云南弥勒山心村矿区露天煤矿地质勘查分析

何群超，李 钱

(广西锡山矿业有限公司，广西 南宁 530022)

云南省弥勒山心村煤矿位于弥勒市区，北距南昆铁路石林站约 60 km，至昆河铁路盘溪站50 km，交通便利。矿区范围由14个拐点圈定，面积3.8 km2，开采标高为1 420～1 170 m。矿区范围内有2个采场，根据各采场所处位置关系，分别命名为南、北采场，主采 M3-6煤层，为机械化开采，目前剥采比约1∶1，最大坡高约30 m，工作帮坡角45(°)～50(°),非工作帮坡角约30(°)。

项目区属湖积平缓丘陵低中山地貌。矿区东北部高，西南部低， 地形起伏不大，一般高差为30～60 m，最高点位于矿区东部碗白村滑坡以西，标高1 488.9 m，最低侵蚀基准面位于矿区西南化工厂滑坡南，标高1 364.0 m，相对高差124.9 m。甸溪河是矿区西部的惟一地表水体，由北向南蜿蜒曲折流经矿区西部边缘，河宽约30 m，最大流量为456 m3/s，最小流量为0.19 m3/s，向西南流出矿区。

1 地层岩性

矿区主要含煤地层为第三系中新统小龙潭组。其上覆地层为第四系和第三系上新统师宗渡组地层，下伏地层为始—渐新统木花果组地层。

第四系人工填土层主要为褐红、褐黄、褐灰、灰绿色，颜色较杂，土层松散欠固结，成分主要为煤矿露天开采剥离出的第四系、第三系黏土层混砾石，砾石分布较杂。主要厚度4.00～18.50 m，平均厚度 12.38 m。厚度变化大，分布不稳定。第四系残坡积层岩性主要为褐黄色、褐红色黏土和含砾黏土，局部夹粉砂、细砂、砾砂。第四系冲洪积层岩性主要为褐黄色、褐灰色黏土和粉砂、细砂、砾砂，分选较差，砂粒含量较低，其在该层中相互交错或断续出现。

第三系上新统师宗渡组，该组在勘察区范围内则有冲积相、湖泊相浅黄色砂质黏土、黏土夹3～5 m，层厚5～10 m 粉砂层或砂砾层。其中黏土质约占75%，砂质类约占25%。黏土或砂质黏土，一般具可塑性。砂砾层粒径大于2 mm，多呈棱角状或次棱角状。厚度为156.2 m。本组与小龙潭组连续沉积，按沉积旋回应以其底部第一套杂色冲积相砂砾层底板为界，但因岩层松散、钻孔岩心采取率极低(0%～20%)，对比困难，故以M6煤层顶板为界，灰色—深灰色沼泽相黏土，含较多菱铁矿团块，勘察区内较稳定，可作为见M6煤层标志，与下伏地层呈不整合接触。

始—渐新统木花果组，出露于矿区南、西以及西南部的矿界外。系一套河床相—河漫滩相砾岩、砂岩，总厚150～435 m，与盆地小龙潭组为相邻而不相重叠的关系。

2 地质构造

项目区处于滇东北拗褶带东川隆褶区与滇东南拗褶断带师宗广南拗陷区师宗—弥勒断裂南东侧，由于经历多期多级构造运动，区域上构造复合及联合现象普遍，断层相互截切错综复杂，以北东向断裂构造为主，南北向和北西向断裂次之，形成区域复杂的构造特征[1]。

矿区为第三系沉积的原型盆地，主要受松散地层在成岩过程中的压缩沉降影响，为一个向东南圈闭的不完整向斜构造，向斜中心处在新哨南部，沉降较深，地层倾角8(°)～10(°)。向斜长轴方向为南西—北东，长约5 km，两翼不对称。北西翼宽缓，在招纳、师宗渡倾角为2(°)～5(°)，倾向南东。南东翼较陡，在山心村一带为7(°)～10(°)，向北倾斜，总体是断裂与褶皱变动均不强烈，构造较简单。

矿区位于跨竹盆地西南侧的向斜倾伏端，地层走向变化由南往北为EW-NW-SN的弧形。倾向基本以跨竹为中心扭转，倾角5(°)～15(°)。 矿区范围内共查出断裂18条，其中落差大于30 m的有F5、F5′、F13、F16共4条，落差为10～30 m的有F2、F4、F6、F7、F9、F11、F12、F19共8条。断层主要分布于第10勘探线以东地区，6～32勘探线浅部、7～9勘探线浅部等地段，煤层破坏程度较严重。

2.1 断裂

1)NNE-NE向断裂，断层走向为NNE-NE，倾向不一，性质有异。包括F11、F12、F13、F15、F16、F17及矿界外的F18，分布于第3勘探线以东地区。本组断裂一般规模较大，落差15～60 m，因而破坏性强，同时因次生断裂多，更进一步破坏了煤层赋存条件，故F11以东地区煤层较其他地段破坏严重。

