广西武宣盘龙铅锌矿矿区环境水文地质问题分析及防治对策

广西武宣盘龙铅锌矿矿区环境水文地质问题分析及防治对策作者：邓忠李珊李彩华唐勇臣来源：《城市地质》2021年第04期关键词：环境水文地质问题;矿坑排水;岩溶地面塌陷;防治对策岩溶地面塌陷、区域地下水位下降、采空区地面塌（沉）陷、矿坑突水等是岩溶区矿山在开采过程中产生的主要环境水文地质问题（罗小杰等，2018;张寿越等，1988）。

据统计，广西14个市109个县（区）的4745座矿山中，有368座矿山因矿业活动引发了地面塌陷、地面沉降、地裂缝和矿山突水灾害，占调查矿山总数的7.76%（袁道先，2014）。

全区共有21座矿山发生过38次矿坑突水灾害现象（广西壮族自治区桂林水文地质勘察院，2010），据近几年来的数据统计，广西曾登记开采和现登记开采矿山总数为9538座，登记开采面积共3960 km2。

矿山地质环境问题轻微的矿山共3385座，存在较严重矿山地质环境问题的矿山共1983座，破坏面积共124.72 km2，截至2017年底，矿山生态环境调查过程中发现崩塌、滑坡地质灾害隐患261处，泥石流隐患22处，18座矿山存在地面塌陷、地面沉陷地质灾害隐患。

广西盘龙矿矿区内，崩山矿与大岭矿在不同时间、空间先后开采，前期2座矿山开采曾引发矿井所在主采区段浅层水源疏干、岩溶地面塌陷等环境地质问题（广西水文地质工程地质勘察院，2015）。

为探明矿山开采工程活动对矿山环境地质问题的影响程度，本文分别从矿区地层岩性分布、地质构造条件、岩溶发育特征、水文地质特征、矿山开采工程活动特征、矿坑抽排地下水等方面综合分析，揭示盘龙矿区存在的主要环境水文地质问题，并结合开采工程活动提出帷幕灌浆、回填灌浆加固、充填采空区、加强地面变形监测、先探水再掘进等防治措施与对策，为矿山有序开采及安全经济高效运行、矿床疏干排水方案及矿山深部开采设计提供科学依据。

1矿区概况1.1自然地理条件矿区位于广西来宾市武宣县城南东12km的桐岭镇盘龙村—湾龙村一带，有公路直通县城，来宾至桂平高速公路在矿区东部边缘经过，黔江从矿区东北侧穿流而过，交通条件便利。

区内属亚热带温湿气候区，气候温暖、潮湿、雨量充沛，多年平均气温21.1℃，多年平均降雨量1124.1mm。

区内有2条常年性河流，黔江和武来河。

黔江是区域地下水最低侵蝕基准面，多年平均流量4240m3·s-1，最大平均流量25500 m3·s-1，最小平均流量851m3·s-1，历年最高洪水水位64.70m，洪水警戒线55m，最低32.59m，多年平均水位变幅22.06m，枯水期水位标高32.25m，建矿以来最高水位标高为59.5m。

武来河为黔江一级支流，发育于矿区北侧岩溶槽谷区，属常年性河流，为桐岭谷地地表水、地下水的排泄场所，是区域次一级侵蚀基准面。

1.2矿区开采基本特征大岭矿段是武宣盘龙矿区的主要矿段，目前浅部采选3000t项目主要开采标高-70～-320m，已建成了完善的中段运输系统、排水系统、通风系统以及供水、供电系统。

矿区规划向深部采矿，将继续进行改扩建，由日采选铅锌矿3000t扩建到6000t。

开采方式：地下竖井开采。

开采水平划分：开采标高-380～-1100m。

1.3地层岩性及地质构造矿区地层主要由第四系及泥盆系组成。

第四系（Q）主要为残坡积层，广泛覆盖于基岩之上，厚度各地不一。

泥盆系主要有上统融县组（D3r）灰岩夹白云岩，中统东岗岭组（D2d下段灰岩、白云岩互层，上段硅质岩、泥灰岩，下统大乐组（D1d）泥灰岩，下统官桥组（D1g）白云岩夹灰岩，下统二塘组（D1e）泥灰岩、灰岩夹钙质泥岩、页岩互层。

