广西华锡集团铜坑矿地质灾害评估及防治措施

谢廷勇 白艳萍

(1.桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541004;2.桂林矿产地质研究院地灾防治所，广西 桂林 541004)

对矿区进行地质灾害的预测十分重要，它不仅能减轻和避免地质灾害对矿山造成的损失，而且能够维护矿区的正常作业，保证人民的生命和财产安全，矿山地质灾害主要表现为崩塌、采空区地面塌陷、滑坡、地下水污染、地面沉陷等方面，我们应根据具体情况提出相应的预防和治理办法，为保护矿山地质环境，合理开发矿山资源提供科学依据。

1 矿区概况及环境地质条件

1.1 概况

广西华锡集团铜坑矿位于广西河池市南丹县大厂镇境内，矿区中心地理坐标为东经 107°33'52″～107°41'45″，北纬 24°48'19″～24°52'53″，开采标高+925 m～+150 m。现主要开采对象为细脉带，91号，92号矿体，三大矿体在空间位置上是重叠产出，续采开采锌多金属矿体94号，95号，96号。

1.2 环境地质条件

1)气象、水文条件:评估区属中亚热带季风气候区，四季分明。年均气温16.9℃，年平均降水量约1 497 mm。属红水河系支流清水河与刁江分水岭地带，区内对矿山开采和建设工程有影响的主要水系有黑水沟小溪、同车江、鲁塘小溪、平村溪、车河。

2)地形地貌:评估区属中低山～低山地貌区，总体地势北西高，向东南逐步降低，区内地形起伏大，多陡坡深谷，冲沟发育，断面多呈“V”形，区内山体天然坡度20°～90°。

3)地层岩性:矿区出露的地层为泥盆系、石炭系及二迭系，岩性主要为碳酸盐岩、硅质岩、碎屑岩，在山间盆地及洼地有少量的第四系松散沉积分布及人工堆积的尾矿砂等。

4)区域地质构造:评估区位于广西山字形前弧西翼中段，属丹池褶断带，在矿区及附近由一系列西北向及北北西的褶皱和断裂组成，区内褶皱构造主要是北东向挠曲构造，长1 500 m，宽500 m～700 m，轴向30°，从南西向北东方向倾伏。

2 矿区地质灾害现状及其特征

根据实地调查，铜坑矿区滑坡8处，崩塌5处，岩溶地面塌陷3处，采空区地面塌陷4处，采空区地面塌陷群1处。位于铁板哨工业场地东副井和2号竖井山坡滑坡2处(H5，H6)，危害程度中等，危险性中等;位于铜坑区采空区地面塌陷群1处(Tq1)，危害程度大，危险性大，位于长坡区采空区地面塌陷4处(Tk1～Tk4)，危害程度小，危险性小;位于铁板哨工业场地职工宿舍区山坡崩塌1处(B4)，危害程度小，危险性小;其中位于鲁塘尾矿库滑坡4 处(H1，H2，H3，H4)，崩塌4 处(B1，B2，B3，B5)，均属小型，危害程度小，危险性小;H7，H8危害程度中等，危险性中等;岩溶地面塌陷位于鲁塘尾矿库坝首地段，Ty1危害程度中等，危险性中等;Ty2，Ty3危害程度小，危险性小;地下水污染危害程度中等，危险性中等。

3 矿区地质灾害预测研究

3.1 矿山建设引发的地质灾害预测

3.1.1 崩塌、滑坡地质灾害预测

1)黑水沟尾矿库。

位于黑水沟下游，现堆放尾矿约70万m3，尾矿堆长约300 m，宽80 m，高15 m～30 m，坡度30°～50°，尾砂未经压实，结构松散，在不同时期各层接触面间可能产生一定的滑动，由于堆放尾砂存在坡度较陡的临空面，尾矿堆积体在自重和水循环动力作用下可能引发尾矿库内小规模的崩塌，预测引发崩塌、滑坡地质灾害的可能性小，规模100 m3～2 000 m3，对坝体稳定性影响较小，不会造成人员伤亡和财产损失，危害程度小，危险性小。

