广西某金属矿山采空区沉陷损毁耕地预测及防治

张紫峰 谢廷勇 刘 芳

(中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 541004)



广西某金属矿山采空区沉陷损毁耕地预测及防治

张紫峰 谢廷勇 刘 芳

(中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 541004)

通过对广西佛子矿业有限公司佛子冲铅锌矿古益矿区采空区地面沉陷地质灾害对地表耕地损毁的预测和研究，阐述了地面沉陷损毁耕地的形式及特征，并提出防治措施，为类似金属矿山采空区地面沉陷地质灾害损毁耕地的预测及防治提供参考。

金属矿山，采空区地面沉陷，损毁耕地，预测与防治

广西佛子矿业有限公司佛子冲铅锌矿古益矿区位于广西岑溪市安平镇、诚谏镇交界处，矿山采用普通留矿法和全面法进行地下开采，地下矿体被采空后，采空区上部的岩层失去支撑，平衡条件被破坏，随之可能产生弯曲、塌落，以致发展到使地表下沉变形形成采空区地面沉陷地质灾害，致使地表的耕地(水田、旱地)因变形、地裂缝等造成耕作条件改变，无法正常耕种而失去原有功能，造成耕地的损毁。本文将通过对佛子冲铅锌矿古益坑口采空区地面沉陷地表影响区半径、地表最大下沉值、最大倾斜值、最大水平移动值等的计算与分析，预测采空区地面沉陷地质灾害对地表耕地的损毁程度，并提出防治措施与建议。

1 环境及地质概况

1.1 地形地貌

矿区处于构造侵蚀的中低山地貌单元，地势南北低，东西及中部高，地面海拔标高一般为300 m～500 m，最高862 m，相对高差一般100 m～300 m，地形切割中等，沟谷多呈“V”字形，坡度25°～45°，植被较发育。

1.2 地层及构造

1)地层岩性。

2)地质构造。

矿区处于华南加里东褶皱系云开隆起西缘,钦州—玉林海西残余地槽褶皱带之博白—岑溪深大断裂带北东端，区内断裂构造十分发育，相伴有紧闭褶皱，按空间展布方向分NNE，NE，NW和SN走向四组，其中以NNE，NE组最为发育，各构造体系相互干扰、利用、迁就或穿插，形成了本区复杂的构造格局。

1.3 矿体特征及开采方法

古益矿区包含六塘—石门—刀支口矿段和大罗坪矿段，共计保有大小矿体122个,矿体走向长一般100 m～300 m，最长600 m，倾斜延深一般200 m～300 m，最大延深400 m，厚一般1 m～4 m，最厚17 m，平均2.15 m，设计开采标高为570.1 m至海拔-160.1 m。设计采用地下开采方式，采矿方法为：普通留矿法和全面法。

2 地面沉陷损毁耕地形式及特征

地下开采之前，岩体间处于一种相对稳定的自然平衡状态。矿体采空后，就破坏了原岩的自然平衡状态，使围岩内的应力重新分布，当某处所产生的拉应力达到或者超过围岩的强度，岩体发生破坏，产生采空区倒塌，顶底柱或间柱垮落，巷道下沉、冒顶、错动等。当这些应力释放的现象影响到地表后，就会出现地表土地的移动、变形、裂缝或塌陷等，造成土地损毁。地面沉陷损毁耕地形式和特征见表1。

表1 采空区地面沉陷损毁耕地形式和特征表

3 采空区地面沉陷损毁耕地分析[2,3]

根据地表移动和变形预计计算公式，先对地表影响区半径r进行估算，然后将影响范围内的耕地(水田和旱地)按空间分布划分为14个地块，再以地块为单位，利用公式对各地块的地表最大下沉值Wcm，最大倾斜值icm，最大水平变形值ucm进行计算，最后通过对照《土地复垦方案编制规程》中的沉陷土地损毁程度分级参考标准(见表2，表3)，分析确定采空区地面沉陷对耕地损毁等级。各计算公式如下：

地表影响区半径：r=H/tanβ。

其中，H为开采深度，m；β为移动角，按β=70°计算。

地表最大下沉值Wcm=Mqcosα(mm)(充分采动)。

其中，M为矿体开采厚度，m；q为单层采动的下沉系数,本次评估取值0.6；α为矿体倾角。

最大倾斜值：icm=Wcm/r(mm/m)。

最大水平变形值：ucm=1.52bWcm/r(mm/m)。

其中，b为水平移动系数，取b=0.3(1+0.008 6α)(本次评估取值0.45)。

表2 水田损毁程度分级标准

表3 旱地损毁程度分级标准

根据计算古益矿区采空区边界影响半径r为26 m～309 m，影响区面积为256.55 hm2，受影响水田10.69 hm2、旱地8.99 hm2。各地块的地表最大下沉值Wcm、最大倾斜值icm、最大水平变形值ucm以及采空区地面沉陷对地块(水田和旱地)的损毁等级见表4，表5。

表4 采空区地面沉陷对水田的损毁等级评价表

表5 采空区地面沉陷对旱地的损毁等级评价表

通过以上计算与分析，预测广西佛子矿业有限公司佛子冲铅锌矿古益矿区采空区地面沉陷对水田的损毁程度为中度～重度，对旱地的损毁程度为轻度～中度。

4 采空区地面沉陷损毁耕地防治措施

1)建议留设保安矿柱或建造人工支柱，及时利用废石回填采空区，防止引发采空区地面沉陷地质灾害。

2)对沉陷区内的水田、旱地进行裂缝充填、平整田地，修复、修筑田坎、灌溉水渠等，恢复土地肥力和其原有用途。

5 结语

采空区地面沉陷损毁耕地是众多地下开采矿山面对的主要问题之一，本文通过对广西佛子矿业有限公司佛子冲铅锌矿古益矿区采空区地面沉陷地质灾害对地表耕地损毁的预测和研究，并提出防治措施，为今后类似金属矿山采空区地面沉陷地质灾害损毁耕地的预测及防治提供了参考。

[1]贾新果.采煤沉陷土地破坏程度分级研究.煤炭工程，2009(6):81-84.

[2]TD/T 1031—2011，土地复垦方案编制规程.

[3]DB45/T 382—2006，建设项目地质灾害危险性评估规程.

The prediction and prevention to the farmland destruction by goaf subsidence geological disaster of a metal mine in Guangxi

Zhang Zifeng Xie Tingyong Liu Fang

(ChinaNonferrousMetal(Guilin)GeologyandMiningCo.,Ltd,Guilin541004,China)

According to the prediction and research on the goaf subsidence geological disasters on the surface farmland damages at Fozichong lead zinc mine of Fozi Mining Co., Ltd in Guangxi, the paper illustrates the forms and features of the ground subsidence damage on farmland, and points out the prevention measures, so as to provide reference for the prediction and prevention of the goaf subsidence geological disasters on farmland at similar metal mines.

metal mine, goaf ground subsidence, damaged farmland, prediction and prevention

1009-6825(2015)18-0201-02

2015-04-11

张紫峰(1981- )，男，工程师； 谢廷勇(1977- )，男，高级工程师； 刘 芳(1986- )，女，工程师

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