廣西華錫集團銅坑礦地質災害評估及防治措施

謝廷勇 白艷萍

(1.桂林理工大學地球科學學院，廣西 桂林 541004;2.桂林礦產地質研究院地災防治所，廣西 桂林 541004)

對礦區進行地質災害的預測十分重要，它不僅能減輕和避免地質災害對礦山造成的損失，而且能夠維護礦區的正常作業，保證人民的生命和財產安全，礦山地質災害主要表現為崩塌、采空區地面塌陷、滑坡、地下水污染、地面沉陷等方面，我們應根據具體情況提出相應的預防和治理辦法，為保護礦山地質環境，合理開發礦山資源提供科學依據。

1 礦區概況及環境地質條件

1.1 概況

廣西華錫集團銅坑礦位于廣西河池市南丹縣大廠鎮境內，礦區中心地理坐標為東經 107°33'52″～107°41'45″，北緯 24°48'19″～24°52'53″，開采標高+925 m～+150 m。現主要開采對象為細脈帶，91號，92號礦體，三大礦體在空間位置上是重疊產出，續采開采鋅多金屬礦體94號，95號，96號。

1.2 環境地質條件

1)氣象、水文條件:評估區屬中亞熱帶季風氣候區，四季分明。年均氣溫16.9℃，年平均降水量約1 497 mm。屬紅水河系支流清水河與刁江分水嶺地帶，區內對礦山開采和建設工程有影響的主要水系有黑水溝小溪、同車江、魯塘小溪、平村溪、車河。

2)地形地貌:評估區屬中低山～低山地貌區，總體地勢北西高，向東南逐步降低，區內地形起伏大，多陡坡深谷，沖溝發育，斷面多呈“V”形，區內山體天然坡度20°～90°。

3)地層巖性:礦區出露的地層為泥盆系、石炭系及二迭系，巖性主要為碳酸鹽巖、硅質巖、碎屑巖，在山間盆地及洼地有少量的第四系松散沉積分布及人工堆積的尾礦砂等。

4)區域地質構造:評估區位于廣西山字形前弧西翼中段，屬丹池褶斷帶，在礦區及附近由一系列西北向及北北西的褶皺和斷裂組成，區內褶皺構造主要是北東向撓曲構造，長1 500 m，寬500 m～700 m，軸向30°，從南西向北東方向傾伏。

2 礦區地質災害現狀及其特征

根據實地調查，銅坑礦區滑坡8處，崩塌5處，巖溶地面塌陷3處，采空區地面塌陷4處，采空區地面塌陷群1處。位于鐵板哨工業場地東副井和2號豎井山坡滑坡2處(H5，H6)，危害程度中等，危險性中等;位于銅坑區采空區地面塌陷群1處(Tq1)，危害程度大，危險性大，位于長坡區采空區地面塌陷4處(Tk1～Tk4)，危害程度小，危險性小;位于鐵板哨工業場地職工宿舍區山坡崩塌1處(B4)，危害程度小，危險性小;其中位于魯塘尾礦庫滑坡4 處(H1，H2，H3，H4)，崩塌4 處(B1，B2，B3，B5)，均屬小型，危害程度小，危險性小;H7，H8危害程度中等，危險性中等;巖溶地面塌陷位于魯塘尾礦庫壩首地段，Ty1危害程度中等，危險性中等;Ty2，Ty3危害程度小，危險性小;地下水污染危害程度中等，危險性中等。

3 礦區地質災害預測研究

3.1 礦山建設引發的地質災害預測

3.1.1 崩塌、滑坡地質災害預測

1)黑水溝尾礦庫。

位于黑水溝下游，現堆放尾礦約70萬m3，尾礦堆長約300 m，寬80 m，高15 m～30 m，坡度30°～50°，尾砂未經壓實，結構松散，在不同時期各層接觸面間可能產生一定的滑動，由于堆放尾砂存在坡度較陡的臨空面，尾礦堆積體在自重和水循環動力作用下可能引發尾礦庫內小規模的崩塌，預測引發崩塌、滑坡地質災害的可能性小，規模100 m3～2 000 m3，對壩體穩定性影響較小，不會造成人員傷亡和財產損失，危害程度小，危險性小。

