冯乃华

(广西华锡集团股份有限公司， 广西柳州市 545006)

铜坑矿92号矿体大范围开采条件下地质灾害预防措施

冯乃华

(广西华锡集团股份有限公司， 广西柳州市 545006)

根据铜坑矿92号特大型多金属矿开采特点与环境条件，指出了可能诱发的局部地质灾害。针对地表沉降、塌陷、滑坡和泥石流等灾害隐患，提出了对策与预防措施。

地质灾害;地表沉陷;灾害预防;铜坑矿

1 概况

铜坑矿于1967年开始进行建设，1981年6月正式投产。矿床采用侧翼主副井－下盘风井、主斜坡道联合开拓。铜坑矿床的92号矿体为特大型缓倾斜厚矿体，产于硅质岩和灰岩中，矿体中心部位与上部的91号矿体相连。91号矿体与92号矿体产状基本一致，矿体上部为近似垂直产出的细脉带矿体。细脉带矿体、91号和92号矿体组成复杂的上下叠置的复杂格局。细脉带矿体上部采用无底柱分段崩落法回采，因矿石含硫自燃，改用充填法和分段空场法开采，嗣后处理空区，目前已基本结束。91号矿体主要采用胶结充填法，已全部采完，92号矿体为铜坑矿目前的主采矿体。

由于铜坑矿上述3大矿体大规模采动及周边矿体采空区的影响，形成了井下及近地表覆岩大范围屈服区域。92号矿体目前已形成连通地表的冒落区，部分与上部的细脉带及91号矿体冒落区相连。随着井下开采范围的扩大及周边矿柱逐渐的回采，若不采取措施，岩移裂隙带迅速扩大，有可能形成地质灾害。

为此，铜坑矿通过相关项目开展了地表塌陷区岩层移动监测技术、92号矿体采空区覆岩破坏与地压灾害防治技术等研究，通过对92号矿体区域地表沉降和井下岩层移动观测、岩体和充填体压裂和张裂等破坏调查、岩体声发射监测数据分析、钻孔位移和断层活动观测，以及岩层错动与破坏调查分析，掌握岩层活动的安全动态，进行相关区域岩移资料综合分析，实现地质灾害预警，有效的解决了大范围采动条件地质灾害防治以及资源回收与安全开采等关键性技术难题，对我国有色矿山持续发展和环境稳定具有重要的现实意义和战略意义。

2 矿山开采环境条件

2.1 矿体地质特征

矿床位于大厂倒转背斜北东翼次一级横向背斜及其轴部裂隙和层间错动交汇部位。该褶皱为一复式背斜，大厂背斜东翼平缓，岩层倾角一般在40°以下，南西翼陡峻，一般倾角在70°以上，接近直立，甚至倒转。主要控矿断裂有3种:纵向逆断层，隐伏于背斜轴倒转部位，走向北西，倾向北东，倾角20°～30°，断距150～200 m，为大厂矿区的主断裂，是主要的导矿构造;横向裂隙带，位于长坡背斜轴部及其转折的外则，其走向北东，倾向南东，走向延长1400 m，宽300～600 m，延深450 m，倾角为60°～70°，由大致平行的密集小裂隙组成，沿走向及倾向均显示有雁行状排列;层间错动，发育在翼部岩性不同的地层接触处，矿液呈充填交代形成致密块状矿石。

矿区出露的主要地层为一套碳酸盐岩－硅质岩－细粒碎屑岩建造，包括:泥盆系中统马家坳组(D2m);泥盆系上统榴江组(D3l);泥盆系上统同车江组(D3t)。该组为一套浅海相陆源碳酸盐岩和泥页岩沉积。大厂锡石－硫化物矿体主要产于上泥盆统这套碳酸盐岩－硅质岩－泥灰岩岩石组合中。矿区内所见到的岩浆岩有花岗斑岩和闪长玢岩，均呈脉状产出。

92号矿体属于似层状网脉浸染矿体类型，位于长坡倒转背斜东翼之次级褶皱的北西倾没端，呈层状、似层状产出，赋存于上泥盆统榴江组下段硅质岩中，垂直方向分布于300～570 m标高间，水平上分布于8#～30#勘探线间。矿体产状与容矿地层一致，为NWW或近东西走向，总体倾向NNE，倾角随地层产状改变而变化。