矿区内经广西运动褶皱成为近EW-NE轴向的紧密线状复式褶皱，断裂构造以NE向和近SN向为主，次为NW向和近EW向。

矿区内共有5条比较明显的断裂构造（图1）。

F1为逆断层，断层带裂隙发育，少量褐黄色铁质、泥质充填，富水性中等，属北面桐岭地下水系统;F3为区域较大断裂，断层带相对隔水;F5为逆断层，富水性差，3条断裂构造对盘龙矿区矿井涌水影响较弱。

F2为平移断层，总体弱透水，但局部裂隙导水，构成西部向矿区充水途径，有较大影响;F4为逆断层，断层面及影响带以风化碎屑及泥质充填胶结为主，弱透水，对矿区充水有一定影响。

1.4岩溶发育特征据盘龙矿区内的勘探钻孔和野外调查资料，矿区岩溶的形成特征主要有岩溶洼地、溶潭、消水洞、溶洞、溶蚀裂隙和溶孔、地下河等（康彦仁等，1990）;大岭矿区内的钻孔遇洞率达30.10%。

（1）地表岩溶发育程度与分区依据地表岩溶发育密度、线岩溶率、遇洞隙率、单位涌水量等指标进行岩溶发育等级划分，矿区地表岩溶可划分为岩溶强发育、中等发育和弱发育3个区：岩溶强发育区主要位于盘古—崩山矿一带，岩性以上伦组上段（D1sl2）白云岩夹白云质灰岩和灰岩为主。

岩溶中等发育区主要由D2d1、Dig、D1sl2等白云岩、灰岩夹生物碎屑灰岩、白云质灰岩组成。

岩溶弱发育区呈条带状分布，以泥质灰岩夹灰岩和白云岩、泥质灰岩与泥质灰岩互层等岩层组成。

（2）岩溶垂向发育分带据矿区水文地质详细勘查成果，物探解译结果与钻探及巷道揭露结果基本相吻合，矿区地下岩溶顺岩层发育，具有随深度增大而减弱的变化特征（广西水文地质工程地质勘察院，2015）。

依次划分为3个带：-120m高程以上为岩溶中等发育带，-120～-500 m高程为岩溶弱发育带，-500m高程以下为岩溶微发育带（表1）。

1.5矿区地下水补径排特征（1）浅部岩溶水补给径流排泄条件矿区地处残丘岩溶平原向丘陵区过渡地带，降雨入渗补给是矿区地下水的主要来源，其次为黔江河水侧向补给。

东部黔江河床底标高25m，矿山开采前天然地下水位标高约为50m，矿区地下水多沿层面渗流或网络裂隙渗流运移，自西南向北东径流，排泄于黔江（图1）。

在矿区西部，盘古村谷地、北部峰丛谷地武来河两岸以小泉排泄为主，泉水溢出后，向就近谷地低洼地、六沙沟或北面武来河汇集，最后向黔江排泄。

由于矿山傍河开采，在矿山多年开采强排地下水条件下，地下水位大幅下降，当疏干降落漏斗扩至黔江，则出现东部黔江常年反补给矿区地下水;西部由于F2平移断层的推移作用，使西部的含水层与其东部各含水层相互接触，使得矿区西部盘龙村至崩山矿区的地下水与矿区地下水有一定的水力联系，形成西部地下水的侧向补给。

区域地下水主要接受降水补给，补给条件较好，地下水沿层面裂隙、主干构造线向东径流排泄于黔江，在中部桐岭一带北西向横张断裂切割岩层破碎，较好地得到北部地下水补给，在灰岩与白云岩接触带形成较多泉水，就近向武来河排泄，武来河是桐岭地块下水次一级侵蚀基准面。

（2）深部岩溶水补给与循环条件未来深部采矿标高达-380～-1100 m，深部地下水主要补给源仍然为降雨和东部黔江反补给以及西部崩山矿子系统通过F2断层弱透边界裂隙径流补给。

采区补给地下水随深度增加岩溶发育渐弱，下渗补给量变小，补给强度降低。

深部岩溶水循环交替受构造与岩溶发育程度控制（何宇彬等，1997），矿区深部矿体与围岩蚀变带未见强溶蚀裂隙带，弱富水。

依岩溶及地下水循环交替的强烈程度，地下水循环交替强弱自上而下划分为2个带（图2）：-120m高程以上为地下水水平径流带，中等岩溶发育，接受包气带层入渗补给，季节性降水或黔江水位变幅补给较敏感，地下水循环交替积极;-120m 高程以下属于深部缓流带，岩溶弱发育，表现为缓慢水流交替或水流交替停滞，以微裂隙渗流呈微弱一弱循环交替状态。

