凹陷開采石灰?guī)r礦引發(fā)巖溶塌陷的防治淺論

陳 祺

（廣東有色工程勘察設計院，廣東 廣州 510080）

隨著房地產(chǎn)開發(fā)和城市建設的大規(guī)模開展，水泥作為基礎建材，市場需求量巨大，也帶動了水泥用石灰?guī)r礦的開發(fā)利用，其中凹陷露天開采相比地下開采具有開采成本低、勞動生產(chǎn)率高、作業(yè)比較安全等優(yōu)勢，但在石灰?guī)r地區(qū)，隨著凹陷開采的深度增加，往往需要抽排地下水，開采區(qū)及周邊地下水位的下降可能引發(fā)巖溶塌陷，造成房屋開裂、農(nóng)田毀壞、道路下沉等后果，嚴重者甚至可能危及人員生命財產(chǎn)安全，需要引起重視，做好防治工作，才能保證礦產(chǎn)開采的正常進行。

1 巖溶塌陷特征及危害

以湛江市某石灰?guī)r礦區(qū)為例，擬設礦區(qū)面積1.33km2，屬于丘前平原地貌，礦區(qū)地表多為水稻，礦體由第四系所覆蓋，極少見出露基巖。礦區(qū)范圍內(nèi)曾有局部作為建筑石料、水泥原料等進行不同規(guī)模民采。共有12個采場，其中北邊2個采場開采時間較久，開采最深處可達-40m標高，其他采場一般開采至約-10m～-20m標高。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及走訪附近村民，礦區(qū)及周邊存在多處地面塌陷，經(jīng)統(tǒng)計，礦區(qū)及周邊共發(fā)現(xiàn)巖溶地面塌陷67處，每處分布數(shù)量不等的塌陷坑，最多處分布有上百個塌陷坑，塌陷坑大小不等，小的直徑不足1m，大的塌陷坑直徑有10m～30m，其中礦區(qū)中西部農(nóng)田中有一水塘為民采期間塌陷積水而成，面積約1000m2，周邊散布30多個塌陷坑，坑底下陷距離不等，淺的約20cm，深的超過2m。因地面塌陷引起附近村莊多座房屋開裂，經(jīng)走訪村民，在民采期間有村內(nèi)魚塘中部發(fā)生塌陷，越靠近民采場采坑，塌陷坑的數(shù)量與規(guī)模均呈上升趨勢。主要影響到分散性居民安全，部分影響到村莊和居民聚居區(qū)安全，目前已經(jīng)造成一定經(jīng)濟損失，對人員及居民房屋造成一定威脅。

2 巖溶塌陷成因分析

巖溶塌陷致塌過程可以抽象為蓋層－巖溶介質(zhì)體系[1]：可溶巖地層和覆蓋層是巖溶塌陷發(fā)育的內(nèi)部條件，在一定時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定；巖溶水、氣容易受到人為因素的影響產(chǎn)生頻繁、大幅度、快速的變化，故其常常成為巖溶塌陷發(fā)育的誘發(fā)因素，即致塌力[2]。

礦區(qū)地表為第四系覆蓋層，擬開采的礦體隱伏于第四系之下，為自北東往南西展布賦存于上泥盆統(tǒng)東崗嶺組（D2d）地層中的灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r，開采標高-60m～+19.50m，標高15m以下系凹陷開采，凹陷采場內(nèi)15m水平以下的雨水和礦坑涌水擬用水泵排出礦坑，根據(jù)抽水試驗結(jié)果估算的礦坑涌水量（包括巖層涌水量和露天開采范圍的降雨聚集量）為-60m開采時礦坑平均總涌水量為19407m3/d，礦坑最大總涌水量為218276 m3/d，-30m開采時礦坑平均總涌水量為12547m3/d，礦坑最大總涌水量為211416 m3/d。礦坑內(nèi)大量抽排地下水，引起周邊區(qū)域地下水位下降，形成以礦坑為中心的地下水漏斗，地下水滲流促使覆蓋層中土體發(fā)生潛蝕作用破壞而流失，在溶洞裂隙附近形成空洞，空洞規(guī)模達到一定程度后，頂部土體失去平衡，形成塌陷[3]，可見地下水在巖溶塌陷發(fā)育的過程中起著重要的激發(fā)作用。

