武山铜矿云池口尾矿库岩溶塌陷分析
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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
Abstract: to lithologic structure, groundwater, karst collapse, the cause analysis, loose debris in the fourth is formed in the hole, after groundwater seepage, and strength through continuous development function expansion, the ground water levels fall to the ground lost float "effect, which eventually led to the collapse produces. Through the study on formation cause of the karst collapse, to know and forecast the effect of karst collapse.
Keywords: tailings, when water drainage, karst, karst collapse
中图分类号：P642.254文献标识码：A 文章编号：
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。
云池口尾矿库区域构造示意图
1 第四系；2 第三系；3 泥盆系――三叠系；4 奥陶系――志留系；5 燕山期中酸性岩体；6 背斜；7 向斜；8 逆断层；9 正断层；10 平移逆断层；11 隐伏构造迹线；12 推测断层；13 性质不明断层；14 平移正断层。
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。
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