2)NNW-NW向断裂，断层走向以NNW为主，其次为NW，倾向不一，均为正断层。包括F5、F5′、F6、F6′、F3、F10，其中以 F5、F6为主构成一地堑。

3)NWW(或EW)向断裂，大多数断层走向为EW，少数为NWW走向，多为张扭性正断层。包括F4、F9、F1、F2、F7、F8、F19等。该组断裂形成于后期，切割了其他方向的断裂。

2.2 褶皱

矿区内地层波状起伏比较多，但背向斜仅两处，均分布于矿区东部，应与NE向断裂为同期构造。

1)山心村向斜，南起山心村西，呈NNE方向延伸至农场附近，轴向大致与F11平行，波动幅度10～15 m，南端两翼基本对称，矿区内轴向长度约1 200 m。

2)大三家背斜，位于大三家之西，轴向正北偏东，长700 m，波动幅度5～25 m。南端两翼对称且较缓，北部则西翼偏陡、东翼缓。

3 水文地质条件

3.1 区域水文地质

弥勒市跨竹煤矿区位于弥勒盆地的西南端，石灰岩广布，被南盘江U形深切河谷围绕，为强岩溶地下水活动区。矿区为岩溶侵蚀聚煤盆地，基底主要为中三叠统个旧组灰岩强岩溶含水层。盆地西南缘有第三系分布，盆地溶蚀成盆后，接受中新统小龙潭组含煤地层和上新统师宗渡组沉积。矿区为湖积平缓丘陵地貌，最大比高在50～60 m，西部外围因断层关系使下二叠统阳新石灰岩出露，形成低中山，东部亦因断层关系使第三系与三叠统个旧组石灰岩接触，并形成北东向的低中山。

盆地主要地表水为甸溪河，总汇水面积约2 347 km2，为南盘江支流，属珠江水系。其中地下水总体由北向南径流，在西北部外围，由于玄武岩形成隔水边界，使地下水在玄武岩西侧汇流富集，形成富水块段。同时因受北东向断层控制，沿断层带形成热异常带。盆地东北部主要为三叠系碳酸盐岩径流排泄带，盆地内第三系及第四系富水性较弱。

3.2 勘察区水文地质

1)第四系，砂砾石土孔隙潜水含水层多为冲洪积和残坡积层，岩性为砂砾层，砂质黏土及耕植土，一般分布在河流沟溪沿岸及缓坡地带，厚度0～15 m，因厚度薄，分布零散，对矿床充水影响不大[2]。

2)第三系中新统小龙潭组，黏土及煤层极弱裂隙含水层主要由褐煤、黏土、砂质黏土组成，局部夹泥质粉砂层，总厚67.75～138.75 m，一般厚100 m。为矿区内的主采煤层，全段富水性极弱。

3)第三系始—渐新统木花果组，砂砾岩弱裂隙含水层上部和底部为棕红色砂岩，中部为深灰色微显暗红色厚层状砾岩，钙质胶结，厚度150～530 m。矿区揭露最大厚度55.94 m，含弱裂隙承压水，对矿坑充水具有一定的影响。

4)基底岩溶裂隙含水层，由浅灰、灰白、深灰色石灰岩、白云岩组成，岩溶裂隙发育。

区内各含水层均接受大气降水补给，地层岩性及地貌控制着地下水的埋深、运移、富集及排泄条件。地表浅部以孔隙潜水为主，地下水埋藏浅，且随地形起伏而变化。向深部地下水径流交替循环逐渐减弱。区内含水层受大气降水入渗补给，大多沿就近沟谷低洼处以泉水形式排泄，排泄条件好。

4 采掘场边坡工程

4.1 地质条件

采掘场位于弥勒山心村露天煤矿矿界北西侧，边坡工程地质勘察范围主要是达产5 a后采掘场境界范围，其西侧为西梭白老村，现已搬迁完毕，东侧为农田和耕地，现状为原地貌，暂未进行采掘开挖。原始地形坡度较平缓，坡度5(°)～10(°)，局部地段15(°)～30(°)，农耕活动较强烈，存在开挖形成的台坎[3]。

勘察范围内省道S304线以南为原西梭白煤矿露天采坑，现状已进行开挖，形成高30～75 m不等的露天采坑边坡，边坡总长500～800 m，坡脚20(°)～50(°)，目前有多级台阶。坡顶有少量废弃建筑分布，现状基本稳定。根据野外调查和勘察钻孔资料，构成边坡的岩土体主要为第三系中新统小龙潭组(N1)黏土、炭质黏土、砂土等，未发现物理力学性质差异明显的软弱夹层。

