绿色，薄至中层状，岩性为绢云板岩、绢云千枚岩。

丹洲群合桐组（Pt3h），岩性主要为灰绿色，细碧岩和少量辉绿岩，顶部为大理岩、细碧岩，其中细碧岩发育枕状、杏仁状构造，钠长石化、碳酸盐岩化普遍，下部为炭质绢云千枚岩（图1）。

图1 矿区地质简图Fig.1 Geological sketch map of Loutizhai mine1.寒武系边溪组下段；2.寒武系清溪组上段；3.震旦系下统长安组；4.丹洲群拱洞组（Pt3g）；5.丹洲群合桐组（Pt3h）；6.地质界线；7.保定—都坪逆断层；8.滑石矿体

1.2.4 地质构造 矿区在区域上位于龙胜复式背斜南部倾没端，断裂构造在本区主要表现为区域性逆断层，呈北北东向，近等距平行分布，延伸长远，与龙胜复式背斜轴面大致平行或小角度斜交。矿区内小褶皱较发育，保定-都坪区域断层从矿区东侧穿过，为一高倾角逆断层，走向北北东，倾角65°～83°，断距大于200m，断裂破碎带宽0.30～2.0m，错断的地层为寒武系—丹洲群，主要由挤压破碎岩石、构造透镜体、糜棱岩、脉石英及少量角砾岩等组成。保定—都坪逆断层与龙胜复式褶皱走向上近一致，二者在展布方向和发育程度等方面表现了同一性。

1.2.5 地下水类型 矿区地下水类型可划分为3种：① 第四系松散岩类孔隙水，水量贫乏；② 变质岩基岩裂隙水，水量中等；③ 碎屑岩基岩裂隙水，水量贫乏。区内地下水主要接受气降雨及地表水体的下渗补给。矿区地形切割强烈，冲沟较为发育，径流条件好，矿区内大体由南向北径流，汇入矿区北侧溪流及冲沟内。矿床主要含水层富水性弱至中等。矿坑正常涌水量实测值为4.56m3/d，丰水期最大涌水量15m3/d。因此，地下水对地下开采影响较小。

2 矿山地质灾害发育现状评估

根据野外实地调查，矿山现状存在的地质灾害为PD1平硐口北西侧附近废渣场的崩塌。崩塌体成分主要为废石、渣土等，粒径10～60m不等，崩塌体体积约25m3，崩塌方向120°，最远滚落距离约3m，为一小型岩质崩塌，未造成直接经济损失，亦未对东侧矿山公路及过往车辆、行人等造成损伤。因此，矿区现状地质灾害问题少，危险性小，对本区影响程度较小。

3 矿山地质灾害发育预测评估

在地质灾害发育现状评估的基础上，根据设计开采形式、规模及工程特征并结合矿山地质环境条件特征分析，预测采矿工程活动可能引发、加剧及矿山工程本身可能遭受的地质灾害有崩塌、滑坡、泥石流、矿坑突水、采空区地面塌陷、采空区地面沉陷等。

3.1 矿山工程活动引发的地质灾害预测

矿山工程活动可能引发的地质灾害有崩塌、滑坡、泥石流、矿坑突水、采空区地面塌陷、采空区地面沉陷等。

3.1.1 崩塌、滑坡 矿山工程活动可能引发崩塌、滑坡地质灾害的区段主要在露天采场和平硐口，现分述如下。

露天采场：矿区东部露天采场的持续开采已将地表矿脉开采完毕，围绕采坑形成了一处岩质开采边坡P1，边坡宽约55m，高5～30m，坡角约50°，边坡主要由下部丹洲群合桐组（Pt3h）的大理岩、细碧岩及其上覆少量第四系松散表土组成。此类边坡临空面较高，节理发育，稳定性差，地下采矿活动的进行又对其产生一定的扰动，再加上岩土体的卸荷作用等诸多因素的影响下都会引起边坡失稳而产生崩塌、滑坡地质灾害，因此，矿山工程活动引发其崩塌、滑坡的可能性大。据边坡高宽、岩土性质及稳定性估计崩、滑体规模约为2000m3，崩塌、滑坡一旦发生会危及在场的5名采矿人员和铲车、货车等设备安全，造成的直接经济损失约80万元，其危害程度小，危险性小。

