銅坑礦92號礦體大范圍開采條件下地質災害預防措施

馮乃華

(廣西華錫集團股份有限公司， 廣西柳州市 545006)

銅坑礦92號礦體大范圍開采條件下地質災害預防措施

馮乃華

(廣西華錫集團股份有限公司， 廣西柳州市 545006)

根據銅坑礦92號特大型多金屬礦開采特點與環境條件，指出了可能誘發的局部地質災害。針對地表沉降、塌陷、滑坡和泥石流等災害隱患，提出了對策與預防措施。

地質災害;地表沉陷;災害預防;銅坑礦

1 概況

銅坑礦于1967年開始進行建設，1981年6月正式投產。礦床采用側翼主副井－下盤風井、主斜坡道聯合開拓。銅坑礦床的92號礦體為特大型緩傾斜厚礦體，產于硅質巖和灰巖中，礦體中心部位與上部的91號礦體相連。91號礦體與92號礦體產狀基本一致，礦體上部為近似垂直產出的細脈帶礦體。細脈帶礦體、91號和92號礦體組成復雜的上下疊置的復雜格局。細脈帶礦體上部采用無底柱分段崩落法回采，因礦石含硫自燃，改用充填法和分段空場法開采，嗣后處理空區，目前已基本結束。91號礦體主要采用膠結充填法，已全部采完，92號礦體為銅坑礦目前的主采礦體。

由于銅坑礦上述3大礦體大規模采動及周邊礦體采空區的影響，形成了井下及近地表覆巖大范圍屈服區域。92號礦體目前已形成連通地表的冒落區，部分與上部的細脈帶及91號礦體冒落區相連。隨著井下開采范圍的擴大及周邊礦柱逐漸的回采，若不采取措施，巖移裂隙帶迅速擴大，有可能形成地質災害。

為此，銅坑礦通過相關項目開展了地表塌陷區巖層移動監測技術、92號礦體采空區覆巖破壞與地壓災害防治技術等研究，通過對92號礦體區域地表沉降和井下巖層移動觀測、巖體和充填體壓裂和張裂等破壞調查、巖體聲發射監測數據分析、鉆孔位移和斷層活動觀測，以及巖層錯動與破壞調查分析，掌握巖層活動的安全動態，進行相關區域巖移資料綜合分析，實現地質災害預警，有效的解決了大范圍采動條件地質災害防治以及資源回收與安全開采等關鍵性技術難題，對我國有色礦山持續發展和環境穩定具有重要的現實意義和戰略意義。

2 礦山開采環境條件

2.1 礦體地質特征

礦床位于大廠倒轉背斜北東翼次一級橫向背斜及其軸部裂隙和層間錯動交匯部位。該褶皺為一復式背斜，大廠背斜東翼平緩，巖層傾角一般在40°以下，南西翼陡峻，一般傾角在70°以上，接近直立，甚至倒轉。主要控礦斷裂有3種:縱向逆斷層，隱伏于背斜軸倒轉部位，走向北西，傾向北東，傾角20°～30°，斷距150～200 m，為大廠礦區的主斷裂，是主要的導礦構造;橫向裂隙帶，位于長坡背斜軸部及其轉折的外則，其走向北東，傾向南東，走向延長1400 m，寬300～600 m，延深450 m，傾角為60°～70°，由大致平行的密集小裂隙組成，沿走向及傾向均顯示有雁行狀排列;層間錯動，發育在翼部巖性不同的地層接觸處，礦液呈充填交代形成致密塊狀礦石。

礦區出露的主要地層為一套碳酸鹽巖－硅質巖－細粒碎屑巖建造，包括:泥盆系中統馬家坳組(D2m);泥盆系上統榴江組(D3l);泥盆系上統同車江組(D3t)。該組為一套淺海相陸源碳酸鹽巖和泥頁巖沉積。大廠錫石－硫化物礦體主要產于上泥盆統這套碳酸鹽巖－硅質巖－泥灰巖巖石組合中。礦區內所見到的巖漿巖有花崗斑巖和閃長玢巖，均呈脈狀產出。

92號礦體屬于似層狀網脈浸染礦體類型，位于長坡倒轉背斜東翼之次級褶皺的北西傾沒端，呈層狀、似層狀產出，賦存于上泥盆統榴江組下段硅質巖中，垂直方向分布于300～570 m標高間，水平上分布于8#～30#勘探線間。礦體產狀與容礦地層一致，為NWW或近東西走向，總體傾向NNE，傾角隨地層產狀改變而變化。

