地下采矿活动对矿区周边地表...矿及龙水乡中心小学滑坡为例_罗伟.pdf

地下采矿活动对矿区周边地表既有地质灾害的影响评估 以贵州省开阳县龙江磷矿及龙水乡中心小学滑坡为例罗伟，黄映（贵州省地质环境监测院，贵州 贵阳；贵州水利水电职业技术学院，贵州 贵阳）摘 要：本文运用 系数法分析了现状，并预测了未来贵州开阳龙江磷矿地下采矿活动对龙水乡中心小学滑坡的影响，根据评估结果提出了措施建议，为类似的矿业开发活动及禁采区的划定提供了参考。关键词：地下开采；地质灾害；系数法；影响评估中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言贵州省开阳县地形地貌及地质构造条件复杂，是地质灾害易发多发的地区。开阳县是我国富磷矿集中分布区，矿业活动尤为频繁。近年来，大量磷矿矿山从露天开采方式转为地下开采方式。一方面，地下采矿活动可能会诱发矿区范围内地表新的地质灾害，形成矿山（人为）地质灾害；另一方面，矿区周边或邻近矿区分布和发育的地表本身存在地质灾害，地下采矿活动的扩张和影响有可能进一步发生变形破坏，从而诱发灾害。因此，有必要在矿山开采前或开采过程中开展地质灾害的影响评估工作。矿山基本情况及地质环境背景条件 矿山概况开阳县龙江磷矿为在建在产矿山，位于开阳县城北东约，隶属开阳县龙水乡。开阳县龙江磷矿矿产资源量为 万，可采储量为 万。矿山基本开采方式如下：浅地表部矿层采用露天开采，深部矿层布置平巷与斜井进行地下开采。矿山面积为，开采深度为。矿山采空区主要集中在矿区的东区中部，主要采用露天开采及地下开采方式进行开采，露天开采主要集中在中南部。地下开采主要有 处区域，分布在东区中部及南部靠近矿区南侧边界的位置。矿区地质环境背景条件 地形地貌开阳县龙江磷矿矿区属长江流域乌江水系，乌江自西向东径流，从矿区北西侧矿界附近经过，区内发育一条常年性溪流，自南西向东径流，汇入乌江。皮滩水电站于 年蓄水，库区正常蓄水位抬升至，矿区西部、中部及北部 以下地段将被淹没，库区校核洪水位为。矿区位于乌江河谷南岸，总体上属低中山地貌，矿区内主要分布第四系和震旦系地层，形成较陡的斜坡，植被较发育。矿区范围内主要为旱地，少部分被植被覆盖，旱地以杂草、种植玉米、蔬菜为主，植被多为灌木。地层岩性矿区出露地层主要有第四系（）、寒武系（）、震旦系（）及前震旦系地层。含矿岩层为震旦系上统陡山沱组，岩性为硅质岩、硅质磷块岩、白云岩等，上覆岩系、下伏岩系岩性差别较大。地质构造矿区位于翁昭背斜的北东转折端，区内断层发育，对地层整体性破坏严重，地层产状变化较大。工程地质特征区内工程地质岩组分为硬质岩组、软质岩组及松散岩组。矿体特征矿区内有磷矿层一层，矿层赋存于下震旦统陡山沱组（），矿层平均厚度，倾角，属于缓倾向矿体。陡山沱组（）：顶部为灰白色、乳白色厚层块状硅质岩，层理不清，夹杂大小不一的白云岩团块及含磷块岩团块，厚。中部为灰色、浅灰色板状砂屑硅质磷块岩，厚。下部为肉红色中厚层、厚层状细粒白云岩，夹 层泥质白云岩，局部地段可相变为浅褐色石英粉砂岩，与下伏地层南沱组形成不整合或假整合接触，厚 DOI:10.13487/ki.imce.022864。矿层顶板为硅质岩、含锰白云岩及黏土岩。硅质岩厚 ，为矿层直接顶板；含锰白云岩厚 .，为矿层直接或间接顶板，稳固性能较好；黏土岩及含磷砂质砾岩呈透镜状，产于含锰白云岩及角砾状白云岩之间，为矿层间接顶板，厚，遇水软化崩解，易与上覆地层脱离，产生垮塌，稳固性差。矿层底板为肉红色中厚层、厚层状细粒白云岩，局部为砂岩、砂砾岩。滑坡地质灾害特征矿区外围南东侧约 处存在一处既有滑坡地质灾害，位于龙水乡中心小学北，紧邻龙水乡中心小学，危害较大。滑坡边界、形态、规模及变形特征贵州省开阳县龙水乡龙水中心小学滑坡地质灾害治理工程勘查报告显示，滑坡位于龙水乡中心小学北东侧斜坡地段，为第四系含碎块石黏土堆积体经雨水冲刷、入渗，斜坡中部卸荷沿土石软弱界面滑动形成，滑坡体后缘、左侧缘及右侧缘均以陡崖为界。滑坡整体呈不规则“半椭圆”形，长约，宽，滑坡中部堆积体较厚，厚达，结构松散；滑坡前缘堆积体较薄，厚达 ，总体积约为，主滑方向为，自然斜坡坡度。滑坡后缘形成多条拉张裂缝，裂缝多为交错不规则分布，裂缝一般长，宽，滑体主要由含碎石黏土夹块石构成，滑床为基岩白云岩夹泥质白云岩。目前，滑坡局部变形严重，后缘下错，龙水乡中心小学教学楼北东角地梁已悬空，大部分已经滑移堆积于斜坡中部富民公路内侧，导致民用建筑倒塌、开裂，局部已覆盖至富民公路，导致公路中断、外侧民用建筑开裂。现状表层岩土体多松散，局部块石岩体出露，滑坡有继续向后部扩展的趋势，滑坡整体呈欠稳定（基本稳定、局部不稳定）状态。