普朗銅礦塌陷坑內泥石流成因及造漿運動過程淺析

趙明亮，馮興隆，吳道雍，曾慶田，楊朝義，吳明，王晶，彭張

(云南迪慶有色金屬有限責任公司，云南 香格里拉市 674400)

普朗銅礦位于云南省香格里拉市東北部72 km處。礦床成礦作用發生在復式斑巖體內。巖體中心形成由細脈浸染狀礦石組成的筒狀礦體，巖體邊部產出脈狀礦體[1]。礦體賦存條件：礦體呈北西走向，傾向北東，為急傾斜礦體，礦體較厚；礦巖穩定性總體表現為東南部較為破碎，西北部相對較穩固。水文地質為簡單—中等類型。地層巖性較單一。巖石硬度堅硬為主，地質構造較發育，局部破碎帶較發育[2]。礦山工程地質勘探的復雜程度為中等類型。礦體厚大，傾角近乎垂直，有足夠的崩落面積。礦體節理裂隙發育，礦巖易崩落。礦石無自燃和黏結性。礦體總體可崩性及連續性較好，可以形成連續的崩落，地表容許塌陷。礦山采用自然崩落法開采[3]。

自然崩落法開采主要是借助重力作用進行巖體崩落，即在礦體的底部進行拉底形成足夠大的空間，集中形成區域應力，當應力值超過節理巖體的抗拉、抗剪強度時，礦巖體逐漸破裂開始崩落，同時通過出礦口以恰當的出礦量將礦石放出，從而保證礦石崩落的持續進行[4]。采用自然崩落法開采，在回采過程中必然會造成地表的移動和塌陷。隨著開采幅度的不斷加大，將會造成地表塌陷范圍的不斷擴大，一旦遇到礦區地表降雨量增大，地表的覆蓋層冰磧物將吸水飽和，并在重力作用下通過地質構造及礦石空隙通道流入到井下出礦口內，形成泥石流從出礦口內涌出，危及到人員和設備設施安全。從現場分析可以看出，大量的地表第四系冰磧物和礦區內強降雨是造成礦山泥石流發生的重要原因。

1 塌陷坑內泥石流成因客觀條件

1.1 塌陷區地形現狀

塌陷區范圍內的原始地形地貌，呈現為西北高東南低，經過井下礦體自然崩落出礦后，總體上西北高東南低的現狀沒有改變，東面由于地形相對較低，放礦后出現了一個面積相對較大的塌陷坑。致使塌陷坑西邊邊坡相對較陡，坑內局部也伴隨有高低不平的區域出現，塌陷坑底是泥石流的主要匯聚區域，見圖1。

圖1 塌陷區范圍及坑底

1.2 泥石流形成的物源條件

泥石流形成的主要物源之一是冰磧物。在礦體上部出露地表層第四系冰磧物較多。地表冰磧物沉積較為復雜，有坡積、殘坡積、河床堆積及冰川堆積。總體以冰川堆積物為主，其成分也較復雜，為變砂巖、板巖、角巖、石英二長斑巖、石英閃長玢巖等大小不等的碎塊，與砂土松散堆積，碎塊呈次圓—圓狀。冰磧物最厚的區域達80 m，目前回采區內揭露冰磧物平均厚度約17 m，由北向南呈現出現增厚趨勢[5]。冰磧物是造成泥石流的主要物源之一（見圖2），由于各種復雜原因及客觀現實導致無法修建排土場，從而不能把礦體上部出露地表區域的這層冰磧物剝離運搬。

圖2 塌陷區出露地表層冰磧物

降雨量也是泥石流形成的重要物源。塌陷區范圍內降雨量充足。普朗銅礦的降雨量隨著海拔的增高而逐漸遞增，海拔每增高100 m，降雨量隨之增加約30 mm。最大降雨出現在海拔3600 m 以上的區域，降雨量最大可達1200 mm，而海拔每增高100 m，年蒸發量則降低90 mm，就會導致大量的山洪在短時間內匯聚。根據普朗銅礦歷年氣象資料及礦區水文監測站降雨量數據統計，普朗銅礦降雨量年均不低于1000 mm[6]。一般每年6 月至10 月為雨季，其中又以 7 月至9 月最多，其降雨量占全年降雨量的80%以上，降雨特點主要表現為來勢猛、較集中、特大暴雨多、防范較為困難等特點。

2 塌陷坑內泥石流造漿運動過程

2.1 造漿區域

“造漿”是指松散的冰磧物吸收雨水山洪變飽和后，通過重力勢能作用搬運，并自然攪拌成泥漿的全過程。通過現場觀察，總體可以把塌陷坑分為“造漿區域”和“無造漿區域”兩個部分（見圖3）。“造漿區域”是指會產生泥石流泥漿的區域，造漿過程必須同時具備的條件包括：充足的冰磧物；足夠多的雨水山洪；一定角度的陡坡面；冰磧物處于完全松散狀態。“無造漿區域”是指沒有形成泥石流泥漿的區域，這個區域現場必須滿足的條件為：完全沒有冰磧物（只有礦石）；有冰磧物但是已經被固定（或沒有處于完全松散的狀態）；有較緩的坡面。