平硐口：平硐为逆坡开拓，岩石表层风化强烈，节理、裂隙发育，在雨水下渗和植被根劈作用的影响下，完整性遭到了破坏。目前矿山平硐开拓过程中已修建1条平硐PD1，深566m，已达矿体，在硐口形成1处高约2～6m，宽约3～25m的岩土质边坡P2，主坡向355°、平均坡角50°。平硐口边坡主要由下部丹洲群合桐组（Pt3h）的大理岩、细碧岩及其上覆少量第四系松散表土组成，硐口岩层S0产状145°∠51°，岩体主要发育有2组节理J1和J2，产状分别为150°∠70°、275°∠45°。为分析平硐口边坡P2的稳定性，根据工作面上节理及工作面边坡的特点，选用极射赤平投影图法（图2）。

图2 P2边坡与构造面赤平投影图Fig.2 Stereographic projection of side slope P2 and structural plane

据图2可知，各个结构面切割的岩块均处于稳定状态，故矿山工程活动引发平硐口边坡P2发生崩塌、滑坡的可能性小，崩、滑体积小于100m3。崩塌、滑坡地质灾害发生后，会威胁到工作人员（2～3人）的生命安全，损坏矿车等矿山设备，估计造成的直接经济损失60～80万元，其危害程度小，危险性小。

3.1.2 泥石流 堆料场和废渣场位于各平硐附近冲沟内，在平硐开拓和采矿过程中形成的废渣、品位较低的矿石沿冲沟堆积，废渣主要为白云石大理岩、千枚岩及板岩以及含粘土砂砾。废渣堆积体坡度较陡，且结构松散、稳定性差，为泥石流的产生提供了物源；矿区地形较陡，弃渣所在的地段上方集雨面积较大，纵坡降10%，为流通提供了条件；沟谷地形大体呈U字型，有利于泥石流的形成；堆料场和废渣场所在沟谷为季节性流水冲沟，枯期无水流，汛期最大流量约0.62m3/s。因此，在遭遇高强度连续降雨天气时，弃渣堆积体可能在完全饱水、浸润状态下流动，引发泥石流地质灾害，其规模应为小型（小于1000m3）。鉴于区内植被发育状况良好，泥石流发生的可能性不大【6】，因此预测采矿活动引发泥石流地质灾害发生的可能性中等。上述泥石流的产生会造成当地水土资源及生态环境的破坏，主要危害废渣场下方向的平硐、矿山公路、农田及附近工作人员（5～6人）等，其危害程度小，危险性小。

3.1.3 矿坑突水 矿山拟开采矿体在+440m以上，位于当地最低侵蚀基准面（+280m）之上，矿区断裂均为充填胶结类型，未发现导水断裂。因此矿坑充水因素仅存在季节性裂隙水。采坑位于山体谷地以上地段，为季节性富水，一般枯期坑内为点滴状出水，雨季坑道局部有裂隙渗流，目前在PD1坑道内测得渗水量约为4.56m3/d，涌水量不大，坑道内设置有边沟，坑道水可由坑口自然排出，因此，预测矿山开采引发矿坑突水的可能性中等，主要危害矿山坑道内采矿工作人员（7～8人）和设备等，危害程度小，危险性小。

3.1.4 采空区地面塌陷 随着矿山对矿体的地下开采，必将会形成采空区，而为不稳定岩石提供了临空面，岩石应力重新分布，加之顶板岩石厚度进一步变薄，在重力作用、地表机械荷载和爆破作用下都可能引发采空区地面塌陷。为了准确地评估其危害程度和危险性，本文对采空区的各变形要素专门讨论和分析如下：

采空区地面塌陷的评价，根据采空区的垮落带高度Hm和导水裂隙带高度Hli进行估算【7】。

式中：M-矿体平均厚度（m），取4.5；h-回采阶段高度（m）。计算结果见表1。

采空区埋深为25～75m，局部小于矿体的导水裂隙带高度及垮落带高度，但采空区埋深大于5倍以上采厚，预测发生塌陷和开裂的可能性中等。地面塌陷多在采空区形成以后才产生，塌陷出现时，会危害采区内的工作人员，约3～8人，预测塌陷造成直接经济损失小于100万元，其危害程度小，危险性小。

