楊少鋒

(廣東省水文地質(zhì)大隊(duì)，廣東 廣州 510510)

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大麥山多金屬礦山開(kāi)采引發(fā)的礦山地質(zhì)災(zāi)害及防治措施分析

楊少鋒

(廣東省水文地質(zhì)大隊(duì)，廣東 廣州 510510)

連南縣大麥山矽卡巖型多金屬礦床為矽卡巖型銅、鉛、鋅礦床。產(chǎn)在燕山期中酸性侵入體與碳酸鹽巖層的外接觸帶中，礦床成因?yàn)槲◣r型。礦體產(chǎn)狀受巖層層理及構(gòu)造破碎帶的控制，形態(tài)復(fù)雜，大小不等。由于礦山超深超挖，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，忽視環(huán)境安全及人生安全。該地區(qū)為碳酸鹽巖，淺部巖溶非常發(fā)育，大量排水疏干，導(dǎo)致巖溶地面塌陷、地面沉降、地面開(kāi)裂等，造成十幾棟房屋開(kāi)裂、下沉、倒塌。而且選礦形成的廢水、廢渣影響到十幾公里，甚至更遠(yuǎn)，附近的植物、禾苗不長(zhǎng)，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

巖溶地面塌陷；礦坑突水；水土污染

1 地質(zhì)環(huán)境概況

1.1 地形地貌

礦區(qū)屬低山丘陵區(qū)，位于低山斜坡-坡腳地貌，地形南高北低，高程275～380 m，坡度15°～25°，向北漸變平緩，過(guò)渡為坡腳，坡腳地面高程65～95 m，已發(fā)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)主要分布在坡腳地貌單元中。

1.2 氣象水文

該區(qū)氣候溫和多雨，平均氣溫17.9℃～19.5℃，極端高溫38.9℃，極端低氣溫-6.9℃，山區(qū)冬季有霜凍和積雪現(xiàn)象。多年平均降雨量1 414.2～1 749.4 mm，年最大降雨量2 103.8mm，年最小降雨905.3 mm，每年四月至九月為豐水期，十月至次年二月為枯水期。多年平均蒸發(fā)度1 348.7～1 486.6 mm，最大1 828.2 mm，最小度966.1 mm。多年平均相對(duì)濕度78.9%～79.2%。

該區(qū)水系為大麥山河，河流從區(qū)北部由西向東流，河面寬30～50 m，水流較急，水量較豐富，具有坡度大，水位暴漲暴跌的山區(qū)河流特點(diǎn)。

1.3 地質(zhì)條件

據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，礦區(qū)內(nèi)的地層主要為石炭系中上統(tǒng)壺天群(C2+3ht) 灰?guī)r和第四系(Qdl+el)坡殘積土層。

(C2+3ht)灰?guī)r 廣布于礦區(qū)，位于坡殘積層之下，為一套淺海相碳酸鹽巖建造，為灰白色、淺灰色，厚層狀灰?guī)r，含燧石灰?guī)r和白云巖。厚度525～640 m。

(Qdl+el)土層 主要為灰黃色、褐黃色粉質(zhì)粘土，含少量灰?guī)r角礫，可塑狀，廣布于開(kāi)采區(qū)，層厚由南向北逐漸變厚，厚度2～15 m，層底起伏較大，隨下伏灰?guī)r面而變化。

在礦區(qū)的南部距開(kāi)采區(qū)約500m處見(jiàn)燕山期似斑狀中粒花崗巖出露。

1.4 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)地下水類(lèi)型主要為碳酸鹽巖溶洞裂隙水，松散層孔隙水為第四系粉質(zhì)粘土層，含水微弱。

1.4.1 巖溶發(fā)育特征

礦區(qū)據(jù)16個(gè)鉆孔的揭露情況，有12個(gè)鉆孔揭露到溶洞，鉆孔見(jiàn)洞率75%。并有多層溶洞，部分呈串珠狀，單個(gè)洞高一般在1.20～12.70 m，以1.5～5 m居多。溶洞發(fā)育深度以標(biāo)高-10～-70 m最為強(qiáng)烈,多數(shù)溶洞被充填或半充填，充填物主要為流塑狀粘性土或松散狀粉細(xì)砂。

1.4.2 水質(zhì)特征

pH=6.6～6.9、侵蝕CO2=3.26～4.08 mg/L、HCO3-=1.36～2.67 mmol/L、Cl-=1.76～1.78 mg/L、SO42-=77.68～92.6 mg/L，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3—Ca型，礦化度為0.17～0.29 g/L。據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)標(biāo)準(zhǔn)判別，礦區(qū)的地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