2.2 水文地質條件

礦床水文地質條件簡單，坑道涌水量主要以裂隙構造水為主，受季節性影響，地表水補給，單位涌水量少，不影響礦體開采，礦床水質為SO4－Ca－HCO3－Ca型。礦床范圍內的上泥盆統五指山組扁豆狀灰巖裂隙發育，但含水的裂隙不多。裂隙水是礦坑充水的主要因素，其次是來自塌陷坑內的大氣降水。地形對地下水和大氣降水的排泄均有利。由于銅坑礦井下有完善的分級排水系統，能夠滿足安全規程要求。

2.3 圍巖工程條件與巖體質量評價

92號礦體頂板圍巖為寬條帶灰巖、泥灰巖及部分硅質巖。寬條帶灰巖、泥灰巖巖層裂隙不發育，厚度15～20 m，其中底部有3 m左右的泥灰巖，單層厚度20～0 cm，裂隙極不發育。92號礦體與91號礦體之間的夾石平均垂直厚度16.57 m，最大夾石垂直厚度達40 m。

采用RMR及Q系統分級方法對92號礦體及圍巖的巖體質量進行了評價，在此基礎上，對不同采場結構參數情況下的頂板和礦柱穩定性進行了計算分析。根據各巖層的參數的分類結果，RMR分類結果表明:92號礦體及圍巖的質量為中等巖體—好巖體。Q系統分類結果表明:92號礦體及圍巖的質量為中等巖體—良好巖體。根據各巖層Q分類結果得出采場頂板礦巖的無支護最大跨度為22 m。

3 礦山開采過程中地質災害隱患分析

92號礦體為緩傾斜厚大礦體，上部是細脈帶礦體和91號富礦體，在垂直方向上，這3個礦體呈重疊狀產出，且上部二礦體的水平投影全部重疊在92號礦體上面。細脈帶礦體采用無底柱分段崩落法開采，上盤圍巖已冒落。在1976年5月，細脈帶部分采區冒通地表后出現自燃火災，以后范圍逐漸擴大，后來通過聯合攻關，火災得以控制，但仍存在火災隱患。91號富礦體幾乎全部采用中深孔分段空場法和大直徑深孔空場法回采，采后空區嗣后一次充填。91號礦體與92號礦體之間，存在有少量的夾石(10～30 m不等)，或者是91號礦體的充填體。

92號礦體與91號礦體重疊區用組合式崩落法開采，礦體劃分為礦房和礦柱，礦房寬度為20～25 m，長度70～80 m，礦柱寬度12～15 m，預留5～8 m的頂柱。先用空場法回采礦房，再滯后約兩個礦房寬度崩落間柱、端柱和頂柱，在區域內實現組合式崩落連續回采。92號礦體邊部的非重疊區域用留連續礦柱空場法開采，將礦體劃分為盤區。一個盤區寬度為90～100 m，在盤區內再劃分為礦房和礦柱。由于受上方細脈帶礦體和91號礦體多次重復采動的影響，92號礦體處于極其復雜的應力狀態之中。大面積空區的覆巖長期未冒落或冒落甚少，一旦發生大規模垮塌，可能導致大范圍的沖擊波危害。因此，一直以來礦山企業非常重視采空區的處理和地壓管理工作。

92號礦體開采前，礦區范圍內井下已有部分采空區，由于處理得當，至今為止并未因大面積引起地質災害發生。但92號礦體開采已到中后期，今后在92號礦體進一步的開采過程中，采空區繼續擴大，如果監控不當，可能引起地壓災害的發生，主要形式包括:地表沉降、塌陷、地表水平移動、傾斜、彎曲、裂縫、雨季滑坡及泥石流、流井下突泥突水及附近尾礦庫潰壩等災害。

4 預防措施

4.1 地表沉陷災害隱患預防措施

通過礦山開采巖層移動與沉陷監控分析，進行災害預測預防。為了全面了解巖層移動規律，除地表觀測外，需在礦井下的各種巷道、采場及由地表或巷道向巖層打鉆孔，設立移動觀測站，進行定期觀測，以揭示巖層內部移動發展過程及移動特征。配合地表移動觀測，可了解到從采空區到地表之間整個巖層的移動情況。主要采用的監測方法包括:位移計、收斂計、水準儀、徑緯儀、全站儀、激光測距儀、鉆孔觀測、淺震法、聲法及電磁方法等。

