淮北某铜矿矿区地表塌陷成因.pdf

Serial No． 566 June． 2016 现代矿业 MODERN MINING 总 第566 期 2016年 6 月第 6 期 张显 1981 ， 男， 工程师， 硕士研究生， 243000 安徽省马鞍 山市经济技术开发区西塘路 666 号。 淮北某铜矿矿区地表塌陷成因 张显 1， 2， 3 1． 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司;2． 金属矿山安全与健康国家重点实验室; 3． 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司 摘要以淮北某铜矿为例， 从地表塌陷的基本条件入手， 分析了该矿区塌陷的影响因素， 矿 区地层特征、 水文地质特征、 矿山开采及采空区现状、 地表塌陷成因。综合分析结果表明 ①该塌陷 区灰岩裂隙发育和第四系松散覆盖层的砂、 砾石黏土互层结构是造成区内塌陷的基本地质条件; ② 井下排水、 地面堆载尾矿和尾矿水化作用是地表塌陷的主要诱发因素， 在地面附加载荷和垂直渗透 力的作用下， 加剧了地表塌陷的产生和发展。 关键词地表塌陷地质条件井下排水诱发因素 地面塌陷成因复杂多样， 根据形成塌陷的主要 原因可分为自然塌陷和人为塌陷 2 类。自然塌陷主 要由于地震震动、 降雨地表渗透、 自重压力、 地下水 潜蚀掏空等自然因素引起的， 人为塌陷主要由于地 下采空区、 井下排水、 地下水开采、 地面堆载、 尾砂堆 场蓄水等人为因素所致 ［1- 4 ］。淮北某铜矿矿区 2016 年 3 月发生过矿区地表塌陷， 为对该矿山地表塌陷 进行有效防治， 本研究对矿区内地层、 水文地质条件 进行分析， 并对地表塌陷成因进行详细探讨。 1矿区概况 淮北某铜矿地处淮北平原， 属大陆海洋性气 候过渡带， 年平均降雨量 865 mm。矿区及附近区域 地表广泛分布第四系松散层， 下伏灰岩、 大理岩及闪 长岩， 第四系沉积物厚 144． 88 ～ 163． 47 m， 为河湖 相砂砾石黏土互层沉积物。矿区基岩为浅海相碳酸 盐岩沉积， 经蚀变交代热接触变质作用后， 为白云质 大理岩、 白云石大理岩、 水镁石大理岩、 条带状 或 斑纹状 大理岩等。矿床北部、 东部为二叠系陆相 碎屑沉积。该矿区建于 2008 年底， 采用竖井 盲竖 井 盲斜井联合开拓， 主要有主井、 风井、 盲竖井、 盲 斜井 4 条井筒。开拓 －250， －300， －350 m 等 3 个 中段， 采矿方法以上向水平分层尾砂充填法 ［5 ］为 主， 并辅以浅孔留矿嗣后充填法 ［6- 7 ］。2016 年 3 月 15 日， 位于该矿尾砂周转池西北角的地表发生了塌 陷， 3 月 16 日进一步坍塌， 之后趋于稳定。塌陷坑 近圆形， 塌陷半径约90 m， 沉降面积约25 400 m2 ， 最 大落差约 5 m， 沉降量约 33 500 m3。塌陷造成了部 分通往矿区的电线杆倾倒， 一村级公路被局部破坏。 2地表塌陷成因 2． 1地质条件因素 该矿区及附近区域砂层最厚达 22． 07 ～ 37． 73 m。由于该区黏土和砂层互层， 砂层结构松散， 分选 良好， 排列疏松， 黏土可塑性强， 因此黏土有一定的 压缩性， 砂层在水位降低时会引起有效应力的增加， 该类因素为地面沉降、 塌陷提供了物质基础。矿区 3矿体位于塌陷区下部， 呈透镜状产出， 走向 NW， 倾向 SW， 倾角 60， 为典型的捕虏型成矿， 矿体产于 岩体内的碳酸盐岩捕虏体边缘。据 01、 03线地质 剖面， 碳酸盐灰岩、 大理岩与第四系呈“天窗” 直接 接触， 51钻孔也显示第四系下伏厚层状灰岩， 与第 四系接触面上部存在厚约 30 m 的风化破碎灰岩。 碳酸盐灰岩发育为地下水溶蚀产生和发展创造了有 利条件。根据区内地层、 水文、 工程地质因素， 第四 系覆盖层透水性较强， 抗剪、 抗压及抗潜蚀能力差， 具备土洞发育条件， 是产生地面塌陷的主要因素; 下 伏岩体为闪长岩与大理岩、 灰岩的接触带， 成矿构造 强烈， 存在构造裂隙或以灰岩溶蚀裂隙发育， 成为土 洞潜蚀土体运移通道， 为土洞产生和扩大创造了条 件。由此可见， 地质条件因素是形成该矿地表塌陷 的主要自然因素。 2． 2采空区因素 矿山塌陷区下部开采中段有 － 250，－ 300， －350 m 中段， 其中 －250， －300 m 中段的102 采场 采空区未进行充填， 井下现场勘察均未见漏砂和其 他异常现象， 采空区顶底板均较干燥。根据 3地质 052 ChaoXing 剖面， 102 采场 －250 m 以上顶板厚度约 97 m， 现场 调查未见大面积坍塌。