藍(lán)健寧
(桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,廣西 桂林 541006)
礦山地質(zhì)災(zāi)害是因人為采礦導(dǎo)致原本平衡的應(yīng)力系統(tǒng)發(fā)生破壞,引發(fā)的泥石流、滑坡、地面沉降等問(wèn)題。本文以廣西桂林臨桂縣一個(gè)礦山為例,以《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估規(guī)程》做指導(dǎo),詳細(xì)描述其地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征,同時(shí)預(yù)測(cè)未來(lái)礦山活動(dòng)中可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害,提出了切實(shí)可行的防治措施。希望以此例分享治理經(jīng)驗(yàn),提高行業(yè)對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的重視程度和防范意識(shí)[1]。
礦山位于廣西桂林臨桂縣,礦區(qū)面積0.2145km2,設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為3.00萬(wàn)t/a,為小型礦山。礦山主要包括有I、II、III號(hào)礦體,開采深度為+900m~+705m。
評(píng)估區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候,多年來(lái)平均氣溫19.1℃,極端最高氣溫39.6℃,極端最低氣溫-4.0℃。本區(qū)雨量較為豐富,年均降雨量1891mm;年最大降雨量達(dá)2788.3 mm,年最少降雨量為1265.1 mm;
礦區(qū)屬于低山地貌區(qū)。礦區(qū)標(biāo)高約為+715 m~+970m,相對(duì)高差為255 m。自然山體總體坡度30°~45°,局部較陡,坡度達(dá)到60°。
礦區(qū)內(nèi)地表水主要為大氣降水造成的臨時(shí)性地表徑流。地表徑流水深一般0.3m~1.0m,區(qū)內(nèi)礦區(qū)各場(chǎng)地和平硐口等均位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上。
區(qū)內(nèi)出露的地層巖性主要有寒武系(?q2)細(xì)砂巖夾頁(yè)巖、下泥盆統(tǒng)(D1l)底礫巖以及第四系(Q4dl+el)粉質(zhì)粘土。其中,寒武系清溪組地層為本區(qū)主要賦礦層位。根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗(yàn)值和開發(fā)利用方案,其飽和單軸抗壓強(qiáng)度(Rc)范圍一般為100.0MPa~125.0MPa,平均值約110.0MPa。
大地構(gòu)造位置上,礦區(qū)位于華南板塊龍勝褶皺帶的南東部,東部約6.0km有一區(qū)域性大斷裂通過(guò),為龍勝-永福斷裂。
礦區(qū)地下水類型主要為碎屑巖裂隙水,富水性弱~中等,為裂隙充水礦山,充水方式為直接充水。預(yù)測(cè)礦坑正常涌水量為27.60m3/d~68.51m3/d,最大涌水量為82.80m3/d~205.54m3/d。總體來(lái)看,礦區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。
經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),礦區(qū)存在1處礦山公路不穩(wěn)定斜坡(編號(hào)P1),且邊坡下方存在崩塌體。
P1不穩(wěn)定斜坡是由于修建礦山公路形成的1處挖方斜坡,高度為3m~6m,坡度約為60°,主要由砂巖組成。斜坡下方存在崩塌體,故確定斜坡為不穩(wěn)定斜坡。根據(jù)《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估規(guī)程》,礦山公路挖方不穩(wěn)定斜坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害中等發(fā)育。危害程度小,危險(xiǎn)性小。
