铜陵化工集团新桥矿矿山地质环境研究

王万林

（华东冶金地质勘查研究院，安徽 合肥 230088）

为了落实矿山地质环境保护要求，为自然资源主管部门实施监管，本人对铜陵化工集团新桥矿业有限公司矿山主要地质环境问题、地质灾害、土地资源挖损及压占的发展趋势进行预测，采用半定量-定量方式对矿山地质环境影响及土地资源破坏程度进行预测评估。针对矿山主要地质环境问题、地质灾害及土地资源破坏程度及面积，提出切实可行的矿山地质环境保护措施。

1 研究区概况

1.1 研究区大地构造背景

新桥铜硫铁矿床是我国长江中下游成矿带铜陵矿集区内一个非常重要的矿床。经过众多地质工作者多年的研究，该矿床在岩体定年、成矿元素分带、成矿流体、控矿因素、成矿规律及找矿标志等方面均取得了丰硕的成果[1]，调查区区域地层区划属扬子地层区下扬子地层分区芜湖～安庆地层小区。丘陵基岩裸露，斜坡地、坳谷地表为第四系覆盖。基岩地层自老至新为志留系下统高家边组（S1g）～三叠系下统殷坑组（T1y）。基岩地层方案编制区基岩地层发育较全，自志留系中统坟头组至三叠系下统殷坑组均有分布。

1.2 研究区工程布置情况

目前矿山由采矿区（地下开采区、露天开采区）、西翼主副井工业场地、东翼主副井工业场地、青山风井、矶山风井、排土场、选铜厂、选铁厂、污水处理站、办公生活区、矿区运输道路、其它生产辅助设施等部分组成。

1.3 研究区地下水情况

1.3.1 地下水类型

松散岩类孔隙水，碳酸盐岩类岩溶裂隙水，.碎屑岩类裂隙水，岩浆岩类裂隙水。

1.3.2 断层破碎带水文地质特征

F1断层：全长近20km，向北西、南东延至与舒家店相邻的向斜中。在矿床范围内，向北东陡倾，倾角约75°，最大垂直断距近200m，为矿区最大正断层，切割了各含水岩组，破碎带宽15～20m，充填物主要为闪长玢岩。钻孔最大涌水量3.92l/s，单位涌水量0.285l/s·m，富水性中等，渗透系数0.632m/d，水质类型为HCO3－Ca型。断层上下盘栖霞组灰岩仍连接，具有一定的导水能力。

1.3.3 碳酸盐岩岩溶发育分布规律

茅口组（P1m）灰岩，形态以裂隙、溶洞为主，钻孔遇洞率66.6%，钻孔岩溶率6.33%，岩溶发育程度强～中等。

栖霞组（P1q）灰岩：形态以裂隙、溶洞为主，岩体四周、地下水活动剧烈地段，溶洞比较发育，远离岩体则减弱。钻孔遇洞率46.3%，岩溶率2.74%，岩溶发育程度强～中等。

黄龙船山组（C2+3）灰岩：系矿区主要的成矿层位，大部分交代成矿，致密坚硬，裂隙、溶洞均不发育。

2 矿区地质灾害预测

2.1 岩溶塌陷

开拓深度、范围加大，矿山排水量随之增加，水力梯度加大，降落漏斗将会进一步外扩。北东方向矿体直接充水顶板为栖霞组灰岩，北西方向矿体直接充水顶板为栖霞组灰岩，间接充水顶板为茅口组灰岩，由于孤峰组不能起到隔水作用，降落漏斗将扩展到茅口组灰岩中。预计排水漏斗将向北西向、北东向扩展，露天采场北部有龙潭组、大隆组隔水边界，降落漏斗将扩至隔水边界。根据经验关系，塌陷区半径与降落漏斗半径之比为0.29～0.97（《中国南方岩溶塌陷》）。目前塌陷集中在栖霞组灰岩分布区，随着降落漏斗的扩展，塌陷影响范围亦将超过现状分布范围。预测岩溶塌陷影响面积约35.3hm2，危险性中等。

