龍歸硝酸鹽礦地面沉降與成災(zāi)條件分析

邱 敏

(廣州市地質(zhì)調(diào)查院 ，廣東 廣州510440)

龍歸硝鹽礦由廣東南方制堿有限公司1988年開始籌建，1994年建成投產(chǎn)，為公司直屬生產(chǎn)礦山。廣東南方制堿有限公司屬廣州市國有大中型化工原料生產(chǎn)企業(yè)，為國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。礦區(qū)外西部有流溪河自北東往南匯入珠江，廣從公路(105國道)、廣花公路在礦區(qū)東西兩側(cè)通過，北二環(huán)高速公路橫跨礦區(qū)中部，交通方便。龍歸硝鹽礦鹽層埋藏于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面(海拔標(biāo)高5 m)以下 481.27～638.72 m之間，與地表水聯(lián)系不緊密，氣象水文條件對礦山建設(shè)及生產(chǎn)影響小。開采方式采用鉆井水溶法，離心泵提升，輸鹽水管道運(yùn)輸，全部開采流程由機(jī)械完成，所需勞動力少，占用土地少。礦區(qū)生產(chǎn)所需主要原料是淡水，初級產(chǎn)品為鹵水，礦區(qū)生產(chǎn)用水取自流溪河。鹽礦1994年建成投產(chǎn)之際，就進(jìn)行了地面沉降監(jiān)測。

1 監(jiān)測工作評述

1994年開始，礦區(qū)Ⅰ采區(qū)共建設(shè)21口采鹽井，2005年全面停采。此期間，礦山測量組在各井口附近共布置了28個(gè)地面沉降監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)均在鹽井5m范圍內(nèi)。從1994年1月17日開始觀測，至2010年10月，歷時(shí)16年零8個(gè)月，共完成了21次觀測。在整個(gè)監(jiān)測過程中，至2002年多數(shù)點(diǎn)已被毀壞，后期補(bǔ)埋部分監(jiān)測點(diǎn)，延續(xù)觀測。完成全程連續(xù)觀測的點(diǎn)有8個(gè)，監(jiān)測成果顯示，礦區(qū)在本階段有明顯沉降，形成一個(gè)以某兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)連線為中心，呈北東向的橢圓沉降中心區(qū)域，長軸方向約600 m，短軸方向約400 m。最大沉降量累計(jì)達(dá) 690.0 mm，日均沉降量 0.22 mm。

礦山第二建設(shè)時(shí)期，龍歸硝鹽礦Ⅱ采區(qū)共16口采鹽井，礦山測量組在各井口附近地面布置了17個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，于2006年10月開始觀測，至2010年3月，歷時(shí)3年半，共完成了5次觀測，其后監(jiān)測點(diǎn)遭破壞而停止監(jiān)測。從本階段的測量成果看，Ⅱ采區(qū)地面沉降量不大，累計(jì)平均沉降量為18.59 mm，最大的沉降量為35.0 mm，整體沉降較均勻，年平均沉降量為 5.7 mm。

2012年后，礦山測量組增加了監(jiān)測點(diǎn)，首期監(jiān)測點(diǎn)63個(gè)，其中利用未破壞的舊點(diǎn)7個(gè)。新設(shè)置基巖水準(zhǔn)基點(diǎn)1個(gè)，基巖監(jiān)測點(diǎn)2個(gè)、鹽井井管監(jiān)測點(diǎn)8個(gè)、地面沉降監(jiān)測點(diǎn)18個(gè)。

從2012年以來的監(jiān)測成果表明，Ⅰ采區(qū)持續(xù)沉降，Ⅱ采區(qū)沉降加速，沉降量最大的監(jiān)測點(diǎn)年沉降量達(dá)325.06 mm。同時(shí)基巖、鹽井、地面以相同的速度和數(shù)量下沉，如圖1。沉降區(qū)形狀與鹽礦床埋藏形狀相似，呈橢圓狀，長軸北東向。

圖 1

測量工作按國家二等水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行，依據(jù)《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》、《工程測量規(guī)范》和《地面沉降監(jiān)測技術(shù)要求》要求進(jìn)行監(jiān)測。

2 地面沉降地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)調(diào)查

2012年6月以來，經(jīng)過對礦區(qū)及其周邊約4 km2范圍的地面沉降地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，截至2012年11月，共發(fā)現(xiàn)采區(qū)影響范圍內(nèi)的墻體裂縫36處，主要是地面或路面開裂、圍墻裂縫等天然淺基礎(chǔ)的構(gòu)筑物變形，范圍約0.95 km2。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)處的大部分以天然地基淺基礎(chǔ)建(構(gòu))筑物，如水泥路面、圍墻等，少數(shù)以具有一定基礎(chǔ)埋深，如北二環(huán)涵洞和二至三層樓墻體。大部分圍墻裂縫呈斜向或縱向型，少數(shù)為水平方向，裂縫長度1～4 m，最長達(dá)8 m;裂縫寬 0.5至30 mm，最寬達(dá)80 mm。

2013年12月，對采區(qū)影響范圍內(nèi)的36處裂縫進(jìn)行跟蹤調(diào)查，監(jiān)測裂縫寬度，北二環(huán)高速公路涵洞預(yù)設(shè)的伸縮縫增大3 mm，北二環(huán)高速公路涵洞的23條裂縫中也只有3條增大約0.3 mm，其余裂縫無變化;13條民房圍墻裂縫中有2條增大1 mm，外墻小瓷片脫落增多。其余裂縫沒有顯著變化。