1.4.3 礦坑涌水量

(C2+3ht)富水性強(qiáng)，大泉暗河流量12～77 L/S，單井涌水量220～960 m3/d，地下水徑流模數(shù)10.75 L/(S·km2)，礦坑總涌水量11 062 m3/d，(其中順德窿3 216 m3/d、清遠(yuǎn)窿3 356 m3/d、125礦井2 325 m3/d、220礦井2 165 m3/d)；預(yù)測(cè)礦坑總涌水量達(dá)15 680 m3/d。

1.5 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)的巖土體可劃分為兩類(lèi)；土層和硬質(zhì)巖(見(jiàn)圖2)。

1.5.1 土層

區(qū)內(nèi)土層為(Qdl+el)土層，主要分布于礦區(qū)北部，為粉質(zhì)粘土，呈黃色、褐黃、棕黃色，成分主要為粘粒、粉粒，含灰?guī)r角礫碎石等，濕，以可塑狀為主，鉆孔揭露厚度為2～15 m，主要物理力學(xué)性質(zhì)天然含水量24.8%～41.2%，天然重度18.2～19.5 KN/m3，孔隙比0.768～1.023，液性指數(shù)0.26～0.71,壓縮系數(shù)0.31～0.51 MPa-1，壓縮模量3.48～5.15 MPa,粘聚力17.3～35.2 KPa,內(nèi)摩擦角13.50～21.30。

1.5.2 硬質(zhì)巖

區(qū)內(nèi)硬質(zhì)巖類(lèi)為(C2+3ht)灰?guī)r，灰色、灰白色、淺灰色，厚層狀灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r和大理巖，淺部巖溶發(fā)育，見(jiàn)較多溶洞、溶蝕裂隙分布，巖芯多呈短柱狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬，天然單柱抗壓強(qiáng)度f(wàn)r=43～86 MPa。

1.5.3 巖溶土洞

區(qū)內(nèi)主要不良地質(zhì)條件為溶洞，鉆孔見(jiàn)洞率達(dá)75%；多數(shù)溶洞全充填或半充填溶洞，充填物主要為流塑狀粘性土或松散狀粉細(xì)砂，局部含少量巖塊，結(jié)合綜合物探勘察結(jié)果，在物探測(cè)線(xiàn)控制范圍內(nèi)，共發(fā)現(xiàn)土洞3處，溶洞12處。

1.6 區(qū)域地殼穩(wěn)定性

礦區(qū)位于南嶺緯向構(gòu)造帶及華夏系，新華夏系等構(gòu)造帶的復(fù)合交界處，經(jīng)歷了加里東以來(lái)的多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜。對(duì)礦區(qū)周?chē)鷧^(qū)域而言，構(gòu)造體系基本屬于華夏系、新華夏系構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，走向以北東向?yàn)橹?，地層擠壓較強(qiáng)烈。

該區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造主要為連南壓性沖斷裂，該斷裂發(fā)育有多個(gè)分支，斷裂總體走向北東，延長(zhǎng)20～30 km，傾向北西，傾角32°～65°，擠壓帶寬度約20～50 m，擠壓帶內(nèi)巖石硅化，劈理化嚴(yán)重，并有大量石英脈充填，局部夾糜棱巖。礦區(qū)地震基本烈度為小于VI度，該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反映譜特征周期為0.35 s?？偠灾?，區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性較好。

2 礦山開(kāi)采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害

連南縣大麥山矽卡巖型多金屬礦床為矽卡巖型銅、鉛、鋅礦床。產(chǎn)在燕山期中酸性侵入體與碳酸鹽巖層的外接觸帶中，礦床成因?yàn)槲◣r型。礦體產(chǎn)狀受巖層層理及構(gòu)造破碎帶的控制，形態(tài)復(fù)雜，大小不等。礦石礦物成分主要有方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、輝銀礦、輝鉍礦、輝鉬礦等。

由于礦山超深超挖，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，忽視環(huán)境安全及人生安全。因?yàn)榈V井疏干排水后，才能繼續(xù)往下開(kāi)挖礦床，該地區(qū)為碳酸鹽巖，淺部巖溶非常發(fā)育，大量排水疏干，導(dǎo)致巖溶地面塌陷、地面沉降、地面開(kāi)裂等，造成十幾棟房屋開(kāi)裂、下沉、倒塌。而且選礦形成的廢水、廢渣影響到十幾公里，甚至更遠(yuǎn)，附近的植物、禾苗不長(zhǎng)，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

