莫俊晖

(广西锡山矿业有限公司，广西 南宁 530022)

0 前 言

广西大新锰矿位于广西大新县下雷镇，大新锰矿为一大型锰矿床，由原生沉积碳酸锰矿和次生氧化锰矿组成。工业矿层呈层状，共3层，层位稳定，其间有2层夹层，自下而上为Ⅰ矿层、夹一、Ⅱ矿层、夹二、Ⅲ矿层。

矿山露天开采从1959年开始至2018年全部结束，露天开采范围从5a线至37线，走向长为4 km。地下开采从1999年开始，2018年后全部转入地下开采，范围4a线至35线，中段高差40～60 m，除西南区域外大部分280水平以上中段已采完并回填。目前主要回采220中段，160中段正在进行基建工程施工。随着开采的持续进行，地质环境受到破坏在所难免，必将引发一系列与采矿活动密切相关的地质灾害。

1 矿山地质环境

1.1 矿区自然地理条件

下雷锰矿区地处亚热带，气候温暖潮湿，雨量充沛，历年最高温气温为38.5 ℃，最低气温为-1.9 ℃，多年平均气温为21.9 ℃。平均降雨量为1 302.40 mm，雨季为4～9月，12月至次年的2月为旱季。由于区域地层条件限制，项目区植被主要为灌木丛、草本植物、松木为主，植被覆盖度约90%。

矿区地貌类型为岩溶峰丛谷地，中部为一条狭长的东西走向的谷地，谷地地面标高 325.0～372.2 m，两侧为含锰的碎屑岩夹碳岩丘陵，标高 450～550 m,地形坡度 25(°)～35(°)；两侧岩溶山体陡峭，局部为陡崖，山峰耸立，峰顶标高 688.5～782 m，坡度 50(°)～70(°)；沟谷呈“V”形。地形起伏变化大，相对高差大，切割中等，利于自然排水。南侧边坡岩层与采坑斜坡多为同向。

标高241.50 m为当地的侵蚀基准面，是矿区地下水和地表水排泄基准面。矿区内发育有布康溪流，其上游汇水面积约4 km2，常年流量0.040 5 m3/s，最大洪水流量3.472 m3/s，最低标高为310 m，为矿区最低侵蚀基准面。

矿层大部分位于地下水位以下，标高在 310 m 以上的采场可以自然排水，以下需机械排水，采场汇水面积较大，与地表水联系(布康溪)较密切，采场正常涌水量3 400～7 500 m3/d，采矿和疏干排水对矿区周围主要含水层有一定破坏。矿区水文地质条件中等，矿山地质环境条件复杂程度综合评估为复杂。

1.2 矿区地层

矿区及周边出露的地层有中泥盆统东岗岭组(D2d)、上泥盆统榴江组(D3l)、五指山组(D3w)、 下石炭统岩关组(C1y)、下石炭统大塘组(C1d)、中石炭统黄龙组(C2h)和第四系(Q)。

1)中泥盆统东岗岭组(D2d)

分布在矿区周边附近，矿区内只出露其上部及中部的一部分。上部为深灰、灰黑色薄至厚层状灰岩，偶夹深灰色硅质岩条带，中部为浅灰色厚层状白云质灰岩。

2)上泥盆统榴江组(D3l)

灰至灰黑色薄层状构造，下部为硅质灰岩夹少量硅质岩和生物碎屑灰岩；上部为钙质泥岩夹硅质灰岩，少量硅质岩及生物碎屑岩。

3)上泥盆统五指山组(D3w)

含锰层位，按岩性不同，自下而上可分为4段。第1段(D3w1)：下部为钙质泥岩夹少量灰岩；上部为泥质灰岩夹少量泥灰岩或钙质泥岩及硅质岩。灰至深灰色薄层状、条带状构造为主。本层风化后为含锰泥岩夹硅质岩。第2段(D3w2)：为含锰岩段，由3层碳酸锰矿和2个夹层组成。第3段(D3w3)：为硅质灰岩夹硅质岩，局部夹含锰灰岩。第4段(D3w4)：灰至深灰色泥灰岩、钙质泥岩夹硅质条带。

