栗木鉭鈮錫多金屬礦地質災害評估及防治措施

劉 芳 謝廷勇 張紫峰

(中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，廣西桂林 541004)

礦山地質災害主要表現在崩塌、滑坡、泥石流、地面沉陷(礦山采空區沉陷)等方面，對礦區進行地質災害的預測并根據具體情況提出相應防治措施，在盡最大努力避免和減輕地質災害造成的損失的同時，也維護礦區的正常作業和人民生命及財產安全。

1 礦區概況及環境地質條件

1.1 概況

栗木鉭鈮錫多金屬礦位于桂林市恭城縣栗木鎮北西4 km。礦山地理位置:東經110°50'～110°54'，北緯25°09'～25°11'，礦區面積13.165 4 km2，開采標高-200 m～+420 m。生產規模為60萬t/年(其中水溪廟鉭鈮礦30萬t/年，金竹源錫鉭鈮礦7.5萬t/年，三個黃牛錫鎢礦7.5萬t/年，大歧嶺砂錫礦9萬t/年，曬禾坪高嶺土礦6萬t/年)。

1.2 環境地質條件

氣象、水文條件:評估區屬亞熱帶季風氣候區，四季分明。年均氣溫19.7℃，年平均降水量約1 856 mm。礦山附近地表河流較發育，主要有勾掛壘河、淌江、上枧河和栗木河，栗木河為茶江的一級支流，從礦區東南4 km處通過;多年平均流量20.42 m3/s。

地形地貌:評估區地勢總體西北高東南低，西部及西北部為中低山地貌，山峰最高海拔標高+1 057.5 m，相對高差200 m，地形切割強烈，“V”字形溝谷發育，山體坡度較陡，一般為30°～40°，東部為丘陵，標高為+300 m～+500 m。南面為沖積小平原，地面標高一般為+190 m～+210 m，相對高差30 m～50 m。北部和西部為低山、丘陵。

地層巖性:礦區出露的地層主要有下泥盆蓮花組(D1l)，那高嶺組(D1n);中泥盆統郁江階(D2y)，東崗嶺階(D2d);上泥盆統融縣組(D3r)，下石炭統大塘階(C1h)，巖關階(C1y);第四系殘坡積層(Qel+dl)、沖積(Qal)、洪積層(Qpl)等。

區域地質構造:栗木礦田位于南嶺緯向構造帶中段與廣西“山”字形東翼反射弧內側的復合部位，恭城向斜北端揚起處。由于受東西向擠壓應力的作用，近南北向壓扭性斷裂和近東西向張扭性斷裂十分發育，兩組斷裂組呈“廿”字形構造。

2 礦區地質災害現狀及其特征

2.1 崩塌、滑坡

礦山長期開采，在礦區西部老虎頭—香坑礦區的采礦形成50多處高度10 m～20 m，坡度50°～70°，寬100 m～200 m不等的高陡邊坡、礦坑邊坡和棄土石，其穩定性極差，在大暴雨或特大暴雨的沖刷侵蝕作用下，于20世紀70年代～80年代發生過10處崩塌、滑坡地質災害，體積一般為500 m3～3000 m3，最大規模為10 000 m3，毀壞100多畝土地，大片土地被泥沙淤埋荒廢。礦區東部水溪廟鉭鈮礦斜坡發生過5處廢棄土石渣崩塌、滑坡，體積500 m3～1 000 m3，最大規模為2 500 m3，造成60多畝土地被泥沙淤埋荒廢。

2.2 泥石流

礦山開采時，由于斜坡上堆積采礦廢棄土石渣，堆積的采礦廢石和棄土堆總方量約100萬m3，其穩定性極差，在特大暴雨的沖刷侵蝕作用下，于20世紀80年代發生兩次泥石流地質災害，體積為5 000 m3和8 000 m3，毀壞礦山設施5座和土地60多畝。

2.3 采空區地面塌陷

香坑地段的地下開采區，因采礦、開鑿井巷和采礦采場形成采空區，地下應力改變使采空區上覆巖土層強度不能承受強大的地壓應力作用而失穩，再加上抽排地下水和坑道垮塌，導致產生地面塌陷，形成一個長300 m，寬80 m～100 m，深20 m～30 m的采空陷落區，威脅過往行車和人員安全。同時由于地下采礦區大量抽排地下水，造成礦區及附近地區的地下水位大幅度超常下降，原老虎頭—香坑及水溪廟地段發生局部地面塌陷，該地段因采礦引起的地面塌(沉)陷10處，其中規模較大的有采空區地面塌陷Tk01和采空區地面塌陷Tk02。