3 巖溶塌陷防治

在礦山開采過程中，針對巖溶塌陷的防治分為預防與塌陷后治理兩方面，由于巖溶區(qū)地下水環(huán)境的變化在巖溶塌陷形成中占據(jù)主導作用，預防巖溶塌陷的重點在于減小礦區(qū)與周邊的水力聯(lián)系，而巖溶水的治理關(guān)鍵在于探明地下導水路徑的構(gòu)造，巖溶裂隙發(fā)育的深度和復雜程度，由于礦區(qū)面積較大，僅靠水文地質(zhì)鉆探很難摸清地下水和巖溶的分布情況，可以結(jié)合地面物探，采用高密度電法和瞬變電磁法相結(jié)合進行探查，采用跨孔電阻率CT進行詳查的方法查明礦區(qū)及周邊巖溶地下水管道的具體發(fā)育方向、分布、規(guī)模及淺層巖溶發(fā)育的規(guī)律、特征等，在重點位置布置水文鉆孔進行鉆探及示蹤試驗，并對區(qū)域水文資料進行分析，以確定開采區(qū)主要的地下水徑流帶，采用“外截內(nèi)排”的方式，在開采區(qū)外沿對每一條主要的地下水徑流帶設置注漿截流帷幕，截斷過水通道，大幅減少進入開采區(qū)內(nèi)的地下水量，在采坑內(nèi)使用水泵將礦坑涌水和自然降水疏排出礦坑，以保證開采工作的正常進行。可以使用數(shù)值模擬的方式對注漿截流帷幕治水的效果給出定量的評價，從中選取經(jīng)濟適用的注漿方案。

在開采期間，應對開采區(qū)及周邊村鎮(zhèn)、居民聚居點進行巖溶地面塌陷監(jiān)測，對礦區(qū)及周邊村鎮(zhèn)定期巡查，尤其是汛期應提高監(jiān)測的頻率，編制應急預案，如發(fā)現(xiàn)井、泉水位的驟然升、降，抽排水水色突然渾濁和翻砂、冒氣等現(xiàn)象，反映巖溶地下水動力條件突然發(fā)生急劇改變，預示著可能存在塌陷的險情，作為塌陷的前兆有著重要的意義；另外如地面出現(xiàn)環(huán)狀裂縫并不斷擴展，產(chǎn)生局部的地鼓或下沉現(xiàn)象。它們一般是土洞擴展達到一定規(guī)模后其頂板已接近極限平衡狀態(tài)的現(xiàn)象，這時地面已處于臨近塌陷的危險狀態(tài)。出現(xiàn)險情時及時上報，疏散人員，并采取合理的措施進行應急處理。

當出現(xiàn)地面塌陷后，根據(jù)塌陷坑的位置及大小采用不同的處理措施。對于非重點地段的塌陷（如荒地、農(nóng)田等距離居民聚居區(qū)、建筑設施和采坑人員設施較遠區(qū)域），一般可采取簡單的回填措施，用編織袋裝粘土或用塊徑大于20cm的塊石對塌洞進行回填，上面2m用粘土覆蓋并夯實，防止積水入滲造成垂向潛蝕。本項措施能在一定程度上控制塌陷的復發(fā)規(guī)模及頻率。

對于重點地段的塌陷（距離村鎮(zhèn)、居民聚居區(qū)、房屋建筑和采礦人員設施較近區(qū)域），為防止塌陷反復活躍，主要技術(shù)思路是將回填塌洞與壓密注漿充填結(jié)合起來，通過注漿填充土洞和灰?guī)r頂部的溶洞及裂隙，并切斷地表水與地下水、孔隙水與巖溶水之間的水力聯(lián)系，達到防止地表水入滲，加固洞口上土體或直接封堵洞口的目的。

4 結(jié)語

凹陷開采石灰?guī)r礦隨著采深的逐漸增加，礦坑抽排水量也逐步增大，在礦區(qū)及周邊形成巖溶水漏斗，可能引起較大規(guī)模的巖溶塌陷，可通過“內(nèi)截外排”的方式，截斷礦坑內(nèi)外主要的地下水徑流通道，減小礦坑內(nèi)抽排水對周邊地下水環(huán)境的影響；并在開采期間對礦區(qū)及周邊區(qū)域進行監(jiān)測和巡查，在出現(xiàn)巖溶塌陷后，及時進行應急治理，根據(jù)塌陷所處區(qū)域采取回填夯實或回填結(jié)合注漿處理的方法，減輕巖溶塌陷帶來的危害，從而保證礦產(chǎn)開采的正常進行。

[1]鄭智，簡文彬.龍巖市巖溶塌陷地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其致塌機理[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護，2017,28(4)：38-43.

[2]李科，陳學軍.廣西某鉛鋅礦礦區(qū)周邊巖溶地面塌陷成因機理分析[J].路基工程，2014,(5)：95-97.

[3]張聯(lián)志.壓密注漿在治理地面塌陷工程中的應用與評價[J]. 采礦技術(shù)，2017,17(6)：63-66.