大庙地磷矿坑道开采引发的地质灾害探讨

2022-09-12

磷矿是一种重要的化工矿物原料, 其用途十分广泛, 在国民经济中占有重要地位。大庙地鳞矿位于云南省安宁市12km的街乡, 保有资源储量为矿石量1 6 6 5.5 9万吨, 品位23.16%。该矿自2005年7月以来, 对矿区范围内矿体露头部分进行了开采。根据开发利用方案, 前期露天开采, 后期地下开采, 根据矿体赋存条件和矿区范围内的资源储量, 建设规模为50万吨/年, 其中露天矿山服务年限7年, 地下矿山生产年限5年。矿区磷矿床是在早寒武世渔户村期聚磷盆地的基础上, 经多期剥蚀、沉积作用在中生代造山运动下含磷沉积层被抬升形成埋藏较浅的磷矿床, 属于浅海沉积型磷块岩磷矿床。大庙地磷矿工业矿层上矿层形态呈层状产出, 层位稳定, 平巷开拓, 地质环境条件总体复杂。本文针对大庙地磷矿坑道开采引发的地质灾害及防治措施进行分析和探讨。

1 矿井开拓

大庙地磷矿地下生产系统包括斜井、风井、运输平巷等工程。第四系坡残积松散体局部零星分布于坑道口处坡体, 而基岩风化强烈, 节理裂隙发育, 岩体破碎, 硐脸开挖可导致岩土体的力学平衡状态和边坡的稳定性均改变, 诱发小规模的崩塌和滑坡, 威胁采矿设施及采矿工人的人身安全。

矿层顶、底板岩石均为灰白色中厚层状白云岩, 含硅质条带及硅质团块。坚硬性脆、块状构造。围岩中等稳固, 但由于发育两组陡倾角的节理, 矿洞硐身开挖特别是岩体破碎地段可能产生局部坍塌、冒顶、掉块等不良地质现象, 在距地表较深的矿洞中由于地应力集中还可能引起部分地段片帮现象, 对施工人员及设备存在一定的危害。

1970m~2050m回风巷坑口位于露天采场北帮边坡, 该边坡最终边坡角46°4'36", 约100m高, 坡向与岩层产状小角度斜交, 岩层倾角小于边坡角, 再加上节理裂隙切割, 几组结构面组合形成不稳定楔形体, 开挖后易发生滑坡和崩塌, 边坡稳定性差, 所以回风巷坑口的开挖也易产生小规模的崩塌、掉块和滑坡, 应注意加强支护。1950中段在露采坑内存在浅埋段, 距离露采坑坑底2000米高差只有50米, 该中段开挖易引起坑底地表变形, 发生沉陷, 中段坑道发生片帮、冒顶等地质灾害, 应注意支护和防范。

2 采空区地表移动变形

矿区内地表部位岩石风化较强烈, 节理、裂隙较发育。由于矿山设计后期为地下坑采方式, 随着地下采空区的形成, 在很大程度上破坏山体内的力学平衡状态, 也在一定程度上影响地表的自然地质环境。

矿区矿体分上、下两层, 矿石类型主要为条带状球粒磷块岩、条带状白云质球粒磷块岩、球粒磷块岩。岩石坚硬, 块状构造, 岩心多呈块状及短柱状, 地表风化后菱形节理发育, 力学强度高, 稳固性好。矿层顶、底板岩石均为灰白色中厚层状白云岩, 含硅质条带及硅质团块, 坚硬性脆、块状构造。围岩中等稳固, 结合类似矿山采用的情况, 用类比法确定矿体上盘岩体移动角为65°, 矿体底板移动角为矿体倾角。矿体走向方向岩体移动角为65°。

根据相似矿井开采地表沉陷变形经验, 预测矿井采空区地表最大沉陷量和水平位移变形量。假设矿井矿层以相当长的尺寸 (达到充分采动) 向前推进, 直到采完为止, 预测矿层推进过程中或采止线附近产生的最大地表移动变形值。

采空区最大变形值计算公式:。根据上述公式预测采区地表变形量, 通过初步计算, 计算结果为开采深度H=70m, 矿层平均厚度m=2m, 下沉系数q=0.5mm/m, 影响半径r=2 1 5, 移动角β=1 8°, 矿层倾角α=12°, 水平移动系数b=0.35, 最大下沉值Wm=978 mm, 最大曲率值Km=0.032mm/m2, 最大倾斜值im=4.55 mm/m, 最大水平移动值um=342mm/m2, 最大水平变形值ε=2.42mm/m, 从计算结果, 由于开采深度浅, 地表移动和变形更为显著, 地表最大沉陷值接近1m, 最大倾斜值4.55mm/m, 最大水平移动值为342mm。总之, 矿井地表最终变形是比较明显的, 分布于边界部位, 矿层开采后, 其上覆岩层将首先发生移动与破坏, 而后传递至地表。采空区地表将出现地表裂缝, 局部地段可能产生沉陷, 并可能伴随诱发产生崩塌、滑坡等地质灾害。

经调查, 村庄及居民区离采区较远, 均不在地表移动变形范围内。

3 坑道涌水

矿区内各类水体都比较丰富, 而地下水孔隙水、裂隙水和岩溶水都有一定富集程度, 易造成地下坑道涌水和矿床充水, 对地下采矿活动有很大影响。

筇竹寺组—梅树村组八道湾段相对隔水层使上覆各含水层的地下水与下伏含水层无水力联系。但寒武系下统梅树村组中谊村段岩溶裂隙含水层无隔水层存在, 裂隙、溶洞较发育, 有统一的地下水面, 水位平均标高1949.76m。可采矿体赋存于该含水层中, 对矿床充水有直接影响, 所以, 该标高以下岩溶裂隙水形成矿坑涌水对采矿人员安全和采矿设备的威胁较大, 应特别注意排水工作。震旦系上统灯影组也是岩溶裂隙含水层, 上、中部富水性中等, 会造成矿床底板充水。

月字庄水库对1910m标高以上矿床充水无影响, 但对1910m标高以下矿床充水有较大影响, 构成定水头补给边界。矿区内若发育有贯通水库的岩溶通道或断层破碎带, 引起月字庄水库的库水倒灌入地下坑道, 将对1900中段的采矿人员和设施造成极大的危害。月字庄水库因此而损失大量库水, 甚至库水干涸, 对周围村庄农田用水影响较大。

采矿工程对地下水体的排导疏干, 使矿区的地下水均衡遭受破坏, 在一定程度上将改变岩土体的环境地质条件, 引发地下水位下降, 地表开裂和地裂缝以及地表植被受到影响。

综上所述, 坑道开采诱发的地质灾害现象主要表现在:露采形成高陡边坡, 诱发崩塌、滑坡;坑采会造成坑道的冒顶、坍塌、涌水以及地表移动变形;露采采用剥采工艺, 山体地形地貌和原有地表生态体系完全遭到破坏, 加剧水土流失程度;采矿造成了大量松散岩土体的堆放, 为泥石流的形成提供了物质来源;地下开采将改变地下水径流条件, 影响水库运营。

摘要：大庙地磷矿坑道开采引起坑道的冒顶、坍塌、涌水以及地表移动变形, 针对大庙地磷矿坑道开采引发的地质灾害及防治措施进行了分析和探讨。

关键词：大庙地磷矿,坑道开采,地质灾害,分析