凹陷開采石灰巖礦引發巖溶塌陷的防治淺論

陳 祺

（廣東有色工程勘察設計院，廣東 廣州 510080）

隨著房地產開發和城市建設的大規模開展，水泥作為基礎建材，市場需求量巨大，也帶動了水泥用石灰巖礦的開發利用，其中凹陷露天開采相比地下開采具有開采成本低、勞動生產率高、作業比較安全等優勢，但在石灰巖地區，隨著凹陷開采的深度增加，往往需要抽排地下水，開采區及周邊地下水位的下降可能引發巖溶塌陷，造成房屋開裂、農田毀壞、道路下沉等后果，嚴重者甚至可能危及人員生命財產安全，需要引起重視，做好防治工作，才能保證礦產開采的正常進行。

1 巖溶塌陷特征及危害

以湛江市某石灰巖礦區為例，擬設礦區面積1.33km2，屬于丘前平原地貌，礦區地表多為水稻，礦體由第四系所覆蓋，極少見出露基巖。礦區范圍內曾有局部作為建筑石料、水泥原料等進行不同規模民采。共有12個采場，其中北邊2個采場開采時間較久，開采最深處可達-40m標高，其他采場一般開采至約-10m～-20m標高。經現場調查及走訪附近村民，礦區及周邊存在多處地面塌陷，經統計，礦區及周邊共發現巖溶地面塌陷67處，每處分布數量不等的塌陷坑，最多處分布有上百個塌陷坑，塌陷坑大小不等，小的直徑不足1m，大的塌陷坑直徑有10m～30m，其中礦區中西部農田中有一水塘為民采期間塌陷積水而成，面積約1000m2，周邊散布30多個塌陷坑，坑底下陷距離不等，淺的約20cm，深的超過2m。因地面塌陷引起附近村莊多座房屋開裂，經走訪村民，在民采期間有村內魚塘中部發生塌陷，越靠近民采場采坑，塌陷坑的數量與規模均呈上升趨勢。主要影響到分散性居民安全，部分影響到村莊和居民聚居區安全，目前已經造成一定經濟損失，對人員及居民房屋造成一定威脅。

2 巖溶塌陷成因分析

巖溶塌陷致塌過程可以抽象為蓋層－巖溶介質體系[1]：可溶巖地層和覆蓋層是巖溶塌陷發育的內部條件，在一定時間內保持相對穩定；巖溶水、氣容易受到人為因素的影響產生頻繁、大幅度、快速的變化，故其常常成為巖溶塌陷發育的誘發因素，即致塌力[2]。

礦區地表為第四系覆蓋層，擬開采的礦體隱伏于第四系之下，為自北東往南西展布賦存于上泥盆統東崗嶺組（D2d）地層中的灰巖和泥質灰巖，開采標高-60m～+19.50m，標高15m以下系凹陷開采，凹陷采場內15m水平以下的雨水和礦坑涌水擬用水泵排出礦坑，根據抽水試驗結果估算的礦坑涌水量（包括巖層涌水量和露天開采范圍的降雨聚集量）為-60m開采時礦坑平均總涌水量為19407m3/d，礦坑最大總涌水量為218276 m3/d，-30m開采時礦坑平均總涌水量為12547m3/d，礦坑最大總涌水量為211416 m3/d。礦坑內大量抽排地下水，引起周邊區域地下水位下降，形成以礦坑為中心的地下水漏斗，地下水滲流促使覆蓋層中土體發生潛蝕作用破壞而流失，在溶洞裂隙附近形成空洞，空洞規模達到一定程度后，頂部土體失去平衡，形成塌陷[3]，可見地下水在巖溶塌陷發育的過程中起著重要的激發作用。

