地质环境恢复治理工程采空区勘查报告(图文)

时间：2021-02-09 15:05:48 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

相关热词搜索：采空区 勘查 地质

　 XXX XX 市 锡矿山锑矿地质环境恢复治理工程

　宝大兴采空区勘查报告

　一、前言 (一)任务来源 素有盛名的“世界锑都”——XXXX 锡矿山经过百多年的开采,地表矸石遍地,老窿遍布；地下巷道纵横,阡陌交通,千窗百孔；空中毒气飞舞,毒尘遍布；采矿炮声隆隆,地震波震得玻璃破碎,瓦片飞坠 ,山摇地动；场地四周草木枯萎,满目疮痍,地表下沉,房屋开裂,居民生活在惶惶不可终日之中。当地居民联名上访,各居委会多次书面报告请求较快地解决锡矿山地区居民的安危问题及移民问题。此举引起了当地政府的高度重视,锡矿山街道办事处,XXXXX 市政府多次派人调查了解实情,同时向 XXXX 省政府反映锡矿山宝大兴采空区存在严重地质灾害隐患 XX 省政府的支持下,20__年XX 省国土资源厅组织 XX 市与 XX 市国土资源局的相关人员进行了实地调查,与 XX人民政府交换了意见,下发了 XX 省国土资源厅(2005)116 号文件,建议当地政府迅速开展对宝大兴采空区的全面调查,认真做好地质灾害防治工作,确保人民生命财产安全。XXX 市国土资源局委托 XX 省工程勘察院承担 XXX 市锡矿山锑矿矿山地质环境治理中的宝大兴采空区的勘查任务。

　(二)位置、交通及经济条件 勘查场地位于 XXX 市锡矿山街道办事处陶塘居委会和长龙界居委会辖区内 XX省国土资源厅(2005)116 号文件和 XX 市国土资源局下达关于锡矿山宝大兴采空区勘查任务委托书、勘查范围南起锡矿山北矿文化宫,北至锡矿山一中的狭长人口密集区,地理座标为东经 ,北纬 。勘查区有田坪至冷水江公路经过,XX 市区有 XX 铁路经过、通往各 XX 市的公路网密集,资江 XX 市区,可航行 150 吨以上船只,水陆交通十分方便。

　XX 市为新兴崛起的工 XX 市,而锡矿山锑矿是 XX 税收的主要来源,锡矿山锑矿号称世界锑都,储量之丰,全世界罕见。锑矿开采久盛不衰,从解放前 XX 公司到解放后的锡矿山矿务局,采矿队伍庞大,服务业兴旺,勘查区内商铺林立,一片繁华景象。近年来,矿山主要开采深部剩余储量,因资源枯竭,矿井开采进入萎缩期。矿山人员精减,经济逐渐萧条,加上地质环境恶化,大部分居民外迁,勘察区事实上已是一个贫困人口相对集中的居民区。

　(三)勘查目的、任务 根据《地质灾害防治条例》、XX 省国土资源厅(2005)116 号和 XX 市国资局下达关于锡矿山宝大兴采空区勘查任务委托书,我院编制了《XX 市锡矿山锑矿地质环境恢复治理工程宝大兴采空区勘查设计》。

　勘查的目的是:查明宝大兴采空区地质灾害的分布范围及危险程度,提出地质灾害防治建议及预防措施,保证人民的生命财产安全。

　勘查任务是:1、查明宝大兴矿区开采历史、采空区的分布及地面变形、塌陷现状；2、查明宝大兴采空区的空间分布和上覆岩层的厚度及稳定性；3、划分出宝大兴采空区地质灾害的危险地段,判定采空区发生地质灾害的危险程度,提出对宝大兴采空区地质灾害的防治建议与预防措施。

　(四)以往工作程度 锡矿山锑矿发现于明代 1541 年,始采于 1897 年,至今已有 110 年的历史。解放前,不少国内外的知名学者来锡矿山调研。正规的地质勘察始于1956年,原XX公司(现XX 有色地质勘查局)组建 234 队上山勘探,1966 年 234 队奉调青海,又重新组建 246

　队继续开展工作,至 1999 年勘查工作暂告一段落,先后提交了勘查报告五个。

　锡矿山矿务局于1968年组织老矿山矿床民窿调查组,至1971年因多方原因而停止,该次工作对四、五窿道上部地段的地层层位,含矿层及其空间分布规律,主要断裂等问题进行了大量工作,提供了一套比较完整的勘察剖面、老窿实测图等。1973～1981年锡矿山矿务局采用坑钻结合的手段进行勘查施工,不断修绘地测原图,同时于 1982年专门成立老窿调查组,在原调查资料的基础上进行加密勘探线民窿剖面的实测和地质调查工作。

　上述工作成果为本次勘查工作提供了宝贵的基础资料。

　(五)勘查工作方法及质量评述 我院于 20__年 2 月 17 日进场,对勘查区进行了全面系统的勘查工作,至 4 月 1 日完成全部野外工作。收集了勘查范围及附近的区域地质,矿山地质、水文地质、工程地质、环境地质及气象水文资料；收集了勘查区内的矿床开采范围、深度、厚度、时间和开采技术条件；收集了采空区调查资料。同时我们对包括勘查区及以外的与勘查区地质环境有关联的或有可能影响勘查区地质环境的范围进行了调查访问工作。访问了地面建筑物的破坏形式、程度、发生时间；塌陷区的分布大小特征、发生时间；老窿口的分布、开采年限、开拓方式、顶底板管理等；对设计的重点勘查区域选择了 5 个老窿进行了巷道测量,调查巷道分布,大小,形状,顶板变形情况,开采时间等。