2.2 水文地质条件

矿床水文地质条件简单，坑道涌水量主要以裂隙构造水为主，受季节性影响，地表水补给，单位涌水量少，不影响矿体开采，矿床水质为SO4－Ca－HCO3－Ca型。矿床范围内的上泥盆统五指山组扁豆状灰岩裂隙发育，但含水的裂隙不多。裂隙水是矿坑充水的主要因素，其次是来自塌陷坑内的大气降水。地形对地下水和大气降水的排泄均有利。由于铜坑矿井下有完善的分级排水系统，能够满足安全规程要求。

2.3 围岩工程条件与岩体质量评价

92号矿体顶板围岩为宽条带灰岩、泥灰岩及部分硅质岩。宽条带灰岩、泥灰岩岩层裂隙不发育，厚度15～20 m，其中底部有3 m左右的泥灰岩，单层厚度20～0 cm，裂隙极不发育。92号矿体与91号矿体之间的夹石平均垂直厚度16.57 m，最大夹石垂直厚度达40 m。

采用RMR及Q系统分级方法对92号矿体及围岩的岩体质量进行了评价，在此基础上，对不同采场结构参数情况下的顶板和矿柱稳定性进行了计算分析。根据各岩层的参数的分类结果，RMR分类结果表明:92号矿体及围岩的质量为中等岩体—好岩体。Q系统分类结果表明:92号矿体及围岩的质量为中等岩体—良好岩体。根据各岩层Q分类结果得出采场顶板矿岩的无支护最大跨度为22 m。

3 矿山开采过程中地质灾害隐患分析

92号矿体为缓倾斜厚大矿体，上部是细脉带矿体和91号富矿体，在垂直方向上，这3个矿体呈重叠状产出，且上部二矿体的水平投影全部重叠在92号矿体上面。细脉带矿体采用无底柱分段崩落法开采，上盘围岩已冒落。在1976年5月，细脉带部分采区冒通地表后出现自燃火灾，以后范围逐渐扩大，后来通过联合攻关，火灾得以控制，但仍存在火灾隐患。91号富矿体几乎全部采用中深孔分段空场法和大直径深孔空场法回采，采后空区嗣后一次充填。91号矿体与92号矿体之间，存在有少量的夹石(10～30 m不等)，或者是91号矿体的充填体。

92号矿体与91号矿体重叠区用组合式崩落法开采，矿体划分为矿房和矿柱，矿房宽度为20～25 m，长度70～80 m，矿柱宽度12～15 m，预留5～8 m的顶柱。先用空场法回采矿房，再滞后约两个矿房宽度崩落间柱、端柱和顶柱，在区域内实现组合式崩落连续回采。92号矿体边部的非重叠区域用留连续矿柱空场法开采，将矿体划分为盘区。一个盘区宽度为90～100 m，在盘区内再划分为矿房和矿柱。由于受上方细脉带矿体和91号矿体多次重复采动的影响，92号矿体处于极其复杂的应力状态之中。大面积空区的覆岩长期未冒落或冒落甚少，一旦发生大规模垮塌，可能导致大范围的冲击波危害。因此，一直以来矿山企业非常重视采空区的处理和地压管理工作。

92号矿体开采前，矿区范围内井下已有部分采空区，由于处理得当，至今为止并未因大面积引起地质灾害发生。但92号矿体开采已到中后期，今后在92号矿体进一步的开采过程中，采空区继续扩大，如果监控不当，可能引起地压灾害的发生，主要形式包括:地表沉降、塌陷、地表水平移动、倾斜、弯曲、裂缝、雨季滑坡及泥石流、流井下突泥突水及附近尾矿库溃坝等灾害。

4 预防措施

4.1 地表沉陷灾害隐患预防措施

通过矿山开采岩层移动与沉陷监控分析，进行灾害预测预防。为了全面了解岩层移动规律，除地表观测外，需在矿井下的各种巷道、采场及由地表或巷道向岩层打钻孔，设立移动观测站，进行定期观测，以揭示岩层内部移动发展过程及移动特征。配合地表移动观测，可了解到从采空区到地表之间整个岩层的移动情况。主要采用的监测方法包括:位移计、收敛计、水准仪、径纬仪、全站仪、激光测距仪、钻孔观测、浅震法、声法及电磁方法等。