2.2 露天采场滑坡

露天采场设计最高标高为+320m，最低-156m，台阶高度12m，最终将形成总长1500余米、最高达476m的高陡边坡。下盘边坡总体坡向305°，最终边坡角39～41°，台阶坡角47～50°。东翼井下开采后，设计回填至-106m，相对高差仍有426m。

2.2.1 整体边坡稳定性

露天采场边坡稳定性的主要影响因素有边坡构成要素（包括坡高、坡度）、构成边坡岩石的物理力学性质、岩体结构类型、断层构造、结构面组合关系（包括地层层面与坡面的组合关系、地层层面与岩石节理的组合关系、坡面与岩石节理、断层的组合关系），此外还与边坡自然风化作用、地震与振动、大气降水等因素相关。综合分析上述影响因素，对下盘边坡的稳定性做出评估。

（1）岩性

边坡主要由泥盆系五通组、石炭系高骊山组及第四系残坡积层组成。五通组、高骊山组主要为中厚层石英砂岩夹中薄层粉砂岩，中薄层互层状石英砂岩、粉砂岩夹粉砂质泥岩。

其中中薄层互层状石英砂岩、粉砂岩岩组，岩体强度相对较低，层理发育，风化裂隙较发育，具中薄层状结构，局部夹粉砂质泥岩等软弱层，层面顺坡向倾斜，倾角接近坡角。

（2）边坡结构面发育特征

主要结构面为顺层节理，且顺坡向外倾斜，是影响边坡稳定的不利因素。边坡总体坡向305°，最终边坡角39～41°。顺层节理产状300～340∠35～45°。结构面（顺层节理）与边坡的走向、倾向均相同，倾角与坡角接近，结构面投影弧和边坡投影弧接近，总体基本稳定，局部边坡较不稳定。

（3）地震与震动

地震：本区属弱震区，区域稳定性较好，对边坡稳定影响小。

爆破震动：间接受露天和地下开采爆破振动影响。爆破震动使岩体产生直接破坏，或增加岩体的破碎度或裂隙的张开度，而且爆破震动的动荷载作用可以使岩体的剪应力和拉应力增加，导致局部边坡稳定性降低。

（4）大气降水

地表水下渗淋滤使边坡岩体强度减弱，加快风化速度，软化甚至泥化层面和软弱夹层，降低结构面强度，而且地表水的渗透压力可导致下滑力增大，抗滑力减小，不利于边坡稳定。

2.2.2 稳定性评估

根据上述露天采场边坡稳定性分析及有关科研机构边坡稳定性研究结论，露天采场整体边坡属基本稳定。由于露天采场底板边坡基岩地层含中薄层石英砂岩、粉砂岩夹薄层粉砂质泥岩，岩层顺坡向产出，岩层倾角接近坡角，局部小于坡角，局部区域具备潜在平面滑动条件。其部分区域，断层构造较发育，存在较大隐患。在暴雨、长期风化、爆破等因素作用下，可能产生滑坡。

2.3 采空塌陷

2.3.1 露天采场下采空区稳定性分析

通过理论计算和数值模拟分析，东翼井下开采过程中将采空区跨度控制在40m以内，露天采坑底采用24m厚不浇筑钢筋砼的原岩顶柱，采用上向水平分层充填采矿法，安全系数（K）1.2，采空区为基本稳定。采空区跨度和原岩顶柱厚度相同时，在露天采坑底浇筑1m钢筋砼的复合境界顶柱，受力更加均匀，最大拉应力较原岩境界顶柱中的最大拉应力小，拉应力安全系数提高0.1～0.4，相同跨度下所需的原岩顶柱厚度可以更小