2)矿山废石场。

位于黑水沟上游东副井附近，矿山废石场现存放废石量约160万m3，形成废石场坡度在30°以上，高度20 m～35 m，铜坑矿每年开采产生的废石除绝大部分用于充填采空区外，约有10万t需提升至地表废石场堆放，主要堆放在1号坝西端地势稍高的沟谷场地内，谷宽50 m～80 m，自然坡度30°～50°。废石由块状砂岩、页岩、硅质岩组成，块体大小不一，岩体结构松散，在暴雨或者连续强降雨作用下形成洪水，将产生崩塌、滑坡地质灾害隐患，对坝体的稳定性形成威胁。预测废石场发生崩塌、滑坡地质灾害的可能性中等，下方为沟谷山地，人烟稀少，危害程度小，危险性小。

3)长坡尾矿库。

长坡尾矿库形成5阶台阶高度5 m～8 m不等，坡度30°～50°的台阶式堆积坝体，坝体总高近40 m，尾矿主要成分为粒径2 mm～5 mm的中砂和细砂，尾砂较为松散，未经压实，透水性好，如开挖顺序不合理，形成高陡边坡，在暴雨或者连续强降雨作用影响下，坡脚遭到水流冲击破坏，易引发崩塌、滑坡。预测长坡尾矿库在复选矿过程中引发崩塌、滑坡的可能性中等，崩塌、滑坡体积一般在300 m3～1 000 m3之间，主要危害对象为进库道路、矿山道路、作业人员和机械设备，危害程度中等，危险性中等。

4)鲁塘尾矿库区。

a.碳酸盐岩质崩塌。库区内可能引发碳酸盐岩质崩塌的地段主要在坝首的南面及西岸碳酸盐岩峰体。坝区南面、西岸边坡在库水位线附近有可能引发崩塌现象。危害对象主要是尾矿库库岸，规模较小，产生结果只是减少极小的库容，对人员危害不大。因此，预测尾矿库未来使用过程中，在南岸、西岸引发崩塌的可能性中等，危害程度小，危险性小。b.碎屑岩及不纯碳酸盐岩崩塌、滑坡。在库区可能引发碎屑岩及不纯碳酸盐岩崩塌、滑坡的地段主要在库东岸坝址以上至回水泵房地段及排洪隧道进水口处。预测引发碎屑岩、不纯碳酸盐岩崩塌、滑坡的可能性中等，预测其规模较小，体积一般在100 m3～20 000 m3，其危害对象主要是堵漏坝、排洪隧道及排洪斜井、排洪斜槽、进库公路等，造成汛期排洪受阻，水位上升，威胁进出库区的车辆和人员安全，危害程度中等，危险性中等。

3.1.2 采空区地面塌陷地质灾害预测

未来铜坑矿主要开采深部的94，95，96号矿体，为缓倾斜矿体，平均倾角约 30°，平均厚度分别为 3.58 m，4.95 m，5.57 m。

未来开采垮落带高度按下式计算:

其中，∑M为矿体累计厚度，m;Hm为垮落带高度。

由上述公式计算，铜坑矿 Hm=(16.54±2.2)m，开采中段距地表高度为 min[H地]=235 m，Hm＜min[H地]，可知垮落带未发育至地表，根据上述计算结果，预测未来开采94，95，96号矿体时引发采空区地面塌陷的可能性小，加剧上下开采水平中段间塌陷的可能性亦小，危害程度小，危险性小。

