田超

摘要： 隨著礦山地下開采活動(dòng)的進(jìn)行，礦山采空區(qū)面積逐漸擴(kuò)大，受外界條件的影響，采空區(qū)局部地區(qū)預(yù)留礦柱出現(xiàn)開裂變形等，導(dǎo)致采空區(qū)上部頂板發(fā)生彎曲并形成裂縫，在重力作用下裂縫的逐漸加大，形成地面塌陷，隨著塌陷坑的演化，移動(dòng)盆地逐漸形成。本文就礦山開采后移動(dòng)盆地的演化特征進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，并總結(jié)牟定銅礦采空區(qū)移動(dòng)盆地形成機(jī)制。

Abstract： With the development of underground mining activities， the area of mine goaf is gradually expanding. Affected by external conditions， the reserved pillar in the local area of mine goaf will has cracks and deformation， which leads to the bend and cracks in the top of the roof of the mine goaf. Under the action of gravity， the cracks increase gradually， the ground collapse is formed. With the evolution of the collapse pit， the moving basin is gradually formed. The evolution characteristics of mining moving basin are analyzed， and the formation mechanism of the moving basin in the goaf of Mouding Copper Mine is summarized.

關(guān)鍵詞： 礦山；開采；移動(dòng)盆地；演化機(jī)制

Key words： mine；mining；moving basin；evolutionary mechanism

中圖分類號(hào)：TD802 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）06-0137-03

0 引言

移動(dòng)盆地是指由于采礦的影響，在采空區(qū)的地表形成的凹地。采空區(qū)上方，由于巖層被破壞成塊狀并向踩空區(qū)冒落，冒落帶上方形成裂縫，裂縫上方巖石雖仍保持整體性和層狀結(jié)構(gòu)但已產(chǎn)生彎曲，地表看來(lái)即已產(chǎn)生凹面，而此凹面隨著采煤區(qū)的行進(jìn)而移動(dòng)，所以稱為移動(dòng)盆地。牟定礦山屬于地下開采銅礦山，礦山開采方式為地下開采，斜井開拓，房柱法和分級(jí)空?qǐng)龇ú傻V。但是，受多年開采的影響，礦區(qū)采空區(qū)塌陷、水土流失、地下水資源破壞、耕地占用等地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題突出，其中采空區(qū)塌陷9處，塌陷區(qū)面積0.037km2。礦山地質(zhì)環(huán)境趨于惡化，嚴(yán)重影響了礦山及周邊農(nóng)村的生產(chǎn)、生活環(huán)境，對(duì)菠蘿依箐尾礦庫(kù)和牟定——元謀公路等重要工程設(shè)施構(gòu)成了威脅和危害。

隨著塌陷范圍的逐漸擴(kuò)大，地表移動(dòng)盆地逐漸演化。本文就礦山開采區(qū)移動(dòng)盆地演化機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)單分析介紹，通過(guò)對(duì)地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、人類活動(dòng)等多方面分析，推測(cè)牟定銅礦周邊受地面塌陷影響，移動(dòng)盆地的移動(dòng)界限（圖1 牟定銅礦地面塌陷平面分布圖）。

1 地質(zhì)環(huán)境條件分析

1.1 地形地貌

牟定銅礦采空區(qū)地面塌陷位置屬于淺切割低中山地形，為構(gòu)造剝蝕地貌類型。礦區(qū)山嶺溝壑縱橫，海拔1750～1998m，相對(duì)高度50～250m。順層斜坡坡度較平緩，一般坡度15°～30°，反向坡則較陡，一般坡度40°～60°，礦區(qū)整體地形坡度較陡。

1.2 水文地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)水系中等發(fā)育，有郝家河、清水河及鹽柴河流經(jīng)礦區(qū)，匯入龍川江，納入金沙江。其特點(diǎn)是徑流途徑短，動(dòng)態(tài)變化大，流量受降雨制約，旱季呈潛流或者斷流。流經(jīng)含水層地段，直接補(bǔ)給地下水。