廣西華錫集團股份有限公司銅坑礦與長沙礦山研究院等單位合作，對采空區覆巖破壞規律與采區穩定性進行監控研究，在進行理論計算分析的基礎上，采用三維數值模擬分析軟件，對銅坑礦92號礦體開采巖層移動進行分析，預計裂隙區影響范圍。根據計算與現場監控的結果發現，目前在92號礦體II盤區、I盤區和III盤區等區域正在形成較大范圍的巖移區域。對92號礦體近期及下一步的開采過程模擬分析結果表明，短期內92號礦體開采對地表工程如豎井等周圍巖移影響不大，但今后在擴大IV、VI盤區開采范圍的情況下，若無充填處理采空區措施，則在1#壩附近將產生較明顯下沉和水平移動，須引起高度注意。根據巖層移動模擬分析結果，預計隨著92號礦體開采范圍擴大，在酸水灣周邊一帶巖移影響范圍今后很有可能波及現有礦山公路，在一定條件下有可能誘發地質災害，為及時有效地監控逐漸顯著的巖層移動和預防可能引發的突發性地質災害事件，必須盡早采用全面的監控手段，建立連續使用的長期監測網絡，發現異常情況時及早預警，及時主動調整回采方案，采取有效的治理和防護措施，消除危險隱患。

4.2 監測預警措施

銅坑礦細脈帶、91號和92號3大礦體總開采范圍大，目前開采范圍水平投影面積達20萬m2，在地表形成了大范圍塌陷區和巖層移動裂隙區，由于大范圍的采動影響，在地面形成崩落陷坑，地壓活動加劇，若處理不當，在地表有產生地質災害的隱患。為解決大范圍區域性災害隱患監控與防治問題，安全、合理地回收礦產資源，通過科研攻關，開發應用了與生產實際相適應的礦山災害監控防治與巖層控制及預警技術。

經現場觀測發現，近年來細脈帶礦體、91號及92號礦體巖層移動范圍發生了很大變化。形成了細脈帶礦體淺部區域的塌陷坑和92號礦體中心區域的崩落區。在陷坑和崩落區周圍，地表出現明顯沉降和裂隙區，如92號礦體西南區上方地表27#測點2009年以來沉降值逐漸加大(見圖1)。

圖1 地表27#測點沉降值

通過開展巖層移動與災害防止專題攻關研究，建立了礦區地表塌陷區巖層移動、采空區覆巖破壞及地壓等相應的監控制度。在前期工作基礎上，深入研究在新的條件下地壓和巖移活動規律，監測井下地壓活動、塌陷區的變化和地表移動，有效實現了災害預防與地表保護。

4.3 地表泥石流預防措施

銅坑礦目前各井口周圍山體較平緩，周圍地表多覆蓋有第四紀沉積層，植被很好，發生山體滑坡的可能性小。井口場地位于半山坡平緩地帶，可有效避免周圍滑坡等地質災害的影響。

雖然在92號礦體開采影響范圍內無尾礦庫，但92號礦體區域外圍存在尾礦堆，長期降雨或暴雨則可能誘發泥石流。根據“預防為主、避讓與治理相結合”等原則，為了徹底解決地表泥石流災害隱患，必需對周邊尾礦進行清理，并修截洪溝和排洪溝。對周圍的尾礦壩需進行整治與監控，在有可能發生洪水、山崩、泥石流等的地帶不設工業場地和生活設施。

4.4 應急避險措施

為了有效做好地質災害隱患點的防災減災工作，編制了《地質災害隱患點防災應急預案》。銅坑礦逐漸建立和完善了監測預警體系，定期檢查地表及井下巖層變化情況。在地表塌陷區(隱患區)，已設置警示標志并標出避災路線。針對井下采空區危害監控，建立了地壓監測監控系統，制定和落實了嚴格的監控預警制度，取得了良好效果。

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2011－04－29)

馮乃華(1957－)，男，海南澄邁人，工程師，主管礦山安全環保和地質環境恢復等工作。