龙归硝酸盐矿地面沉降与成灾条件分析

邱 敏

(广州市地质调查院 ，广东 广州510440)

龙归硝盐矿由广东南方制碱有限公司1988年开始筹建，1994年建成投产，为公司直属生产矿山。广东南方制碱有限公司属广州市国有大中型化工原料生产企业，为国家的经济发展和城市发展提供了坚实的物质基础。矿区外西部有流溪河自北东往南汇入珠江，广从公路(105国道)、广花公路在矿区东西两侧通过，北二环高速公路横跨矿区中部，交通方便。龙归硝盐矿盐层埋藏于当地侵蚀基准面(海拔标高5 m)以下 481.27～638.72 m之间，与地表水联系不紧密，气象水文条件对矿山建设及生产影响小。开采方式采用钻井水溶法，离心泵提升，输盐水管道运输，全部开采流程由机械完成，所需劳动力少，占用土地少。矿区生产所需主要原料是淡水，初级产品为卤水，矿区生产用水取自流溪河。盐矿1994年建成投产之际，就进行了地面沉降监测。

1 监测工作评述

1994年开始，矿区Ⅰ采区共建设21口采盐井，2005年全面停采。此期间，矿山测量组在各井口附近共布置了28个地面沉降监测点，监测点均在盐井5m范围内。从1994年1月17日开始观测，至2010年10月，历时16年零8个月，共完成了21次观测。在整个监测过程中，至2002年多数点已被毁坏，后期补埋部分监测点，延续观测。完成全程连续观测的点有8个，监测成果显示，矿区在本阶段有明显沉降，形成一个以某两个监测点连线为中心，呈北东向的椭圆沉降中心区域，长轴方向约600 m，短轴方向约400 m。最大沉降量累计达 690.0 mm，日均沉降量 0.22 mm。

矿山第二建设时期，龙归硝盐矿Ⅱ采区共16口采盐井，矿山测量组在各井口附近地面布置了17个沉降监测点，于2006年10月开始观测，至2010年3月，历时3年半，共完成了5次观测，其后监测点遭破坏而停止监测。从本阶段的测量成果看，Ⅱ采区地面沉降量不大，累计平均沉降量为18.59 mm，最大的沉降量为35.0 mm，整体沉降较均匀，年平均沉降量为 5.7 mm。

2012年后，矿山测量组增加了监测点，首期监测点63个，其中利用未破坏的旧点7个。新设置基岩水准基点1个，基岩监测点2个、盐井井管监测点8个、地面沉降监测点18个。

从2012年以来的监测成果表明，Ⅰ采区持续沉降，Ⅱ采区沉降加速，沉降量最大的监测点年沉降量达325.06 mm。同时基岩、盐井、地面以相同的速度和数量下沉，如图1。沉降区形状与盐矿床埋藏形状相似，呈椭圆状，长轴北东向。

图 1

测量工作按国家二等水准测量方法进行，依据《国家一、二等水准测量规范》、《工程测量规范》和《地面沉降监测技术要求》要求进行监测。

2 地面沉降地质灾害点调查

2012年6月以来，经过对矿区及其周边约4 km2范围的地面沉降地质灾害调查，截至2012年11月，共发现采区影响范围内的墙体裂缝36处，主要是地面或路面开裂、围墙裂缝等天然浅基础的构筑物变形，范围约0.95 km2。

调查发现地质灾害点处的大部分以天然地基浅基础建(构)筑物，如水泥路面、围墙等，少数以具有一定基础埋深，如北二环涵洞和二至三层楼墙体。大部分围墙裂缝呈斜向或纵向型，少数为水平方向，裂缝长度1～4 m，最长达8 m;裂缝宽 0.5至30 mm，最宽达80 mm。

2013年12月，对采区影响范围内的36处裂缝进行跟踪调查，监测裂缝宽度，北二环高速公路涵洞预设的伸缩缝增大3 mm，北二环高速公路涵洞的23条裂缝中也只有3条增大约0.3 mm，其余裂缝无变化;13条民房围墙裂缝中有2条增大1 mm，外墙小瓷片脱落增多。其余裂缝没有显著变化。

