广西大新锰矿地下开采诱发地质灾害的防治

刘文安，段志伟，张丽云

(1. 中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新 532315； 2. 中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530029)

0 前 言

矿山地质灾害是由于自然地质作用和人为开采因素导致矿山生态地质环境恶化造成的，危及生命财产安全，并能造成重大经济损失的矿区灾害，是自然灾害的重要组成部分，是地质灾害的分支。地下开采产生的或潜在的矿山地质灾害主要有地面变形灾害和矿井灾害。地面变形灾害主要表现为地面塌陷、地面沉降和地裂缝，同时又可能进一步诱发山体开裂，进而发生崩塌、滑坡等地质灾害。纵观全国范围内的矿山开采，矿山地质灾害的防治是个十分严峻的问题，只有科学、客观地认识矿山地质灾害产生的原因，才能有效地防治及处理矿山开采过程中所产生的不利因素影响，确保人民群众的生命财产安全，减少重大的经济损失[1]。

1 矿山开采现状

大新锰矿经过五十多年的露天开采，南翼矿段的露天开采作业已进入闭坑收尾阶段，矿山复垦工作也在有序地开展，其中，矿区0～4a线范围存在已闭坑多年的民采废弃窿道及采空区。

大新锰矿南翼矿段地下开采采用胶带斜井与中央副井(竖井)联合开拓，自1999年开工建设，经过多次改造扩能建设，综合生产能力达80～100万t/a。同时，大新锰矿150万t/a采矿扩能工程正在建设当中，届时，地下开采设计能力150万t/a。公司生产所需矿石原料全部由地下矿山供应。

随着地下矿山提供矿石原料所占比重愈来愈大，地下开采在公司原料供应中逐渐占据决定性的主导地位。然而，在井巷建设和地下开采的过程中，诱发了一些常见的矿山地质灾害：①民采区域对地下水反复疏干，山体地面变形，形成地裂缝，发展诱发了山体开裂，最终造成了山体崩塌的灾害；②近地表区域因地下开采形成空区诱发地面塌陷；③采空区的存在造成地面塌陷，28线原观景平台消失(见图2)；④采空区诱发断层移动，破坏公路设施；⑤采空区导致围岩应力变化造成边坡位移，出现地面下沉；⑥在胶带斜井井巷工程施工过程中，因爆破后发生溶洞泄水，造成地面沉降，生产车间的构筑物不同程度下沉，等等。

这些矿山地质灾害的发生对我们敲响了警钟，提醒我们“预防为上，治理为下”的地质灾害防治指导思想[2]。

2 大新锰矿地下开采诱发的地质灾害

大新锰矿矿区属于典型的喀斯特地貌，溶洞发育，地下水中等偏复杂，区域内断层、褶皱发育，矿区位于向斜内，这些客观因素的存在与人为开采活动加剧了诱发地质灾害的可能性。由于矿区地形对建设场地造成的限制，生产厂区大多建设在受地下开采活动影响的区域范围内，主要矿区运输公路和部分工业设施座落于塌陷区范围内。经分析，主要存在的地质灾害和影响表现有以下几点。

2.1 采空区塌陷

根据设计和现场开采施工实际，目前矿山地下开采主要采矿方法是空场采矿法中的留矿法及房柱法。此类采矿方法在井下形成巨大的采空区，当其达到一定空间规模后，采空区上覆顶板岩层无法承载自身重力、覆盖岩层及建筑物等压力作用，会产生向下的弯曲和移动，超过其极限强度时，顶板发生断裂，上层覆盖岩层相继向下弯曲、移动，直至发生断裂以及离层等现象，最终波及地表而形成盆地类型的塌陷坑。一旦发生此类事故，会造成井下生产设施和地表工业建筑设施破坏，危及人身、财产安全。

2.2 地面沉降

地下开采活动形成流水通道，导致区域内的地下水逐渐疏干，岩层间失去了水的浮力，造成地下松散地层固结压缩，导致地面局部不均匀降低，地下水疏干周而复始的作用，会使部分泥土颗粒不同步地流失，从而加剧地面沉降，溶洞的泄水更为严重，会造成地表直接塌陷，最终导致地面构筑物被破坏。如硫酸锰厂、一氧化锰厂、中试厂和电解金属锰厂等都在受地面沉降影响范围区域内。

