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

        2017-04-16 22:11:22楊少鋒
        地下水 2017年3期
        關(guān)鍵詞:土洞礦坑溶洞

        楊少鋒

        (廣東省水文地質(zhì)大隊,廣東 廣州 510510)

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        大麥山多金屬礦山開采引發(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,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,礦床成因為矽卡巖型。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、地面開裂等,造成十幾棟房屋開裂、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,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。

        1.3 地質(zhì)條件

        據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件及現(xiàn)場調(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)的南部距開采區(qū)約500m處見燕山期似斑狀中?;◢弾r出露。

        1.4 水文地質(zhì)條件

        礦區(qū)地下水類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個鉆孔的揭露情況,有12個鉆孔揭露到溶洞,鉆孔見洞率75%。并有多層溶洞,部分呈串珠狀,單個洞高一般在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)的地下水對混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無腐蝕性,對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

        1.4.3 礦坑涌水量

        (C2+3ht)富水性強,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;土層和硬質(zhì)巖(見圖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,見較多溶洞、溶蝕裂隙分布,巖芯多呈短柱狀,巖質(zhì)堅硬,天然單柱抗壓強度fr=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,在物探測線控制范圍內(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)歷了加里東以來的多次構(gòu)造運動,導(dǎo)致構(gòu)造錯綜復(fù)雜。對礦區(qū)周圍區(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,走向以北東向為主,地層擠壓較強烈。

        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)育有多個分支,斷裂總體走向北東,延長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)地震動峰值加速度為0.05 g,地震動反映譜特征周期為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,礦床成因為矽卡巖型。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)濟效益,忽視環(huán)境安全及人生安全。因為礦井疏干排水后,才能繼續(xù)往下開挖礦床,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、地面開裂等,造成十幾棟房屋開裂、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,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)致地下水動力條件的急劇變化,隨著巖溶水位的降低同時,也會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\作用超過了冒落土體對巖溶通道、隱伏塌洞的堵塞作用,土洞隨之逐漸向上擴展,至洞頂土體失去了自然平衡狀態(tài)。導(dǎo)致地面開裂變形,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)加強管理和監(jiān)測、制定合理的開采方案,防止任意開挖坑道,盲目開采。

        (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、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)對已發(fā)生的塌陷、要及時回填陷坑,以恢復(fù)土地利用。

        (5)對重要建筑物建議采用穩(wěn)定的基巖作為樁基持力層。

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

        (7)對地下水截流改道,防止土洞進一步發(fā)展。

        3.3 礦坑突水防治措施

        礦坑突水是礦山開采主要地質(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,及時填壓實地表裂縫,可避免地表水對礦井的危險。

        井下水災(zāi)防治主要是針對老窯積水的潰入和強含水層的突水。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)資料進行分析對比,建立完善合理的排水系統(tǒng)。

        4 對策與建議

        4.1 對策

        (1)加強組織領(lǐng)導(dǎo),切實履行地質(zhì)環(huán)境監(jiān)督管理職能;確保監(jiān)測工作、保質(zhì)、保量的正常進行。

        (2)同時要繼續(xù)做好地下水環(huán)境動態(tài)監(jiān)測并開展礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評價工作;及時做好地質(zhì)災(zāi)害和地下水污染情況的預(yù)測預(yù)報工作。

        (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)對兩地面變形區(qū)的巖溶水位動態(tài)變化進行長期觀測,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,且巷道掘進方向以南西向為宜,應(yīng)避免向礦業(yè)場住宅區(qū)方向采礦。

        (3)必要時在本礦區(qū)及其附近地區(qū)開展專業(yè)的巖溶地面變形地質(zhì)災(zāi)害勘察工作,進行礦山地質(zhì)環(huán)境評價工作,進一步劃分危險性區(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

        B

        1004-1184(2017)03-0215-02

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