3.1.3 岩溶地面塌陷地质灾害预测

1)尾矿库堆坝及堵漏坝基。在鲁塘尾矿库堆坝和堵漏坝基受F4断层影响，裂隙发育，岩石完整性差，由于受堆坝荷载和约50 m～60 m高的水头压力作用，将可能引发岩溶地面塌陷的产生，尾矿库岩溶地面塌陷对下游人员的影响不大，可使尾矿库主体工程的使用功能失效。所以，预测未来尾矿堆放引发尾矿库坝基岩溶地面塌陷的可能性中等，危害程度中等，危险性中等。

2)尾矿库库区。鲁塘尾矿库区岩溶极发育，第四系厚度只有0.5 m～1.5 m左右，地下水活动强烈，有可能引发岩溶地面塌陷的产生，预测此地段尾矿堆放引发岩溶地面塌陷的可能性中等，因岩溶地面塌陷产生的跑砂、漏水仍在库内，对尾矿库运行影响和危害程度小，危险性小。

3.1.4 采空区地面沉陷地质灾害预测

矿区内的矿体大面积采空后，矿体顶板岩体失去支撑，上部岩(土)体原有平衡条件被破坏容易产生弯曲、塌落，引发地表相应下沉。本文采取矿山地表移动与变形值的计算方法对该区的采空区变形进行估算，主要计算公式如下:

式中:Wcm——最大下沉值;

M——矿体平均厚度;

q——下沉系数(矿石、围岩均为坚固岩石，在此取0.65);

a——矿体倾角。

计算结果见表1。可以看出，未来开采94，95，96号矿体形成采空区变形值最大倾斜值和最大曲率值均小于临界值。预测未来矿业活动中产生采空区地面沉陷的可能性中等，因地表为荒山，无建筑物和人员，发生灾害仅造成植被破坏，危害程度小，危险性小。

表1 未来主要开采矿脉最大下沉值

3.1.5 引发矿坑突水地质灾害危险性预测

根据矿山现阶段+305 m中段正常涌水量为4 793 m3/d。未来矿山活动，开拓方式不变，所处地质环境条件相似，但随着开采深度增大(从+305 m～+150 m)，水文地质和工程地质条件发生了较大变化，而且开采揭露的断层面和导水裂隙面加大，一旦揭穿与现地表塌陷连通性好的导水裂隙带及富水带，将导致矿坑涌水量加大，预测未来最大涌水量为7 822 m3/d。因此，未来矿业活动引发矿坑突水的可能性小，危害对象为矿工、井下设施，危害程度小，危险性小。

3.2 矿山建设可能加剧的地质灾害预测

可能加剧崩塌(B2，B3)地质灾害(B1位置较高，不受库水位影响)，可能性中等，预测崩塌的规模100 m3～300 m3，因此地段无人居住，仅会减少部分库容，危害程度小，危险性小。

预测未来尾矿堆积加剧滑坡(H2，H3)的可能性中等，危害程度小，危险性小;尾矿库水位的上升对东岸进库公路段滑坡(H4，H7，H8)影响较大，可能加剧此地段滑坡地质灾害，滑坡对进库公路及车辆行人形成威胁，滑坡堆积物可能堵塞正在使用的排洪隧道，影响排洪，可能性中等，危害程度中等，危险性中等。

预测未来矿业活动加剧地下水污染的可能性中等，危害程度中等，危险性中等。

预测未来开采浅部细脉带、91，92号矿体加剧采空区地面塌陷的可能性中等，因产生塌陷后大部分地表建筑均已迁移，仅有荒山和植被，虽不会造成人员伤亡，但破坏土地资源、生态环境和已建排洪沟，给以后的矿山土地复垦工作带来较大的难度，经济损失较大。此外，发生采空区地面塌陷会引发塌陷区周围边坡次生的崩塌、滑坡进而引发泥石流地质灾害，泥石流从贯通地表塌陷区灌入井下，对后期开采工作人员、机器设备造成危害，危害程度大，危险性大。