2.3 地裂缝及山体崩塌

矿区为喀斯特地貌，岩溶发育，断层、褶皱发育，进而岩层节理发育，采空区的变化使得岩层应力发生很大变化，地表水的渗透，地下水的疏干也使得岩层裂隙水反复被疏干，加剧地裂缝的发展，达到一定极限后会形成山体崩塌。山体崩塌受自然环境及地质条件的影响较大，随着地采开采大片空区的形成，边坡岩体受地表不均匀沉降影响，在自身重力及外界应力的作用下，达到一定程度后，会形成一定范围内的岩体破坏结构面，进而发生山体崩塌[3]。

2.4 矿井突水

随着地采深度的不断增加，井下涌水量日益增多。矿井突水是锰矿地下开采一种较为严重的地质灾害。井下突水来势凶猛，具有瞬时涌水量并造成重大损失的特点，井下冒水灾害已然成为影响井下安全开采的重大关键问题。目前，大新锰矿地下开采掘进面涌水量变化较大，为了保证安全掘进，始终坚持“有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则，采用物探(瞬变电磁仪)、钻探等探水手段对掘进面做好超前探放水工作，及时探明周边的地层含水情况，杜绝突水事件的发生。

3 大新锰矿地质灾害的勘察方法

1)地球信息技术综合法

目前，大新锰矿对于地下开采诱发的地质灾害观测方法主要有GPS、RS及GIS等技术。这些地球信息综合技术方法可以直观的反应各种情况，有效的提高工作效率，对于矿山地质灾害的勘察及预测有重要参考作用。

2)水文地质与岩土力学试验法

当前，水文地质与岩土力学试验法是矿山地质灾害监控最为常见的方法之一，该方法可以有效直观的监控、分析矿山地质灾害问题，主要通过现场调查获取数据资料，结合岩土力学水质、浸泡等试验分析地质灾害问题，该方法相对地球信息技术优势较低，但却能更本质的体现地质灾害问题[4]。

3)地球物理勘探方法

地球物理勘探方法也是大新锰矿地下开采勘探地质灾害破坏情况的一种方式。该方法主要通过对岩土导电性能的差异进行对比的一种勘探方法。目前，使用较多的主要为瞬变电磁仪器的超前探测法，该方法通过现场数据的采集，根据岩层体周区物质的导电性差异来判别裂隙及岩溶水情况，后续通过数据绘制剖面图件，综合分析后给以现场掘进工作提供参考依据。瞬变电磁地球物理勘探法有效的避免了井下突水灾害的发生。

4)地球化学勘探方法

地球化学勘探法主要通过对破坏区内岩土体的取样化验进而判断地质灾害诱发的环境污染问题。通过对污染因素和污染源头的取样分析，准确的控制岩土体污染情况，该方法对于矿山地质灾害污染机制的研制具有重大参考依据。

4 大新锰矿地下开采地质灾害的防治措施

在进行地下开采的同时，为减少、降低诱发地质灾害的可能，确保地面构建物、人身及财产安全，在工程施工过程中对地质灾害进行预判，采取预防和治理措施是极为必要的。

1)采用科学有效的生产体制

在矿山开采设计时，结合地层岩性、矿体的赋存条件，采用合理、科学的采矿方法，必要时采用适当的支护方式；加强矿井开采工作管理，严禁违规操作和非正常开采，做好井下突水的防治措施。其次，运用科学有效的管理体制，对矿区范围内人员及环境的科学管理，完善地质环境治理规程，充分发挥因地制宜的治理方案，加快矿区绿色矿山建设。

2)采空区回填及隐患排查

采取充填开采技术和减灾的采矿方法，达到减轻塌陷灾害的预防目的，如有选择性的充填关键位置的采空区；为防止地表大面积塌陷，可以对采空区人为地崩落围岩、充填部分采空区，对地表塌陷区及时充填、复垦。同时有针对性对厂区车间地质条件进行排查，容易受地下水变化影响的区域地层或存在溶洞位置，应进行注浆固结或充填，避免发生不均匀沉降或塌陷；对人员集居、厂区构筑物和主要交通公路周边山体进行排查、监控，及时发现排除险体或加固处理，采空区的存在会使岩体应力发生很大变化，从而产生裂隙，地下水疏干、渗透周而复始的作用促使地质条件恶化,引发严重后果。

