浅析矿山地下开采区移动盆地演化机制

田超

摘要： 随着矿山地下开采活动的进行，矿山采空区面积逐渐扩大，受外界条件的影响，采空区局部地区预留矿柱出现开裂变形等，导致采空区上部顶板发生弯曲并形成裂缝，在重力作用下裂缝的逐渐加大，形成地面塌陷，随着塌陷坑的演化，移动盆地逐渐形成。本文就矿山开采后移动盆地的演化特征进行简单分析，并总结牟定铜矿采空区移动盆地形成机制。

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.

關键词： 矿山；开采；移动盆地；演化机制

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

中图分类号：TD802 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0137-03

0 引言

移动盆地是指由于采矿的影响，在采空区的地表形成的凹地。采空区上方，由于岩层被破坏成块状并向踩空区冒落，冒落带上方形成裂缝，裂缝上方岩石虽仍保持整体性和层状结构但已产生弯曲，地表看来即已产生凹面，而此凹面随着采煤区的行进而移动，所以称为移动盆地。牟定矿山属于地下开采铜矿山，矿山开采方式为地下开采，斜井开拓，房柱法和分级空场法采矿。但是，受多年开采的影响，矿区采空区塌陷、水土流失、地下水资源破坏、耕地占用等地质环境问题突出，其中采空区塌陷9处，塌陷区面积0.037km2。矿山地质环境趋于恶化，严重影响了矿山及周边农村的生产、生活环境，对菠萝依箐尾矿库和牟定——元谋公路等重要工程设施构成了威胁和危害。

随着塌陷范围的逐渐扩大，地表移动盆地逐渐演化。本文就矿山开采区移动盆地演化机制进行简单分析介绍，通过对地形地貌、地层岩性、水文地质、工程地质、地质构造、人类活动等多方面分析，推测牟定铜矿周边受地面塌陷影响，移动盆地的移动界限（图1 牟定铜矿地面塌陷平面分布图）。

1 地质环境条件分析

1.1 地形地貌

牟定铜矿采空区地面塌陷位置属于浅切割低中山地形，为构造剥蚀地貌类型。矿区山岭沟壑纵横，海拔1750～1998m，相对高度50～250m。顺层斜坡坡度较平缓，一般坡度15°～30°，反向坡则较陡，一般坡度40°～60°，矿区整体地形坡度较陡。

1.2 水文地质

矿区内水系中等发育，有郝家河、清水河及盐柴河流经矿区，汇入龙川江，纳入金沙江。其特点是径流途径短，动态变化大，流量受降雨制约，旱季呈潜流或者断流。流经含水层地段，直接补给地下水。

地下水类型主要为碎屑岩裂隙水，含水岩组富水性受岩性和构造控制，富水性不均匀，为弱或者极弱，砂岩为含水层，泥岩为相对隔水层，地下水各含水层之间联系微弱，主要靠构造裂隙联系。地下水补给途径主要为大气降水和河流补给，动态变化受降雨制约。评估区含水层埋藏深度及静止水位从北西向南东逐渐变深、变低。

1.3 工程地质条件

矿区围岩属于较硬中厚层砂岩夹软弱泥岩岩组，开采中局部有小范围坍塌。牟定铜矿采空区地面塌陷所在地岩体由侏罗系八道河组（J3b）紫色中厚层状泥岩、砂质泥岩及泥质粉砂岩，夹黄绿色粉砂质泥岩、泥灰岩和白垩系落苴美组（K1l）灰色细-中粒长石石英砂岩、紫红色细粒砂岩夹泥岩组成。

1.4 地质构造

牟定铜矿主体构造为轴向350°之朵基舒缓背斜，长22km。核部出露J3b，两翼依次为K1lx和K1lc，岩层产状20°～30°。矿区内发现断层56条，但规模很小，对矿床有一定影响的有8条。节理裂隙发育，规则节理有4组，其发育程度和产状与邻近的褶皱和断层有关，倾角较陡。

牟定铜矿区外围数十年来曾发生过5～6.3级地震，在区域上属次稳定区。在《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）上查得，牟定铜矿区处于地震烈度Ⅶ度区，地震动峰值加速度0.1g，地震动反映谱特征周期0.45s。

