孟盼盼，王 經(jīng)，呂寶平，趙 菲

（1.山東省煙臺市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測站，山東 煙臺264000；2.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，山東 濟南250014）

1 引言

金礦開采是一項重要經(jīng)濟活動，其開采過程中引發(fā)了一系列的地質(zhì)環(huán)境問題，如引起地表變形和巖層移動，引發(fā)采空塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。文獻［1］對復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山地下開采地表變形規(guī)律進行了研究，指出地表變形與巖層移動受礦山地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力場、礦體賦存條件、采礦方法等多種因素影響，在不同情況下各因素的影響程度不同。文獻［2］對地下采礦引起的地表下沉類型及其機制進行了比較系統(tǒng)地研究。文獻［3～5］對構(gòu)造應(yīng)力型礦山地下開采引起的地表移動問題進行了有益探討，文獻［6］研究了厚覆蓋巖層條件下地下礦體開采地表和圍巖的變形移動規(guī)律。本文以煙臺市某金礦開采為例，分析了由礦山開采引發(fā)的地面塌陷的基本特征，預(yù)測了其發(fā)展趨勢，并提出了相應(yīng)的防治對策，以期為保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全和保護當(dāng)?shù)亟?jīng)濟持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)。

2 地面塌陷的基本特征

礦區(qū)為地下開采，采用淺孔留礦法和削壁充填法，具備產(chǎn)生采空塌陷及伴生地裂縫的條件。該礦區(qū)存在民采現(xiàn)象，所以采空塌陷時有發(fā)生。目前礦區(qū)地表有2處塌陷未完全填實，一處沿礦脈分布，另一處在區(qū)內(nèi)老民采井周圍。

沿礦脈分布的塌陷成長條形，呈南北延伸，坑長30m，塌落后坑深3m，塌陷區(qū)面積為150m2。此處塌陷幾年之前進行過充填，但由于降雨等外界因素影響，充填物繼續(xù)塌落，使得塌陷區(qū)呈現(xiàn)出未充填完整狀態(tài)。

礦區(qū)老民采井周圍的塌陷區(qū)是以老民采井為中心，25m長度為直徑的圓形區(qū)域。井口長2m，寬2m，殘余井深15m，周圍塌陷坑深10m，塌陷區(qū)面積為490.6m2。

3 塌陷區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

3.1 地形地貌

礦區(qū)屬低緩丘陵區(qū)，為剝蝕丘陵地貌。地勢總體北高南低，最高海拔150.0m，相對高差72.0m。坡度較小，一般在5°～15°，溝谷多呈深而窄的“U”字型，谷底縱坡比降一般在30‰以內(nèi)。

3.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

礦區(qū)所在區(qū)域地層主要為新生代第四系，殘坡積、沖洪積物沿山間溝谷分布。巖性主要由礫石、含礫中細(xì)砂、粘質(zhì)砂土等組成，厚度1.00～4.00m。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，表現(xiàn)為北北東向斷裂和近東西向斷裂兩組。北北東向斷裂最發(fā)育，規(guī)模較大，總體走向5°～10°，傾向南東，傾角70°～85°，局部直立或反傾，壓扭性斷裂，為本區(qū)控礦構(gòu)造。

3.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要為新元古代玲瓏超單元郭家店單元中粗粒二長花崗巖，其次為中生代煌斑巖、閃長玢巖巖脈及石英脈。與礦化有關(guān)的圍巖蝕變有：硅化、絹云母化、鉀化、碳酸鹽巖化，以石英脈為中心向兩側(cè)表現(xiàn)出分帶現(xiàn)象。

3.4 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)內(nèi)含水層主要有第四系松散巖類孔隙含水層、基巖裂隙含水層和構(gòu)造裂隙含水層。松散巖類孔隙含水層為坡洪積、沖洪積孔隙潛水含水層，分布范圍小，單井涌水量一般小于100m3/d，滲透性較弱，富水性弱；基巖風(fēng)化裂隙含水層巖性主要為二長花崗巖，風(fēng)化深度一般10～25m，水位埋深1.00～21.06m，滲透性較弱，富水性弱；構(gòu)造裂隙含水層，沿斷裂帶巖石破碎，透水性較強，地下水水位埋深為3.20～13.40m，單井涌水量大于100m3/d。礦床充水的主要因素為風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水。水化學(xué)類型為SO2－4Ca2＋水，礦化度1.954g/L，pH值7.62。礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等。

3.5 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)豎井及運輸巷道位于二長花崗巖巖體中，巖體為塊狀結(jié)構(gòu)，巖性單一，極限抗壓強度為97.6～152.5 MPa，抗剪強度指標(biāo)為C＝2.5MPa、φ＝58.5°，工程地質(zhì)條件簡單，探礦施工過程中不穩(wěn)定因素少。礦區(qū)采礦巷道大部分位于碎裂巖中，巖體為碎塊狀結(jié)構(gòu)，巖性單一，極限抗壓強度為9.3～29.5MPa，抗剪強度指標(biāo)為C＝0.78MPa、φ＝37.6°，工程地質(zhì)條件簡單。