3 成災(zāi)條件分析

龍歸硝鹽礦主要開采礦體特征:

1號鹽層:是礦區(qū)主要鹽層之一，其規(guī)模僅次于3號鹽層，鹽層呈近東西向的似平行四邊形，面積1.60 km2，厚度一般 9.43 ～20.69 m，最厚可達(dá) 25.96 m，最薄為 4.20 m。

2號鹽層:于1號鹽層之下3～4 m，范圍稍小。鹽層也呈近東西向似平行四邊形，面積 1.07 km2，厚度較小，一般2.67 ～3.68 m。

3號鹽層:為礦區(qū)規(guī)模最大的鹽層，于2號鹽層之下7～10 m，鹽層呈北東向似矩形，東面向前突出，面積達(dá) 2.42 km2。厚度一般為 16.98～23.54 m，厚度較穩(wěn)定。

4號鹽層:于3號鹽層之下約4～6 m，鹽層呈南西向規(guī)則的尖卵形，面積較小，僅 0.86 km2。厚度一般 2.43～3.76 m，西北部較厚，西南部較薄。

5 號鹽層:面積約 0.62 km2，厚度 3.06 ～3.50 m。

本礦區(qū)鹽層上部大多以鈣泥質(zhì)巖為主，易于軟化，在水溶法開采擾動下自然平衡易遭受破壞，可能引發(fā)地裂縫、地面沉陷。采鹽形成的鹽穴一般出現(xiàn)采空-應(yīng)力變化-頂板變形-頂板及上覆地層垮塌-地面沉降的變化，龍歸鹽礦也不例外。特別是在開采形成采空區(qū)后，礦鹽仍會進(jìn)一步發(fā)生溶解、軟化，頂板、夾層有可能垮塌，垮塌后的泥巖在水中會軟化，無法對上部巖石形成支撐，在新的空間，又有可能產(chǎn)生新的垮塌，垮塌形成的穹頂慢慢升高，基巖面撓曲下沉，并產(chǎn)生地面沉降。

根據(jù)國內(nèi)同類礦山的經(jīng)驗(yàn)，地面沉降由于受巖鹽礦床特征、埋藏深度、礦區(qū)地質(zhì)條件、采礦方法、建井質(zhì)量、采礦強(qiáng)度及生產(chǎn)管理水平等多種因素的綜合作用，此變化的發(fā)生時(shí)間短的只要五年，長則要五六十年。其沉降是以鹽穴為中心呈放射狀的方式反應(yīng)到地表，如果相鄰鹽井間距布置不合理、開采不按規(guī)定的要求進(jìn)行，會使單腔鹽穴發(fā)展為多腔連通鹽穴，使地面沉降范圍擴(kuò)大，進(jìn)而引起大面積地面沉降，造成不可挽回的損失。

龍歸硝鹽礦區(qū)目前開采規(guī)模有所擴(kuò)大，從一期的單井生產(chǎn)方式，到二期的單井及定向水平連通對井聯(lián)合開采方式。定向水平連通對井相對單井而言，可采鹽層的區(qū)域、水平段的溶鹽通道等增加了幾倍，大大提高了溶鹽面積，能產(chǎn)出大流量、高濃度的鹽水，回采率大大提高，產(chǎn)能也大大提高，最終形成多層采空區(qū)的時(shí)間加快。

同時(shí)礦區(qū)內(nèi)普遍分布砂和填土等第四系覆蓋層，穩(wěn)定性較差，厚度7～15 m。初步分析判斷，隨著采空區(qū)的不斷擴(kuò)大，地面沉降地質(zhì)災(zāi)害范圍可能繼續(xù)擴(kuò)大。

綜上所述，龍歸硝鹽礦開采存在一定地質(zhì)環(huán)境安全隱患，尤其是一期、二期開采形成的沉降區(qū)的疊加影響，使Ⅱ采區(qū)沉降速率加快，累計(jì)沉降量大。

4 結(jié)語

本文采用二等水準(zhǔn)測量的方法對龍歸硝酸鹽礦地面進(jìn)行監(jiān)測，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行地質(zhì)方面的成災(zāi)條件分析，對成災(zāi)原因和過程的認(rèn)識以及發(fā)展趨勢的預(yù)測具有一定的價(jià)值。建議在后續(xù)的監(jiān)測中能采用更多監(jiān)測手段進(jìn)行監(jiān)測，如高精度的GPS網(wǎng)、分層標(biāo)監(jiān)測等，爭取對龍歸硝酸鹽礦區(qū)的地面變形有個(gè)更系統(tǒng)、全面的評價(jià)。

[1]盛忠義，朱鴻英，蔡常理.廣州市郊龍歸硝鹽礦區(qū)勘探地質(zhì)報(bào)告.地質(zhì)礦產(chǎn)部第十二石油普查勘探大隊(duì).1984.9.

[2]胡凱南，李海龍，葛信達(dá).廣東省廣州市龍歸礦區(qū)硝鹽礦資源儲量核實(shí)報(bào)告.2008.4.