2)礦山廢石場。

位于黑水溝上游東副井附近，礦山廢石場現存放廢石量約160萬m3，形成廢石場坡度在30°以上，高度20 m～35 m，銅坑礦每年開采產生的廢石除絕大部分用于充填采空區外，約有10萬t需提升至地表廢石場堆放，主要堆放在1號壩西端地勢稍高的溝谷場地內，谷寬50 m～80 m，自然坡度30°～50°。廢石由塊狀砂巖、頁巖、硅質巖組成，塊體大小不一，巖體結構松散，在暴雨或者連續強降雨作用下形成洪水，將產生崩塌、滑坡地質災害隱患，對壩體的穩定性形成威脅。預測廢石場發生崩塌、滑坡地質災害的可能性中等，下方為溝谷山地，人煙稀少，危害程度小，危險性小。

3)長坡尾礦庫。

長坡尾礦庫形成5階臺階高度5 m～8 m不等，坡度30°～50°的臺階式堆積壩體，壩體總高近40 m，尾礦主要成分為粒徑2 mm～5 mm的中砂和細砂，尾砂較為松散，未經壓實，透水性好，如開挖順序不合理，形成高陡邊坡，在暴雨或者連續強降雨作用影響下，坡腳遭到水流沖擊破壞，易引發崩塌、滑坡。預測長坡尾礦庫在復選礦過程中引發崩塌、滑坡的可能性中等，崩塌、滑坡體積一般在300 m3～1 000 m3之間，主要危害對象為進庫道路、礦山道路、作業人員和機械設備，危害程度中等，危險性中等。

4)魯塘尾礦庫區。

a.碳酸鹽巖質崩塌。庫區內可能引發碳酸鹽巖質崩塌的地段主要在壩首的南面及西岸碳酸鹽巖峰體。壩區南面、西岸邊坡在庫水位線附近有可能引發崩塌現象。危害對象主要是尾礦庫庫岸，規模較小，產生結果只是減少極小的庫容，對人員危害不大。因此，預測尾礦庫未來使用過程中，在南岸、西岸引發崩塌的可能性中等，危害程度小，危險性小。b.碎屑巖及不純碳酸鹽巖崩塌、滑坡。在庫區可能引發碎屑巖及不純碳酸鹽巖崩塌、滑坡的地段主要在庫東岸壩址以上至回水泵房地段及排洪隧道進水口處。預測引發碎屑巖、不純碳酸鹽巖崩塌、滑坡的可能性中等，預測其規模較小，體積一般在100 m3～20 000 m3，其危害對象主要是堵漏壩、排洪隧道及排洪斜井、排洪斜槽、進庫公路等，造成汛期排洪受阻，水位上升，威脅進出庫區的車輛和人員安全，危害程度中等，危險性中等。

3.1.2 采空區地面塌陷地質災害預測

未來銅坑礦主要開采深部的94，95，96號礦體，為緩傾斜礦體，平均傾角約 30°，平均厚度分別為 3.58 m，4.95 m，5.57 m。

未來開采垮落帶高度按下式計算:

其中，∑M為礦體累計厚度，m;Hm為垮落帶高度。

由上述公式計算，銅坑礦 Hm=(16.54±2.2)m，開采中段距地表高度為 min[H地]=235 m，Hm＜min[H地]，可知垮落帶未發育至地表，根據上述計算結果，預測未來開采94，95，96號礦體時引發采空區地面塌陷的可能性小，加劇上下開采水平中段間塌陷的可能性亦小，危害程度小，危險性小。

3.1.3 巖溶地面塌陷地質災害預測

1)尾礦庫堆壩及堵漏壩基。在魯塘尾礦庫堆壩和堵漏壩基受F4斷層影響，裂隙發育，巖石完整性差，由于受堆壩荷載和約50 m～60 m高的水頭壓力作用，將可能引發巖溶地面塌陷的產生，尾礦庫巖溶地面塌陷對下游人員的影響不大，可使尾礦庫主體工程的使用功能失效。所以，預測未來尾礦堆放引發尾礦庫壩基巖溶地面塌陷的可能性中等，危害程度中等，危險性中等。