3 礦區地質災害預測研究

3.1 礦山建設引發的地質災害預測

3.1.1 崩塌、滑坡地質災害預測

在礦區各露天開采處的邊坡、各礦區棄渣(石)場以及礦區尾礦壩等處，因露天開采、堆放廢礦渣、修建進礦公路切坡形成了9處高5 m～10 m，坡度30°～55°的人工邊坡，這些邊坡是崩塌、滑坡的潛在發生區，在暴雨或爆破、機械震(振)動等因素影響下，邊坡易失穩產生崩塌、滑坡地質災害，邊坡的穩定性決定著此災種發生的可能性。崩塌、滑坡地質災害主要危害農田和河流及其附近作業的人員(5人～10人)、機器設備和生活區、遠處的少量民居等。預測其發生崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度中等，危險性中等。

3.1.2 采空區地面沉陷地質災害預測

礦區內的礦體大面積采空后，礦體頂板巖體失去支撐，上部巖(土)體原有平衡條件被破壞容易產生彎曲、塌落，引發地表相應下沉。本文采取礦山地表移動與變形值的計算方法對該區的采空區變形進行估算，主要計算公式為:

其中，Wcm為最大下沉值;M為礦體平均厚度;q為下沉系數(礦石、圍巖均為堅固巖石，在此取0.65);α為礦體傾角。

計算結果見表1。

一種不安的情緒浮上心頭，何良諸不想看了，把目光掠過秧歌會，越過馬路，街對面人家，有一扇門開著，燈光偷偷淌出來，一個年輕女人，倚在門框上，捂嘴笑。她在看秧歌？何良諸聽說，煤礦生活區，開暗門子的多了，外地客經過時，只要沖門前的女人笑笑，她就會嬌聲賤氣地說：“進來呀?！币婚W身，把你讓進屋。那里面，白天和夜晚，是沒有區別的。但你認錯門，是良家婦女，你不懷好意地一笑，她就會啐一口，罵道：“滾你媽蛋！”有的路人，并不知曉這些關節，想打聽個道，或者隨意一笑，竟遭唾罵，弄得莫名其妙，狼狽不堪。

表1 主要開采礦最大下沉值

可以看出，該重晶石礦體的開采將在其上方相應的地表造成一定量的變形和移動，開采引起的地表水平變形值最大為1.30 m(金竹源錫鉭鈮礦)，參考國內同類礦山經驗，各礦脈開采引起的地表沉陷值均較小。預測水溪廟鉭鈮礦引發采空區地面沉陷可能性中等，危害程度中等，危險性中等，預測影響面積2.92×104m2。

3.1.3 采空區地面塌陷地質災害預測

按《評估規程》附錄F，采空區垮落帶高度采用下式計算:

其中，Hm為垮落帶高度，m;M為礦體厚度，m;∑M為采礦層累計厚度，m。

計算結果見表2。

表2 主要開采礦垮落帶高度 m

由表2可以看出，水溪廟鉭鈮礦埋深全部大于垮落帶高度，因此，未來開采引發采空區地面塌陷可能性小，危害程度小，危險性小。

3.1.4 泥石流地質災害預測

本區雨量充沛，地形起伏較大、坡高谷深，加之殘坡積層較為松散，具備發生泥石流地質災害的環境地質條件。礦山在大規模地下開采后所產生的廢棄礦渣堆積在原廢石場，碎石間接觸面較小，且未經壓實，結構松散，造成廢石場邊坡不穩，在發生暴雨或者連續大降雨時，在雨水侵蝕和沖刷下，會引發廢石流災害，因水溪廟鉭鈮礦廢石場下方為生產辦公區、農田和河流，一旦發生廢石流災害，會對礦山生產和生產工作人員造成危害，大量的碎石和土會沖毀農田，堵塞河道。預測礦區產生泥石流的可能性中等，危害程度中等，危險性中等。

3.2 礦山建設可能加劇的地質災害預測

評估區水溪廟鉭鈮礦區、原老虎頭—香坑地段發育崩塌、滑坡地質災害;原老虎頭—香坑地段發育采空區地面塌陷，在礦山開采、運礦車輛及采礦爆破震動等作用下有可能使其復活乃至規模進一步擴大，人工邊坡處于不穩定狀態，在運礦車輛及采礦爆破振(震)動等作用下有可能使組成滑坡體的土體松散，內聚力下降，使其復活。預測工程建設加劇崩塌滑坡的可能性中等，危害程度中等，危險性中等。由于香坑已經閉坑，且已經開展礦區地質環境綜合治理工程，在礦山建設和開采過程中，不會加劇現狀發育的采空區地面塌陷。綜上所述，評估區內預測該礦山建設可能引發的地質災害為崩塌、滑坡、泥石流、采空區地面沉陷，可能加劇的地質災害為崩塌、滑坡。預測評估區發生崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度中等，危險性中等;發生采空區地面沉陷、泥石流可能性中等，危害程度中等，危險性中等。

