广西大新锰矿井下工程与工业园场地的稳定性关系

第１期　刘文安等：广西大新锰矿井下工程与工业园场地的稳定性关系　广西大新锰矿井下工程与工业园场地的稳定性关系　刘文安，邓贵元　（中信大锰矿业有限责任公司大新分公司，广西大新５３２３１５）　摘要：通过区域地形描述，结合区域地质构造，分析、推断区域工程地质和水文地质条件情况，利用　物探、钻探资料和地下工程资料分析区域地质条件进行，确定地下工程对地面构筑物存在的影响，　并提出相应的预防处理措施，确保地表、地下工程的安全。　关键词：工程地质；水文地质；井下工程；稳定性　中图分类号：ＴＤ２６—９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—４３３６（２０１１）０Ｚ一００３７—０３　象，综上可推测，此区域曾经历过较为频繁或较为强　烈的地质构造运动，使得岩层内部的构造、结构变得　加复杂。　１场地区域地形和地貌　场地地貌单元属峰林地形，位于槽形岩溶盆地　的东端，盆地呈条带形状，地形较为平缓，两侧山峰　陡峭尖挺，近似东西走向的山脉。盆地内地形标高　３１６．６—３２２　ｍ，两侧山峰标高５７６～６８４　ｍ，山坡陡　峭。山坡地面植被以灌木为主。盆地内已建厂房　（包括一氧化锰厂、硫酸锰二厂、金属锰二车间、新３　万ｔ／ａ金属锰厂和ＥＭＤ示范厂）；盆地北为矿运公　路，坡上为厂房（硫酸锰一厂、金属锰老厂和旧渣　库），后山有一溶洞泉眼，常年流水，但受季节性影响　大，南北流向汇集布康溪；盆地南坡上为硫酸厂，在　建的东进风、东回风井工程。布康溪近东西向南偏　听偏流穿盆地，经东南端地表最低溶蚀基准面转入　地下河，标高约３１０　ｍ。　２场地区域的地质构造　该区位于大区域向斜构造的南翼，为走向近东　图１构造　西的断层谷地盆地，岩层的小褶皱发育，扭曲变形强　烈。从区域地质构造图知，有６条较大的断层在此　场地范围内起作用（图１），分别是：Ｆ６０在场地西面，　３场地区域的地层分布及描述　根据《中信大锰公司大新分公司３万ｔ／ａ电解　金属锰岩土工程详细勘察报告》…、《大新锰矿深部　近南北走向，与Ｆ５１相交于场地东南角；Ｆ５９在场地略　偏东，近南北走向，与Ｆｓｚ相交于场地稍偏北，几乎与　Ｆ５ｌ相交于场地稍偏南；Ｆ５２东西走向，位于场地稍偏　开采胶带斜面井岩土工程详细勘察报告》【２　Ｊ、《大新　锰矿２８０平峒及胶带斜井物探勘察报告》［　、胶带斜　面井施工地质编录资料、下雷锰矿区南部矿段第０　北面；Ｆ５ｌ、Ｆ５ｏ均位于场地稍偏南边沿上；Ｆｌ位于南　面，区域内最大的断层，近东西走向，几乎穿越整个　南翼矿区。在区域的东、南、北面都有岩层倒转现　收稿日期：２０１０—０８—２２　线地质及资储量估算剖面图等资料，进行地质分层　和描述。　作者简介：刘文安（１９７４一），男，广西容县人，工程师，工区主任，研究方向：岩土工程处理，Ｅ—ｍａｉｌ：１ｗａ＠ｃｉｔｉｅ－　ｄａｍｅｎｇ．ＣＯＩＩＩ．　３８　中国锰业　第２９卷　Ｉ）素填土（Ｑ　）：灰褐色、黄褐色等，主要成分　为粘性土，含有较多片石、碎石、砾石等，稍湿一湿，　孔隙大，具高压缩性，厚度ｏ．２～８．１Ｏ　ｍ。　２）粉质粘土：灰白、灰褐色，硬塑状态，无摇震　反应，光滑光泽，中等干强度，中等韧性，粘性强。局　部含水量角砾。层厚ｏ．５～８．２　ｍ，局部分布。属中　等压缩性土。　３）含粘土角砾：灰褐、灰黑、黑色，含有约２０％　～３０％的硬塑粘土。角砾主要成分是硅质岩，强一　中等风化，粒径０．２～２．０　ｃｍ。磨圆度较差，多呈梭　角关，分选性差。稍湿，中密状态。厚度０．８～７．８　ｍ，　局部分布，属中等压缩性土。　４）粉质粘土：灰白、灰褐、灰黑、黄褐色，可塑一　软塑状态，局部混角砾、粘土或粉土，无摇震反应，光　滑光泽，中等干强度，中等韧性。层厚０．５～１０．３　ｍ，局部分布。属高压缩性土。　５）含粘土碎石：灰褐、灰黑、黑色，碎石主要成　分是硅质岩，中等风化，粒径２．０～６．０　ｍ。呈梭角　关，分选性差。稍湿，中密一密实状态。下部碎石较　多，层理明显，强度较高。钻探钻入０．４～２０．９　ｌｑｑ未　揭穿该层。全场均有分布。属中等一低压缩性土。　６）硅质灰岩（　１）：深灰色、灰黑色，中厚层状　构造。岩石节理、裂隙发育中等，有方解石脉充填。　岩芯较完整，岩芯多呈长柱状，部分短柱状，属坚硬　岩石。胶带斜井勘察中钻孔２号、３号、４号、５号、６　号均有揭露，层顶埋深８．１０　４２．４０　ｍ。　７）泥岩夹硅质岩（Ｄ　１）：深灰色、灰黑色，泥质　结构，薄层一中厚层状构造。