4 矿区地质灾害防治措施

根据该区地质灾害现状和矿山实际情况提出以下防治对策。

4.1 采空区地面塌陷

矿山已建立了完善的地压活动声发射监测系统，应在原有监测网的基础上，扩大地表观测网的布置范围，通过对监测数据作定量分析，更加准确地预测预报地压活动和地质灾害的发生，确保井下空区以及地表塌陷坑治理工作的安全。

铜坑矿已在地表塌陷区边界范围设置了界桩和警示牌，矿山纠察队不定期在其范围内巡察，以杜绝人员进入塌陷区。应对民采遗弃的窿口加强监控，一旦发现塌陷区内有非法民窿，立即向有关部门汇报并组织人员进行炸毁，确保井下作业安全。

4.2 崩塌、滑坡

对矿山公路、职工生活区、鲁塘尾矿库区南岸可能形成危岩及破碎岩石应全部清除，同时对峰体上存在影响岩体稳定性的裂隙，特别是有顺坡张裂隙的危岩体可考虑锚固承柱支撑处理;对人工改造自然斜坡和进库公路地段，禁止破坏山坡植被，对已经开挖坡脚地段应根据有关规范验算人工边坡的稳定性，设计相应的挡土墙进行护坡。

排洪、排砂隧道进水口处边坡用浆片石护坡，对岩石中的张性裂隙进行灌浆固结处理。发现断层破碎带及裂隙密集区时，及时采取锚固灌浆、支撑等防坍措施。

对危险性较大的如H5，H6，H7，H8滑坡，虽已修建挡土墙、抗滑桩等设施，因年代久远或已遭滑坡破坏，应检查、核算挡土墙、抗滑桩的完整性和安全性，修建排水设施;同时在边坡上设置观测点，派专人定期进行边坡位移变形记录，特别是遇连续大降雨或者强暴雨天气时要加强边坡巡查，遇危险情况及时撤离和疏散边坡下建筑物内工作人员，封锁区域内矿山道路。

4.3 岩溶地面塌陷、地下水污染

鲁塘尾矿库坝区易产生坝下岩溶地面塌陷、地下水污染，应对局部溶隙发育地带采用土工布(膜)、粘土铺盖。对尾矿坝岩溶发育较强烈地段进行灌浆或喷射混凝土加固处理，确保尾矿库的安全使用。尾矿库水作为生产用水循环使用一般不向外排放，如需排放应严格按照相关国家废水排放标准达标排放。

防治崩塌、滑坡等地质灾害的根本措施还在于加强矿山建设、生产，乃至闭矿后的矿山环境保护和复垦绿化工作。

5 结语

铜坑矿区滑坡8处，崩塌5处，岩溶地面塌陷3处，采空区地面塌陷4处，采空区地面塌陷群1处;可能引发或加剧的地质灾害主要有:矿山废石场废石、废水混放可能引发崩塌、滑坡地质灾害;长坡尾矿库尾矿再选过程中的人类工程活动易引发崩塌、滑坡地质灾害;鲁塘尾矿库尾矿堆积引发和加剧坝基、坝体和库岸崩塌、滑坡、岩溶地面塌陷、地下水污染等地质灾害;矿山浅层细脉带、91，92号矿体地下开采可能加剧采空区地面塌陷地质灾害，地下开采掘揭露地下含水层可能引发矿坑突水地质灾害。铜坑矿区的2号竖井及东副井地段、地下开采区、采空区地面塌陷、矿坑突水、地下水污染地质灾害危险性大区，面积1.78 km2，建设用地适宜性差;鲁塘尾矿库区、废石场、矿山道路、长坡工业场地、铁板哨工业场地其他范围为地质灾害危险性中等区，面积2.75 km2，建设用地适宜性为基本适宜;除上述范围外评估区范围内其余地段为危险性小区，面积18.01 km2，建设用地适宜性为适宜。

对于矿山的地质灾害的防治，必须坚持以预防为主、避让与治理相结合和全面规划、突出重点的原则，因势利导，因害设防，各种防治技术相结合，这样才能达到减灾的目的。

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