廣西大新錳礦井下工程與工業園場地的穩定性關系

劉文安，鄧貴元

(中信大錳礦業有限責任公司大新分公司，廣西大新 532315)

1 場地區域地形和地貌

場地地貌單元屬峰林地形，位于槽形巖溶盆地的東端，盆地呈條帶形狀，地形較為平緩，兩側山峰陡峭尖挺，近似東西走向的山脈。盆地內地形標高316.6～322 m，兩側山峰標高576～684 m，山坡陡峭。山坡地面植被以灌木為主。盆地內已建廠房(包括一氧化錳廠、硫酸錳二廠、金屬錳二車間、新3萬t/a金屬錳廠和 EMD示范廠)；盆地北為礦運公路，坡上為廠房(硫酸錳一廠、金屬錳老廠和舊渣庫)，后山有一溶洞泉眼，常年流水，但受季節性影響大，南北流向匯集布康溪；盆地南坡上為硫酸廠，在建的東進風、東回風井工程。布康溪近東西向南偏聽偏流穿盆地，經東南端地表最低溶蝕基準面轉入地下河，標高約310 m。象，綜上可推測，此區域曾經歷過較為頻繁或較為強烈的地質構造運動，使得巖層內部的構造、結構變得加復雜。

2 場地區域的地質構造

圖1 構造

該區位于大區域向斜構造的南翼，為走向近東西的斷層谷地盆地，巖層的小褶皺發育，扭曲變形強烈。從區域地質構造圖知，有6條較大的斷層在此場地范圍內起作用(圖1)，分別是：F60在場地西面，近南北走向，與F51相交于場地東南角；F59在場地略偏東，近南北走向，與F52相交于場地稍偏北，幾乎與F51相交于場地稍偏南；F52東西走向，位于場地稍偏北面；F51、F50均位于場地稍偏南邊沿上；F1位于南面，區域內最大的斷層，近東西走向，幾乎穿越整個南翼礦區。在區域的東、南、北面都有巖層倒轉現

3 場地區域的地層分布及描述

根據《中信大錳公司大新分公司3萬t/a電解金屬錳巖土工程詳細勘察報告》[1]、《大新錳礦深部開采膠帶斜面井巖土工程詳細勘察報告》[2]、《大新錳礦280平峒及膠帶斜井物探勘察報告》[3]、膠帶斜面井施工地質編錄資料、下雷錳礦區南部礦段第0線地質及資儲量估算剖面圖等資料，進行地質分層和描述。

1)素填土(Qml)：灰褐色、黃褐色等，主要成分為粘性土，含有較多片石、碎石、礫石等，稍濕—濕，孔隙大，具高壓縮性，厚度0.2～8.10 m。

2)粉質粘土：灰白、灰褐色，硬塑狀態，無搖震反應，光滑光澤，中等干強度，中等韌性，粘性強。局部含水量角礫。層厚0.5～8.2 m，局部分布。屬中等壓縮性土。

3)含粘土角礫：灰褐、灰黑、黑色，含有約20%～30%的硬塑粘土。角礫主要成分是硅質巖，強—中等風化，粒徑0.2～2.0 cm。磨圓度較差，多呈梭角關，分選性差。稍濕，中密狀態。厚度0.8～7.8 m，局部分布，屬中等壓縮性土。

4)粉質粘土：灰白、灰褐、灰黑、黃褐色，可塑—軟塑狀態，局部混角礫、粘土或粉土，無搖震反應，光滑光澤，中等干強度，中等韌性。層厚0.5～10.3 m，局部分布。屬高壓縮性土。

5)含粘土碎石：灰褐、灰黑、黑色，碎石主要成分是硅質巖，中等風化，粒徑2.0～6.0 m。呈梭角關，分選性差。稍濕，中密—密實狀態。下部碎石較多，層理明顯，強度較高。鉆探鉆入0.4～20.9 m未揭穿該層。全場均有分布。屬中等—低壓縮性土。