P1不穩(wěn)定斜坡發(fā)生過(guò)小規(guī)模崩塌現(xiàn)象,崩塌體長(zhǎng)約15m,寬約2m~5m,厚約0.5m~1.5m,方量約60m3,為小型崩塌。該處崩塌地質(zhì)災(zāi)害未造成人員傷亡和直接經(jīng)濟(jì)損失。危害程度小,危險(xiǎn)性小。
根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育現(xiàn)狀,礦區(qū)及附近地質(zhì)災(zāi)害中等發(fā)育,危害程度小,危險(xiǎn)性小,現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害對(duì)本區(qū)的影響程度小。
3.1.1 不穩(wěn)定斜坡
根據(jù)開發(fā)利用方案,后續(xù)需繼續(xù)擴(kuò)建礦山公路,現(xiàn)有不穩(wěn)定邊坡P1范圍擴(kuò)大。預(yù)計(jì)修成后P1高3m~6m,坡角約為60°,主要由砂巖、粉質(zhì)粘土構(gòu)成。礦山建設(shè)及開采過(guò)程中,不穩(wěn)定斜坡易失穩(wěn)形成崩塌地質(zhì)災(zāi)害。預(yù)測(cè)礦山建設(shè)及開采過(guò)程中可能引發(fā)或加劇礦山公路不穩(wěn)定斜坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害的可能性中等,預(yù)計(jì)崩塌規(guī)模約為100m3~200m3,危害人數(shù)10~15人,可能造成的直接經(jīng)濟(jì)損失50~80萬(wàn)元,危害程度中等,危險(xiǎn)性中等[2]。
3.1.2 采空區(qū)地面塌陷和沉陷
礦山采用地下開采方式,地下礦體被采空后,采空區(qū)上部的巖層失去支撐,平衡條件被破壞,隨之可能產(chǎn)生彎曲、塌落,形成地面塌陷。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算和礦體圍巖性質(zhì),根據(jù)開采設(shè)計(jì)方案選用如下移動(dòng)角:上盤為65°,下盤和兩翼為60°,表土45°,預(yù)測(cè)地面沉陷范圍。
通過(guò)計(jì)算采空區(qū)的導(dǎo)水裂隙帶高度Hli和垮落帶高度Hm兩個(gè)指標(biāo),確定該礦山采空區(qū)地面塌陷的可能性。經(jīng)計(jì)算,I、II、III號(hào)礦體導(dǎo)水裂隙帶分別為16.62m、14.60m、13.91m,垮落帶值高度分別為11.03m~11.96m、10.22m~10.95m、9.94m~10.60m。
由此可知,礦體埋深大于導(dǎo)水裂隙帶高度,采空區(qū)地表變形表現(xiàn)為地面沉陷。由于礦山采用淺孔留礦法開采,采空區(qū)留有保安礦柱,井下開采屬于非充分采動(dòng),礦體圍巖本身工程地質(zhì)條件總體較好,實(shí)際上垮落帶及導(dǎo)水裂隙帶高度應(yīng)小于理論計(jì)算值[3]。
隨著礦山開采,礦體大面積采空后,礦體頂板巖層失去支撐,上覆巖土體原有平衡條件被破壞,在重力作用下易產(chǎn)生移動(dòng)和變形,導(dǎo)致地表相應(yīng)下沉變形。
通過(guò)計(jì)算最大下沉值Wcm、最大傾斜值icm、最大曲率值Kcm、最大水平移動(dòng)值εcm和最大水平變形值ucm等參數(shù),為采空區(qū)地面沉陷的評(píng)價(jià)提供定量依據(jù)。
經(jīng)驗(yàn)算,各礦體充分采動(dòng)程度均為非充分采動(dòng)。單層采動(dòng)下沉系數(shù)取0.45,水平移動(dòng)系數(shù)取0.3。
各礦體采空區(qū)地表移動(dòng)與變形預(yù)測(cè)值見表1。
表1 各礦體采空區(qū)地表移動(dòng)與變形預(yù)測(cè)值計(jì)算表
計(jì)算結(jié)果表明,采空區(qū)采深越大,其地表影響區(qū)半徑r越大,最大傾斜值、最大曲率值、最大水平移動(dòng)值和最大水平變形值則越小。采空區(qū)主要為林地,預(yù)計(jì)受威脅人數(shù)10~15人,可能造成的直接經(jīng)濟(jì)損失100~150萬(wàn)元。預(yù)測(cè)礦山建設(shè)中可能引發(fā)或加劇地面沉陷地質(zhì)災(zāi)害的可能性小,危害程度小,危險(xiǎn)性??;引發(fā)或加劇采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害的可能性小,危害程度中等,危險(xiǎn)性中等。
