銅陵化工集團新橋礦礦山地質環境研究

王萬林

（華東冶金地質勘查研究院，安徽 合肥 230088）

為了落實礦山地質環境保護要求，為自然資源主管部門實施監管，本人對銅陵化工集團新橋礦業有限公司礦山主要地質環境問題、地質災害、土地資源挖損及壓占的發展趨勢進行預測，采用半定量-定量方式對礦山地質環境影響及土地資源破壞程度進行預測評估。針對礦山主要地質環境問題、地質災害及土地資源破壞程度及面積，提出切實可行的礦山地質環境保護措施。

1 研究區概況

1.1 研究區大地構造背景

新橋銅硫鐵礦床是我國長江中下游成礦帶銅陵礦集區內一個非常重要的礦床。經過眾多地質工作者多年的研究，該礦床在巖體定年、成礦元素分帶、成礦流體、控礦因素、成礦規律及找礦標志等方面均取得了豐碩的成果[1]，調查區區域地層區劃屬揚子地層區下揚子地層分區蕪湖～安慶地層小區。丘陵基巖裸露，斜坡地、坳谷地表為第四系覆蓋?；鶐r地層自老至新為志留系下統高家邊組（S1g）～三疊系下統殷坑組（T1y）。基巖地層方案編制區基巖地層發育較全，自志留系中統墳頭組至三疊系下統殷坑組均有分布。

1.2 研究區工程布置情況

目前礦山由采礦區（地下開采區、露天開采區）、西翼主副井工業場地、東翼主副井工業場地、青山風井、磯山風井、排土場、選銅廠、選鐵廠、污水處理站、辦公生活區、礦區運輸道路、其它生產輔助設施等部分組成。

1.3 研究區地下水情況

1.3.1 地下水類型

松散巖類孔隙水，碳酸鹽巖類巖溶裂隙水，.碎屑巖類裂隙水，巖漿巖類裂隙水。

1.3.2 斷層破碎帶水文地質特征

F1斷層：全長近20km，向北西、南東延至與舒家店相鄰的向斜中。在礦床范圍內，向北東陡傾，傾角約75°，最大垂直斷距近200m，為礦區最大正斷層，切割了各含水巖組，破碎帶寬15～20m，充填物主要為閃長玢巖。鉆孔最大涌水量3.92l/s，單位涌水量0.285l/s·m，富水性中等，滲透系數0.632m/d，水質類型為HCO3－Ca型。斷層上下盤棲霞組灰巖仍連接，具有一定的導水能力。

1.3.3 碳酸鹽巖巖溶發育分布規律

茅口組（P1m）灰巖，形態以裂隙、溶洞為主，鉆孔遇洞率66.6%，鉆孔巖溶率6.33%，巖溶發育程度強～中等。

棲霞組（P1q）灰巖：形態以裂隙、溶洞為主，巖體四周、地下水活動劇烈地段，溶洞比較發育，遠離巖體則減弱。鉆孔遇洞率46.3%，巖溶率2.74%，巖溶發育程度強～中等。

黃龍船山組（C2+3）灰巖：系礦區主要的成礦層位，大部分交代成礦，致密堅硬，裂隙、溶洞均不發育。

2 礦區地質災害預測

2.1 巖溶塌陷

開拓深度、范圍加大，礦山排水量隨之增加，水力梯度加大，降落漏斗將會進一步外擴。北東方向礦體直接充水頂板為棲霞組灰巖，北西方向礦體直接充水頂板為棲霞組灰巖，間接充水頂板為茅口組灰巖，由于孤峰組不能起到隔水作用，降落漏斗將擴展到茅口組灰巖中。預計排水漏斗將向北西向、北東向擴展，露天采場北部有龍潭組、大隆組隔水邊界，降落漏斗將擴至隔水邊界。根據經驗關系，塌陷區半徑與降落漏斗半徑之比為0.29～0.97（《中國南方巖溶塌陷》）。目前塌陷集中在棲霞組灰巖分布區，隨著降落漏斗的擴展，塌陷影響范圍亦將超過現狀分布范圍。預測巖溶塌陷影響面積約35.3hm2，危險性中等。