广西华锡集团股份有限公司铜坑矿与长沙矿山研究院等单位合作，对采空区覆岩破坏规律与采区稳定性进行监控研究，在进行理论计算分析的基础上，采用三维数值模拟分析软件，对铜坑矿92号矿体开采岩层移动进行分析，预计裂隙区影响范围。根据计算与现场监控的结果发现，目前在92号矿体II盘区、I盘区和III盘区等区域正在形成较大范围的岩移区域。对92号矿体近期及下一步的开采过程模拟分析结果表明，短期内92号矿体开采对地表工程如竖井等周围岩移影响不大，但今后在扩大IV、VI盘区开采范围的情况下，若无充填处理采空区措施，则在1#坝附近将产生较明显下沉和水平移动，须引起高度注意。根据岩层移动模拟分析结果，预计随着92号矿体开采范围扩大，在酸水湾周边一带岩移影响范围今后很有可能波及现有矿山公路，在一定条件下有可能诱发地质灾害，为及时有效地监控逐渐显著的岩层移动和预防可能引发的突发性地质灾害事件，必须尽早采用全面的监控手段，建立连续使用的长期监测网络，发现异常情况时及早预警，及时主动调整回采方案，采取有效的治理和防护措施，消除危险隐患。

4.2 监测预警措施

铜坑矿细脉带、91号和92号3大矿体总开采范围大，目前开采范围水平投影面积达20万m2，在地表形成了大范围塌陷区和岩层移动裂隙区，由于大范围的采动影响，在地面形成崩落陷坑，地压活动加剧，若处理不当，在地表有产生地质灾害的隐患。为解决大范围区域性灾害隐患监控与防治问题，安全、合理地回收矿产资源，通过科研攻关，开发应用了与生产实际相适应的矿山灾害监控防治与岩层控制及预警技术。

经现场观测发现，近年来细脉带矿体、91号及92号矿体岩层移动范围发生了很大变化。形成了细脉带矿体浅部区域的塌陷坑和92号矿体中心区域的崩落区。在陷坑和崩落区周围，地表出现明显沉降和裂隙区，如92号矿体西南区上方地表27#测点2009年以来沉降值逐渐加大(见图1)。

图1 地表27#测点沉降值

通过开展岩层移动与灾害防止专题攻关研究，建立了矿区地表塌陷区岩层移动、采空区覆岩破坏及地压等相应的监控制度。在前期工作基础上，深入研究在新的条件下地压和岩移活动规律，监测井下地压活动、塌陷区的变化和地表移动，有效实现了灾害预防与地表保护。

4.3 地表泥石流预防措施

铜坑矿目前各井口周围山体较平缓，周围地表多覆盖有第四纪沉积层，植被很好，发生山体滑坡的可能性小。井口场地位于半山坡平缓地带，可有效避免周围滑坡等地质灾害的影响。

虽然在92号矿体开采影响范围内无尾矿库，但92号矿体区域外围存在尾矿堆，长期降雨或暴雨则可能诱发泥石流。根据“预防为主、避让与治理相结合”等原则，为了彻底解决地表泥石流灾害隐患，必需对周边尾矿进行清理，并修截洪沟和排洪沟。对周围的尾矿坝需进行整治与监控，在有可能发生洪水、山崩、泥石流等的地带不设工业场地和生活设施。

4.4 应急避险措施

为了有效做好地质灾害隐患点的防灾减灾工作，编制了《地质灾害隐患点防灾应急预案》。铜坑矿逐渐建立和完善了监测预警体系，定期检查地表及井下岩层变化情况。在地表塌陷区(隐患区)，已设置警示标志并标出避灾路线。针对井下采空区危害监控，建立了地压监测监控系统，制定和落实了严格的监控预警制度，取得了良好效果。

［1］ 李春雷，谢谟文，等.基于GIS和概率积分法的北洺河铁矿开采沉陷预测及应用［J］.岩石力学与工程学报，2007，(6):1243－1250.

［2］ 马清利.基于GIS的矿区开采沉降与岩层移动研究［J］.大众科技，2009，(12):95－96.

［3］ 叶粤文.金属矿山地压灾害发生机理研究［J］.有色金属矿山部分，2006，(1).

［4］ 杨伟忠，等.大厂矿田采矿诱发地压灾害特征与机制［J］.采矿技术，2008，(6).

［5］ 毛建华.金属矿山特大事故隐患与地质环境的综合治理［J］.矿业研究与开发，2006，26(Z1):147－150.

2011－04－29)

冯乃华(1957－)，男，海南澄迈人，工程师，主管矿山安全环保和地质环境恢复等工作。