表1 各矿体导水裂隙带、垮落带高度预测值计算表Table 1 Predictive height for diversion fissure zone and caving zone of each ore body

3.1.5 采空区地面沉陷 采空区形成后，受重力影响，顶部岩石可能会发生移动和变形，引起地表下移、沉陷。为准确评估其危害程度和危险性，本文对采空区的各变形要素专门讨论和分析如下：

本次采空区地面沉陷的评价，根据采空区的地表影响区半径r、地表最大下沉值Wcm、最大倾斜值icm、最大曲率值Kcm、最大水平移动值εcm、最大水平变形值ucm进行评估。

经测算验证，本矿体充分采动程度为非充分采动，故其地表移动与变形预测值按以下公式【5】计算：

式中：M-矿体开采厚度（m），取4.5；q-单层采动下沉系数，取0.5；α-矿体倾角；n1-倾向采动系数，取0.37；n2-走向采动系数，取0.9；H-采区边界开采深度（m）；β-移动角，取65°计算；b-水平移动系数，取b=0.3（1+0.0086α）。计算结果见表2。

表2 矿体采空区变形预测值计算表Table 2 Predictive value of deformation for goaf of ore bodies

根据计算结果，采空区地面最大水平变形值达到了重度,最大倾斜值和最大下沉值达到了中度,其余指标在轻度级别。因此，预测评估矿山采矿活动引发采空区地面沉陷的可能性为中等。采矿区上方地面沉陷具有缓慢性，主要对植被林地造成影响，危害矿区作业人员（1～2人），引发采空区地面沉陷范围内没有其他建筑物，可能造成的直接经济损失小于100万，危害程度小，危险性小。

3.2 矿山工程活动可能加剧的地质灾害

经野外调查发现，废渣场目前已发生小规模崩塌，随着采矿活动的进行，弃渣、品位较低的矿渣等继续堆放，废渣场堆积体体积将持续增大，堆积体结构松散，稳定性较差，在降雨、平硐排水和机械振（震）动等作用下易导致废渣场崩塌规模进一步扩大，因此，矿山工程活动加剧废渣场崩塌地质灾害的可能性中等，主要危害废渣场运输作业的工作人员（4～5人）、矿山公路过往运输车辆及机械设备等，预估造成的直接经济损失在60～80万元，危害程度小，危险性小。

3.3 矿山工程活动本身可能遭受的地质灾害

预测矿山工程活动本身可能遭受的地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流、矿坑突水、采空区地面塌陷和采空区地面沉陷。其中，遭受崩塌、滑坡地质灾害的区段主要为露天采场、平硐口、废渣场及其附近地段；遭受泥石流地质灾害的区段主要在废渣场下游矿山公路、沟谷及附近地段；遭受矿坑突水地质灾害的区段主要在PD1坑道内；遭受采空区地面塌陷和采空区地面沉陷的区段主要为采空区附近地段。矿山本身遭受上述地质灾害的危害程度、危险性基本与引发的该灾种同级。

4 地质灾害防治措施

4.1 崩塌、滑坡防治措施

为防止露天采场、平硐口、废渣场等地段发生崩塌、滑坡地质灾害，应及时对已存在的危岩、浮石进行清除，且在采矿过程中时刻对平硐口边坡危岩进行清理，消除隐患。废渣场堆放终坡面应夯实，同时应严格控制堆放边坡的高度不超过2.5m，一般控制在2m。为防止雨季大气降水冲刷露天采场边坡、平硐口、废渣场引发崩塌、滑坡地质灾害，应在上述地段周边开挖或者修砌截排水沟，在废渣场下坡向修建浆砌石挡土墙。

4.2 泥石流防治措施

为防止泥石流地质灾害的发生，应避免在极端暴雨天气下进行矿山工程活动，雨季尽量减少大振动、大爆破等施工方式，做好山体坡面监测工作，必要时在矿区上方修建截排水沟，在冲沟下游修建挡土墙。