4 地面塌陷的控制因素及地表穩(wěn)定性分析

礦區(qū)開采引起地表變形和巖層移動，進而引發(fā)地面塌陷。地表變形和巖層移動有其特殊的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)背景，地下采礦是礦區(qū)巖體破壞的直接誘因，地下水產(chǎn)生的靜水壓力和動水壓力強化了巖體的變形與破壞。礦區(qū)巖體中存在的斷層、節(jié)理等特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)是巖體破壞的基礎(chǔ)。

4.1 控制因素分析

礦區(qū)地下開采過程中，采空區(qū)頂板巖石原始平衡狀態(tài)被破壞，在震動、降雨等作用下易產(chǎn)生變形，在重力作用下頂板發(fā)生彎曲、離層以至冒落形成塌陷。按巖石的破壞程度，自采空區(qū)到地表可劃分為三個不同的變形影響帶，即冒落帶、裂隙擴展帶和彎曲變形帶。冒落帶與裂隙擴展帶影響高度是礦層開采厚度的十倍甚至數(shù)十倍，當(dāng)采空區(qū)冒落帶影響至地表時，地表出現(xiàn)塌陷坑；若裂隙帶只發(fā)育到地表，則地表以地裂縫為主；當(dāng)三帶均發(fā)育時，彎曲變形帶上方地表往往形成塌陷盆地。大規(guī)模塌陷形成以后水平構(gòu)造應(yīng)力的釋放，再加上圍巖中的節(jié)理把圍巖剖分成柱狀結(jié)構(gòu)塊體以及斷層等特殊地質(zhì)構(gòu)造的存在，從而使上下盤圍巖向塌坑方向拱漲，并產(chǎn)生傾倒破壞，地表塌陷范圍開始快速向外擴展。此外降雨、震動及加荷情況下對采空塌陷影響尤為顯著。

4.2 地表穩(wěn)定性分析

礦區(qū)采用淺孔留礦法和削壁充填法，地下采空區(qū)不能被完全充填，沿礦體將出現(xiàn)地表移動變形帶，變形帶南北向展布，長約1100m，寬約180m，面積為0.20km2。隨時間發(fā)展，在采空區(qū)頂板自重、降水入滲、震動等因素綜合作用下，下部和上部新老采空區(qū)將逐漸連接為一體，并向地表發(fā)展，引發(fā)采空塌陷及伴生地裂縫。

5 地面塌陷治理措施

采空區(qū)塌陷對周圍環(huán)境已帶來較大影響，結(jié)合礦區(qū)采空塌陷特點，提出如下治理對策。

（1）對地表現(xiàn)存的兩處塌陷坑，應(yīng)立即有效回填，尤其應(yīng)對礦區(qū)內(nèi)的老采空區(qū)進行詳細(xì)勘察。

（2）礦山閉坑后，對井下硐室、運輸巷等空區(qū)一次性充填。

（3）對受塌陷影響的公路、輸電線路、供水管路等采取“采后恢復(fù)”措施，及時維修養(yǎng)護。

（4）改革平面布置方案，將礦井工業(yè)場地、居住區(qū)、運輸?shù)缆穼Ｓ镁€等布置在井田范圍以外，盡量不壓礦或少壓礦，以避免開采影響。

（5）推行土地復(fù)墾技術(shù)，及時充填塌坑，平整土地，結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)展規(guī)劃，進行土地復(fù)墾，恢復(fù)為農(nóng)林業(yè)用地。

（6）對因開采引起井泉泄漏而影響村民飲水時，礦方可同有關(guān)部門新建水源，以從根本上解決村民的飲水問題。

（7）建立快速的災(zāi)害反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，做到一有事故，迅速反應(yīng)，將災(zāi)害程度減少到最低。

［1］黃平路，陳從新.復(fù)雜地質(zhì)條件下礦山地下開采地表變形規(guī)律的研究［J］.巖土力學(xué)，2009，30（10）：3020～3024.

［2］BRADY B H G，BROWN E T.Rock Mechanics for underground mining［M］.London：George Allen Unwin，1985.

［3］賀躍光，顏榮貴，曾卓喬.構(gòu)造應(yīng)力作用下的地表移動規(guī)律研究［J］.礦冶工程，2000，20（3）：12～14.

［4］曹 陽，顏榮貴，賀躍光，等.構(gòu)造應(yīng)力型礦山地表移動宏觀破壞特征與對策［J］.礦冶工程，2002，22（2）：31～33.

［5］方建勤，彭振斌，顏榮貴.構(gòu)造應(yīng)力型開采地表沉陷規(guī)律及其工程處理方法［J］.中南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，35（3）：506～510.

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