滑坡危害特征受滑坡直接威胁的有位于滑坡后缘的龙水乡中心小学，该校校舍面积，学生及教职工 人。同时，直接威胁村民，致使和平村后平组村民 栋 人无家可归；间接威胁后缘龙水乡街道龙江村 人，国土所、龙江村办事处、信号塔和前缘人民群众房屋 栋、人口 人及水库渔业生产安全。威胁人数总计 人，威胁固定资产 余万元。地下采矿活动（采空区）对滑坡影响评估分析开阳县龙江磷矿开采方式与煤矿开采方式基本相同，矿体均以层状产出，采用露天开采或者地下开采进行采掘。对滑坡的影响主要表现为：地下开采形成的采空区可能会导致地表一定范围内发生地面塌陷或地裂缝，从而加剧滑坡的变形，导致滑坡灾害。因此，对开采活动（采空区）对滑坡影响的评估，主要依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中对开采移动影响范围的计算方法，即 系数法。参数选取及计算依据近年来，由于矿区一直处于停采状态，缺乏必要储量动态监测资料及变形监测资料，本次采空区影响评价采用岩性综合评价系数 确定最大沉陷的预计参数，系数理论计算参数如下：（）式（）中：分层的法线厚度（）；分层的岩性评价系数。下沉系数（）（）主要 影 响 正 切 角 （）（.）；为岩性影响系数，数值与 有关；为开采深度（）；为矿层倾角（）。水平移动系数（）；式中 水平煤层为。评估区矿层上覆为白云岩，以全为强风化白云岩计算，根据龙水乡中心小学滑坡勘查资料，其单轴饱和抗压强度为，现有采空区最大采深 ，矿层倾角 ，结合上述公式，并查阅建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程得出，综合岩性评价系数 ，查表得出岩性评价系数，计算得出评估区下沉系数 ，.，水平移动系数。本次选取两条剖面，分别为 剖面、剖面，用来计算地表最大变形影响范围。地表最大变形影响范围计算及评价现状现状地表最大变形影响范围计算，取当前矿区最靠近龙水乡中心小学滑坡区域的采空区作为边界条件，通过对现有采空区可能导致的最大地表变形进行定量计算，分析矿山开采的影响范围。其最大采深，矿层倾角，开采厚度。根据概率积分法的最大预测值方法进行地表变形量预测，结果如下：最大下沉值：最大倾斜值：.最大曲率值：最大水平移动值：最大水平变形值：根据开采影响传播角计算公式：（）（）开采影响半径：通过上述计算过程，根据影响半径 及开采影响传播角投影至地表交线，确定现状地表最大变形影响范围。由图 和图 可知，现状情况下，采矿活动（现有采空区）均未对滑坡造成影响。粉砂岩；含砾砂岩；白云岩；磷块岩；灰岩；砂质页岩；断层；地质界线；采空区图 龙江磷矿地下开采对滑坡影响评估剖面图图 龙江磷矿地下开采对滑坡影响评估及禁采区划定平面示意图 地表最大变形影响范围计算及评价预测预测地表最大变形影响范围计算，取矿区最靠近龙水乡中心小学滑坡区域的矿区边界（准采空区）作为边界条件，通过对开采至矿区边界（准采空区）可能导致的最大地表变形进行定量计算，分析矿山开采的影响范围。其最大采深，其余参数同上，计算结果如下：最大下沉值：最大倾斜值：；最大曲率值：最大水平移动值：最大水平变形值：开采影响传播角计算公式：（）（）开采影响半径：通过上述计算过程，根据影响半径 及开采影响传播角投影至地表交线，预测地表最大变形影响范围。由图 和图 可知，若未来采矿活动（采空区）延伸至矿区东南侧边界，靠近矿界拐点 的区域时，则会对滑坡造成一定程度影响。结论 通过地表最大变形影响范围的计算及评价结果现状可知，当前矿山的采矿活动（现有采空区）未对滑坡造成影响。通过地表最大变形影响范围的计算及评价结果预测可知，若未来采矿活动（采空区）延伸至矿区东南侧边界，靠近矿界拐点 的区域时，则可能会对滑坡造成一定程度影响。矿山企业应在矿界拐点 周边区域设立禁采区，禁止开采矿产资源，避免因开采矿产资源而诱发并加剧龙水乡中心小学滑坡灾害。地质环境条件会随着时间的推移及矿山采矿活动的发生不断改变，建议加强矿区内及周边地质环境的监测与保护，严格规范企业采矿活动及其他人类工程活动，加强矿区及其周边的地质灾害排查，发现地质灾害隐患应及时排除和治理。参考文献：刘建中，王泽鹏，杜远生，等贵州开阳地区富磷矿成矿作用过程与找矿潜力贵州地质，（）：王梅芳，胡明扬，周德全基于地质地貌特征的贵州矿山地质灾害防治管理研究中国矿业，（）：任辉，安义军，张朋贵州省开阳县龙水乡龙水中心小学滑坡地质灾害治理工程勘查报告贵州地矿基础工程有限公司，作者简介：罗伟（），男，黎族，贵州安顺人，工程硕士，高级工程师，研究方向：水工环地质、地质灾害防治、矿山地质环境保护与生态修复。