武山铜矿云池口尾矿库岩溶塌陷分析

　　概述：对岩性构造，地下水，岩溶塌陷的成因进行了分析，在第四系松散堆积物中形成的空洞，经过地下水渗透及强径流作用不断发展扩大，地下水位下降而使地面失去了浮托作用，最终导致塌陷产生。通过对岩溶塌陷成因的研究，达到了认识和预报岩溶塌陷的效果。

　　关键词：尾矿库,疏干排水,岩溶,岩溶塌陷

　　一、概况

　　武山铜矿云池口尾矿库位于江西省瑞昌市白杨镇云池口村，东面为赤湖，水路交通便利，地理位置较为优越。库区北东方向为赤湖是与库区关系最为密切的地表水体。区域气候温暖，日照充足，雨量充沛，属亚热带潮湿气候区。年平均降雨量为1643.05mm，每年的3-5月为梅雨季节，年平均气温为17.58 oC。地势北高南低、西高东低，山岭走向与北东东向构造线一致。

　　云池口尾矿库设计的全库容大于2000万m3，由三个初期坝、五个副坝、连接井、排水斜槽及排水箱涵等工程组成，所有坝体高度均不超过50m。武山铜矿云池口尾矿库的等别为三等库。

　　1、库区地层岩性

　　武山铜矿尾矿库区地层，从上到下主要有：第四系耕土、人工填土层、砾砂、粉质粘土、粘土、粉质粘土、淤泥质土;二叠系下统茅口阶灰岩、二叠系下统栖霞阶灰岩;石炭系中统黄龙阶灰岩;泥盆系上统五通组砂岩;志留系上统纱帽组砂岩;燕山期花岗闪长斑岩。

　　2、库区褶皱构造

　　武山铜矿尾矿库区褶皱由北而南依次有界首——大桥背斜、横立山——黄桥向斜、大冲——丁家山背斜，褶皱线由西至东，由北东东逐渐转至北东。库区内断层主要为北东向，裂隙构造很发育。

　　二、地下含水层及水化学类型

　　1 第四系孔隙水

　　尾矿库库区第四系松散堆积物分布广泛，孔隙水含水层主要为砾砂层，夹较多碎石且结构松散，主要为孔隙潜水和上层滞水，水量不大，补给来源主要为大气降水，水位随季节性变化而变化。

　　2 基岩风化裂隙水

　　主要赋存于中风化岩的风化裂隙之中，埋深和厚度很不稳定，含水层无明确界限，其透水性主要取决于岩石裂隙发育程度、岩石风化程度和含泥量。风化程度越高、裂隙充填程度越大，渗透系数则越低。

　　3 岩溶水

　　在尾矿库区内普遍存在，岩层赋水程度随岩溶发育程度而变，主要分布于茅口阶灰岩含水层、栖霞阶灰岩含水层和黄龙阶灰岩含水层中。岩溶地下水在断层带附近富水性强。

　　4 断裂承压水

　　赋存在基岩的构造断裂破碎带之中，其空间形态主要受断裂及其破碎带控制，大多呈高倾角脉状，具有承压性质。在天然状态下，断裂含水带主要接受基岩风化裂隙水和第四系孔隙水的越流补给。

　　5地下水化学类型

　　按水文地球化学分类法，地下水化学类型划分为三种： SO4-C1-Fe型的高矿化水、SO4-HCO3-Ca-Mg型的低矿化水和HCO3-SO4-Ca-Mg型的淡水。

　　(1)SO4-C1-Fe型的高矿化水

　　纱帽组矿坑水属SO4-C1-Fe型的高矿化水，其中游离CO2几乎不存在，PH值3.1，为酸性水，溶解性总固体含量极高，矿化度高达15.8 g/L，主要离子为SO42-、C1-、Fe3+和Fe2+。

　　(2)SO4-HCO3-Ca-Mg型的低矿化水

　　五通组黄龙组矿坑水属SO4-HCO3-Ca-Mg型的低矿化水，游离CO2含量高，PH值分别为6.9和6.8，为中性水，溶解性总固体含量较高，矿化度分别为2.3 g/L和1.6 g/L，主要离子为SO42-、HCO3-、Ca2+和Mg2+。

　　(3)HCO3-SO4-Ca-Mg型的淡水，

　　茅口组大冶组矿坑水属HCO3-SO4-Ca-Mg型的淡水，游离CO2介于以上两者之间，PH值7.6和7.8，为弱碱性水，其溶解性总固体含量不高，矿化度很低，分别为0.5 g/L 和0.6g/L，主要离子为HCO3-、SO42-、Ca2+和Mg2+。

　　三、 岩溶发育原因分析

　　1岩性组成原因，基岩主要为灰岩，夹有较多方解石脉或较多石英脉的灰岩其碳酸钙含量较高，SO4-C1-Fe型的高矿化度、酸性水对灰岩溶蚀作用强烈，利于岩溶发育;