2.2 露天采場滑坡

露天采場設計最高標高為+320m，最低-156m，臺階高度12m，最終將形成總長1500余米、最高達476m的高陡邊坡。下盤邊坡總體坡向305°，最終邊坡角39～41°，臺階坡角47～50°。東翼井下開采后，設計回填至-106m，相對高差仍有426m。

2.2.1 整體邊坡穩定性

露天采場邊坡穩定性的主要影響因素有邊坡構成要素（包括坡高、坡度）、構成邊坡巖石的物理力學性質、巖體結構類型、斷層構造、結構面組合關系（包括地層層面與坡面的組合關系、地層層面與巖石節理的組合關系、坡面與巖石節理、斷層的組合關系），此外還與邊坡自然風化作用、地震與振動、大氣降水等因素相關。綜合分析上述影響因素，對下盤邊坡的穩定性做出評估。

（1）巖性

邊坡主要由泥盆系五通組、石炭系高驪山組及第四系殘坡積層組成。五通組、高驪山組主要為中厚層石英砂巖夾中薄層粉砂巖，中薄層互層狀石英砂巖、粉砂巖夾粉砂質泥巖。

其中中薄層互層狀石英砂巖、粉砂巖巖組，巖體強度相對較低，層理發育，風化裂隙較發育，具中薄層狀結構，局部夾粉砂質泥巖等軟弱層，層面順坡向傾斜，傾角接近坡角。

（2）邊坡結構面發育特征

主要結構面為順層節理，且順坡向外傾斜，是影響邊坡穩定的不利因素。邊坡總體坡向305°，最終邊坡角39～41°。順層節理產狀300～340∠35～45°。結構面（順層節理）與邊坡的走向、傾向均相同，傾角與坡角接近，結構面投影弧和邊坡投影弧接近，總體基本穩定，局部邊坡較不穩定。

（3）地震與震動

地震：本區屬弱震區，區域穩定性較好，對邊坡穩定影響小。

爆破震動：間接受露天和地下開采爆破振動影響。爆破震動使巖體產生直接破壞，或增加巖體的破碎度或裂隙的張開度，而且爆破震動的動荷載作用可以使巖體的剪應力和拉應力增加，導致局部邊坡穩定性降低。

（4）大氣降水

地表水下滲淋濾使邊坡巖體強度減弱，加快風化速度，軟化甚至泥化層面和軟弱夾層，降低結構面強度，而且地表水的滲透壓力可導致下滑力增大，抗滑力減小，不利于邊坡穩定。

2.2.2 穩定性評估

根據上述露天采場邊坡穩定性分析及有關科研機構邊坡穩定性研究結論，露天采場整體邊坡屬基本穩定。由于露天采場底板邊坡基巖地層含中薄層石英砂巖、粉砂巖夾薄層粉砂質泥巖，巖層順坡向產出，巖層傾角接近坡角，局部小于坡角，局部區域具備潛在平面滑動條件。其部分區域，斷層構造較發育，存在較大隱患。在暴雨、長期風化、爆破等因素作用下，可能產生滑坡。

2.3 采空塌陷

2.3.1 露天采場下采空區穩定性分析

通過理論計算和數值模擬分析，東翼井下開采過程中將采空區跨度控制在40m以內，露天采坑底采用24m厚不澆筑鋼筋砼的原巖頂柱，采用上向水平分層充填采礦法，安全系數（K）1.2，采空區為基本穩定。采空區跨度和原巖頂柱厚度相同時，在露天采坑底澆筑1m鋼筋砼的復合境界頂柱，受力更加均勻，最大拉應力較原巖境界頂柱中的最大拉應力小，拉應力安全系數提高0.1～0.4，相同跨度下所需的原巖頂柱厚度可以更小