地下水類型主要為碎屑巖裂隙水，含水巖組富水性受巖性和構(gòu)造控制，富水性不均勻，為弱或者極弱，砂巖為含水層，泥巖為相對(duì)隔水層，地下水各含水層之間聯(lián)系微弱，主要靠構(gòu)造裂隙聯(lián)系。地下水補(bǔ)給途徑主要為大氣降水和河流補(bǔ)給，動(dòng)態(tài)變化受降雨制約。評(píng)估區(qū)含水層埋藏深度及靜止水位從北西向南東逐漸變深、變低。

1.3 工程地質(zhì)條件

礦區(qū)圍巖屬于較硬中厚層砂巖夾軟弱泥巖巖組，開采中局部有小范圍坍塌。牟定銅礦采空區(qū)地面塌陷所在地巖體由侏羅系八道河組（J3b）紫色中厚層狀泥巖、砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，夾黃綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r和白堊系落苴美組（K1l）灰色細(xì)-中粒長(zhǎng)石石英砂巖、紫紅色細(xì)粒砂巖夾泥巖組成。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

牟定銅礦主體構(gòu)造為軸向350°之朵基舒緩背斜，長(zhǎng)22km。核部出露J3b，兩翼依次為K1lx和K1lc，巖層產(chǎn)狀20°～30°。礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)斷層56條，但規(guī)模很小，對(duì)礦床有一定影響的有8條。節(jié)理裂隙發(fā)育，規(guī)則節(jié)理有4組，其發(fā)育程度和產(chǎn)狀與鄰近的褶皺和斷層有關(guān)，傾角較陡。

牟定銅礦區(qū)外圍數(shù)十年來(lái)曾發(fā)生過(guò)5～6.3級(jí)地震，在區(qū)域上屬次穩(wěn)定區(qū)。在《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001）上查得，牟定銅礦區(qū)處于地震烈度Ⅶ度區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度0.1g，地震動(dòng)反映譜特征周期0.45s。

1.5 人類活動(dòng)

采空區(qū)周邊分布有村莊、道路、高壓輸電線路、礦山尾礦庫(kù)等，人類活動(dòng)較為頻繁，采空區(qū)范圍內(nèi)主要人類活動(dòng)有農(nóng)民放牧等。

2 采空區(qū)現(xiàn)狀特征

采空區(qū)塌陷共計(jì)9個(gè)陷坑，集中分布在郝家河礦床采空區(qū)。在平面分布上，它們呈北西南東向排列。塌陷特征見表1。采空區(qū)已有9處塌陷無(wú)變形監(jiān)測(cè)資料，因而塌陷后變形擴(kuò)展情況不清。但從目前塌陷坑形態(tài)來(lái)看，分析當(dāng)初塌陷后其直徑和深度沒(méi)有現(xiàn)在這樣大，其依據(jù)是目前大多數(shù)塌陷坑四周斷續(xù)分布有拉張與卸荷裂縫，距坑口1～5m，長(zhǎng)度10～20m，不少塌陷坑底部有新近堆積體，坑壁陡立。據(jù)此推測(cè)，隨著時(shí)間的推移和坑下殘柱的回采，這些塌陷坑會(huì)逐步擴(kuò)大。例如：T3最初形成于1993年3月，初始直徑僅45m，經(jīng)擴(kuò)展至2003年直徑達(dá)150m，地表移動(dòng)盆地正在演化形成之中。9個(gè)塌陷不是同時(shí)發(fā)生，是經(jīng)過(guò)29年時(shí)間才逐步形成的。礦區(qū)地下采空區(qū)0.50km2，由于郝家河礦段1800m以上各中段采場(chǎng)均未充填，這些采空區(qū)的某些段落頂板產(chǎn)生坍塌，裂縫傳至地表，又會(huì)繼續(xù)新增塌陷。但目前采空區(qū)巷道內(nèi)新增坍塌不詳，故很難預(yù)測(cè)未來(lái)何時(shí)何地又發(fā)生塌陷。

3 形成機(jī)制分析

采空區(qū)塌陷形成與地層巖性、地下水條件、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及開采活動(dòng)等有著密切關(guān)系。隨著采空區(qū)塌陷的形成，在采空區(qū)的地表形成的凹地，移動(dòng)盆地逐漸演變而來(lái)。