　在收集资料、调查访问的基础上,我们布置了工程物探,并布置了 6 个钻孔对工程物探工作进行了验证,与此同时,对老窿口、裂缝点、采空塌陷点、工程点进行了环境地质测绘。本次勘查完成的各项工作量见表 1。

　地面调查工作采用方格网式路线进行,访问工作逐户了解,调查访问和巷道测量工作时聘请了经验丰富、熟悉情况的老人当向导,地质灾害点具体细致,各种信息资料可靠；老窿巷道测量采用罗盘皮尺进行,成果较为可靠,物探工作主要布置于地面变形严重区及老窿密布区,信息反馈灵敏度高,与调查结果相吻合,并得到钻探方法验证,本次各项工作成果质量可靠,符合有关规范及设计的要求。

　表 1

　工 作 量 — 览 表 工作项目 单位 工作量 备

　 注 收集资料 份 25

　房屋变形调查 点 148 环境地质测绘 采空塌陷调查 点 19 环境地质测绘 老窿口调查 点 134 环境地质测绘 老窿巷道测量 m 4015

　工程物探 点 10232 地质雷达 工程测量 点 301 环境地质测绘 钻

　探 m/孔 181.7/6

　 本次勘查工作的依据是: 1、《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001) 2、《关于 XX 市锡矿山宝大兴采空区存在严重地质灾害隐患的报告》X 国土资发[2005]116 号 3、《关于切实做好 XX 市锡矿山宝大兴采空区地质灾害防治的函 》X 国土资函[2005]368 号 4、《锡矿山宝大兴采空区勘查任务委托书》XX 市国土资源局 5、《XX 市锡矿山锑矿地质环境恢复治理工程宝大兴采空区勘查设计》XX 工程勘察院 二、地质 环境条件

　(一)气象水文 XX 市属亚热带季风气候,四季变化明显。主导风向东北风,春夏多东南风,秋冬多东北风。据 XX 气象局提供的从 1949～20__年气象资料, 矿区气象参数如下: 年平均气温

　16.7 ℃ 极端最低气温(1977.1.30)

　 -10.9℃ 极端最高气温(1977.7.26)

　 39.7℃ 年平均蒸发量

　1341.4mm 年平均降水量

　1381.6mm 年最大降水量(1973)

　1603.9mm 月最大降水量(1990.6)

　425.8mm 日最大降雨量(1974.7.12)

　 156.8mm 时最大降雨量(1986.6.26)

　 65.3mm 年平均降雨日

　155 天 最大风力(1973.4.10)

　 8 级 本区地表水流域属资水水系,区内分布的主要溪流有扬家冲溪流、潭家冲溪流,黄观洞溪流及七里江溪流。溪流流量一般 0.001-4.8m/s。其中七里江溪流为间歇性溪流,旱季无水。

　(二)地形地貌 地貌类型为侵蚀构造低山地貌(见地貌及岩性照片),海拔标高最高 822.9m,位于矿区东北部岳高岭；海拔最低点 516m,位于矿区西北部溪沟部位。矿区地貌具北高南低的特征,往南过渡为丘陵地貌。地形走向与地层走向一致,勘查区地形走向北东至南西,基本上沿 F 3 断层展布,其东西两侧为正地形,中部为山间谷地,为居民密集区。

　(三)地层岩性 XX 地区区域分布的地层有:第四系；下石炭统梓门桥组、测水组、石磴子组、刘家塘组、孟公坳组、邵东组；上泥盆统锡矿山组、佘田桥组；中泥盆统棋梓桥组。还分布了云斜煌斑岩脉-γ。勘查区内分布的地层为第四系、泥盆系(岩性见地貌及岩性照片),现从新到老分述如下: 1、第四系 ①人工填土(Q 4 m1 ):老窿口附近均有分布,主要由矿石组成,局部表层为生活垃圾,堆填时间一般 20 年以上,矿石粒径大小悬殊。稍密结构,厚度 0.5-6m。

　②残坡积层(Q 4 e1+d1 ):主要分布于山坡坡脚及沟谷部位,岩性为粘性土、含碎石粘土。

　2、泥盆系上统锡矿山组(Q 3x ),按岩性分为五段: ①欧家冲段(Q 3x 5 ):上部为薄层至中厚层石英砂岩、粉砂岩、页岩互层,富含云母小片；下部黑色、黄绿色页岩夹泥灰质薄层粉砂岩,层间富含云母片,产植物化石及鱼化石,厚 116m。

　②马牯脑段(Q 3x 4 ):顶部为厚层深灰色灰岩,中上部为砂质灰岩夹页岩,中下部为厚层纯灰岩,下部为结核状灰岩,富含腕足类。厚 218m。

　③泥塘里段(Q 3x 3 ):泥灰岩、薄层砂质灰岩、页岩、生物碎屑灰岩互层,中夹一层赤铁矿,顶底板常含绿泥石。厚 20m 左右。

　④兔子塘段(Q 3x 2 ):上部为薄层灰岩,结核状叠层状灰岩,下部为含铁生物碎屑灰岩,表层风化呈褐色小斑点,厚 25～40m。

　⑤长龙界段(Q 3x 1 ):钙质页岩为主,夹结核状泥灰岩及多层生物介壳灰岩,底部以一层 0.7～1.5m 含铁介壳灰岩与佘田桥组为界,化石全为腕足类。厚 45～60m。