2.3.2 采空塌陷預測評估

采空塌陷主要影響因素分析。采空塌陷的主要影響因素包括礦層賦存條件、開采條件、圍巖工程地質條件、地質構造、地下水等。

設計開采段頂盤為棲霞組灰巖，底盤為高驪山組砂頁巖，均較穩定，設計采用不崩落頂板的膠結充填采礦方法，采空區地表整體上穩定性較好。但由于巖層構造整體破壞和充填料固結沉降等原因，充填后的采空區仍可能出現地壓活動，加之爆破震動、地下水、大氣降水等因素作用，可能引起采場上部及周圍巖體局部移動或下沉，但采空區頂板變形量小。

即使按照具有大變形特點的煤礦經驗計算，地表傾斜、曲率及水平變形最大值也僅分別為1.440mm/m、0.013×10-3/m和0.503mm/m。地表變形值皆未超過最高保護等級Ⅰ級的允許變形值（i=2.5 mm/m，K=0.05×10-3/m，ε=1.5mm/m），根據國內外地下礦山開采經驗，東翼井下開采范圍內需保護地段的地表鐵（公）路、建（構）筑物處于安全狀態，不會受到地表變形的影響。

綜上所述，根據國內外充填礦山經驗和新橋礦具體開采技術條件，東翼井下開采不會引發危及鐵路、民居等地面建（構）筑物穩定性的移動和變形。

2.4 礦區含水層破壞預測

隨著開拓深度、范圍加大，礦山排水量隨之增加，水力梯度加大，降落漏斗將會進一步外擴。北東方向礦體直接充水頂板為棲霞組灰巖，北西方向礦體直接充水頂板為棲霞組灰巖，間接充水頂板為茅口組灰巖，由于孤峰組不能起到隔水作用，降落漏斗將擴展到茅口組灰巖中。預計排水漏斗將向北西向、北東向擴展，露天采場北部有龍潭組、大隆組隔水邊界，降落漏斗將擴至隔水邊界。

礦區地形地貌景觀（地質遺跡、人文景觀）破壞現狀分析與預測礦山屬生產礦山，目前露天采礦即將全部轉為地下開采，礦山生產的各種設施基本完善，地面無建構筑物的工程活動，排土場設計庫容能滿足礦山生產至閉坑，礦山開采過程中及時對采空區利用尾砂進行了充填，因采空形成采空塌陷的可能性小，礦業活動對地形地貌景觀的破壞程度不會增加且范圍不會擴大。因此預測評估與現狀評估結論一致[2]。

2.5 礦區水土環境污染現狀分析與預測

2.5.1 土壤環境質量

排土場下伏基巖為志留系、泥盆系粉砂巖和石英砂巖，裂隙不發育，為滲透性極差的隔水層，淋溶水下滲補給地下水含水層的量可忽略不計，不致污染下游地下水。降雨時產生淋溶水匯集于溝谷，轉為地表徑流，排土場下游設有污水調節庫攔蓄廢水，污水調節庫調洪按50年一遇洪水計算洪峰流量14.03m3/s，調節庫蓄水能力75.3×103m3，另外加上排土堆石體內空隙蓄水能力19.4×103m3，大于設計日洪水總量89.9×103m3。經調洪演算滿足排土場區泄洪能力要求。因此，排土場一般不會發生雨洪溢流，即發生雨洪溢流污染土壤可能性小。污水調節庫及攔污壩用高密度聚乙烯（HDPE）進行防滲處理，庫內廢水通過管道送污水處理站處理。因此，淋溶水對排土場外圍土壤影響較輕。

2.5.2 水環境

礦區地質環境條件不會發生較大變化。正常情況下井下涌水及采、選礦廢水泵送至污水處理站集中處理，達標排放。根據現狀評估結果類比分析，對礦區地表水、地下水環境影響較嚴重。

排土場淋溶水對場區水環境影響較嚴重，正常情況下污水調節庫廢水泵送至污水處理站集中處理，不會出現大量酸性淋溶水外泄，對外圍地表水、地下水環境影響較輕。

礦業活動對礦區地表水資源影響較嚴重，對地下水資源影響嚴重，對水環境影響較嚴重。