圖3 塌陷內“造漿區域”和“無造漿區域”

2.2 造漿坡面傾角

泥石流的造漿過程，必須有足夠大的坡面角度，否則重力勢能不夠，少量的山洪也難以搬運大量的冰磧物，很難形成大量的泥漿。只有足夠陡峭的坡面才能為泥石流的造漿過程提供足夠的運動能量。泥石流造漿運動過程線路見圖4。

圖4 泥石流造漿運動過程線路

當造漿坡面傾角處于0°～5°時，這一區域的坡面可以稱之為水平和近水平（微傾斜）坡面，這類坡面往往會成為泥漿堆積的平臺，此種情況下，一般不會產生大量泥漿。

當造漿坡面傾角處于5°～30°時，這一區域的坡面可以稱之為緩傾斜坡面，該類型坡面如果有足夠的物源（冰磧物）和足夠充足的山洪，就能夠在重力勢能的作用下產生一定的泥漿，其角度越陡的區域產生的泥漿越多，角度越緩的區域產生的泥漿越少，并且也能夠在角度較緩的區域內堆存一部分泥漿，需要采取措施治理。

當造漿坡面傾角處于30°～55°時，這一區域的坡面可以稱之為傾斜坡面，這種類型坡面的重力勢能較大，產生的泥漿量相對較多，并且坡面上能堆存下來的泥漿量較少，需要重點采取措施治理。

當造漿坡面傾角大于55°[7]（理論值55°～90°）時，這一區域的坡面可以稱之為急傾斜坡面，這類坡面重力勢能很大，在重力勢能的作用下能夠產生大量的泥漿，只要有一定量的雨水山洪就能夠造漿，必須對這類型坡面進行重點治理。造漿坡面分類如圖5 所示。

圖5 塌陷坑內造漿坡面分類

2.3 造漿物源狀態

普朗塌陷坑內的造漿物源主要為冰磧物，原始狀態下的冰磧物覆蓋在礦體上面且出露地表，上面有森林植被覆蓋[8]，并不是松散體狀態。由于需要崩落放礦，地表植被被清理掉，冰磧物裸露在外，隨著井下開采不斷推進，礦石崩落的同時帶動地表冰磧物一同崩落，導致冰磧物逐漸松散開來。從現場可以看出，冰磧物可以分為未松散、松散、完全松散3 種狀態。處于完全松散狀態下的冰磧物很容易吸水飽和流動。未松散的冰磧物只能吸入少量水分或能透水，并不會達到吸水飽和的狀態（見圖6）。

圖6 塌陷坑內冰磧物狀態

2.4 泥漿運動終點

造漿坡面所制造的泥漿，最終會沿著坡面低洼的地方流入到塌陷坑底逐漸往上堆存，最終形成大面積的泥漿堆存坑，坑內的泥漿是冰磧物和山洪充分混合自然攪拌后的產物，是一種流動性極強的懸濁液膠體。泥漿匯聚坑將對井下安全生產造成嚴重威脅，也是造成井下泥石流的直接原因。只要是泥漿坑底附近或正下方有出礦擾動形成的通道，或有薄弱面裂隙、松散礦石通道就會導致井下泥石流發生，從而危及人員、設備、設施安全。塌陷坑底泥漿匯聚區見圖7。

圖7 塌陷坑底泥漿匯聚區

3 普朗泥石流成因及造漿過程的防范措施

通過分析，形成泥石流的主要因素為：冰磧物、雨水、坡面角、匯聚坑。因此，必須針對其采取相應的防范措施，從而消除各種隱患因素。出露地表的冰磧物，必須采取固結的方式進行處理，達到不被雨水飽和的目的，固結冰磧物的措施主要有噴漿（素噴）、錨網噴、種草綠化等。強降雨所產生的山洪，所采取的措施主要是在塌陷坑周圍相應位置施工有效的山洪排洪溝渠，包括排洪溝，泄洪井、泄洪道等。造漿坡面，主要是控制其傾角不能達到傾斜坡面以上的坡度，可采取回填或削坡的方式進行處理。泥漿匯聚的塌陷坑底，必須采取回填的方式進行處理，消除泥水匯聚區域，才能消除安全隱患，避免井下泥石流的發生。

4 結論

針對普朗銅礦泥石流的危害，必須采取防范措施，加強治理。通過分析，只要能有效控制住形成泥石流的造漿運動過程，及時消除塌陷區內泥漿匯聚坑的安全隱患，在塌陷坑周圍相應位置施工有效的溝渠排泄洪水，就能夠有效防范井下泥石流的發生，從而保證礦山生產活動的順利進行，達到井下安全生產的目的。