　3、泥盆系上统佘田桥组(Q 3s ),按岩性特征分为三段: ①页岩段(Q 3s 3 ): 以泥质灰岩为主,夹多层生物灰岩或生物碎屑灰岩和钙质页岩,

　风化后呈棕褐色,化石丰富。厚 25～40m。

　②灰岩段(Q 3s 2 ):上部为灰色,灰黑色至白色厚层硅质灰岩,风化后为黄褐色,貌似砂岩,厚 0～0.9m,中、下部为薄至中厚层灰岩,夹多层灰黑色页岩,产单体、群体珊瑚及层孔虫化石,厚 220m 左右。

　③砂岩段(Q 3s 1 ):云母质细砂岩夹砂质页岩,含较多浸染状黄铁矿,局部产锑矿。

　4、泥盆系中统棋梓桥组(D 2q ):上部为灰红色、深灰色厚层状、块状纯灰岩,含层孔虫及珊瑚化石,中下部未揭露。局部产锑矿、铅锌矿。厚 470～1030m。

　(四)地质构造 勘查区大地构造位置位于 XXX 隆起带的南缘,白马山—龙山东西向隆起带的北侧,属 XX 盆地北盆,XXX 褶皱带中锡矿山复式背斜中的老矿山背斜。

　锡矿山复式背斜(见图 1)由老矿山背斜、飞水岩背斜、 、童家院背斜、物华背斜、常子岩向斜、仙人界向斜等次级背向斜构成。南西经锡矿山,北东止于鹰嘴岩,轴向总体为北东 35 0 左右,倾向北西,倾角 60 0 ,长达 12km,宽 3～4km,次级褶皱呈雁行排列,其轴向与主背斜轴呈 15 0 ～20 0 的交角,核部地层为泥盆系上统佘田桥组,轴面直立,被断层破坏断续出露。背斜西部为纵贯锡矿山矿区的大断裂(F 75 ),该断裂南起椽木山,经飞水岩、老矿山至白岩以外,长约 16km。走向北 25°东,倾向北西,倾角上陡下缓,一般为40°～60°,最大断距约 850m,往两端急剧变小,矿床主要位于断距大的部位。断裂带宽 2～30m。该断层为压扭性断层,构造岩成分和形态复杂,经成岩前、后多次活动,由于发育于背斜轴部,切割地层较多,其旁侧围岩具硅化。在其下盘一侧与锡矿山复式背斜中次级背斜相依出现的有 F 3 、F 71 、F 72 等分枝断层。与 F 75 组成入字型构造。为矿田主要导矿构造。

　勘查区内有老矿山背斜及 3 条断层,现分述如下: 老矿山背斜:轴向北25°～30°东,长3km,北部倾没于欧家冲,往陶塘,长龙界向南倾没于田再坳,轴部出现地层为佘田桥组灰岩段之硅化岩,西翼为 F 75 大断裂切割,东翼地层平缓,倾角 20°左右。

　F 3 断层:走向北 40°东,倾向北西,倾角 72°以上,最大断距 200 余米,自黄光村与F 75 相交后分支北延,经七里江、穿风岭、北炼厂、童家院至岳高岭东侧,长约 4km,地层出露,上盘为锡矿山组马牯脑段灰岩,下盘为锡矿山组长龙界页岩。断裂带宽 1～5m,断层性质为张扭性,断层岩以角砾岩为主,为次级导矿构造,是老矿山与童家院矿床的分界线。

　F 64 、F 65 断层:走向北 30°～40°西,据井下观察其倾向:南东段倾向北东,北西段倾向南西,倾角 80°以上,最大断距 50 余米,水平错动 100 余米,是右形扭动,切割了童家院背斜、老矿山背斜与 F 3 断层,为童家院矿床与老矿山矿床中的主要配矿、容矿构造。

　本区资水河具 6 级阶地,除一级阶地保存完好后,其余阶地只有零星分布。据区域资料,本区新构造运动表现为由西向东,由南向北的缓慢掀斜运动,据低级阶地地势较低保存完好,总体上可以认为本区新构造运动较弱,处于相对稳定区。

　(五)地震 区内地震活动不强,19 世纪以前,有记载的仅为 1528 年 3 月 12 日和 1710 年 4 月16 日两次地震,震级分别为 4.8 级和 5.0 级,自 1931 年至 1989 年 58 年中共发生过 5级以下地震 10 次,破坏性不甚显著。场区内因采矿放炮引起的地表震动感觉较强烈。

　根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),XX 市地震动峰值加速度为 0.05g,地震动反应谱特征周期为 0.35s,地震设防烈度为Ⅵ度,设计地震分组为第一组。

　(六)矿床特征 1、含矿岩系特征 上泥盆统佘田桥组分页岩段、灰岩段、砂岩段,页岩段为热液矿化的屏盖层,灰岩

　段为锑矿的主要含矿段,可以分成四个层序 28 小段,勘查区内已揭露 17 小段,其岩性、厚度详见老矿山矿床地层柱状图(图 2) 2、矿床成因与成矿条件 本区的主要矿化类型按温度自高而低分为:石英—辉锑矿、石英—方解石—辉锑矿、石英—方解石—辉锑矿、重晶石—辉锑矿。