6)硅質灰巖(D3l)：深灰色、灰黑色，中厚層狀構造。巖石節理、裂隙發育中等，有方解石脈充填。巖芯較完整，巖芯多呈長柱狀，部分短柱狀，屬堅硬巖石。膠帶斜井勘察中鉆孔2號、3號、4號、5號、6號均有揭露，層頂埋深8.10～42.40 m。

7)泥巖夾硅質巖(D3l)：深灰色、灰黑色，泥質結構，薄層—中厚層狀構造。巖石節理裂隙發育，巖層破碎，風化強烈，風化后成土狀構造，局部有硅質巖夾層。屬極軟巖。膠帶斜井勘察中鉆孔2號、6號有揭露，厚度5.20～32.40 m。

8)硅質巖(D3l)：灰色、深灰色、灰黑色，薄層狀構造。巖石節理、裂隙發育，巖層破碎，風化強烈，風化后成為密實的碎石土，硅質巖層理發育，泥巖為微層夾于硅質巖間。屬較軟巖。膠帶斜井勘察中鉆孔0號、7號有揭露，深度10.00～208.20 m。

另外，根據《下雷錳礦區南部礦段第0線地質及資儲量估算剖面圖》可知，場地區域下伏巖層為下炭系大塘階(C1d)白云質灰巖和灰巖、巖關階(C1y)灰巖。

4 場地區域巖溶發育及水文地質情況

根據收集的區域地質資料、實地調查、鉆孔揭露、物探資料顯示，巖溶發育主要在石炭系(C1d、C1y)、泥盆系上統榴江組(D3l)硅質灰巖及泥盆系中統東崗嶺組(D2d)灰巖，巖溶發育形式以溶洞、地下河、溶溝、落水洞等為主。場地東南端有地下河入口出現，金屬錳舊廠后山有泉眼出現，膠帶斜井鉆孔勘探和280平峒物探均存在溶洞、破裂帶。這些是溶洞發育的很好證明。

根據已有資料顯示，場地區域內沒有有關水文地質勘察的詳細資料，現有資料都是根據礦區大區域的資料推斷得來，這顯然存在極大的偏差。此區域主要存在地表水(布康溪)、松散巖層孔隙水、巖溶溶洞裂隙水、基巖裂隙水、巖層的層間水等，場地區域內的地下水正常穩定水位的標高約316 m。從目前地下工程揭露資料分析，幾種形式存在的水有著密切水力聯系。

5 場地穩定性淺析

1)場地位于布康溪轉入地下河之前的最下游，地處槽形條狀盆地，屬沖積地形，從對場地進行的鉆孔資料得到進一步的驗證：盆地處于北面地勢土層(基巖以上)的底面標高比處于南面相應土層相應層面的標高高出很多，西面與東面的關系同前述。這是河流沖刷沉積的結果。土層厚度、成分的粒度極不均勻，由土力學性質可知，土層厚度、成分相差越大，同樣受力條件下其變形(沉降或壓縮)程度也就差異越大[4]。由于此層含的是孔隙水，其靜水壓力和排泄水能力也不一樣，造成不均勻沉降。

2)從地質學角度來講“逢溝必斷”，塹溝在此場地的東南側存在，說明有斷層存在，褶皺與斷層密不可分，斷層與派生的褶皺共同作用，使得該區域巖層破碎、弱化，形成斷裂帶和溶洞。5條斷層在該區域內，巖層倒轉，地下河存在，說明局部巖層破碎、弱化，受溶蝕的結果。斷層的存在，在隔水層內部在某一特定位置形成地下水通道，失去其隔水實際作用，含水層間的水力聯系就自然而然形成。