该矿为矽卡岩矿床， 矿体顶 板岩石为矽卡岩、 大理岩， 主要矿体顶底板一般较完 整， 整体性好， 力学强度高， 矿体及围岩工程地质性 质较好。 －250 m 采空区总体积约 24 600 m3， 地面 塌陷坑总体积为 33 510 m3， 塌陷坑体积大于采空区 体积。由采空区和地面塌陷坑体积对比分析， 可初 步认为采空区并非造成地面塌陷的直接原因。由采 空区现场勘探、 采空区体积对比及围岩工程地质性 质综合分析可知， 由采空区造成地表塌陷的可能性 小。 2． 3井下及周边排水因素 该区地下水主要补给来源为大气降水入渗补给 及农业灌溉回渗补给， 地下水总体流向由东南向西 北径流。人工开采、 大气蒸发及向下游径流为主要 的排泄方式。据矿山调查以及周边矿山生产排水记 录， 该矿在正常生产时井下排水量约 1 500 m3/d， 大 量抽排地下水会形成一定范围的降落漏斗。区内分 布的灰岩、 大理岩为岩浆岩侵入形成的捕虏体， 周边 为透水性极弱的岩浆岩隔水层， 发生水力联系的主 要为上部第四系含水层， 矿体顶板及发生水力联系 的第四系含水层是矿床充水的主要来源。由于矿山 井下排水及周边民用抽水灌溉， 导致区内第四系含 水层水位下降， 地下水侵蚀面随之上下频繁波动， 枯 水期灰岩地下水位低于含水砂砾石黏土层侵蚀面， 在丰水期灰岩地下水位上升， 矿山井下排水造成地 下水位在灰岩与第四系底板之间波动， 为岩溶土洞 塌陷的产生创造了动力条件。 2． 4地面堆载因素 根据塌陷区范围调查结果， 塌陷区中心位于矿 山选厂尾砂堆场西北角， 地表尾砂堆场堆积高度约 4 m， 增加了地面荷载， 在降水充水状态下， 池内尾矿 容重增大， 可达饱水状态， 尾矿堆场北侧排水管排水 标高仅低于滩面 0． 5 m， 尾矿重力荷载增加于第四 系覆盖层之上。根据第四系工程地质条件分析， 松 散层承载力差仅适合作为普通地面建筑的持力层， 若在水动力条件下松散层侵蚀产生土洞， 土洞顶板 承载力不足， 致使上覆土层产生变形塌陷。 2． 5尾矿水化因素 经现场调查， 塌陷坑正上方为 1尾矿堆场， 相 邻东侧为原尾矿 2堆场。由于 1、 2尾矿堆场均未 采取防渗措施， 水池水成为地表潜水的补给来源， 通 过第四系垂向渗透， 加剧了地下水对第四系松散层 的潜蚀和冲刷作用， 使溶蚀土洞扩大直至坍塌。因 此， 尾矿水化作用是地面塌陷发生的外在因素条件。 3结语 结合淮北某铜矿矿区地质调查成果， 分别对该 矿区地层特征、 水文地质特征、 矿山开采及采空区现 状、 地表塌陷成因进行了详细分析， 对于该矿区地表 塌陷的有效防治有一定的借鉴价值。 参考文献 ［ 1］黄平路， 陈从新． 厚覆盖层矿山地下开采地表塌陷机制分析 ［J］ ． 岩土力学， 2010 S 357- 362． ［ 2］袁杰， 高宗军， 徐晓慧． 枣庄岩溶地面塌陷的影响因素及其 发展趋势［ J］ ． 山东国土资源， 2010， 26 8 18- 21． ［ 3］蔡慕尧， 廖武坚， 曾旭青． 广东省梅州市玉水溪硫铜矿区地面 塌陷成因与发展趋势［J］ ． 中国地质灾害与防治学报， 2007， 18 4 98- 102． ［ 4］张子真． 土质地层地陷机理分析及数值模拟［D］ ． 北京 北京 交通大学， 2012． ［ 5］王伟， 李云安， 王钦刚， 等． 上向水平分层充填法采矿地表变 形研究［J］． 金属矿山， 2014 8 1391- 42． ［ 6］王成龙， 王颍． 平底结构浅孔留矿法在金陶公司二矿区的应 用［ J］ ． 现代矿业， 2015 6 210- 211． ［ 7］宋甫， 周益龙， 江飞飞． 浅孔留矿法在急倾斜至极薄矿脉开 采中的应用［ J］． 现代矿业， 2015 6 32- 33． 收稿日期 2016- 05- 06 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 记者在线 云南铜业归还玉溪矿业闲置募集资金 云南铜业股份有限公司近日发布公告称， 公司 已将此前借以补充流动资金的 5 000 万元人民币归 还给玉溪矿业。2016 年 3 月 21 日， 云南铜业股份 有限公司召开第六届董事会第二十九次会议， 审议 通过 云南铜业股份有限公司关于玉溪矿业有限公 司闲置募集资金暂时补充流动资金的议案 ， 公司 在保证募集资金项目建设资金需求的前提下， 将 “玉溪矿业大红山铜矿 3 万 t/a 精矿含铜西部矿 段采矿工程建设项目” 闲置募集资金中的 5 000 万 元暂时用于补充公司流动资金， 使用期限为自董事 会审议通过之日起不超过 3 个月 详见公司于 2016 年3 月22 日披露的 关于玉溪矿业有限公司闲置募 集资金暂时补充流动资金的公告 。 152 张显 淮北某铜矿矿区地表塌陷成因2016 年 6 月第 6 期 ChaoXing