牟定銅礦采空區(qū)地面塌陷所在地巖體由侏羅系八道河組（J3b）紫色中厚層狀泥巖、砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，夾黃綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r和白堊系落苴美組（K1l）灰色細(xì)-中粒長(zhǎng)石石英砂巖、紫紅色細(xì)粒砂巖夾泥巖組成。

采空區(qū)塌陷形成的直接原因是采空區(qū)礦柱破壞和頂板坍塌。坍塌后，其上覆蓋巖體失去支撐，在重力作用下，坍塌區(qū)段裂縫傳至地表而發(fā)生塌陷。引起采空區(qū)礦柱破壞和頂板坍塌的原因主要有：

①地質(zhì)環(huán)境條件因素：采礦區(qū)圍巖屬于屬較硬中厚層狀砂巖夾軟弱泥巖巖組，開采過(guò)程中局部有小方量坍塌，受采礦區(qū)周邊區(qū)域小斷層影響，采礦區(qū)圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，受施工擾動(dòng)影響，礦柱內(nèi)部裂隙增大，為失穩(wěn)埋下隱患。

②地層因素：牟定銅礦圍巖由紅層組成，紅層巖土體雨水易軟化，并由弱膨脹性，風(fēng)干后逐漸崩解呈塊狀。

③構(gòu)造因素：區(qū)內(nèi)構(gòu)造地質(zhì)發(fā)育，受強(qiáng)烈的擠壓作用影響，采空區(qū)范圍內(nèi)局部地段巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)較破碎。采礦形成礦柱內(nèi)部節(jié)理裂隙對(duì)著頂板下壓作用影響，裂隙逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致礦柱破壞和頂板坍塌。

④降雨因素：降雨通過(guò)裂縫直接入滲，導(dǎo)致地下水位上升，浸泡采空區(qū)頂板，增加巖體自重，軟化巖體，促進(jìn)裂隙進(jìn)一步發(fā)育貫通，加劇了頂板失穩(wěn)的可能。

⑤人為因素：塌陷形成主要是人工開采礦產(chǎn)，造成地下巖土被掏空，頂部巖蓋失去下部支撐，在重力作用下造成巖蓋斷裂形成塌陷。

綜上所述，隨著塌陷范圍的逐漸擴(kuò)大，陷坑周邊巖土體逐漸向坑內(nèi)堆積，形成移動(dòng)盆地。隨著多數(shù)塌陷群逐漸擴(kuò)張并連接成片時(shí)，盆地逐漸演化形成（圖2塌陷坑演變剖面圖）。

4 結(jié)論

移動(dòng)盆地的形成與采空區(qū)塌陷坑逐漸演化有著密切的關(guān)系，隨著牟定銅礦采空區(qū)塌陷區(qū)逐漸擴(kuò)大，采空區(qū)地形地貌發(fā)生了明顯的變化，原本隆起的山體逐漸塌落，地表逐漸形成凹地，隨著地表水的滲入，抬升了地下水水位，軟化地表巖土體，進(jìn)一步加快了塌陷坑范圍的擴(kuò)大，加快了移動(dòng)盆地的演化速度。牟定銅礦圍巖由紅層組成，紅層遇水易軟化，風(fēng)干后逐漸崩解，這為塌陷坑的擴(kuò)大提供了有利條件，由此加快了移動(dòng)盆地的形成速度。

5 建議措施

地面塌陷是礦山地下開采中常見的地質(zhì)災(zāi)害類型，且具有很強(qiáng)的隱蔽性。通常建議在礦山開采過(guò)程中合理的預(yù)留礦柱，保證頂板穩(wěn)定，但是企業(yè)往往為了追求更好的效益，而過(guò)度的開采，為采空區(qū)失穩(wěn)埋線隱患，針對(duì)上述情況，建議礦山開采后及時(shí)對(duì)廢棄采空區(qū)或塌陷坑進(jìn)行充填，可采用選礦剩余礦渣等廢料，經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后進(jìn)行采空區(qū)或塌陷坑充填，防治采空區(qū)頂板塌陷，降低現(xiàn)有塌陷坑范圍繼續(xù)擴(kuò)大，進(jìn)一步形成移動(dòng)盆地。

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