4)下石炭统岩关组(C1y)

岩关组分为2个段。第1段(C1y1)为硅泥质灰岩夹硅质灰岩、硅质泥岩及生物碎屑灰岩。第2段(C1y2)为硅质泥灰岩、硅质泥岩夹生物碎屑灰岩及硅岩质岩，底部含磷。

5)下石炭统大塘组(C1d)

为含硅质灰岩或硅质灰岩与硅质岩互层夹少量生物碎屑灰岩。灰至深灰色，细—中粒结构，薄—中层状构造。

6)中石炭统黄龙组(C2h)

为灰—深灰色带暗红色厚层状夹中厚层状灰岩，部分夹硅质灰岩条带或团块。

7)第四系(Q)

第四系(Q)分为人工堆积层(Qml)、冲积层(Qal)、残积层(Qel)共3层。①人工堆积层(Qml)：成分主要为含风化碎石的黏性土，主要为采矿弃填土。②冲积层(Qal)：成分主要为粉质黏土、含黏土砂砾石层。③残积层(Qel)：岩性为粉质黏土、含黏土碎石等，灰褐、灰黑，碎石主要成分为硅质岩，中等风化。呈棱角状，分选性差。下部碎石较多，层理明显。该层含氧化锰矿层，属泥盆系上统(D3)覆盖层。

1.3 构造

1)矿区的褶皱构造很发育，特别是南部矿段，形成极为复杂的复式褶皱构造，主要分为4级。控制下雷锰矿床锰矿层的主要构造为下雷平卧褶皱；平卧褶皱位于区域上映—下雷倒转向斜的南西端。

2)矿区内断层甚多，根据断层的性质、产状及相互关系等，矿区范围内主要的断层可分为5期9个组，对矿体形态起了程度不同的破坏作用。其中F1断层在15线以东岩溶较发育，透水，含水性较强，是南部岩溶水的通道；以西岩溶不发育，透水，含水性较弱。垂向上随深度增加岩溶发育程度减弱。其他发育在矿层含水层及D3w4隔水层中的各组断层，破碎带一般很小，宽度0.1～0.3 m，局部可达1～2 m，断层角砾被方解石、石英脉、硅质等胶结良好。受断层影响的裂隙发育带宽度(包括角砾岩)一般小于10 m。

2 矿山地质灾害

2.1 地面塌陷与地裂缝

矿区内地面塌陷主要为岩溶地面塌陷和采空区地面塌陷，伴有地裂缝。经计算，塌落带高度为11.2～21.5 m，导水裂隙带高度为29.9～42.9 m。矿区南北两翼的塌陷和地裂缝在不同的采深时发生。①在矿区南翼(中东部采场地段)，当采深小于21.5 m时表现为采空区地面塌陷，采深为21.5～42.9 m时表现为地裂缝，采深大于42.9 m时表现为地面沉陷。在矿区北翼(北中部采场地段)，当采深小于11.2 m时表现为采空区地面塌陷，采深为11.2～29.9 m时表现为地裂缝，采深大于29.9 m时表现为地面沉陷。危害对象主要为林地或露天采场。

1)岩溶地面塌陷

岩溶地面塌陷主要位于矿区中部露天采场西南的沿边公路路面上，塌陷呈槽带状、圆形。岩溶塌陷区(沿边公路)地段为泥盆系中统东岗岭组(D2d)灰岩，岩溶发育，其北发育有东西走向 F1 正断层，下盘为泥盆系上统榴江组(D2l)硅质灰岩。坡下为中部露天采场及地下开采的380 m中段以上采场，矿体主要赋存于泥盆系上统五指山组(D3w)，岩性为泥岩、硅质岩、硅质灰岩等。下雷锰矿区岩溶地面塌陷点TY1剖面图(A—A)见图1。

图1 下雷锰矿区岩溶地面塌陷点TY1剖面(A—A)

