小水井金矿大坎子矿段1 排土场岩溶工程地质特性分析研究

王应科  李启彪

云南地质工程第二勘察院有限公司  云南 昆明 650000

摘要：本文深入分析了排土场岩溶发育基本特征，对隐伏溶洞洞体稳定性进行计算，评价其变形、渗透性能及其对拟建工程的影响，提出处理措施建议。

关键词：排土场  岩溶  特性研究

作者简介：王应科(1981–)，男，高级工程师，环境地质专业，主要从事环境地质、工程地质与水文地质研究。

1引言

小水井金矿大坎子矿段1#排土场属沟谷型排土场，由拦渣坝、工程区、截水沟等组成，拦渣坝为砌石坝（或钢筋笼），坝高20m，拦渣坝内坡铅直，外坡坡度为1:0.85；工程区坡比为1:1.5，最大排土高度60～70m。排土场分台阶堆存，台阶基本高度为 20～30m，安全平台宽 20m，分 8个台阶进行排废，排废标高分别为1500.0m、 1520.0m、1540.00m、1560.00m、1580.00m、1600.0m、1620.0m、1640.00m。库容量为241.6万m3，为Ⅲ等库。

2地质环境条件

2.1地形地貌

拟建排土场位于礼社江左岸箐沟中上游沟谷内，属沟谷型排土场，地势总体上北东高南西低，沟谷底最低海拔860m，最高海拔1920m，相对高差1060m。排土场沟谷由两条岔箐形成呈网状，沟谷延伸不长，周边分水岭构成扇形汇水区域，工程区总汇水面积1.38km2。

工程区周边山顶呈浑圆状，山脊呈长垄状，山坡一般坡度25°～45°,局部达75°，沟谷底纵坡较陡，纵坡降43.03%，沟谷多呈宽缓“V”字型，沟底多为冲洪积层覆盖（详见照片1）。

2.2地层岩性

据勘察[3]钻孔揭露，工程区上覆第四系工活动层（Q4ml）人工填土、残坡积层（Q4el+dl）黏土和冲洪积层（Q4al+pl）卵石层；下伏基岩为三叠系上统云南驿组灰岩、泥质灰岩粉砂质泥岩等。

2.3地质构造

工程区及外围分布F3 、F18、F19和F22断层。分述如下：

F3断层：位于排土场中后部，破碎带顶界面编号为F3-2，底界面为F3-1。为矿段内控矿、赋矿断裂构造，呈北西—南东向延伸，矿区内出露长约1360m，被北东向F17及F18断层切割，在F18断层以南东，断层倾向北东，F18断层北西断层倾向南西，倾角5°～20°，呈缓倾斜状，破碎带宽20m～240m，主要沿云南驿组中段第三亚段（T3y2-3）中上部或第二亚段（T3y2-2）上部地层产出，断层上、下界面岩石蚀变强烈,常见有擦摩镜面。接近断层上、下盘界破碎带含砾砂屑灰岩角砾岩、砂岩及硅质岩角砾岩、硅化灰岩等构造岩清晰可辩；普遍具硅化、强硅化、褐铁矿化现象,地表往往形成3—8m的俗称“硅壳”层，是矿区找矿的重要标志。该断层破碎带中部夹条带状或似层状弱硅化灰岩，局部也具蚀变和弱矿化，为一正断层。

F18断层：位于排土场南东部，呈北东东—南西西向展布，断层延伸大于700m。倾向北西、倾角50°～60°，切割的地层为云南驿组第三亚段（T3y2-3）云南驿组第三段（T3y3），同时切割北东向F3、F22断层。在断层两侧地层及矿化带不连续。

F19断层：位于排土场北西部，断层走向北东—南西，向北东延出图外，区内出露长300米，断层倾向北西，倾角63°，切割的地层为云南驿组第三亚段（T3y2-3）、云南驿组第三段（T3y3），为一平移正断层。断层南东测矿化蚀变带较明显，断层北西测蚀变带被残坡积层掩盖。该断层为大坎子矿段与自雄河矿段分界线。

F22断层：位于排土场中部，呈北西—南东向展布，区内出露长度大于1400m，倾向南西，倾角不明，切割的地层为云南驿组第三亚段（T3y2-3）云南驿组第三段（T3y3），该断层被北东向F17及F18断层切割。破碎带内灰岩角砾岩、砂岩角砾岩、硅化灰岩角砾岩、硅化砂岩角砾岩明显，具褐铁矿化、硅化，为正断层。