3)积极进行开采沉降监测预报

矿区开采的沉陷问题具有一定的规律，沉陷区形成与地质采矿因素息息相关，如矿层的倾角、开采厚度、采区布置及采矿方法等。大新锰矿不同片区地质采矿条件差异较大，开采导致的沉陷分布规律也有区别。因此，大新锰矿地采开采工程应积极进行开采沉陷的监测及预报，可在已开采的区域布置地表移动观测站点，定期安排人员对不同时期内站点的空间位置变化进行观测，通过前后数据的对比分析，总结出每个片区因开采问题而导致的地表移动、沉陷及变形的变化规律，从而有效的预计和预报各采区因沉陷问题而导致的设施破坏问题。预计所得的结果可作为因沉陷影响而导致的设施破坏维修及地表预回填的工作依据[5]。

4)矿井突水防治措施

对于井下突水灾害，必须做好超前探水工作，了解开采矿区地质构造特征，通过研究岩体内断裂构造的分布规律，做好疏水降压、溶洞泄水方案，有准备、有目的泄水，避免因泄水造成地表塌陷，危及地面工程或井下工程。必要时对溶洞提前充填，通过地面注浆站集中造浆、注浆，井下施工注浆孔向岩溶裂隙破碎带注浆可以有效防治井下突水事件的发生。

5)建立健全地质灾害管理制度

大新锰矿地下开采随着采区的不断扩大，地表沉降、边坡坍塌等问题日益增多，为了有效的把矿山地质灾害控制在合理范围内，建立健全地质灾害管理制度刻不容缓。通过建立各项规章管理制度，健全大新锰矿生态风险评价体制及安装灾害监测网络预警系统，加强环境保护观念，因地制宜治理各项地质灾害。在进行地下开采工作时，必须明确矿山企业保护环境的责任，通过引进先进的采矿技术，减少因采矿不合理而产生的地质灾害问题。对于已产生的灾害问题，治理合理的环境恢复措施，定期对环境的恢复情况进行监督检查。同时，积极推行地质环境保证金制度，设立防治基金来完善投入机制，减少矿山地质灾害的发生。

5 塌陷区域环境灾害治理

随着大新锰矿地下开采深度及范围的增大，矿区土地的坍塌及开裂问题时有发生。近期中央副井部分工业设施因地面沉降导致的墙体开裂和副井周区边坡的滑塌等问题都强烈说明着塌陷灾害治理的必要性。因此，必须采取合理措施对地表塌陷区进行全面治理。地表塌陷的治理应根据现场的塌陷情况及矿区生产条件进行规划，通过科学有效的治理措施因地制宜的开展。首先，对于塌陷区内无积水的情况且易出现大量裂痕、塌陷坑等不连续破坏形态可使用推土机填土进行修补和平整。对于有积水的塌陷区，可采用疏水法建立排水系统，通过排水渠把水排入附近河流，后续再使用推土机填土整平。其次，对于较深的塌陷区，可采用挖深垫浅法，即将塌陷深的区域再挖深，挖出的土方用于回填浅的塌陷区，使塌陷深区改造成鱼塘，塌陷浅区恢复成耕地。塌陷区域的改造治理不仅可以有效的恢复原有的生态地貌，也可促进当地产业经济的发展。

6 结 语

地下开采引发地质灾害的条件是必然存在的，随着大新锰矿地下开采工程的不断扩大，发生地质灾害的几率随之增大，我们一定要防范于未然，充分分析地质灾害存在的类型，有针对性地对已发生和潜在的地质灾害采取治理和预防措施，将地质灾害可能造成的损失降到最低。在今后的地下开采工作中，必须对矿体的变化情况进行核实，在充分了解矿体空间形态下采取合理的采矿方法，减少因不合理的采矿工艺而产生的地质灾害问题。同时提高地质灾害的防治水平，确保资源开采与环境保护协同发展，促进区域地质环境的好转，为大新锰矿建设新型绿色矿山奠定坚实的基础。