3 成灾条件分析

龙归硝盐矿主要开采矿体特征:

1号盐层:是矿区主要盐层之一，其规模仅次于3号盐层，盐层呈近东西向的似平行四边形，面积1.60 km2，厚度一般 9.43 ～20.69 m，最厚可达 25.96 m，最薄为 4.20 m。

2号盐层:于1号盐层之下3～4 m，范围稍小。盐层也呈近东西向似平行四边形，面积 1.07 km2，厚度较小，一般2.67 ～3.68 m。

3号盐层:为矿区规模最大的盐层，于2号盐层之下7～10 m，盐层呈北东向似矩形，东面向前突出，面积达 2.42 km2。厚度一般为 16.98～23.54 m，厚度较稳定。

4号盐层:于3号盐层之下约4～6 m，盐层呈南西向规则的尖卵形，面积较小，仅 0.86 km2。厚度一般 2.43～3.76 m，西北部较厚，西南部较薄。

5 号盐层:面积约 0.62 km2，厚度 3.06 ～3.50 m。

本矿区盐层上部大多以钙泥质岩为主，易于软化，在水溶法开采扰动下自然平衡易遭受破坏，可能引发地裂缝、地面沉陷。采盐形成的盐穴一般出现采空-应力变化-顶板变形-顶板及上覆地层垮塌-地面沉降的变化，龙归盐矿也不例外。特别是在开采形成采空区后，矿盐仍会进一步发生溶解、软化，顶板、夹层有可能垮塌，垮塌后的泥岩在水中会软化，无法对上部岩石形成支撑，在新的空间，又有可能产生新的垮塌，垮塌形成的穹顶慢慢升高，基岩面挠曲下沉，并产生地面沉降。

根据国内同类矿山的经验，地面沉降由于受岩盐矿床特征、埋藏深度、矿区地质条件、采矿方法、建井质量、采矿强度及生产管理水平等多种因素的综合作用，此变化的发生时间短的只要五年，长则要五六十年。其沉降是以盐穴为中心呈放射状的方式反应到地表，如果相邻盐井间距布置不合理、开采不按规定的要求进行，会使单腔盐穴发展为多腔连通盐穴，使地面沉降范围扩大，进而引起大面积地面沉降，造成不可挽回的损失。

龙归硝盐矿区目前开采规模有所扩大，从一期的单井生产方式，到二期的单井及定向水平连通对井联合开采方式。定向水平连通对井相对单井而言，可采盐层的区域、水平段的溶盐通道等增加了几倍，大大提高了溶盐面积，能产出大流量、高浓度的盐水，回采率大大提高，产能也大大提高，最终形成多层采空区的时间加快。

同时矿区内普遍分布砂和填土等第四系覆盖层，稳定性较差，厚度7～15 m。初步分析判断，随着采空区的不断扩大，地面沉降地质灾害范围可能继续扩大。

综上所述，龙归硝盐矿开采存在一定地质环境安全隐患，尤其是一期、二期开采形成的沉降区的叠加影响，使Ⅱ采区沉降速率加快，累计沉降量大。

4 结语

本文采用二等水准测量的方法对龙归硝酸盐矿地面进行监测，并对监测结果进行地质方面的成灾条件分析，对成灾原因和过程的认识以及发展趋势的预测具有一定的价值。建议在后续的监测中能采用更多监测手段进行监测，如高精度的GPS网、分层标监测等，争取对龙归硝酸盐矿区的地面变形有个更系统、全面的评价。

[1]盛忠义，朱鸿英，蔡常理.广州市郊龙归硝盐矿区勘探地质报告.地质矿产部第十二石油普查勘探大队.1984.9.

[2]胡凯南，李海龙，葛信达.广东省广州市龙归矿区硝盐矿资源储量核实报告.2008.4.