1.5 人类活动

采空区周边分布有村庄、道路、高压输电线路、矿山尾矿库等，人类活动较为频繁，采空区范围内主要人类活动有农民放牧等。

2 采空区现状特征

采空区塌陷共计9个陷坑，集中分布在郝家河矿床采空区。在平面分布上，它们呈北西南东向排列。塌陷特征见表1。采空区已有9处塌陷无变形监测资料，因而塌陷后变形扩展情况不清。但从目前塌陷坑形态来看，分析当初塌陷后其直径和深度没有现在这样大，其依据是目前大多数塌陷坑四周断续分布有拉张与卸荷裂缝，距坑口1～5m，长度10～20m，不少塌陷坑底部有新近堆积体，坑壁陡立。据此推测，随着时间的推移和坑下残柱的回采，这些塌陷坑会逐步扩大。例如：T3最初形成于1993年3月，初始直径仅45m，经扩展至2003年直径达150m，地表移动盆地正在演化形成之中。9个塌陷不是同时发生，是经过29年时间才逐步形成的。矿区地下采空区0.50km2，由于郝家河矿段1800m以上各中段采场均未充填，这些采空区的某些段落顶板产生坍塌，裂缝传至地表，又会继续新增塌陷。但目前采空区巷道内新增坍塌不详，故很难预测未来何时何地又发生塌陷。

3 形成机制分析

采空区塌陷形成与地层岩性、地下水条件、区域地质构造及开采活动等有着密切关系。随着采空区塌陷的形成，在采空区的地表形成的凹地，移动盆地逐渐演变而来。

牟定铜矿采空区地面塌陷所在地岩体由侏罗系八道河组（J3b）紫色中厚层状泥岩、砂质泥岩及泥质粉砂岩，夹黄绿色粉砂质泥岩、泥灰岩和白垩系落苴美组（K1l）灰色细-中粒长石石英砂岩、紫红色细粒砂岩夹泥岩组成。

采空区塌陷形成的直接原因是采空区矿柱破坏和顶板坍塌。坍塌后，其上覆盖岩体失去支撑，在重力作用下，坍塌区段裂缝传至地表而发生塌陷。引起采空区矿柱破坏和顶板坍塌的原因主要有：

①地质环境条件因素：采矿区围岩属于属较硬中厚层状砂岩夹软弱泥岩岩组，开采过程中局部有小方量坍塌，受采矿区周边区域小断层影响，采矿区围岩节理裂隙发育，受施工扰动影响，矿柱内部裂隙增大，为失稳埋下隐患。

②地层因素：牟定铜矿围岩由红层组成，红层岩土体雨水易软化，并由弱膨胀性，风干后逐渐崩解呈块状。

③构造因素：区内构造地质发育，受强烈的挤压作用影响，采空区范围内局部地段岩层节理裂隙发育，岩体结构较破碎。采矿形成矿柱内部节理裂隙对着顶板下压作用影响，裂隙逐渐扩大，最终导致矿柱破坏和顶板坍塌。

④降雨因素：降雨通过裂缝直接入渗，导致地下水位上升，浸泡采空区顶板，增加岩体自重，软化岩体，促进裂隙进一步发育贯通，加剧了顶板失稳的可能。

⑤人为因素：塌陷形成主要是人工开采矿产，造成地下岩土被掏空，顶部岩盖失去下部支撑，在重力作用下造成岩盖断裂形成塌陷。

综上所述，随着塌陷范围的逐渐扩大，陷坑周边岩土体逐渐向坑内堆积，形成移动盆地。随着多数塌陷群逐渐扩张并连接成片时，盆地逐渐演化形成（图2塌陷坑演变剖面图）。

4 结论

移动盆地的形成与采空区塌陷坑逐渐演化有着密切的关系，随着牟定铜矿采空区塌陷区逐渐扩大，采空区地形地貌发生了明显的变化，原本隆起的山体逐渐塌落，地表逐渐形成凹地，随着地表水的渗入，抬升了地下水水位，软化地表岩土体，进一步加快了塌陷坑范围的扩大，加快了移动盆地的演化速度。牟定铜矿围岩由红层组成，红层遇水易软化，风干后逐渐崩解，这为塌陷坑的扩大提供了有利条件，由此加快了移动盆地的形成速度。

5 建议措施

地面塌陷是矿山地下开采中常见的地质灾害类型，且具有很强的隐蔽性。通常建议在矿山开采过程中合理的预留矿柱，保证顶板稳定，但是企业往往为了追求更好的效益，而过度的开采，为采空区失稳埋线隐患，针对上述情况，建议矿山开采后及时对废弃采空区或塌陷坑进行充填，可采用选矿剩余矿渣等废料，经过预处理之后进行采空区或塌陷坑充填，防治采空區顶板塌陷，降低现有塌陷坑范围继续扩大，进一步形成移动盆地。

参考文献：

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