3)根據280平峒物探資料顯示，W T1線1 050～1 420 m間(在新3萬t/a金屬錳廠場地南面)，標高約265～313 m層間，充填溶洞、裂隙發育、破碎、節理、層理發育占長度比例達45%；W T3線335～800 m間(膠帶斜井路線，通過新3萬t/a金屬錳場地)，標高約259～269，292～299，300～329 m層間，充填溶洞、裂隙發育、破碎、節理、層理發育占長度比例達17%；WT6線50～200 m間，標高約262～309 m層間，充填溶洞、裂隙發育、破碎、節理、層理發育占長度比例達 52%；W T7線50～200 m間，標高約260～319 m層間，充填溶洞、裂隙發育、破碎、節理、層理發育占長度比例達62%。膠帶斜井勘察資料也描述有溶洞(3號、5號鉆孔)和巖層裂隙、節理發育。膠帶斜井施工地質編錄資料描述192～320 m段(2號～3號鉆孔間)局部小型褶皺，巖層、節理、裂隙中等發育，局部地段有淋水、滴水現象。溶洞、裂隙發育、破碎、節理、層理發育加大了地下水水力聯系的可能。

4)場地區域位于向斜構造的南翼，地下水的正常流向是沿巖層層面向軸心方向流動。

5)由于原廠區場地范圍沒有進行地基勘察或勘察鉆孔深度沒達到、超過基巖層面，不清楚基巖實際埋深，對基巖以下巖層(巖石)的完整性不能作出正確判斷，參照周圍同類條件來推斷：溶洞、裂隙、破碎、節理發育情況也會存在。了解到的地下水位是孔隙水潛水水位，與溶洞、裂隙水、基巖層間水的水力聯系不清。

綜合上述分析：場地區域內以各種形式存在地下水之間的水力聯系極為密切。地下礦床的開采必然要對地下水進行疏干，在排泄地下水過程中，由于地下水靜水壓力和動水壓力共同作用，原本已被充填隔水的裂隙會被疏通，重新形成地下水徑流的通道，在地下水補給量小于排泄量時，某一標高以上的巖層內水壓力變小，繼而地下水對上層巖層的浮力變小，巖層就會失去原有平衡狀態，這時巖層通過應力釋放重新達到新的平衡狀態，形成巖層變形、沉降、破壞、塌陷。對于溶洞的泄水，由于虹吸作用，會加大對溶洞頂板的破壞能力，所以對于溶洞頂板厚度不足、巖層愈破裂其被破壞程度愈嚴重。地基受破壞程度與地層不均勻程度、地下水賦存形式、溶洞大小及充填情況有著密切的關系。

6 結語

鑒于廠房已存在，地下開采也必須進行，天然地基沉降不可避免，可通過人為措施適度改良，有如下建議。

1)由于場地區域的工程地質和水文地質條件不清楚，應加緊對場地區域地質資料進行補充勘察。

2)由于廠區構筑物是淺基礎，持力層受地下水水位變化影響大，場地地基勘察資料顯示，要進行地基巖土工程處理、加固。注漿(井筒掘進超前注漿或地表鉆孔對地基注漿)是處理此類地基最好辦法，可人為排泄地下水，尤其是非基巖層以上的潛水，注漿同時起到加密土層的作用，減少巖層變形量[5]。

3)為了不改變原地下開采設計的主系統布局，認為繼續按膠帶斜井掘進，因為不管是另擇地點施工豎井，還是施工斜坡道(正常情況只是作為設備的進出用途)，最終采礦工藝階段還是要疏干某一標高以上巖層內地下水，這樣就不可避免造成地表下陷。

4)區域水文觀測孔是必須的，有必要提前進行。

5)場地區域的補充勘察報告，必須說明井下工程對地表構筑物可能造成影響程度。

[1]廣西冶金工業設計研究院.中信大錳公司大新分公司3萬t/a電解金屬錳巖土工程詳細勘察報告[R].南寧：廣西冶金工業設計研究院，2006.

[2]徐初來.大新錳礦深部開采膠帶斜面井巖土工程詳細勘察報告[R].南寧：廣西有色勘察設計研究院，2007.

[3]南寧地礦地質工程勘察院.大新錳礦280平峒及膠帶斜井物探勘察報告[R].南寧：南寧地礦地質工程勘察院，2008.

[4]張喜發.巖土工程勘察與評價[M].長春：吉林科學技術出版社，1995.

[5]GB50021-2001，巖土工程勘察規范[S].