3 地質(zhì)災(zāi)害原因及防治措施

3.1 巖溶地面塌陷原因分析

巖溶地面塌陷是指與巖溶有關(guān)的地面塌陷，可分為二種，一種是發(fā)生在石灰?guī)r中的溶洞頂板塌陷，另一種發(fā)生在覆蓋層中的土洞頂板塌陷。起主導(dǎo)作用的是人為因素。主要是礦坑疏干排水引起的巖溶地下水位下降，導(dǎo)致地下水動(dòng)力條件的急劇變化，隨著巖溶水位的降低同時(shí)，也會(huì)引起第四系松散層孔隙水位的降低，使上覆土層及巖溶裂隙中的充填物受到疏通潛蝕，當(dāng)沖刷和淘空作用到達(dá)一定程度，就會(huì)在第四系土層下部或土層形成隱伏的土洞。土洞內(nèi)細(xì)小顆粒隨地下水的向下補(bǔ)給不斷流入溶洞及裂隙內(nèi)或被抽出地面，頂部土粒不斷冒落，當(dāng)?shù)叵滤陌徇\(yùn)作用超過(guò)了冒落土體對(duì)巖溶通道、隱伏塌洞的堵塞作用，土洞隨之逐漸向上擴(kuò)展，至洞頂土體失去了自然平衡狀態(tài)。導(dǎo)致地面開(kāi)裂變形，斷而產(chǎn)生下沉、塌陷、水質(zhì)污染等等的環(huán)境公害。

3.2 地面塌陷防治措施

(1)加強(qiáng)管理和監(jiān)測(cè)、制定合理的開(kāi)采方案，防止任意開(kāi)挖坑道，盲目開(kāi)采。

(2)灰?guī)r地區(qū)，用物探方法，圈定巖溶發(fā)育地段，查明溶洞、土洞形態(tài)，長(zhǎng)、寬、高、頂、底板位置，充填情況等。

(3)禁止在建筑附近打井(坑道)大降深抽汲巖溶水。

(4)對(duì)已發(fā)生的塌陷、要及時(shí)回填陷坑，以恢復(fù)土地利用。

(5)對(duì)重要建筑物建議采用穩(wěn)定的基巖作為樁基持力層。

(6)對(duì)基巖影響深度內(nèi)的土洞、溶洞進(jìn)行充填，對(duì)較小的溶洞、土洞采用梁板跨越。

(7)對(duì)地下水截流改道，防止土洞進(jìn)一步發(fā)展。

3.3 礦坑突水防治措施

礦坑突水是礦山開(kāi)采主要地質(zhì)災(zāi)害之一，主要分為地面水災(zāi)防治和井下水災(zāi)防治。

地表水災(zāi)防治主要采取防、堵、截、排水的措施，合理確定井口位置，特別是井口標(biāo)高要高出當(dāng)?shù)睾樗?.3～0.5 m以上。在地表變形區(qū)附近挖掘排水溝，將地表水引出變形區(qū)外，防止地表水回灌入井下，及時(shí)填壓實(shí)地表裂縫，可避免地表水對(duì)礦井的危險(xiǎn)。

井下水災(zāi)防治主要是針對(duì)老窯積水的潰入和強(qiáng)含水層的突水。特別是灰?guī)r中存在溶洞裂隙水。必須收集本礦及鄰礦的水文地質(zhì)資料進(jìn)行分析對(duì)比，建立完善合理的排水系統(tǒng)。

4 對(duì)策與建議

4.1 對(duì)策

(1)加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，切實(shí)履行地質(zhì)環(huán)境監(jiān)督管理職能；確保監(jiān)測(cè)工作、保質(zhì)、保量的正常進(jìn)行。

(2)同時(shí)要繼續(xù)做好地下水環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)并開(kāi)展礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評(píng)價(jià)工作；及時(shí)做好地質(zhì)災(zāi)害和地下水污染情況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。

(3)各礦區(qū)應(yīng)建立污水處理收集系統(tǒng)；最合理的治理措施是循環(huán)使用這些選礦廢水，既能節(jié)約水資源，又能防止環(huán)境污染。不能將這些廢水直接流入江河。

4.2 建議

(1)對(duì)兩地面變形區(qū)的巖溶水位動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，為防災(zāi)、減災(zāi)提供預(yù)警依據(jù)。

(2)該礦區(qū)今后采礦深度主要布置在標(biāo)高0 m以下，且巷道掘進(jìn)方向以南西向?yàn)橐?，?yīng)避免向礦業(yè)場(chǎng)住宅區(qū)方向采礦。

(3)必要時(shí)在本礦區(qū)及其附近地區(qū)開(kāi)展專(zhuān)業(yè)的巖溶地面變形地質(zhì)災(zāi)害勘察工作，進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)工作，進(jìn)一步劃分危險(xiǎn)性區(qū)段，為礦區(qū)生產(chǎn)建設(shè)宏觀決策提供依據(jù)。

2016-11-30

楊少鋒(1971-)，男，廣東河源人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面工作。

P642.21

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1004-1184(2017)03-0215-02