　勘查区内矿床属中低温热液矿床,由 F 75 大断裂构成深部到浅的热液通道,其他次级断层、节理构成浅部通道,次级背斜为储矿构造。热液由深部上升,在有利部位进行充填作用。经过早期硅化为主矿化为辅,晚期矿化为主硅化为辅到次生改造多次成矿活动,富集而成不同规模的矿体。矿液在运移过程中,随压力温度的变化,矿液浓度的减小,运移距离的增长、靠近 F 75 断层矿化深度大,矿体层次多、品位富,向东、西矿体层次少、品位低、厚度薄,乃至尖灭。本区成矿具备三个地质条件: 构造控矿:F 75 及其次级断裂对矿床的层次、厚度、品位具有控制作用,次级背斜的轴部及构造破碎带,具备巨大的储矿空间。

　岩性控矿:矿床上部厚度达 110 余米的长龙界页岩与佘田桥组页岩与 F 75 西部的岩关阶地层中的页岩、泥灰岩孔隙度小,具有塑性、一起组成封闭屏障,使矿液流通受阻,产生渗滤效应。同样灰岩段中的页岩、灰岩夹层也起着层与层之间的封闭作用。灰岩化学性质活泼有利于硅质交代和锑质的沉淀。

　硅化控矿:矿体都位于硅化岩中,没有硅化就没有矿化。

　(七)岩土体工程地质条件 1、岩土体工程地质类型及工程地质特征 根据岩性、力学强度、结构类型将勘查区内岩体划分为二个类型,其工程地质特征分述如下: (1)较坚硬—软弱薄层状页岩、泥灰岩、泥质灰岩岩性综合体:由上泥盆统锡矿山组长龙界段(D 3X 1 )与佘田桥组页岩段(D 3 s 3 )构成,该岩组为较软岩与软岩,岩土体工程性质较差,易软化。裂隙发育,岩体浅部风化强烈,全风化带厚 0～5m,强风化带 2～15m,岩体较完整,岩体基本质量等级为Ⅳ级。

　(2)坚硬—软弱、薄层—厚层硅化灰岩、页岩、砂质页岩、泥灰岩岩性综合体:由上泥盆统佘田桥组灰岩段(D 3 s 2 )构成。其中硅化灰岩为硬质岩,页岩、泥灰岩为较软—软质岩,硅化灰岩中裂隙发育充填矿脉。硅化灰岩完整,基本质量等级为Ⅱ级,页岩、泥灰岩为Ⅳ级。

　岩石物理力学性质见表 2

　表 2

　物理力学性质一览表 岩石名称 天 然 抗 压 强 度(MPa) 内聚力(kPa) 软化系数 硅化灰岩 60～156 40～110

　页

　岩 5～15 10～25

　泥 灰 岩 15～25 40 0.5～0.65 2、土体工程地质类型及工程地质特征 按土体粒度成分组成特征,将评估区土体划分为二种类型,各土类物理力学性质见表 3 (1)粘性土:为残坡积成因的粘土,亚粘土,分布于上泥盆统锡矿山组长龙界段与佘田桥组页岩段分布区表层,厚度 0～10m 不等,可塑～硬塑,多为中低压缩性,透水性差。

　(2)碎石土:为硅化灰岩全风化及人类工程采矿活动形成,分布于佘田桥组表层及矿井口附近,成分多为硅化灰岩、泥灰岩、泥岩等,矸石一般堆填 20 年以上,中密结构。

　表 3

　土体物理性质一览表 岩土体名

　称 含水量 W 塑性 指数 液性 指数 压缩 模量(MPa) 粘聚力

　内摩擦角δ(°) 承载力特征值(kPa)

　(%) I P

　I L

　C(kPa) 粘

　土 27～35 19～22 0～0.7 4～12 15～45 8～17 160～220 碎石土 7～21

　 16～20 35～85 30～40 20～350

　(八)水文地质条件 勘查区一带地下水类型,根据赋存形式及含水介质,可分为三类,分述如下: 1、松散岩类孔隙水:含水层为碎石土,含孔隙水、含水贫乏、大气降水与生活废水补给,与季节有关。

　2、碳酸盐岩岩溶水:灰岩中溶洞发育、矿山开采时揭穿充水溶洞,高达 5m,据钻探揭露该层洞隙高达 15m,初期开采过程,坑道岩溶突水现象突出,坑道水来源于岩溶溶洞水与大气降水补给,随着矿山长期开采的疏干

　排水,岩溶水已近疏干,该段硅化灰岩通过 F 3 与上部锡矿山灰岩水相连通。F 3 是地表水下渗与上部灰岩岩溶水下渗的主要通道,大气降水对坑道充水影响明显。地表有民井水位深 2m,水位较稳定,以前为居民生活用水,现已污染不能饮用。

　3、基岩裂隙水,硅化灰岩中的裂隙多充填,主要为浅部风化裂隙中含裂隙水,水量极为贫乏,无民井,季节性变化大。

　4、老窑水:据井下调查,地表的老窿口子都与较大规模的老窿巷道相连,而老窿巷道与锡矿山生产巷道相连,浅部老窿积水少。矿床地下水主要由大气降水,断裂破碎带,部分河流沿露头地表的佘田桥灰岩段、民采老窿下渗补给。地下水以静储量为主,一般局部低洼处积水,对矿床开采影响不大。但新巷道掘进中,由隔水层进入含水层时,以及掘进或开采时,如突遇储水溶洞、老窿,亦有较大涌水突出。