岩石节理裂隙发育，岩　层破碎，风化强烈，风化后成土状构造，局部有硅质　岩夹层。属极软岩。胶带斜井勘察中钻孔２号、６　号有揭露，厚度５．２０～３２．４０　ＩＩ１。　８）硅质岩（Ｄ　１）：灰色、深灰色、灰黑色，薄层状　构造。岩石节理、裂隙发育，岩层破碎，风化强烈，风　化后成为密实的碎石土，硅质岩层理发育，泥岩为微　层夹于硅质岩间。属较软岩。胶带斜井勘察中钻孔　０号、７号有揭露，深度ｌ０．００～２０８．２０　Ｉｒｌ。　另外，根据《下雷锰矿区南部矿段第０线地质及　资储量估算剖面图》可知，场地区域下伏岩层为下炭　系大塘阶（Ｃ　ｄ）白云质灰岩和灰岩、岩关阶（Ｃ１Ｙ）　灰岩。　４场地区域岩溶发育及水文地质情况　根据收集的区域地质资料、实地调查、钻孔揭　露、物探资料显示，岩溶发育主要在石炭系（Ｃ，ｄ、　ｃ　ｙ）、泥盆系上统榴江组（Ｄ　１）硅质灰岩及泥盆系中　统东岗岭组（Ｄ２ｄ）灰岩，岩溶发育形式以溶洞、地下　河、溶沟、落水洞等为主。场地东南端有地下河人口　出现，金属锰旧厂后山有泉眼出现，胶带斜井钻孔勘　探和２８０平峒物探均存在溶洞、破裂带。这些是溶　洞发育的很好证明。　根据已有资料显示，场地区域内没有有关水文　地质勘察的详细资料，现有资料都是根据矿区大区　域的资料推断得来，这显然存在极大的偏差。此区　域主要存在地表水（布康溪）、松散岩层孑Ｌ隙水、岩溶　溶洞裂隙水、基岩裂隙水、岩层的层间水等，场地区　域内的地下水正常稳定水位的标高约３　１６　ｍ。从目　前地下工程揭露资料分析，几种形式存在的水有着　密切水力联系。　５场地稳定性浅析　１）场地位于布康溪转入地下河之前的最下游，　地处槽形条状盆地，属冲积地形，从对场地进行的钻　孔资料得到进一步的验证：盆地处于北面地势土层　（基岩以上）的底面标高比处于南面相应土层相应层　面的标高高出很多，西面与东面的关系同前述。这　是河流冲刷沉积的结果。土层厚度、成分的粒度极　不均匀，由土力学性质可知，土层厚度、成分相差越　大，同样受力条件下其变形（沉降或压缩）程度也就　差异越大ｌ＿４　Ｊ。由于此层含的是孔隙水，其静水压力　和排泄水能力也不一样，造成不均匀沉降。　２）从地质学角度来讲“逢沟必断”，堑沟在此场　地的东南侧存在，说明有断层存在，褶皱与断层密不　可分，断层与派生的褶皱共同作用，使得该区域岩层　破碎、弱化，形成断裂带和溶洞。５条断层在该区域　内，岩层倒转，地下河存在，说明局部岩层破碎、弱　化，受溶蚀的结果。断层的存在，在隔水层内部在某　一特定位置形成地下水通道，失去其隔水实际作用，　含水层间的水力联系就自然而然形成。　３）根据２８０平峒物探资料显示，ＷＴ１线１　０５０　～１　４２０　ｍ问（在新３万ｔ／ａ金属锰厂场地南面），标　高约２６５～３１３　ｉｎ层间，充填溶洞、裂隙发育、破碎、　节理、层理发育占长度比例达４５％；ＷＴ３线３３５～　８００　Ｉｌｌ间（胶带斜井路线，通过新３万ｔ／ａ金属锰场　地），标高约２５９—２６９，２９２～２９９，３００—３２９　ｍ层间，　充填溶洞、裂隙发育、破碎、节理、层理发育占长度比　例达１７％；ｗＴ６线５０～２００　ｍ间，标高约２６２～３０９　ｒｎ　第１期　刘文安等：广西大新锰矿井下工程与工业园场地的稳定性关系　３９　层间，充填溶洞、裂隙发育、破碎、节理、层理发育占　大小及充填情况有着密切的关系。　长度比例达５２％；ＷＴ７线５０～２００　ｍ间，标高约　２６０　３１９　ｍ层问，充填溶洞、裂隙发育、破碎、节理、　层理发育占长度比例达６２％。胶带斜井勘察资料　也描述有溶洞（３号、５号钻孔）和岩层裂隙、节理发　６结语　鉴于厂房已存在，地下开采也必须进行，天然地　基沉降不可避免，可通过人为措施适度改良，有如下　建议。　育。胶带斜井施工地质编录资料描述１９２～３２０　ｍ　段（２号～３号钻孔间）局部小型褶皱，岩层、节理、裂　１）由于场地区域的工程地质和水文地质条件　不清楚，应加紧对场地区域地质资料进行补充勘察。　２）由于厂区构筑物是浅基础，持力层受地下水　水位变化影响大，场地地基勘察资料显示，要进行地　基岩土工程处理、加固。注浆（井筒掘进超前注浆或　地表钻孔对地基注浆）是处理此类地基最好办法，可　隙中等发育，局部地段有淋水、滴水现象。溶洞、裂　隙发育、破碎、节理、层理发育加大了地下水水力联　系的可能。　４）场地区域位于向斜构造的南翼，地下水的正　常流向是沿岩层层面向轴心方向流动。　５）由于原厂区场地范围没有进行地基勘察或　勘察钻孔深度没达到、超过基岩层面，不清楚基岩实　际埋深，对基岩以下岩层（岩石）的完整性不能作出　正确判断，参照周围同类条件来推断：溶洞、裂隙、破　碎、节理发育情况也会存在。