4.3 矿坑突水防治措施

为防止坑道发生矿坑突水地质灾害，应时刻监测地下水动态，对淋头水或积水较多的地方积极采取排水、放水等措施。此外，采掘过程中若遇到涌水量大的地段，或发现透水预兆现象，应回避绕行并注浆封堵，坚持“有疑必探，先探后掘”【8-9】。

4.4 采空区地面塌陷、沉陷防治措施

矿山采矿活动结束后，及时做好采空区回填和平硐口封堵工作，从平硐口由里往外填充至少20m的废石，再在平硐口修筑1m厚的浆砌石墙，嵌入平硐20cm。同时设立好警告标识，禁止人畜靠近，做好地表变形监测工作。

5 结论

（1）矿区地处构造剥蚀之中低山地貌区，地形起伏变化中等；保定-都坪区域断层从矿区东侧穿过，地质构造较复杂；地下水对矿山工程活动影响小，水文地质条件良好；滑石矿体呈似层状赋存于丹州群合桐组（Pt3h）薄层大理岩中，工程地质条件较差。综合来看，矿山地质环境条件复杂程度为中等。

（2）矿山现状条件下在废渣场发育有一处小型岩质崩塌，但未造成人员伤亡，亦未造成财产损失，危险性小。

（3）预测矿山可能发生的地质灾害有崩塌、滑坡、泥石流、矿坑突水、采空区地面塌陷、采空区地面沉陷，危害程度小，危险性小。

（4）针对性的对矿山可能发生的地质灾害提出了防治措施，如修建截排水沟、挡土墙，清理危岩、浮石，矿坑回填等。

1 李桥.浅谈广西龙胜滑石矿地质特征、成因及找矿方向[J].中国高新技术企业，2014，（6）：120～121

2 李艺.广西滑石的深加工开发现状及其发展方向探讨[J].广西轻工业，2006，（05）：1-2+28

3 姚柏华，唐名富，全洪波.龙胜三门镇滑石矿田地质环境灾害链及其综合治理[J].桂林理工大学学报，2015，（01）：74～80

4 陶中一.广西龙胜滑石矿田地质特征及成因探析[J].现代商贸工业，2011，（19）：251～252

5 何芳，徐友宁，乔冈，等.中国矿山地质灾害分布特征[J].地质通报，2012，31（1～2）：476～485

6 谢永彬，毛煜露.广西灌阳方解石矿矿山地质环境影响评估及治理恢复措施[J].山东国土资源，2014，（04）：78～81

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8 易顺明，谭泽斌，骆荣，等.深圳鹏茜大理石矿矿坑突水地质灾害及防治对策[J].水文地质工程地质，2001，（5）：51～52

9 谢军民.栖霞市滑石矿东部矿井突水地质灾害及其防治对策[J].山东国土资源，2012，28（4）：34～36

Development characteristics and prevention measures of geological hazards of Loutizhai talc mine in Longsheng county, Guangxi province

Yan Wei

Gollege of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541006, Guangxi, China

Through the field survey in Loutizhai of Longsheng County, Guangxi Province, the development of geological hazards of talc mine at present has been ascertained. Combined with the geological environment conditions, designed mining way and actual constructions, the possible type of geological hazards of the talc mine have been analyzed and forecast, risks have been assessed, and prevention measures have been offered. The geological condition and circumstance of the talc mine was moderately complex and there is a minitype rock collapse in the growth situation, the possible disasters are low damages and risks, including collapse, landslip, debris flow, mine water bursting, ground collapse of goaf and ground subsidence of goaf. Aim at above-mentioned geological hazards, a series of prevention measures have been proposed such as building drainage ditch, retaining wall, cleaning unstable rock, backfilling goaf, sealing adit entrance, etc.

talc mine，geological disasters，collapse，landslip，prevention measures，Longsheng county of Guangxi

P619.253 ；P694

A

1006–5296（2017）02–0116–06

严 玮（1993~）男，地质资源与地质工程专业，硕士

2017-02-27；改回日期：2017-03-06