3 巖溶塌陷防治

在礦山開采過程中，針對巖溶塌陷的防治分為預防與塌陷后治理兩方面，由于巖溶區地下水環境的變化在巖溶塌陷形成中占據主導作用，預防巖溶塌陷的重點在于減小礦區與周邊的水力聯系，而巖溶水的治理關鍵在于探明地下導水路徑的構造，巖溶裂隙發育的深度和復雜程度，由于礦區面積較大，僅靠水文地質鉆探很難摸清地下水和巖溶的分布情況，可以結合地面物探，采用高密度電法和瞬變電磁法相結合進行探查，采用跨孔電阻率CT進行詳查的方法查明礦區及周邊巖溶地下水管道的具體發育方向、分布、規模及淺層巖溶發育的規律、特征等，在重點位置布置水文鉆孔進行鉆探及示蹤試驗，并對區域水文資料進行分析，以確定開采區主要的地下水徑流帶，采用“外截內排”的方式，在開采區外沿對每一條主要的地下水徑流帶設置注漿截流帷幕，截斷過水通道，大幅減少進入開采區內的地下水量，在采坑內使用水泵將礦坑涌水和自然降水疏排出礦坑，以保證開采工作的正常進行。可以使用數值模擬的方式對注漿截流帷幕治水的效果給出定量的評價，從中選取經濟適用的注漿方案。

在開采期間，應對開采區及周邊村鎮、居民聚居點進行巖溶地面塌陷監測，對礦區及周邊村鎮定期巡查，尤其是汛期應提高監測的頻率，編制應急預案，如發現井、泉水位的驟然升、降，抽排水水色突然渾濁和翻砂、冒氣等現象，反映巖溶地下水動力條件突然發生急劇改變，預示著可能存在塌陷的險情，作為塌陷的前兆有著重要的意義；另外如地面出現環狀裂縫并不斷擴展，產生局部的地鼓或下沉現象。它們一般是土洞擴展達到一定規模后其頂板已接近極限平衡狀態的現象，這時地面已處于臨近塌陷的危險狀態。出現險情時及時上報，疏散人員，并采取合理的措施進行應急處理。

當出現地面塌陷后，根據塌陷坑的位置及大小采用不同的處理措施。對于非重點地段的塌陷（如荒地、農田等距離居民聚居區、建筑設施和采坑人員設施較遠區域），一般可采取簡單的回填措施，用編織袋裝粘土或用塊徑大于20cm的塊石對塌洞進行回填，上面2m用粘土覆蓋并夯實，防止積水入滲造成垂向潛蝕。本項措施能在一定程度上控制塌陷的復發規模及頻率。

對于重點地段的塌陷（距離村鎮、居民聚居區、房屋建筑和采礦人員設施較近區域），為防止塌陷反復活躍，主要技術思路是將回填塌洞與壓密注漿充填結合起來，通過注漿填充土洞和灰巖頂部的溶洞及裂隙，并切斷地表水與地下水、孔隙水與巖溶水之間的水力聯系，達到防止地表水入滲，加固洞口上土體或直接封堵洞口的目的。

4 結語

凹陷開采石灰巖礦隨著采深的逐漸增加，礦坑抽排水量也逐步增大，在礦區及周邊形成巖溶水漏斗，可能引起較大規模的巖溶塌陷，可通過“內截外排”的方式，截斷礦坑內外主要的地下水徑流通道，減小礦坑內抽排水對周邊地下水環境的影響；并在開采期間對礦區及周邊區域進行監測和巡查，在出現巖溶塌陷后，及時進行應急治理，根據塌陷所處區域采取回填夯實或回填結合注漿處理的方法，減輕巖溶塌陷帶來的危害，從而保證礦產開采的正常進行。

[1]鄭智，簡文彬.龍巖市巖溶塌陷地質結構及其致塌機理[J].地質災害與環境保護，2017,28(4)：38-43.

[2]李科，陳學軍.廣西某鉛鋅礦礦區周邊巖溶地面塌陷成因機理分析[J].路基工程，2014,(5)：95-97.

[3]張聯志.壓密注漿在治理地面塌陷工程中的應用與評價[J]. 采礦技術，2017,17(6)：63-66.