　三、矿山开采概况 (一)矿山开采技术条件 勘查区成矿地层有四个层序 28 个小层,矿体位于硅化灰岩中,其顶底板为灰黑色页岩或泥灰岩页岩互层,一般无硅化,厚度 0.4～2m 不等,为软质岩石,松散系数 1.4～1.5,层间易剥落,两侧围岩为硅化灰岩、硬质岩,稳定性好,一般不需支护,无侧胀及底鼓现象,但在裂隙发育、岩体破碎地段,易发生冒顶现象。

　区内断裂发育,并成组出现,往往由数条弧形裂面切割岩层,形成较小的破碎带或扁豆形空洞,破坏了岩层的稳固性。老窿的开拓方式据调查以斜井居多,部分竖井与平硐；锡矿山是用竖井、斜井联合开拓方式,采矿方法为普通房柱法、胶结充填法、杆柱房柱法,杆柱砂浆充填法。

　(二)老窿开采概况 锡矿山于明朝 1541 年已发现,直到清朝 1897 年才开始开采。开采鼎盛时期,老矿山地段 XX 公司分段开采,生产人员有十万人以上。主要采掘老矿山浅部矿床,从地表至百多米深,采矿废渣遍地皆是(见老窿调查一览表)。据收集与调查的资料来看,勘查区下基本上已是窿道遍布,纵横交错,在街道区,窿道最浅处埋深少于10米,沿烂山头一线老窿埋深更浅,大部分地面发生了地面沉陷。解放前发生在新华昌西侧山上的“XX 公司”地面塌陷,造成数百人伤亡,财产损失严重,解放后发生在宝大兴老窿巷道冒顶,面积达 320m 2 ,造成盗矿者 3 人以上死亡,该巷道标高 558m,预计地表移动盆地10800m 2 ,此次事件惊动了国务院。解放后,政府曾允许私采,大部分利用老窿巷道或新开井口进入老窿巷道采矿。一九五四年因老窿众多,开采深度浅,涉及地表安全问题,冶金部下令停采。八十年代曾出现汹涌而上的民采潮,地质环境受到严重破坏,并严重干扰了锡矿山矿务局的正常开采,政府在锡矿山矿区内设置禁采区,成立了护矿队,禁止对采空区保安矿柱的开采,以保护地质环境,维护国家利益。但据调查私采偷挖矿柱的活动一直未曾停止过,浅部未垮巷道的残矿及矿柱偷盗严重,地质环境破坏严重,地质灾害不断发生。

　(三)锡矿山开采概况 自 1951 年北矿由锡矿山矿务局接管,因储量问题曾四次停产,1955 年,发现童家

　院矿床,到1970年进行采选系统的总体设计,在童家院矿南端开掘二号竖井,1980年竣工,竖井延伸至五中段(450 米标高)。为解决锑矿储量匮乏,尽量回收资源,锡矿山矿务局恢复对老矿山矿床的勘探和开采工作。1992 年矿务局对宝大兴采空区进行了地质调查与老窿资料的综合研究,1993 年完成宝大兴采空区西部探矿设计(510 米标高)。1994 年投入施工。1997 年完善东部设计,同年投入施工,现主要回收边角残矿。

　四、采空区分布特征 采空区的分布特征与矿体的分布特征具有一致性,矿体呈现似层状产出,且随离F 75 断层距离加大矿体逐渐变小。老矿山背斜沿烂山头一线山头遍布,其东翼以 22°倾角向街道一侧倾斜,巷道距地面的厚度由烂头山头一线往街道方向逐渐增加。沿烂山头一线地表塌陷成片成带出现,往街道方向地面塌陷点数量变小。矿体以二个大的矿层出现,每一个大的矿层包括多个少的矿体,在老窿测量中均可见到一些较大的采空矿场中顶部、腰部、底部有巷道相连。一个采空矿场的容积最大 15000 立方米,在一个采空矿场的左、右、上、下随时可见到同样的采空矿场,标高有相同的,有错开的。大的采空矿场中留有保安矿柱,浅部采空矿场中的保安矿柱大多被盗采(大部分无保安矿柱),深部的矿柱虽保存完好但保安矿柱与下侧采空矿场中的矿柱交错出现,使采空矿场顶部岩层上的应力作用点不在矿柱上,这样采空矿场之间岩层的厚度及岩性对采空区的稳定性起很大的作用。由于矿层之间存在较多的砂页岩(见柱状图)为软质岩石,易风化剥落,随时间的延伸其稳定性将逐渐降低。勘察区内地下老窿采空区星罗棋布,而我们收集到的采空区资料和本次采空区测量资料表明多处地下老窿采空区无法详细查明,我们井下调查其主要原因是由于老窿采空区垮塌已松散充填或局部填塞无法调查。

　采空区分布总体特征是似层状产出,但纵横交错,采空矿场的大小与矿体大小基本一致,勘查区地表下老窿采空区是星罗棋布,采空区距地表的距离除井口处,据物探解译最小仅 2 m左右,厚度由烂山头一线山头往街道方向增大(倾角22°),但增大部分主要由废石与佘田桥组与锡矿山组的页岩组成,其力学强度低、易风化。矿层之间(上、下巷道之间)多为硅质页岩。因此随时间的延伸,地表塌陷将由西往东移动。