2矿区主要环境水文地质问题2.1矿区人类工程活动概况武宣矿区赋存重晶石和铅锌矿，采矿历史长久，产能不断扩大，但过量抽排地下水、废渣无序堆放，挑战矿区及附近村庄生态环境的承载能力（姜伏伟，2017）。

如崩山矿段在开采期间，强劲排水疏干已引发本子系统范围内大面积岩溶地面塌陷坑（群），造成井泉干涸，民房下沉开裂等环境地质问题，加剧矿农之间矛盾，影响社会稳定，已被迫于2006年关闭。

近两年，大岭矿段浅部日采选铅锌矿3000t项目仍在生产，在局部地段已引发岩溶地面塌陷、浅层岩溶水被疏干、地面轻微变形、地下水轻度污染等环境地质问题。

2.2矿坑抽排水疏干影响范围（1）崩山铅锌矿开采历年排水疏干影响范围崩山矿子系统与大岭矿段子系统各具有相对独立的地下水子系统，但2个子系统之间以F2弱透水边界相接触，浅部裂隙串通又有着一定的水力联系。

崩山矿2006年前连续抽水半个月，水位降至工作面以下，矿坑涌水量5760m3·d-1，水位降深约99m，水位标高-40m左右，抽水引发井口附近及西面的盘古村大面积的塌陷，民房开裂1处，井泉疏干2个点，2006年停采3d后，井泉点恢复，同期大岭矿段也在开采，但在F2以东区段未产生岩溶地面塌陷，崩山矿抽水影响范围主要限于本子系统内，面积约1.58km2。

（2）大岭矿段排水疏干影响范围大岭矿天然地下水位标高为50m，浅部3000 t项目的开采已形成-70～-320m中段坑道系统。

据矿区水位长观点水位动态及矿坑疏干状态的等水位线及浅部井泉疏干影响程度分析，矿坑多年疏干排水引发的区域地下水位降落漏斗已影响到大岭矿本身地下水子系統及通过F2断层间接影响到崩山矿地下水子系统，疏干影响降落漏斗大致呈扁椭圆状，东西长4.15km，宽约0.9km，影响面积约4.93km2。

矿区疏干排水的影响范围受边界条件控制，南面至下泥盆系上伦组下段泥灰岩相对隔水边界，北面至二塘组（D1e）相对隔水边界，东至黔江定水头补给边界，西部基本上影响到崩山矿地下水子系统。

受西部F2断层弱透水边界影响，疏干表现为穿越F2断层带上的裂隙近似以定流量渗流形式向矿坑充水，F2西侧地区水位缓慢下降被间接疏干。

2.3含水层的破坏影响大岭矿坑疏干排水影响范围受本子系统的边界控制，南北至相对隔水边界，东部扩展到黔江，西部间接影响至崩山矿地下水子系统。

疏干含水层表现为对本子系统的静储量疏干，东部接受黔江反补给，充水量增加，水力坡度变陡。

西部通过穿越弱透水边界F2断层上的裂隙径流补给疏干，以稳定裂隙渗流补给矿坑，地下水位缓慢下降，降速0.15～0.25m·d-1，间接疏干影响盘古村一带井泉点，同时由于崩山矿区前期已形成较多的岩溶地面塌陷，地表水沿塌坑下灌补给地下水，可能造成含水层的轻度污染。

当崩山矿子系统水位下降到一定程度后，水力坡度变陡，袭夺北东部六沙、大坪岭地下水子系统地下水，地下水同样通过F2断层间接补给崩山矿子系统后进人大岭矿坑。

2.4岩溶地面塌陷据野外地质调查，引起矿山岩溶地面塌陷首要原因是矿坑强劲集中抽排地下水引起（雷明堂等，1997），其次是天然水位变幅，再次是重晶石露采凹坑积水下渗潜蚀引起。

岩溶地面塌陷发育程度受岩性、构造、地貌、水文气象、矿山抽排地下水强度及岩溶发育程度等因素影响，不同区段发生岩溶地面塌陷频率不一。