廣西資源縣某螢石礦礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及防治對(duì)策

蔣劍，鄭劍鋒，陳雪源

(桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林　541004)

廣西資源縣某螢石礦礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及防治對(duì)策

蔣劍，鄭劍鋒，陳雪源

(桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林541004)

以廣西資源縣某螢石礦山為例，重點(diǎn)介紹礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估的分析思路及基本方法，并提出有效的防控對(duì)策。在了解礦山基本情況和查明礦山地質(zhì)環(huán)境背景的基礎(chǔ)上，綜合采礦場(chǎng)地形及工程活動(dòng)特征，對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)估和預(yù)測(cè)評(píng)估，并提出了相應(yīng)的防治對(duì)策。

螢石礦；地質(zhì)災(zāi)害；防治對(duì)策；廣西資源

引文格式：蔣劍，鄭劍鋒，陳雪源.廣西資源縣某螢石礦礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及防治對(duì)策[J].山東國(guó)土資源，2015，31(1)：50-54.JIANG Jian,ZHENG Jianfeng,CHEN Xueyuan.Geology disaster risk assessment and Prevention countermeasures about a fluorite ore mine in Ziyuan county of Guangxi province[J].Shandong Land and Resources,2015，31(1)：50-54.

礦山地質(zhì)災(zāi)害是指自然地質(zhì)作用和礦山地質(zhì)作用(亦稱人為地質(zhì)作用)導(dǎo)致的礦山生態(tài)地質(zhì)環(huán)境惡化，并造成人類生命和財(cái)產(chǎn)損失或人類賴以生存的資源、環(huán)境嚴(yán)重破壞的災(zāi)害事件，主要包括崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害[1]。近幾年，隨著礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)力度的不斷加大，礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率呈加劇趨勢(shì)，尤其是地下開(kāi)采礦山，對(duì)礦業(yè)正常生產(chǎn)和人居生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，甚至造成重大的群死群傷災(zāi)難[2]。該次研究針對(duì)廣西資源縣某螢石礦礦山的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，分析了礦山因開(kāi)采而產(chǎn)生及誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的類型、成因，并提出了該礦山地質(zhì)災(zāi)害的有效防治措施，亦可為其他同類型礦所參考。

1　礦山基本概況

礦山工程位于廣西北部低山地貌區(qū)，礦區(qū)面積0.198km2，開(kāi)采礦種為螢石礦，開(kāi)采方式為地下開(kāi)采，開(kāi)采規(guī)模為1萬(wàn)t/a，開(kāi)采標(biāo)高為+750m～+400m，為小型礦山。可采資源儲(chǔ)量為78016.77t，由2條礦脈組成，Ⅰ號(hào)脈體長(zhǎng)約320m，平均厚度2.4m，其傾向?yàn)?23°，傾角為65°～78°；Ⅱ號(hào)脈體長(zhǎng)340m，平均厚為1.5m，其產(chǎn)狀與Ⅰ號(hào)脈體基本一致。并建設(shè)有堆礦坪、采空區(qū)、炸藥庫(kù)、生活區(qū)和變電站等配套設(shè)施。

2　礦山地質(zhì)環(huán)境概況

2.1氣象水文

礦區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和，年平均氣溫16.4℃；陽(yáng)光充足，年平均日照為1305.6h；降雨量充沛，年平均降雨量1773mm，有記載的日最大降雨量為1983年的6月20日，3小時(shí)降雨量達(dá)208.6mm。

礦區(qū)相對(duì)高差較大，地表溝谷發(fā)育，較長(zhǎng)的溝谷中只有少量的溪水存在，干旱季節(jié)常會(huì)斷流，雨季和發(fā)洪水時(shí)排泄快，并最終注入北東側(cè)的漆樹(shù)底河。

2.2地形地貌

礦區(qū)位于構(gòu)造剝蝕地貌區(qū)之中低山地貌亞區(qū)，地貌類型單一，總體地勢(shì)為西高東低，區(qū)內(nèi)海拔標(biāo)高+796.5～+400.0m，相對(duì)高差約396.5m，自然坡度在30°～45°之間，局部較陡可達(dá)50°，地形起伏變化大，山體主要由中細(xì)粒含斑二云鉀長(zhǎng)花崗巖體組成，山坡上覆蓋有較薄的第四紀(jì)松散土層，局部巖體裸露，植被覆蓋率約95%。