2)尾礦庫庫區。魯塘尾礦庫區巖溶極發育，第四系厚度只有0.5 m～1.5 m左右，地下水活動強烈，有可能引發巖溶地面塌陷的產生，預測此地段尾礦堆放引發巖溶地面塌陷的可能性中等，因巖溶地面塌陷產生的跑砂、漏水仍在庫內，對尾礦庫運行影響和危害程度小，危險性小。

3.1.4 采空區地面沉陷地質災害預測

礦區內的礦體大面積采空后，礦體頂板巖體失去支撐，上部巖(土)體原有平衡條件被破壞容易產生彎曲、塌落，引發地表相應下沉。本文采取礦山地表移動與變形值的計算方法對該區的采空區變形進行估算，主要計算公式如下:

式中:Wcm——最大下沉值;

M——礦體平均厚度;

q——下沉系數(礦石、圍巖均為堅固巖石，在此取0.65);

a——礦體傾角。

計算結果見表1。可以看出，未來開采94，95，96號礦體形成采空區變形值最大傾斜值和最大曲率值均小于臨界值。預測未來礦業活動中產生采空區地面沉陷的可能性中等，因地表為荒山，無建筑物和人員，發生災害僅造成植被破壞，危害程度小，危險性小。

表1 未來主要開采礦脈最大下沉值

3.1.5 引發礦坑突水地質災害危險性預測

根據礦山現階段+305 m中段正常涌水量為4 793 m3/d。未來礦山活動，開拓方式不變，所處地質環境條件相似，但隨著開采深度增大(從+305 m～+150 m)，水文地質和工程地質條件發生了較大變化，而且開采揭露的斷層面和導水裂隙面加大，一旦揭穿與現地表塌陷連通性好的導水裂隙帶及富水帶，將導致礦坑涌水量加大，預測未來最大涌水量為7 822 m3/d。因此，未來礦業活動引發礦坑突水的可能性小，危害對象為礦工、井下設施，危害程度小，危險性小。

3.2 礦山建設可能加劇的地質災害預測

可能加劇崩塌(B2，B3)地質災害(B1位置較高，不受庫水位影響)，可能性中等，預測崩塌的規模100 m3～300 m3，因此地段無人居住，僅會減少部分庫容，危害程度小，危險性小。

預測未來尾礦堆積加劇滑坡(H2，H3)的可能性中等，危害程度小，危險性小;尾礦庫水位的上升對東岸進庫公路段滑坡(H4，H7，H8)影響較大，可能加劇此地段滑坡地質災害，滑坡對進庫公路及車輛行人形成威脅，滑坡堆積物可能堵塞正在使用的排洪隧道，影響排洪，可能性中等，危害程度中等，危險性中等。

預測未來礦業活動加劇地下水污染的可能性中等，危害程度中等，危險性中等。

預測未來開采淺部細脈帶、91，92號礦體加劇采空區地面塌陷的可能性中等，因產生塌陷后大部分地表建筑均已遷移，僅有荒山和植被，雖不會造成人員傷亡，但破壞土地資源、生態環境和已建排洪溝，給以后的礦山土地復墾工作帶來較大的難度，經濟損失較大。此外，發生采空區地面塌陷會引發塌陷區周圍邊坡次生的崩塌、滑坡進而引發泥石流地質災害，泥石流從貫通地表塌陷區灌入井下，對后期開采工作人員、機器設備造成危害，危害程度大，危險性大。

4 礦區地質災害防治措施

根據該區地質災害現狀和礦山實際情況提出以下防治對策。

4.1 采空區地面塌陷

礦山已建立了完善的地壓活動聲發射監測系統，應在原有監測網的基礎上，擴大地表觀測網的布置范圍，通過對監測數據作定量分析，更加準確地預測預報地壓活動和地質災害的發生，確保井下空區以及地表塌陷坑治理工作的安全。