2.3.2 采空塌陷预测评估

采空塌陷主要影响因素分析。采空塌陷的主要影响因素包括矿层赋存条件、开采条件、围岩工程地质条件、地质构造、地下水等。

设计开采段顶盘为栖霞组灰岩，底盘为高骊山组砂页岩，均较稳定，设计采用不崩落顶板的胶结充填采矿方法，采空区地表整体上稳定性较好。但由于岩层构造整体破坏和充填料固结沉降等原因，充填后的采空区仍可能出现地压活动，加之爆破震动、地下水、大气降水等因素作用，可能引起采场上部及周围岩体局部移动或下沉，但采空区顶板变形量小。

即使按照具有大变形特点的煤矿经验计算，地表倾斜、曲率及水平变形最大值也仅分别为1.440mm/m、0.013×10-3/m和0.503mm/m。地表变形值皆未超过最高保护等级Ⅰ级的允许变形值（i=2.5 mm/m，K=0.05×10-3/m，ε=1.5mm/m），根据国内外地下矿山开采经验，东翼井下开采范围内需保护地段的地表铁（公）路、建（构）筑物处于安全状态，不会受到地表变形的影响。

综上所述，根据国内外充填矿山经验和新桥矿具体开采技术条件，东翼井下开采不会引发危及铁路、民居等地面建（构）筑物稳定性的移动和变形。

2.4 矿区含水层破坏预测

随着开拓深度、范围加大，矿山排水量随之增加，水力梯度加大，降落漏斗将会进一步外扩。北东方向矿体直接充水顶板为栖霞组灰岩，北西方向矿体直接充水顶板为栖霞组灰岩，间接充水顶板为茅口组灰岩，由于孤峰组不能起到隔水作用，降落漏斗将扩展到茅口组灰岩中。预计排水漏斗将向北西向、北东向扩展，露天采场北部有龙潭组、大隆组隔水边界，降落漏斗将扩至隔水边界。

矿区地形地貌景观（地质遗迹、人文景观）破坏现状分析与预测矿山属生产矿山，目前露天采矿即将全部转为地下开采，矿山生产的各种设施基本完善，地面无建构筑物的工程活动，排土场设计库容能满足矿山生产至闭坑，矿山开采过程中及时对采空区利用尾砂进行了充填，因采空形成采空塌陷的可能性小，矿业活动对地形地貌景观的破坏程度不会增加且范围不会扩大。因此预测评估与现状评估结论一致[2]。

2.5 矿区水土环境污染现状分析与预测

2.5.1 土壤环境质量

排土场下伏基岩为志留系、泥盆系粉砂岩和石英砂岩，裂隙不发育，为渗透性极差的隔水层，淋溶水下渗补给地下水含水层的量可忽略不计，不致污染下游地下水。降雨时产生淋溶水汇集于沟谷，转为地表径流，排土场下游设有污水调节库拦蓄废水，污水调节库调洪按50年一遇洪水计算洪峰流量14.03m3/s，调节库蓄水能力75.3×103m3，另外加上排土堆石体内空隙蓄水能力19.4×103m3，大于设计日洪水总量89.9×103m3。经调洪演算满足排土场区泄洪能力要求。因此，排土场一般不会发生雨洪溢流，即发生雨洪溢流污染土壤可能性小。污水调节库及拦污坝用高密度聚乙烯（HDPE）进行防渗处理，库内废水通过管道送污水处理站处理。因此，淋溶水对排土场外围土壤影响较轻。

2.5.2 水环境

矿区地质环境条件不会发生较大变化。正常情况下井下涌水及采、选矿废水泵送至污水处理站集中处理，达标排放。根据现状评估结果类比分析，对矿区地表水、地下水环境影响较严重。

排土场淋溶水对场区水环境影响较严重，正常情况下污水调节库废水泵送至污水处理站集中处理，不会出现大量酸性淋溶水外泄，对外围地表水、地下水环境影响较轻。

矿业活动对矿区地表水资源影响较严重，对地下水资源影响严重，对水环境影响较严重。