2.3地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造

2.3.1地層巖性

礦區(qū)分布地層為第四系的碎石粉質(zhì)粘土和腐植土，厚0.5～3m；巖體為貓兒山加里東期的肉紅、淺肉紅色中細(xì)粒含斑二云鉀長(zhǎng)花崗巖，巖石主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和石英，其次是黑云母、白云母、堇青石及電氣石。

2.3.2地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)NE走向斷裂較發(fā)育，南東側(cè)約1km處有數(shù)條不知名小斷裂，其中F1斷層控制著南西段的Ⅰ號(hào)礦體和北東段的Ⅱ號(hào)礦體，傾向323°～330°,傾角65°～85°。礦區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理弱發(fā)育，主要發(fā)育的有2組，節(jié)理密度1條/5～10m，其產(chǎn)狀分別為250°∠80°，60°∠70°，常被石英和鐵、錳質(zhì)等充填，主要為剪節(jié)理。

2.4水文地質(zhì)條件

2.4.1含水巖組空間分布及其水文地質(zhì)特征

礦區(qū)地下水主要分為第四系松散巖類孔隙水和塊狀巖類裂隙水。

第四紀(jì)松散巖類孔隙水主要分布于地勢(shì)低洼地帶，含水層主要為殘坡積、沖洪積的粘土、粉質(zhì)粘土與風(fēng)化基巖碎塊的混合物以及含碎石粉質(zhì)粘土層等。一般含水微弱，地下水補(bǔ)給主要靠大氣降水，加上地形陡峻，多順地表徑流或沿裂隙流走，泉流量多小于0.5L/s。

塊狀巖類裂隙水含水巖組為加里東期的中細(xì)粒含斑二云鉀長(zhǎng)花崗巖體，巖體裂隙一般不發(fā)育，多呈閉合狀或被石英、方解石脈充填，為不含水層，加之礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上，對(duì)礦床充水沒(méi)有多大影響，地下水主要分布于花崗巖與風(fēng)化殘坡積層界面中，一般含水量中等，常見(jiàn)泉流量0.34～0.78L/s，最大達(dá)2.357L/s。

2.4.2斷層破碎帶含水特征

礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育F1斷層，兩側(cè)巖體質(zhì)地堅(jiān)硬，裂隙和孔隙弱發(fā)育，因此，斷層帶透水性較差，富水性弱，一般僅在雨季或雨后有少量降水沿?cái)鄬訋聺B，但水量不大。

2.5工程地質(zhì)條件

礦區(qū)可劃分為塊狀堅(jiān)硬花崗巖巖組和第四紀(jì)松散土體2大巖土體類型。

塊狀堅(jiān)硬花崗巖巖組分布于整個(gè)礦區(qū)，該組巖石結(jié)構(gòu)致密，抗拉強(qiáng)度(Pt)7～25MPa，內(nèi)摩擦角φ=45°～60°，軟化系數(shù)(K)0.8，粘聚力C=14～50MPa，飽和單軸抗壓強(qiáng)度(Rc)100～250MPa，屬硬質(zhì)巖石，壓縮性低，承載力高。部分出露的巖體由于節(jié)理裂隙發(fā)育，力學(xué)性能受到一定影響，但巖體總體較完整，切坡較穩(wěn)定。

第四紀(jì)松散土體主要分布于評(píng)估區(qū)的山坡及坡角處，為基巖風(fēng)化而成的殘坡積松散土層，黃褐色—淺棕色，中密—稍密，屬中等壓縮性土，近地表或被揭露而失水干燥多為松散狀態(tài)，成分主要為粘土，局部夾砂或花崗巖碎塊。

3　礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)估

野外調(diào)查表明，礦區(qū)內(nèi)除局部地段因耕種和平硐口開(kāi)挖造成小規(guī)模水土流失不良地質(zhì)現(xiàn)象外，未見(jiàn)有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。因此，現(xiàn)狀評(píng)估認(rèn)為，評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害弱發(fā)育，危害程度小，危險(xiǎn)性小，地質(zhì)災(zāi)害影響程度較輕。