4 礦區地質災害防治措施

根據該區地質災害現狀和礦山實際情況提出以下防治對策。

4.1 崩塌、滑坡的防治措施

露天開采、開挖礦山道路等工程活動產生的高陡邊坡，建議應合理設計確定穩定坡率，及時做好邊坡的支擋和削坡工作，搞好防護、種植草皮，必要時在坡腳設置擋土墻。對已經產生或可能產生崩塌、滑坡的地質災害礦區路段，及時清理崩塌、滑坡堆積物;其中B01崩塌體已清理堆積物300 m3，放坡將產生土石方量約800 m3;B02崩塌體已清理堆積物250 m3，放坡將產生土石方量約600 m3。

4.2 采空區地面塌陷和地面沉陷的防治措施

礦區開采過程中形成的采空區，應利用廢棄石方對采空區進行回填。對回采結束后采空區的巷道中砌筑一定厚度的隔離墻及時封閉采空區，以避免采空區局部垮塌時所產生的沖擊氣流危害。各采場回采結束后應及時封閉采空區，采用坑內廢石和尾砂充填采空區，以減少廢石運輸排放量并起到支護空區的作用，以策安全;對可能發生地面塌陷和地面沉陷區以鐵絲網圈圍，并樹立警示標志牌。閉坑3年～5年內，采空區地面不宜興建建筑物。

4.3 泥石流防治措施

對已經使用的廢渣(石)場，在后壁頂部山體邊緣修截水渠，防止雨水匯聚滲入，并在前緣設置排水溝、疏干積水，同時修筑攔砂壩或擋渣墻，據現場調查，水溪廟鉭鈮礦廢石場需修筑長60 m，高3m～5 m的擋渣墻。新建的廢渣(石)場，首先對環繞排渣場周圍挖掘明溝截留地表水，溝谷中設置排水道或采取滲水措施，保證沖溝內水流暢通，排出溝外。設計合理的排棄參數，排放時要進行壓實，在溝口修筑攔砂壩、擋渣墻等攔排工程，采取必要的環保措施使廢棄渣場廢水達標排放。建立泥石流預報警報措施，及時監測泥石流可能發生的動態信息，以便對可能產生的災情進行防治。

5 結語

評估區內曾發生滑坡10處、崩塌5處、采空區地面塌(沉)陷10處、泥石流1處。其危害程度中等，危險性中等，通過評估，礦區內可能引發、遭受的地質災害有崩塌、滑坡、泥石流、采空區地面沉陷，為地質災害危險性中等區，評估區以內、礦區以外為地質災害危險性小區。水溪廟錫鉭鈮礦、砂錫礦、三個黃牛錫鎢礦、曬禾坪高嶺土礦、大歧嶺砂錫礦露天開采為地質災害危險性大區，建設用地適宜性差;金竹源錫鉭鈮礦、療養院砂錫礦、高屋坪、新木尾礦庫區為地質災害危險性中等區，建設用地適宜性為基本適宜;評估區其余地段為危險性小區。

結合綜合評估中的結果，對于礦山的地質災害的防治，采取合理可行的開發建設方案，認真落實好地質災害的各項防治措施，必須堅持以預防為主、避讓與治理相結合和全面規劃、突出重點的原則，各種防治技術相結合，這樣才能達到減災的目的。

［1］ 桂林礦產地質研究院.廣西壯族自治區恭城縣栗木礦田保有礦產資源儲量核實報告［R］.2009.

［2］ 廣西工業建筑設計研究院(原廣西冶金設計院).桂林礦產地質研究院栗木鉭鈮錫多金屬礦礦產資源開發利用方案［R］.2009.

［3］ 廣西水文地質工程地質隊.1∶20萬桂林幅水文地質普查報告［R］.1983.

［4］ 地礦部廣西壯族自治區地質局.1∶20萬桂林幅區域地質測量報告書［R］.1969.

［5］ 武 強，劉伏昌，李 鐸.礦山環境研究理論與實踐［M］.北京:地質出版社，2005.

［6］ 閆國杰.礦山地質災害研究與防治探討［J］.中國礦業，2004，13(3):66-68.

［7］ DB45/T 382，廣西建設項目地質災害危險性評估規程［S］.