了解到的地下水位是　人为排泄地下水，尤其是非基岩层以上的潜水，注浆　同时起到加密土层的作用，减少岩层变形量【引。　３）为了不改变原地下开采设计的主系统布局，　认为继续按胶带斜井掘进，因为不管是另择地点施　工竖井，还是施工斜坡道（正常情况只是作为设备的　进出用途），最终采矿工艺阶段还是要疏干某一标高　以上岩层内地下水，这样就不可避免造成地表下陷。　孑Ｌ隙水潜水水位，与溶洞、裂隙水、基岩层间水的水　力联系不清。　综合上述分析：场地区域内以各种形式存在地　下水之间的水力联系极为密切。地下矿床的开采必　然要对地下水进行疏干，在排泄地下水过程中，由于　地下水静水压力和动水压力共同作用，原本已被充　４）区域水文观测孑Ｌ是必须的，有必要提前进行。　５）场地区域的补充勘察报告，必须说明井下工　程对地表构筑物可能造成影响程度。　参考文献：　［Ｉ］　广西冶金工业设计研究院．中信大锰公司大新分公司３万ｔ／ａ　电解金属锰岩土工程详细勘察报告［Ｒ］．南宁：广西冶金工业　设计研究院，２００６．　［２　３徐初来．大新锰矿深部开采胶带斜面井岩土工程详细勘察报　告［Ｒ］．南宁：广西有色勘察设计研究院，２００７．　［３］南宁地矿地质工程勘察院．大新锰矿２８０平峒及胶带斜井物　探勘察报告［Ｒ］．南宁：南宁地矿地质工程勘察院，２００８．　填隔水的裂隙会被疏通，重新形成地下水径流的通　道，在地下水补给量小于排泄量时，某一标高以上的　岩层内水压力变小，继而地下水对上层岩层的浮力　变小，岩层就会失去原有平衡状态，这时岩层通过应　力释放重新达到新的平衡状态，形成岩层变形、沉　降、破坏、塌陷。对于溶洞的泄水，由于虹吸作用，会　加大对溶洞顶板的破坏能力，所以对于溶洞顶板厚　度不足、岩层愈破裂其被破坏程度愈严重。地基受　破坏程度与地层不均匀程度、地下水赋存形式、溶洞　［４］张喜发．岩土工程勘察与评价［Ｍ］．长春：吉林科学技术出版　社，１９９５．　［５］ＧＢ５００２１—２００１，岩土工程勘察规范［ｓ］．　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｐｉｔ　ａｎｄ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ａｒｅａ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｄａｘｉｎ　Ｍａｎｇａｎｅｓｅ　Ｍｉｎｅ　ＬＩＵ　Ｗｅｎ—ａｎ，ＤＥＮＧ　Ｇｕｉ—ｙｕａｎ　（ＣＩＴＩＣ　Ｄａｍｅｎｇ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｄａｘｉｎ，Ｇｕａｎｇｓｉ　５３２３１５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｉｎ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｔｅｒｒａｉｎ，ｈａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｉｎｆｅｒｒｅｄ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｈａｓ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｂｏｕｔ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎ—　ｄｉｔｉｏｎｓ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｄ，ｉｔ　ｔａｌｋｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｎ　ｇｒｏｕｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｔｈａｔ　ｗｉｌｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｂｒｉｎｇ　ａｂｏｕｔ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ；Ｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙ；Ｕ　ｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