4　礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估

4.1預(yù)測(cè)采礦活動(dòng)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害

4.1.1崩塌、滑坡

(1)平硐口均為逆坡開(kāi)拓，硐口需修整切坡，硐口處山坡自然坡角一般30°～45°，后緣山坡高；在前期平硐開(kāi)拓過(guò)程中已形成3處寬3～6m，高2～8m，坡角70°～86°的巖土質(zhì)邊坡。硐口人工切坡形成較高陡臨空面，后緣山坡陡且高，在自身重應(yīng)力、施工機(jī)械振動(dòng)、爆破作業(yè)等因素作用下，引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，其規(guī)模小于150m3。由于工作人員及機(jī)械經(jīng)常進(jìn)出平硐口，崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害一旦產(chǎn)生，將直接危害采礦設(shè)備及工作人員(6～12人)的安全，影響采礦作業(yè)的正常進(jìn)行。因此，預(yù)測(cè)平硐口邊坡引發(fā)邊坡崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

(2)廢渣場(chǎng)和表土堆放場(chǎng)建設(shè)可能引發(fā)的崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)估。 在采礦活動(dòng)中，廢渣場(chǎng)、表土堆放場(chǎng)將形成高1～3m、邊坡角40°～60°、體積約3800m3的堆積體，主要由礦山開(kāi)采過(guò)程產(chǎn)生的廢渣土石組成。上述邊坡體結(jié)構(gòu)松散、穩(wěn)定性較差，在降雨和機(jī)械振(震)動(dòng)等作用下易引發(fā)崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。主要危害附近的工作人員(5～8人)、運(yùn)輸車輛及機(jī)械設(shè)備等。鑒于上述場(chǎng)地不會(huì)形成較大的堆積體(<5000m3)。預(yù)測(cè)上述區(qū)段引發(fā)崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

4.1.2泥石流

評(píng)估區(qū)雨量充沛，地形起伏較大、坡高谷深，加之殘坡積層較為松散，具備發(fā)生泥石流的環(huán)境地質(zhì)條件。在修建礦山配套設(shè)施剝離的表土和平硐開(kāi)拓及采礦過(guò)程中形成的廢渣在平硐口斜坡或沖溝中堆積，堆積體坡度較陡(一般35°～45°)，加之廢渣堆積體結(jié)構(gòu)松散、穩(wěn)定系數(shù)低、防沖刷能力弱，為泥石流的產(chǎn)生提供了物源。因此，在遇到持續(xù)強(qiáng)降雨時(shí)，地下排泄區(qū)的地下水排量增大，孔隙水壓力加強(qiáng)，地面山洪暴發(fā)，在地表水的沖刷及地下水的滲透作用下，可能使堆放的堆積體飽和、流動(dòng)，引發(fā)泥石流地質(zhì)災(zāi)害。泥石流可能對(duì)當(dāng)?shù)厮临Y源及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期的不利影響，亦會(huì)堵塞溪溝、破壞環(huán)境，也會(huì)威脅到附近過(guò)往的車輛、工作人員、居民(8～15人)及礦山的生產(chǎn)、生活設(shè)施及其下游地區(qū)。預(yù)測(cè)采礦活動(dòng)引發(fā)泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等。

4.1.3采空區(qū)地面塌陷

隨著礦山對(duì)礦體的開(kāi)采，將會(huì)形成一定的采空區(qū)，為不穩(wěn)定巖體提供了臨空面，上部巖土體原有平衡被破壞，在重力作用下，礦體上方地表巖、土體可能向下陷落引發(fā)采空區(qū)地面塌陷[3-4]。

為了客觀地評(píng)估采空區(qū)地面塌陷的危害性，對(duì)采空區(qū)的垮落帶高度Hm、導(dǎo)水裂隙帶高度Hli進(jìn)行估算，其結(jié)果作為采空區(qū)地表塌陷評(píng)價(jià)的依據(jù)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1：

表1　各礦體導(dǎo)水裂隙帶、垮落帶高度預(yù)測(cè)值計(jì)算

垮落帶高度Hm=(0.4～0.5)Hli(傾角大于55°)