3.1.3 泥石流
礦山泥石流是一種不同于自然條件下的泥石流類型,在本已具備泥石流發(fā)生條件的山區(qū),礦山活動(dòng)形成的廢石和土渣會(huì)為泥石流提供物源,同時(shí)改變地形,極大地加強(qiáng)泥石流發(fā)生的隱患。區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況充分滿足形成泥石流地質(zhì)災(zāi)害的條件,可能形成泥石流地質(zhì)災(zāi)害。預(yù)測(cè)礦山建設(shè)及開采過(guò)程中引發(fā)或加劇泥石流地質(zhì)災(zāi)害的可能性中等。規(guī)模以小型為主(小于2000m3),危害認(rèn)識(shí)10~20人,造成的直接經(jīng)濟(jì)損失<100萬(wàn)元。預(yù)測(cè)礦山建設(shè)中可能引發(fā)或加劇泥石流地質(zhì)災(zāi)害可能性中等,危害程度中等,危險(xiǎn)性中等。
礦山開采完成(閉坑)后現(xiàn)狀不穩(wěn)定斜坡P1仍然存在,在降水、溫差變化等自然因素的影響下,不穩(wěn)定斜坡易失穩(wěn)形成崩塌地質(zhì)災(zāi)害[4]。預(yù)計(jì)崩塌規(guī)模約為100m3~200m3,危害人員5~8人,可能造成的直接經(jīng)濟(jì)損失50~80萬(wàn)元,危害程度中等,危險(xiǎn)性中等。
礦山公路位于不穩(wěn)定斜坡P1影響范圍內(nèi),在采礦活動(dòng)影響下易失穩(wěn)形成崩塌地質(zhì)災(zāi)害。預(yù)測(cè)礦山建設(shè)和生產(chǎn)自身可能遭受礦山公路不穩(wěn)定斜坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害的可能性大,預(yù)計(jì)崩塌規(guī)模約為100m3~200m3,危害人數(shù)約5~8人,可能造成的直接經(jīng)濟(jì)損失50~80萬(wàn)元,危害程度小,危險(xiǎn)性中等。
對(duì)于評(píng)估區(qū)的邊坡,可對(duì)邊坡裂隙采用砂漿進(jìn)行注漿加固;對(duì)于小型崩塌地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題,鑒于其規(guī)模較小,清除局部不穩(wěn)定地段崩塌、滑坡體即可。
礦山泥石流的防治,重點(diǎn)在于及時(shí)控制泥石流的物源。合理的堆放廢渣或礦石,及時(shí)將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的松散碎石堆放至安全位置。
采空區(qū)地表變形量小,應(yīng)嚴(yán)格按照礦山開發(fā)利用方案設(shè)計(jì)的進(jìn)行開采,保證采空區(qū)有礦柱支撐,開采過(guò)程對(duì)采空區(qū)及時(shí)用廢渣充填。若地表出現(xiàn)裂縫或局部塌陷應(yīng)及時(shí)填埋處理,地表深陷可能導(dǎo)致地表移動(dòng)區(qū)邊緣下錯(cuò)或開裂,應(yīng)及時(shí)修整填埋。
近幾年礦山危害呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì),逐漸受到社會(huì)各方面的重視,嚴(yán)重的礦山環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題已經(jīng)成為政府、公眾關(guān)注的重要環(huán)境問(wèn)題。
礦山開采本就屬于危險(xiǎn)性較高的經(jīng)濟(jì)活動(dòng),而正因如此,可防可控的地質(zhì)災(zāi)害更要受到企業(yè)的重視,為采礦工作的進(jìn)行和工作人員的生命保駕護(hù)航。本文以臨桂某礦山為例,分析了可能形成的地質(zhì)災(zāi)害,并提出了切實(shí)可行的地質(zhì)災(zāi)害防范方法,以供其它礦山作為參考。