銅坑礦已在地表塌陷區邊界范圍設置了界樁和警示牌，礦山糾察隊不定期在其范圍內巡察，以杜絕人員進入塌陷區。應對民采遺棄的窿口加強監控，一旦發現塌陷區內有非法民窿，立即向有關部門匯報并組織人員進行炸毀，確保井下作業安全。

4.2 崩塌、滑坡

對礦山公路、職工生活區、魯塘尾礦庫區南岸可能形成危巖及破碎巖石應全部清除，同時對峰體上存在影響巖體穩定性的裂隙，特別是有順坡張裂隙的危巖體可考慮錨固承柱支撐處理;對人工改造自然斜坡和進庫公路地段，禁止破壞山坡植被，對已經開挖坡腳地段應根據有關規范驗算人工邊坡的穩定性，設計相應的擋土墻進行護坡。

排洪、排砂隧道進水口處邊坡用漿片石護坡，對巖石中的張性裂隙進行灌漿固結處理。發現斷層破碎帶及裂隙密集區時，及時采取錨固灌漿、支撐等防坍措施。

對危險性較大的如H5，H6，H7，H8滑坡，雖已修建擋土墻、抗滑樁等設施，因年代久遠或已遭滑坡破壞，應檢查、核算擋土墻、抗滑樁的完整性和安全性，修建排水設施;同時在邊坡上設置觀測點，派專人定期進行邊坡位移變形記錄，特別是遇連續大降雨或者強暴雨天氣時要加強邊坡巡查，遇危險情況及時撤離和疏散邊坡下建筑物內工作人員，封鎖區域內礦山道路。

4.3 巖溶地面塌陷、地下水污染

魯塘尾礦庫壩區易產生壩下巖溶地面塌陷、地下水污染，應對局部溶隙發育地帶采用土工布(膜)、粘土鋪蓋。對尾礦壩巖溶發育較強烈地段進行灌漿或噴射混凝土加固處理，確保尾礦庫的安全使用。尾礦庫水作為生產用水循環使用一般不向外排放，如需排放應嚴格按照相關國家廢水排放標準達標排放。

防治崩塌、滑坡等地質災害的根本措施還在于加強礦山建設、生產，乃至閉礦后的礦山環境保護和復墾綠化工作。

5 結語

銅坑礦區滑坡8處，崩塌5處，巖溶地面塌陷3處，采空區地面塌陷4處，采空區地面塌陷群1處;可能引發或加劇的地質災害主要有:礦山廢石場廢石、廢水混放可能引發崩塌、滑坡地質災害;長坡尾礦庫尾礦再選過程中的人類工程活動易引發崩塌、滑坡地質災害;魯塘尾礦庫尾礦堆積引發和加劇壩基、壩體和庫岸崩塌、滑坡、巖溶地面塌陷、地下水污染等地質災害;礦山淺層細脈帶、91，92號礦體地下開采可能加劇采空區地面塌陷地質災害，地下開采掘揭露地下含水層可能引發礦坑突水地質災害。銅坑礦區的2號豎井及東副井地段、地下開采區、采空區地面塌陷、礦坑突水、地下水污染地質災害危險性大區，面積1.78 km2，建設用地適宜性差;魯塘尾礦庫區、廢石場、礦山道路、長坡工業場地、鐵板哨工業場地其他范圍為地質災害危險性中等區，面積2.75 km2，建設用地適宜性為基本適宜;除上述范圍外評估區范圍內其余地段為危險性小區，面積18.01 km2，建設用地適宜性為適宜。

對于礦山的地質災害的防治，必須堅持以預防為主、避讓與治理相結合和全面規劃、突出重點的原則，因勢利導，因害設防，各種防治技術相結合，這樣才能達到減災的目的。

[1] 桂林礦產地質研究院.廣西華錫集團有限責任公司銅坑礦建設項目地質災害危險性評估報告[R].2008.

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