式中：M—礦層法線厚度(m)；h—回采階段高度(m)。

表1計(jì)算結(jié)果表明，礦體厚度越大，采空區(qū)垮落帶高度及導(dǎo)水裂隙帶高度越大，地表變形受影響越明顯；該次設(shè)計(jì)Ⅰ，Ⅱ號(hào)礦體采空區(qū)埋深分別為25m，23m，均大于各自礦體的導(dǎo)水裂隙帶高度及垮落帶高度，且采空區(qū)埋深大于5倍以上采厚。因此，預(yù)測(cè)評(píng)估采礦活動(dòng)引發(fā)采空區(qū)地面塌陷的可能性小，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

4.1.4采空區(qū)地面沉陷

隨著礦山開(kāi)采形成采空區(qū)，則為不穩(wěn)定巖體提供了臨空面，上部巖土體原有平衡被破壞，在重力作用下，頂部基巖及圍巖可能會(huì)發(fā)生移動(dòng)和變形，引起地表發(fā)生下錯(cuò)、移動(dòng)，最終引發(fā)采空區(qū)地面沉陷[3-4]。為了客觀地評(píng)估采空區(qū)地面沉陷危害性，對(duì)采空區(qū)的地表影響區(qū)半徑r、地表最大下沉值Wcm、最大傾斜值icm、最大曲率值Kcm、最大水平移動(dòng)值εcm、最大水平變形值ucm估算，其結(jié)果作為采空區(qū)地面沉陷評(píng)價(jià)的依據(jù)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3：

表2　各礦體充分采動(dòng)程度預(yù)測(cè)值計(jì)算

采區(qū)尺寸大小與充分采動(dòng)程度：

D1/H0，D3/H0<1.2～1.4時(shí)地表為非充分采動(dòng)；

D1/H0、D3/H0=1.2～1.4時(shí)地表為充分采動(dòng)；

D1/H0、D3/H0>1.2～1.4時(shí)地表為超充分采動(dòng)；

充分采動(dòng)系數(shù)n1=0.9D1/H0；n2=0.9D3/H0；當(dāng)n值>1時(shí)取1。

式中：D1，D3—采空區(qū)沿傾斜方向和走向的實(shí)際長(zhǎng)度；H0—平均采深；n1，n2—傾斜方向和走向的采動(dòng)系數(shù)。

地表移動(dòng)與變形預(yù)測(cè)值計(jì)算公式如下[5]：

最大下沉值Wcm=Mqcosα(mm)(充分采動(dòng))

式中：M—礦體開(kāi)采厚度(m)；q—單層采動(dòng)下沉系數(shù)；α—礦體傾角。

最大傾斜值icm=Wcm/r(mm/m)

最大曲率值Kcm=1.52Wcm/r2(10-3/m)

最大水平移動(dòng)值εcm=bWcm(mm)

最大水平變形值ucm=1.52bWcm/r(mm/m)

地表影響區(qū)半徑r=H/tanβ

式中：H—采區(qū)邊界開(kāi)采深度(m)；β—移動(dòng)角，參考同類礦山經(jīng)驗(yàn)和巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)，按β=70°計(jì)算；b—水平移動(dòng)系數(shù)，取b=0.3(1+0.0086α)。

表3　各礦體采空區(qū)變形預(yù)測(cè)值計(jì)算

注：表中礦體采深H、傾角α取對(duì)地表變形影響最大的值。

表3計(jì)算結(jié)果表明，采空區(qū)采深越深，其對(duì)應(yīng)地表影響范圍越大，最大傾斜值icm、最大曲率值Kcm、最大水平變形值εcm則越小；采深越淺，地表受其影響就越小。該次估算Ⅰ，Ⅱ號(hào)礦體采空區(qū)地面最大下沉值分別為350mm，336mm，由此可見(jiàn)，礦山地下開(kāi)采后引發(fā)采空區(qū)地面沉陷的可能性小，引發(fā)采空區(qū)地面沉陷范圍內(nèi)沒(méi)有村莊及其他永久建筑物，可能造成損失較小，其危害程度小，危險(xiǎn)性小。

