廣西某金屬礦山采空區沉陷損毀耕地預測及防治

張紫峰 謝廷勇 劉 芳

(中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，廣西 桂林 541004)

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廣西某金屬礦山采空區沉陷損毀耕地預測及防治

張紫峰 謝廷勇 劉 芳

(中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，廣西 桂林 541004)

通過對廣西佛子礦業有限公司佛子沖鉛鋅礦古益礦區采空區地面沉陷地質災害對地表耕地損毀的預測和研究，闡述了地面沉陷損毀耕地的形式及特征，并提出防治措施，為類似金屬礦山采空區地面沉陷地質災害損毀耕地的預測及防治提供參考。

金屬礦山，采空區地面沉陷，損毀耕地，預測與防治

廣西佛子礦業有限公司佛子沖鉛鋅礦古益礦區位于廣西岑溪市安平鎮、誠諫鎮交界處，礦山采用普通留礦法和全面法進行地下開采，地下礦體被采空后，采空區上部的巖層失去支撐，平衡條件被破壞，隨之可能產生彎曲、塌落，以致發展到使地表下沉變形形成采空區地面沉陷地質災害，致使地表的耕地(水田、旱地)因變形、地裂縫等造成耕作條件改變，無法正常耕種而失去原有功能，造成耕地的損毀。本文將通過對佛子沖鉛鋅礦古益坑口采空區地面沉陷地表影響區半徑、地表最大下沉值、最大傾斜值、最大水平移動值等的計算與分析，預測采空區地面沉陷地質災害對地表耕地的損毀程度，并提出防治措施與建議。

1 環境及地質概況

1.1 地形地貌

礦區處于構造侵蝕的中低山地貌單元，地勢南北低，東西及中部高，地面海拔標高一般為300 m～500 m，最高862 m，相對高差一般100 m～300 m，地形切割中等，溝谷多呈“V”字形，坡度25°～45°，植被較發育。

1.2 地層及構造

1)地層巖性。

2)地質構造。

礦區處于華南加里東褶皺系云開隆起西緣,欽州—玉林海西殘余地槽褶皺帶之博白—岑溪深大斷裂帶北東端，區內斷裂構造十分發育，相伴有緊閉褶皺，按空間展布方向分NNE，NE，NW和SN走向四組，其中以NNE，NE組最為發育，各構造體系相互干擾、利用、遷就或穿插，形成了本區復雜的構造格局。

1.3 礦體特征及開采方法

古益礦區包含六塘—石門—刀支口礦段和大羅坪礦段，共計保有大小礦體122個,礦體走向長一般100 m～300 m，最長600 m，傾斜延深一般200 m～300 m，最大延深400 m，厚一般1 m～4 m，最厚17 m，平均2.15 m，設計開采標高為570.1 m至海拔-160.1 m。設計采用地下開采方式，采礦方法為：普通留礦法和全面法。

2 地面沉陷損毀耕地形式及特征

地下開采之前，巖體間處于一種相對穩定的自然平衡狀態。礦體采空后，就破壞了原巖的自然平衡狀態，使圍巖內的應力重新分布，當某處所產生的拉應力達到或者超過圍巖的強度，巖體發生破壞，產生采空區倒塌，頂底柱或間柱垮落，巷道下沉、冒頂、錯動等。當這些應力釋放的現象影響到地表后，就會出現地表土地的移動、變形、裂縫或塌陷等，造成土地損毀。地面沉陷損毀耕地形式和特征見表1。

表1 采空區地面沉陷損毀耕地形式和特征表

3 采空區地面沉陷損毀耕地分析[2,3]

根據地表移動和變形預計計算公式，先對地表影響區半徑r進行估算，然后將影響范圍內的耕地(水田和旱地)按空間分布劃分為14個地塊，再以地塊為單位，利用公式對各地塊的地表最大下沉值Wcm，最大傾斜值icm，最大水平變形值ucm進行計算，最后通過對照《土地復墾方案編制規程》中的沉陷土地損毀程度分級參考標準(見表2，表3)，分析確定采空區地面沉陷對耕地損毀等級。各計算公式如下：

地表影響區半徑：r=H/tanβ。

其中，H為開采深度，m；β為移動角，按β=70°計算。

地表最大下沉值Wcm=Mqcosα(mm)(充分采動)。

其中，M為礦體開采厚度，m；q為單層采動的下沉系數,本次評估取值0.6；α為礦體傾角。

最大傾斜值：icm=Wcm/r(mm/m)。

最大水平變形值：ucm=1.52bWcm/r(mm/m)。

其中，b為水平移動系數，取b=0.3(1+0.008 6α)(本次評估取值0.45)。

表2 水田損毀程度分級標準

表3 旱地損毀程度分級標準

根據計算古益礦區采空區邊界影響半徑r為26 m～309 m，影響區面積為256.55 hm2，受影響水田10.69 hm2、旱地8.99 hm2。各地塊的地表最大下沉值Wcm、最大傾斜值icm、最大水平變形值ucm以及采空區地面沉陷對地塊(水田和旱地)的損毀等級見表4，表5。

表4 采空區地面沉陷對水田的損毀等級評價表

表5 采空區地面沉陷對旱地的損毀等級評價表

通過以上計算與分析，預測廣西佛子礦業有限公司佛子沖鉛鋅礦古益礦區采空區地面沉陷對水田的損毀程度為中度～重度，對旱地的損毀程度為輕度～中度。

4 采空區地面沉陷損毀耕地防治措施

1)建議留設保安礦柱或建造人工支柱，及時利用廢石回填采空區，防止引發采空區地面沉陷地質災害。

2)對沉陷區內的水田、旱地進行裂縫充填、平整田地，修復、修筑田坎、灌溉水渠等，恢復土地肥力和其原有用途。

5 結語

采空區地面沉陷損毀耕地是眾多地下開采礦山面對的主要問題之一，本文通過對廣西佛子礦業有限公司佛子沖鉛鋅礦古益礦區采空區地面沉陷地質災害對地表耕地損毀的預測和研究，并提出防治措施，為今后類似金屬礦山采空區地面沉陷地質災害損毀耕地的預測及防治提供了參考。

[1]賈新果.采煤沉陷土地破壞程度分級研究.煤炭工程，2009(6):81-84.

[2]TD/T 1031—2011，土地復墾方案編制規程.

[3]DB45/T 382—2006，建設項目地質災害危險性評估規程.

The prediction and prevention to the farmland destruction by goaf subsidence geological disaster of a metal mine in Guangxi

Zhang Zifeng Xie Tingyong Liu Fang

(ChinaNonferrousMetal(Guilin)GeologyandMiningCo.,Ltd,Guilin541004,China)

According to the prediction and research on the goaf subsidence geological disasters on the surface farmland damages at Fozichong lead zinc mine of Fozi Mining Co., Ltd in Guangxi, the paper illustrates the forms and features of the ground subsidence damage on farmland, and points out the prevention measures, so as to provide reference for the prediction and prevention of the goaf subsidence geological disasters on farmland at similar metal mines.

metal mine, goaf ground subsidence, damaged farmland, prediction and prevention

1009-6825(2015)18-0201-02

2015-04-11

張紫峰(1981- )，男，工程師； 謝廷勇(1977- )，男，高級工程師； 劉 芳(1986- )，女，工程師

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