　五、地质灾害类型、特征及机理分析 (一)地质灾害类型及特征

　 据现场勘查,勘查区内存在因采矿诱发的滑坡、采矿引起的地面塌陷及房屋开裂等现象。

　1、滑坡 位于水口山街道东侧(陶塘街 162 号门对面)小山坡,滑坡基床为佘田桥组页岩,页岩抗风化能力差、全风化、强风化厚度大、最大 10 余米。裂隙发育,其表层堆积厚0.5～2.5m 的废石,由解放前采矿堆填,为块石与角砾。滑坡后壁高约 1.5m,能清晰见到原堆填土,滑坡周界清晰、滑坡体宽 20 余米,长 30m,体积少于 1000m 3 ,为小型滑坡。滑坡体上台阶等微地貌发育。坡体下侧已修建浆砌块石挡土墙。20__年 5 月下雨诱发,前缘大量稀泥流出,挡土墙严重开裂变形,滑体两侧边界外围有断续裂缝(滑坡体特征见危岩体及滑坡照片)。

　2、采空区地面塌陷 在调查范围内,调查和访问到的采空地面塌陷点有 19 处。许多规模较小,发生时间较久的塌陷点在稳定以后受自然因素的改变还难以辨析。老矿山背斜轴部大部份地面发生了塌陷,根据复杂的微地形依稀可以寻找出采空地面塌陷的痕迹。其中规模最大的为解放前 XX 公司地面塌陷,伤亡惨重,社会影响最大(塌陷特征见塌陷点照片)。本次调查的采空区地面塌陷详见表 4。

　表 4

　采空区地面塌陷统计表 编号 位

　置 规 模 发生时间 破坏情况 备注 T1 548848.26,3073730.53 约 6m 2 ,充填 20__年 房屋倾斜,水泥地面裂缝 在三角坪 T2 548733.05,3073925.61 约 40m 2 充填 20__年 3 月 留下塌陷坑 已堆放垃圾(新华昌)

　T3 548748.63,3073991.24 约 2m 2 充填 20__年 6 月 厕所大小便通道 已堆放垃圾(新华昌) T4 548706.75,3074011.18 约 2m 2 充填 20__年 1 月 留下直径 1.5m 陷落柱 在山上 T5 548696.39,3074043.85 约 140m 2 不详 解放前 房屋倒塌,人员伤亡 在山上 T6 548748.12,3074123.46 约3.5m 2 深1.5m 不详 留下 1m 深陷落柱 在山上 T7 548880.54,3074155.73 约 6m 2 充填 20__年 阶步下沉,房屋开裂 用 10 吨水泥才填平 T8 548889.17,3074186.29 约 1.2m 2 充填 八十年代 房屋开裂 肖家湾 T9 548847.32,3074194.94 约 4m 2 充填 八十年代 留下塌陷柱 在山上 T10 548887.05,3074320.27 约 7m 2 充填 九十年代 留下塌陷柱 在山上 T11 549021.23,3074292.64 约 2m 2 , 深大于3m 20__年 12 月 马路边塌陷,行车危险 冷锡公路边 T12 549040.12,3074376.48 约 2m 2 充填 九十年代 房中局部地表下沉 危房,已空置 T13 548993.37,3074492.51 约 10m 2 充填 九十年代 留下陷落柱 在堆放垃圾 T14 549027.62,3074536.01 约 3m 2 充填 九十年代 住房开裂 金刚石厂房外空坪上 T15 549037.47,3074531.25 约 5m 2 充填 九十年代 住房已破坏 金刚石厂房子内 T16 549129.38,3074563.56 约 2m 2 , 深大于5m 八十年代 原为通风井口,多次下沉,多次充填 矿山小学操坪内 T17 549169.13,3074697.29 约 3m 2 充填 不详 破坏街道 陶塘街 82 号 T18 549253.75,3074747.34 3 个塌陷点,约2m 2 充填 九十年代 下水道被破坏 畴福堂 T19 549532.88,3075096.21 约 3m 2 充填 九十年代 留下陷落柱 局一中操坪内 3、房屋开裂 勘察区范围内房屋开裂是极为普遍的地质灾害,发生时间较长,许多木结构房屋严重倾斜,并有许多处已倒塌,裂缝的形状多样,有垂直的、水平的、倾斜的、外八字、内八字均有,一般上大下小,裂缝最宽 70mm(裂缝特征见裂缝点照片)。本次调查裂缝发育情况详见附表二。

　另在烂头山一线因地表岩石严重变形破坏,形成许多危岩体,重者数拾吨,主要对勘查区外围陡坎下居民构成威胁,见危岩体及滑坡照片。

　(二)机理分析

　 1、滑坡 由于矿层采空而产生采动影响,岩层周围应力发生了变化,使采空区顶板岩层的原始应力状态改变。接近地表的岩石风化深度较大,强度降低,因采空区顶板的厚度不同,这种岩层的变形也迟早波及到地表,使地表产生裂缝、沉陷等变形破坏,大气降水下渗后,进入坡体上全一强风化页岩表面,逐渐降低粘性土的抗剪强度,日积月累,当粘性土的抗剪强度接近剩余强度,在大雨的作用下,(增加土体的重度,产生动、静水压力),使废石堆积体沿土层表层向下产生滑移,蠕动变形,形成滑坡体。该滑体对下侧公路、居民生命及房屋财产造成严重威胁。