第四系人工堆积层为露天采矿排弃物，岩性主要为黏土、含砾黏土、炭质黏土、砂土等，结构松散，遇水易发生沉陷和滑塌。第四系残坡积黏土、含砾黏土分布在采掘场区西部丘陵地带，冲洪积黏土、粉砂、细砂、砾砂层主要分布在采掘场区北东部地形低洼地带。该层在整个区内分布较广，厚度不大，一般2～9 m。

4.2 地质分区

1)现状稳定区，包括采掘场边坡区大部分区域，未进行开挖采掘。边坡体组成：①第四系黏土、含砾黏土；②第三系上新统师宗渡组黏土、粉砂、细砂、砾砂；③第三系中新统小龙潭组黏土、褐煤、炭质黏土、粉砂；④始—渐新统木花果组粉砂岩、砾岩等。

2)潜在不稳定区，勘察范围内省道S304线以南为原西梭白煤矿露天采坑，已进行开挖，两侧形成露天采坑边坡，中间为放坡开挖，坡顶有少量废弃建筑分布，现状基本稳定，局部可见因开挖卸荷引起小范围的坍滑。边坡体由第三系中新统小龙潭组黏土、褐煤、炭质黏土、粉砂等组成。该区在暴雨季节有可能发生滑坡，威胁下部采坑的采矿人员和机械的安全，为潜在不稳定区域。

5 排土场边坡工程

外排土场位于山心村露天煤矿矿界外围以北，帕布革村以西，部分民房在外排土场境界范围内。区内南东部属丘陵地貌，其余地带平缓，为湖积盆地地貌。场内最高点位于帕布革村民房边，高程1 402.97 m，最低点高程为1 357.60 m，地形起伏不大，坡度3(°)～8(°)，最大高差为45.37 m。甸溪河由北东向南蜿蜒曲折流经场区边缘，距场区最小距离约为125 m，平均距离约为140 m。内、外排土场现状均无任何开挖和堆排，均为原地貌。

根据勘察，排土场基底岩土有第四系残坡积地层、冲洪积地层，第三系上新统师宗渡组地层、中新统小龙潭组地层及下伏始—渐新统木花果组地层。根据基底岩土成因及岩性，将基底岩土划分为两个工程地质岩组。基底软弱层的存在是影响排土场边坡稳定性的因素之一。

6 结 语

1)矿区主要含煤地层为第三系中新统小龙潭组，其上伏地层为第四系和第三系上新统师宗渡组地层，下伏地层为始—渐新统木花果组地层。

2)构成采掘场边坡岩土体主要有第四系残坡积地层和冲洪积地层，第三系上新统师宗渡组地层，第三系中新统小龙潭组地层及下伏始—渐新统木花果组地层。

3)影响采掘场边坡稳定性的因素分为直接因素和间接因素：①直接因素为构成边坡岩土体自身所具有的强度特征，软弱结构层(面)；②间接因素指边坡因外在因素的影响而降低稳定性的因素，这些因素包括表土剥离采煤卸荷，地表水和地下水的作用，地震与爆破震动的影响等因素。

4)根据采掘场边坡区的工程地质条件，变形破坏模式和发展趋势，现状采空区情况，将采掘场边坡区划分为2个工程地质分区：现状稳定区和潜在不稳定区。

5)通过对勘探线区域边坡稳定性计算，在考虑地震力作用下，南区将失稳破坏[3-4]。省道S304线以北的区域现状均未开挖，按照设计拟定坡度角，对达产5 a后采掘场境界范围内边坡稳定性进行计算。勘探线区域均为稳定状态。在考虑地震力作用下，南区勘探线区域处于临界状态，有可能失稳破坏，区域不稳定。

6)排土场基底岩土：①第四系残坡积地层、冲洪积地层；②第三系上新统师宗渡组地层、中新统小龙潭组地层和下伏始—渐新统木花果组地层。

7)排弃物具有以下特征：排弃物物理力学性质与排放年限，随深度变化无明显规律。排弃物性质在平面及垂向上表现出不均匀性，但其随机性极大，故在对排土场大范围研究时，排土体可视为均匀土体。按照设计当外排土场最大排弃高程为 1 420 m，坡度角 15(°)时，如不考虑地震力作用，外排土场边坡稳定性较好；如考虑地震力作用，边坡将处于临界稳定状态，不稳定；考虑强降雨、暴雨使土体充水饱和，边坡处于临界稳定状态或者失稳破坏。当内排土场最大排弃高程为 1 393 m，坡度角 17(°)时，如不考虑地震力作用，外排土场边坡稳定性较好；如考虑地震力作用，边坡将失稳破坏；考虑强降雨、暴雨使土体充水饱和，边坡将失稳破坏。