岩溶地面塌陷成因分析：该地段地层岩性为泥盆系中统东岗岭组(D2d)灰岩，属于溶性岩层，岩溶发育，发育型态主要为溶洞、溶蚀裂隙。沿现状公路边坡随处可见规模不一的溶洞、溶孔、溶槽、钟乳石等发育。由于受南西—北东向断层及北东向多级褶皱的影响，岩溶发育较强烈。该区域发育有北东向正断层，且处在不对称褶皱地层陡的南翼，这些条件均利于岩溶发育。原用回填碎石土处理的公路地基，加之地表水和应力作用造成塌陷裂隙拉裂和扩大。

2)采空区地面塌陷

由于矿山的开采是先露天开采后地下开采，采矿空区地面塌陷主要发生在中东部露天采场底部。塌陷是由于采用地下开采方式后，采矿方法采用有底柱中深孔分段凿岩阶段集中出矿留矿法，地下矿体被采空后，采空区上部的岩层失去支撑，使其周边一定范围的岩体应力重新分布，导致岩石变形，随之产生弯曲、变形，以致发展到地表下沉塌落。

2.2 崩塌

崩塌是陡坡上的岩土体在重力作用下或其他外力参与下，突然脱离母体，发生以竖向为主的运动，并堆积在坡角的动力地质现象[1]。崩塌成因主要与地形条件、构造条件、地层岩性条件、气候条件、人为因素、震动触发条件等有关。矿区出现的崩塌分为4种情况。

1)矿区东部的旧生活区北侧为陡峭的岩溶峰丛，山峰标高为646.0 m，坡下的旧生活区地面标高为332～337 m，相对高差309～314 m。自然坡度大于50(°)，近山顶更陡峭，近直立，组成山体的岩性为石炭系下统岩关组的硅质泥质灰岩，产状为 8(°)∠14(°)，自然坡向为180(°)，属逆向坡，再往东则岩层产状为320(°)～350(°)，∠40(°)～78(°)、50(°)～135(°)∠40(°)～70(°)，山顶标高599.0～476.0 m。

2)电解锰厂西侧、南侧为高陡的岩溶山体，高差大于100 m。这些岩溶山体垂直裂隙较为发育，局部较为破碎，岩溶中等发育，且受东西走向的正断层影响，岩体完整性较差。

3)东回风井至东部箕斗井南侧(4～5线)范围，南面为泥盆系东岗岭组灰岩的山体，岩层产状189(°)～130(°)∠48(°)～25(°)，山顶标高706.4～579.0 m；北面为石炭系下统岩关组的硅质泥质灰岩的山体，因采矿活动和构造、溶洞影响，靠近边防公路山体风化部分有零星的滚石。

4)矿区内中央副井段经中部露采采场至西南露采采场东南端，南北两面为陡峭的岩溶峰丛，南面为泥盆系东岗岭组灰岩的山体，岩层产状153(°)～120(°)∠40(°)～20(°)，山顶标高698.0～639.0 m；北面为石炭系下统岩关组的硅质泥质灰岩的山体，岩层产状330(°)～340(°)∠15(°)～25(°)、105(°)～160(°)∠20(°)～60(°)，山顶标高776.0～625.5 m。

以上崩塌(滚石)灾害区域，在2019年11月25日，受靖西5.2级地震影响，其严重后果尤为明显，局部矿区道路受滚石拦阻，车辆不能通过。东部—中部露采采场南侧山体(近边防公路及以上)有4处体积规模达上万立方米的岩体崩塌。

2.3 滑坡

斜坡岩土体在重力作用或有其他因素参与影响下，沿地质弱面发生向下向外滑动并以向下滑动为主的变形破坏。滑坡成因主要与地形地貌条件、地层岩性条件、气候条件、人为因素等有关。矿区存在滑坡可能的地段及其情况如下。