　2、采空区地面塌陷 浅部老窿采空区由于时间久远,有许多已发生了沉陷,据本次老窿调查,由于乱采滥挖,形成的采空空间,最大达 15000 立方米的采场,采场顶、侧均可见巷道口,采场侧还有采场,巷道纵横交错,层层叠叠,由于矿体似层状产出,上下层采场相距厚度最小处不过数米。加上民采潮对边角残矿的开采,偷采者对矿柱的破坏,在老窿采空区内能见到错动的裂缝,有的采矿矿场顶板全部塌落(见老窿照片),有的顶板垮落形成圆顶,处于暂时稳定状态,有的破碎带因采空无支撑,还有许多地表已无踪迹的老窿口,因封堵支撑在下部的木头腐朽而失去支撑等等,这些变形波及到地表产生地面塌陷和引起不均匀沉降导致房屋开裂,同时由于应变产生的裂缝使地表水进入岩体,加速了岩石的风化,降低岩石的强度。

　六、地质灾害稳定性分析及潜在危害分析 (一)地质灾害稳定性分析 1、滑坡:该滑体滑动面为原始坡面,为一斜面,现地形坡度为 45°左右,滑动面倾角按 45°考虑,滑体为块碎石,其饱和重度 25KN/m 3 ,滑带土抗剪强度据经验取残余强度,按经验с取 8kPa, φ 取 14°,滑体厚度按 1.5m 考虑,平面滑动时,其稳定系按下式计算:

　K= r·v·cosθ·tgφ+A·c r · v · sinθ

　式中 r—滑体的饱和重度(kN/m 3 )

　 C—滑面土的粘聚力(kPa)

　 φ —滑面土的内摩擦角(°)

　 V—岩体的体积(m 3 )

　 θ—结构面的倾角(°)

　 A—滑面面积(m 2 ) 计算得 K 值小于 1,因此雨水侵入软化滑带土,只要能克服挡土墙的阻力即能滑动。

　2、地面沉陷 锡矿山采锑岩移观测始于 1957 年,建立了 6 个长期观测站。

　1980 年 10 月锡矿山矿务局与长沙矿山研究院对观测资料进行了分析研究,总结了地表移动特征,得出了移动参数与开采深度和厚薄的关系,采用随机介质理论计算方式,得出了地表下沉、倾斜、水平移动和水平变形参数(见表 5) 表 5

　地面变形参数表 观测位置 矿体倾角α( °)

　走向移动角δ(°) 采区上山移动角γ(°) 采区下山移动角β(°) 断裂角走向δ”(°) 下山β”(°) 东

　部 10 65 68 59 79 78 西

　部 15 71 69 59

　 据规范最大下沉值 Wmax=q·M·cosα 式中 q—下沉系数 M—矿层厚度(m) α—矿层倾角 下沉系数考虑邻近洪山殿煤矿试验值为 0.63,冷水江矿区为 0.72,因矿层为似层状,下沉系数较煤层为小,取 0.4；矿层厚度——矿山回采三个主要矿体,单个主要矿体开采厚度最小为 1.8m,累计开采厚度 30～40m,取 35m；矿层倾角 15°～25°,取 20°,开采深度 0～500m,得最大下沉值为 13m,而采后地表观测最大下沉值(锡矿山矿区)仅1.6米,锡矿山矿务局对矿山完小多年的沉降观测最大下沉值为30cm,计算与观测数据相差悬殊,据井下调查,巷道塌落标高主要集中在浅部550m标高以上老窿分布区,深部因岩质坚硬,微风化,巷道完整性较好,未发生变形或其变形未波及到地表。

　由于解放前开采遗存空间大,深部的开采必定对浅部产生影响,随着量的积累,可能诱发浅部采空区塌陷,产生大面积地压活动。

　(二)潜在危害分析

　 1、滑坡 位于水口山东侧的滑坡为一不稳定滑坡,在暴雨与地面塌陷等的诱发下,由目前的蠕动变形阶段可能转变为快速滑动,一旦发生滑坡,坡下挡土墙、公路、街道民房将摧毁,行人、居民生命财产将受到威胁,其危险性大,滑坡形成后,坡上的废石层由于失去支撑,又会引发新的滑坡。

　2、采空区地面塌陷 参考《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的计算公式T=2.5H 来确定地表移动延续时间。

　式中 T—地表移动延续时间(天)

　 H—工作面平均采深(m) 勘察区采深最大达 500m,稳定时间少于 4 年,由于该锑矿区特定的地质、采矿要素及历史遗留问题,变形过程是复杂的,变形时间、变形深度等要素的不确定因素很多,借用研究程度较深的煤矿床经验公式效果不很理想。锑矿开采历史悠久,解放前留下大量采矿空间,对这些采空区已无法查实其分布情况,且为无序开采,采空区完全无安全保障措施。锡矿山锑矿开采分段进行,上、中、下段采空区相互重叠,由于浅部存在大量采空区,无法充填处理。尽管深部采用充填法开采,但采空区充填处理需要 1～2

　年,下部开采对上部开采产生牵动影响,仍可能诱发浅部老窿、采空区塌陷,并产生地压活动；随着开采深度的增加,地表移动延续时间在不断地延长,将严重威胁地表上的建筑物和居民的安全。

　七、地质灾害危险性综合分区及防治措施 根据勘查区内地质环境的破坏现状、地质灾害特征和地质灾害对人类生命财产的威胁程度,对勘查区进行危险性程度分区,为上级主管部门对该区选择地质灾害的防治与预防措施提供技术依据。

　(一)分区因素的确定及分区 1、地质灾害防治是以人为主,充分体现党和政府对广大人民群众的关心和爱护。勘查区陶塘居委会常住人口 3000 余人,加上流动人员达万余,长龙界居委会常住人口将近 2000 人,加上流动人员上五千,有学校、医院、工厂、乡政府、居委会、幼儿 XX市场、住宅等设施,是一个人口稠密的矿区小城镇。人民的生命财产安全是第一位的。