　　2 断裂构造的原因，库区两条控制性断层对灰岩的破坏强烈，灰岩岩体节理裂隙发育且溶隙多具较好的连通性，在库区自然状态及后期的矿山强烈疏干地下水强径流影响下，导致裂隙溶蚀作用强烈。在断层破碎带交汇处及断层的上盘岩溶发育，岩溶塌陷绝大多数分布在断裂破碎带上。

　　3灰岩与砂岩接触带，渗流岩性的强弱分明形成局部岩溶发育带。

　　4岩溶塌陷的机理

　　库区现有岩溶塌陷点位于断裂破碎带及矿坑疏干排水的强径流区。由于矿床疏干排水，库区现有赤湖水的持续补给，地下水常年处于强径流状态，原有的溶蚀裂隙在动水溶蚀作用下形成溶洞，随着地下水水位在不同季节的升降，溶洞在该过程中伴随着潜蚀作用、崩解作用及真空吸蚀作用，在第四系松散堆积物中形成空洞，并使已有空洞向上不断发展，地下水位下降而使地面失去了浮托作用，最终导致塌陷产生。

　　5 岩溶塌陷的发展趋势

　　库区岩溶塌陷点均位于断裂破碎带和入渗强径流区，塌陷主因为矿坑疏干排水。矿山的生产需用尾矿库回水进行选矿作业，尾矿库运行后，尾矿砂及回水致使地下水位抬升，未来矿坑疏干水将主要来源于回水的入渗，回水由上往下入渗，进一步加强了淋滤作用，同时岩溶范围及规模将进一步扩大，进而加强了潜蚀作用。这些作用的加强将增大了产生岩溶塌陷的可能性。总之，库区岩溶塌陷可能将主要发育于入渗强径流区。岩溶塌陷强度与规模将逐步增大，地下水位将高于赤湖，强化了由上往下的潜蚀作用。

　　四、地下水水力坡度、渗透速度与岩溶塌陷的关系

　　地下水的水力坡度，渗透速度在水与岩体的作用过程中表现尤为明显，矿坑疏干过程中，只有渗透速度与水力坡度达到一定的程度才能发生潜蚀作用。地下水径流过程中对岩体产生的渗透压力均与渗透速度、水力坡度相关，同时可以加剧潜蚀作用的进行，更容易诱发岩溶塌陷。

　　渗透速度与水力坡度具有正相关关系，水力坡度大，渗透速度也大。随着疏干漏斗向外扩展，尤其是地下水产生潜蚀作用时渗透系数一般会增大。这不仅与松散堆积物的粒径有关，还与土的结构构造相关。

　　五、地下水位变化与岩溶塌陷关系

　　矿床疏干过程中，含水层的地下水储量不断消耗，地下水位逐年下降。当地下水位下降到一定程度时，一般在第四系底板以下或左右，是岩溶塌陷产生的必要条件。

　　尾矿库区的岩溶塌陷均是地下水位在矿坑突水后骤然下降，因此而引起含水层的地下水位下降，并伴随潜蚀作用的进行是武山铜矿岩溶塌陷产生的主要条件。

　　通过对产生岩溶塌陷的地下水动力条件的研究，可以把地下水位变化情况，地下水渗透速度，水力坡度作为判断岩溶塌陷的地下水水动力的边界条件。

　　六、结论与建议

　　1、根据武山铜矿的岩溶塌陷分布、成因、发展规律，下步应着重沿矿区疏干排水降落漏斗范围，特别是沿构造发育方向展开调查工作，辅助开展物化探方法，适当布置勘察钻孔揭露验证。

　　2、建议对可能存在岩溶塌陷埋深小于8m区域考虑采用强夯法处理，对于埋深大于8m的区域建议采用灌注法进行充填，避免塌陷重复发生。

　　3、继续监测库区的地下水水位并适当补充观测钻孔数量，以便进一步详细监测库区地下水降落漏斗发展情况。尽快开展深部水文地质调查：具体内容包括对矿山所有坑道中的所有溶洞裂隙、破碎带及出水点进行系统全面测量，并适当补充深部物探、大深度钻孔，主要探明深部地层的构造裂隙、岩溶、水文地质参数等资料。

　　参考文献：

　　1.《工程地质手册》(第四版，工程地质手册编委会2007);

　　2.《水文地质手册》(2005年出版);

　　3.余业雄、欧阳振华《地下水位下降引起地表塌陷的作用机理研究》，露天采矿技术，2005.3;

　　4.邓学成、《岩溶区抽水引起地表塌陷问题的分析[J]》， 江西水利科技，1996.2;

　　5.陈国亮、陈裕昌《岩溶地面塌陷成因机制、预测和整治研究[J]》，地质灾害治理, 1990. 1。

《武山铜矿云池口尾矿库岩溶塌陷分析》

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