1)4个均已结束开采的露天采场，组成露天采场边坡多为第四系残积层黏土、碎石土、上泥盆统榴江组(D3l)、五指山组(D3w)硅质岩、硅质泥岩和强风化破碎硅质岩夹硅质泥岩组成，风化强烈，岩石破碎，风化后呈碎石黏土状，顶部为残积层含砾黏土。这些岩土体结构松散，稳定性较差，开采形成临空面后，边坡岩土体应力重新分布，打破了原有的应力平衡，当采坡下滑力大于抗滑力时，引发边坡崩塌滑坡。特别是在强降雨时，雨水渗入岩土体，增加其容重，降低了岩土体的抗剪强度，使下滑力增大抗滑力减小。岩层多夹薄层状泥岩，岩体节理裂隙与层面之间相互切割，容易产生弱结构面。而采矿时剥离爆破震动，造成岩层碎裂降低了岩石强度，在开挖、降雨冲刷等作用下，容易引发采坡滑坡。

露天开采边坡或以上土体可能发生滑坡地质灾害，中部露天采场在回填前，大雨过后边坡经常可见多处小规模土体流失现象。

2)原通往中央副井道路，其位于中部采场与边境公路之间。该路段南侧(靠边防公路)边坡局部形成下陡—中缓—上陡地形的高陡斜坡，且为东岗岭组和榴江组岩石风化后形成的较厚松散层(含孤石)覆盖，加上原中部露采的开采活动，发育较多纵向裂隙，极易形成滑坡体，若有大暴雨可伴有泥石流或滚石灾害。以牵引式滑坡为主。

3)矿区设有6个排土场，东部排土场边坡较稳定，且已全部复绿。中部排土场正在做边坡修整，排土形成的这些边坡主要位于排土场外边缘。边坡组成为露天采场剥离的弃土石方，结构松散，边坡稳定性差。边坡角一般小于40(°)，分台阶堆放，但台阶高度大部分在10 m以上。在边坡土体自重力作用下，特别是在降雨情况下，雨水渗透进入土体，增加自重，降低了土体抗滑强度，容易引发边坡崩塌滑坡地质灾害，预测可能性小—中等。

3 矿山地质灾害防治措施及建议

矿区现状条件下，矿山地质问题的类型多，主要灾害为采空区地面塌陷、滑坡、崩塌。矿山地质灾害成因复杂，且不是单一现象出现，而是多种灾害伴生出现，相互影响。如地表地质灾害还会导致地下工程的冒顶片帮、突水、岩爆等现象，所以建议地质灾害防治工作要划分重点，分区防治，因地制宜，综合治理。地质灾害防治措施及建议分为4点。

1)控水措施

如加强地表水和地下水的水文观测工作和防渗排水措施。

2)工程加固措施

①塌陷与地裂缝治理采取土石填充并夯实、灌浆、防渗处理等措施[2]。②滑坡治理，主要采用清理废土石和危岩以恢复场地；削坡减荷、锚固、抗滑桩、支挡、排水、截水等工程措施进行边坡加固。③泥石流治理，修建治水治泥工程，可采用清理泥土石以恢复场地，或者修筑拦挡工程防止形成新的泥石流物源；潜在的泥石流隐患治理可采用疏导、切断或固化泥石流物源，消除引发泥石流的水源条件[3]。

3)非工程性的防治措施

如开展各类地质灾害风险评价，试验研究，加强宣传，增强防灾意识，建立防灾体系和预警机制。

4)加强地质灾害勘探和监测工作

如要加强对露天采场边坡、地下采坑的监测，及时发现险情及时采取措施。建立矿山地质灾害及环境问题监测系统，并始终贯穿于矿山开发的全过程，坚持边开发边治理的原则，最大限度地减少矿山开采对环境的影响[4]。

4 结 语

矿山地质灾害对矿山生产和人们的生活影响重大，矿山企业应加强思想上的重视，并在技术上创新，才能真正做到安全生产。结合大新锰矿下雷矿区地质条件等因素，通过对矿区多发的地质灾害进行的研究分析，总结了相关地质灾害防治工作的措施，为大新锰矿的地质灾害防治工作提供了建议。地质灾害防治工作不仅对安全生产工作具有指导意义，对促进“绿色矿山”建设也具有重大的现实意义。