　2、锡矿山开采历史悠久,勘查区内老窿密布,老窿采空区分布主要在地下浅处,近地表岩石风化软弱,力学性能差。因此老窿采空区的密集程度及距地表的距离是分区的一个主要困素。但采空区虽经多次调查,有的因顶板垮落堵塞而无法进行。虽然采空地面塌陷与地下采空是一种必然的关系,但有时从采空区分布图中却找不出这种关系,因此,只能从老人们的记忆中和地质雷达的解译结果建立这种关系。

　3、地表地质灾害点的分布特征也是分区的一个重要因素。矿山开采已 110 年历史,许多窿口、塌陷坑等灾害点已被拉圾、废渣填埋或人工处理见不到踪迹,从人民的记忆中消失了。由于地面塌陷、不均匀沉陷引起对建筑物的破坏,有的房屋倒塌、或变形到无法继续使用而闲置。本次调查的房屋受损分布点情况与房屋的新旧、结构、密集度、闲置、基础型式、地基等密切相关。房屋开裂是一种因采矿引起地表变形破坏的普通现象。因此,地质灾害点的分布特征是一个重要因素,但其影响因素也多。

　4、地质灾害防治难度,勘查区内由于老窿的无序开采,加之大多已变形破坏,无法查明分布及巷道特征,进行防治难以对症下药。

　根据以上因素综合分析进行区域划分:Ⅰ类区为采空地面塌陷为主地质灾害危险性大区,Ⅱ类区为采空地面塌陷为主危险性中等区,两区的特征分述如下: ①采空地面塌陷为主地质灾害危险性大区(Ⅰ区):区内人口相对集中,民居建筑较多,房屋陈旧,房屋结构以木结构居多,地质灾害点分布多,地下老窿巷道分布较为密集,距地面距离大多在 20 米以内,容易诱发采空地面塌陷、滑坡、不均匀沉陷地质灾害,防治难度大,经济投入极大。

　②采空地面塌陷为主地质灾害危险性中等区(Ⅱ区):区内人口相对Ⅰ区略小,房屋建设时间较短,砖混结构为主,新屋大多设地圈梁,地质灾害点相对较小,地下老窿采空区相对较稀(位于矿区分界处),距地面距离大多在 20 米以上,防治难度较大。

　(二)防护措施 《地质灾害防治条例》(国务院令第 394 号令)在指导思想上以人为本,坚持以“预防为主,防治结合”的方针,针对勘查区的具体情况提出如下防措施: 1、采空地面塌陷为主地质灾害危险性大区(Ⅰ区):该区采空面积大,无序的开采形成纵横交错的采场,保安矿柱不断受到破坏,形成跨度大的空腔,采场顶板岩层应力条件在不断发生变化,变形会逐渐波及到地表,且最浅巷道距地面距离大部分少于 20m,容易发生采矿地面塌陷地质灾害。如果沿巷道长度方向产生地裂缝对建筑物产生三维空间破坏,难以采取防治措施。由于老窿巷道分布特征难以查清,如对地下进行处理,治理费用相当大,处理结果不一定能达到预期目的,且勘查区三废污染严重,已不适宜于居住,社会影响大,人心惶惶。因此对此区实行移民政策,采取避让措施,对社会稳定有利,经济上划得来。

　2、采空地面塌陷为主地质灾害危险性中等区(Ⅱ区):该区相对Ⅰ区地下窿道相对

　较稀,上覆岩层厚度一般大于 20m,地下巷道顶板变形破坏波及到地表时间相对要长,且地表建筑物多为砖混结构,采取地圈梁加固措施,采空塌陷引起地表变形的灾害点相对Ⅰ区少。对地下巷道采取处理措施按前述难度大,费用高,同样,社会影响大,人民生存环境差,虽然相对Ⅰ区地质环境条件稍好,但在经济条件许可下进行搬迁避免为上策,如经济上不许可,可以对地表设置常年的动态观测站,同时对已形成的地表及建筑物破坏进行加固处理,根据观测的结果分批搬迁。

　八、结论与建议 1、本次勘查采用了调查访问、巷道编录、地面物探、钻探验证等手段,各项工作质量符合有关规范要求。

　2、通过本次勘查,查明了勘查区地层构造,场地地质环境条件。

　3、查明了勘查区内宝大兴等矿区的开采历史、地面变形与塌陷现状,对采空区的分布进行了调查并收集了锡矿山矿道资料,对巷道分布有了基本的了解和认识。勘查区内已查明滑坡一处、地面塌陷点 19 处、房屋开裂 148 处、老窿口 134 处。勘查区内已查明滑坡一处,地面塌陷点 19 处,房屋开裂 148 处,老窿口 134 处。

　4、宝大兴等采空区的空间分布与矿床的分布特征具总体上一致性,呈似层状,但形态错综复杂。

　5、查明了巷道上覆岩层的厚度、稳定性及其变化规律。

　6、对勘查区进行了采空区地质灾害危险性分区,划分出了采空地面塌陷为主地质灾害危险性大区与采空地面塌陷为主地质灾害危险性中等区。

　7、建议对采空地面塌陷为主地质灾害危险性大区采取避让措施。实行整体搬迁,对采空地面塌陷为主地质灾害危险性中等区采取以观测为主,防治为辅,对观测到的危险区段逐次进行搬迁。