4.2預(yù)測(cè)采礦活動(dòng)本身可能遭受的地質(zhì)災(zāi)害

根據(jù)評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀及項(xiàng)目建設(shè)本身可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害分析，預(yù)測(cè)平硐口、廢渣場(chǎng)、表土堆放場(chǎng)、炸藥庫(kù)及生活區(qū)等區(qū)段遭受崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的可能性中等，危害程度小—中等，危險(xiǎn)性小—中等；預(yù)測(cè)廢渣場(chǎng)和表土堆放場(chǎng)遭受泥石流地質(zhì)災(zāi)害的可能性中等，危害程度中等，危險(xiǎn)性中等；預(yù)測(cè)平硐上部區(qū)域遭受采空區(qū)地面塌陷和采空區(qū)地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害的可能性小，危害程度小，危險(xiǎn)性小。

5　礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工程措施

根據(jù)上述礦山存在的地質(zhì)災(zāi)害類型及其特點(diǎn)，分別制定相應(yīng)的工程措施。

5.1崩塌、滑坡防治工程措施

(1)平硐口。對(duì)平硐口邊坡危巖進(jìn)行清理，集中堆放于廢渣場(chǎng)。采用混凝土支護(hù)平硐口不穩(wěn)定地段，對(duì)Ⅱ號(hào)礦體平硐進(jìn)行重點(diǎn)防治(開(kāi)采標(biāo)高與當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面較接近)，支護(hù)平硐口以內(nèi)10 m地段；其余平硐支護(hù)平硐口以內(nèi)5m地段。砌碹厚度0.2m，平硐口上寬2.2m，下寬2.4m，高2m。

(2)廢渣場(chǎng)及表土堆放場(chǎng)邊坡。在廢渣場(chǎng)和表土堆放場(chǎng)下游修建擋土墻，上游修建排水溝，并隨著采礦活動(dòng)的進(jìn)行，廢渣量增加，適當(dāng)擴(kuò)增廢渣場(chǎng)的面積來(lái)減小高度，減緩坡度。

5.2泥石流防治工程措施

在廢渣場(chǎng)和表土堆放場(chǎng)下游坡腳處修建攔渣墻，墻頂修建排水溝，閉坑后對(duì)剩余廢渣進(jìn)行植物固化。

5.3采空區(qū)地面沉(塌)陷防治工程措施

填充地下采空區(qū)，保證有充填硐口以內(nèi)長(zhǎng)20m平硐，然后在平硐口處修建厚1m的漿砌石墻封堵硐口，封堵完工后，在平硐口邊坡上下各種植一排爬山虎；同時(shí)采用監(jiān)測(cè)、警示措施，對(duì)預(yù)測(cè)地面沉(塌)陷范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

6　結(jié)語(yǔ)

我國(guó)礦山種類多、分布廣、規(guī)模小、富礦少、基礎(chǔ)差，由于技術(shù)、管理、效益等多種因素，資源開(kāi)發(fā)中的安全隱患相當(dāng)嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[6]，而礦山地質(zhì)災(zāi)害直接關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，關(guān)系到社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[6]。

該文以廣西資源縣某螢石礦礦山為例，客觀和科學(xué)地提出了該類礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估的分析思路及基本方法，并在提出一些具體有效的防治工程措施，有利于消除和減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展。

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Geology disaster risk assessment and Prevention countermeasures about a fluorite ore mine in Ziyuan county of Guangxi province

JIANG Jian,ZHENG Jianfeng,CHEN Xueyuan

(Earth Science College of Guilin University of Technology, Guangxi Guilin 541004, China)

Taking a fluorite mine in Ziyuan county of Guangxi as an example, with emphasis on the analysis of the mine geological disaster risk evaluation thoughts and basic methods, and the effective prevention and control countermeasures are put forward. In understanding mine basic situation and find out the mine geological environment background, on the basis of On the basis of comprehensive mining area topography and the characteristics of engineering activities of situation assessment and forecast of mine geology hazard assessment, and put forward the corresponding countermeasures.

Fluorite mine；geological disasters；Prevention and control measures；Ziyuan county in Guangxi province

2014-10-07；

2014-10-30；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

蔣劍(1987—)，男，廣西桂林人，碩士研究生，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方面研究；E-mail：364198653@qq.com

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