库区构造裂隙发育，以北西向、南西向优势发育，与断裂构造形迹一致，亦与沟谷发育方向基本一致，主要发育两组优势节理： J1，产状210～225°∠40～42°，3～4条/m，微张，泥质充填，延伸1.0～2.0m，裂面粗糙平直；J2，产状120～155°∠75～80°，1～2条/m，张开，泥质充填，延伸2.0～3.0m，裂面粗糙平直。

2.4水文地质特征

工程区分布地层为第四系残坡积层、冲洪积层、三叠系上统云南驿组第二段第三亚段（T3y2-3）灰岩、泥质灰岩和三叠系上统云南驿组第三段（T3y3）粉砂质泥岩，根据含水层(组)岩性、地下水赋存条件、水理性质、特征，将区域内地下水划分为：第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙含水和岩溶裂隙水三大类，各含隔水层水文地质特征如下：

（1）第四系松散岩类孔隙水

主要为残坡积物，其次为冲洪积和人工堆积物，厚0.00 m -14.m。残坡积物零星分布于山顶、坡麓、岩溶洼地等地形相对平缓处，主要由褐红色、黄灰色黏土混杂大小不一的灰岩角砾组成，无分选，磨圆差，角砾含量极不均匀。导水性及富水性极不均匀，一般黏土含量较高地段透水性较差，相对隔水；而黏土质含量低的地段透水性相对较好，钻孔在该层钻进多发生漏水。冲洪积物分布于山间溪沟平缓地段，由砂砾石、碎块石混杂少量黏土、粉质黏土组成，分选差，磨圆稍好。人工堆积物主要分布于采场下方沟谷中，由采矿剥离废弃土石和尾矿组成，无分选，磨圆差。该组地层沉积时间短，尚未固结，结构松散，孔隙发育，渗透性较好。受大气降水直接补给，局部地形低洼和厚度较大处季节性含孔隙水。因分布零星，排泄条件好，一般旱季不含水，雨季局部含季节性孔隙水，泉水流量小于0.10L/s，富水性弱。

（2）岩溶水

工程出露三叠系上统云南驿组第二段第三亚段（T3y2-3）灰、黄灰色、灰岩、泥质灰岩。岩溶发育，岩溶率5-10%，地表岩溶形态多见溶沟、溶槽、石芽。钻孔揭露溶蚀形态以溶孔为主，多呈星点状分布，局部呈蜂窝状，孔径5mm-10mm，无充填，偶见宽大溶蚀裂隙，裂隙宽0.20m-0.8m，多无充填物，少数半充填有红色黏土，透水性好，该层地下水主要接受大气降雨补给，迳流途径短，于地形的适宜地段以泉的形式排泄。

（3）裂隙水

工程区出露三叠系上统云南驿组第三段（T3y3）灰、灰黄色粉砂质泥岩，抗风化能力弱，地表浅部（10-20m）风化裂隙极发育，岩石风化破碎呈片状、碎块状，含风化裂隙水，富水性弱-中等。受大气降水直接补给，季节变化较大，深部裂隙不发育，多呈闭合状，充填钙泥质物、方解石脉，导水性和富水性变弱。

3岩溶工程地质性质及评价

3.1岩土物理力学指标

各岩土层工程物理力学指标建议值见表1。

各岩土层物理力学指标建议值表  表1

3.2 岩溶发育基本特征

（1）排土场地表岩溶发育特征

排土场下游分布有云南驿组第二段第三亚段（T3y2-3）灰岩、泥质灰岩。据地表调查，地表岩溶以溶隙、溶孔、裂隙和小型溶槽为主。地表发育溶洞2处（详见照片2、3），主要特征见表2。

工程区地表溶洞发育特征表  表2

（2）钻孔内岩溶发育特征

钻孔揭露溶蚀形态以溶孔为主，多呈星点状分布，局部呈蜂窝状，孔径2mm-10mm，无充填，偶见溶蚀裂隙，裂隙宽0.10m-0.20m，多无充填物，少数半充填有红色黏土。ZK14和ZK17号钻孔内揭露两个溶洞。主要特征见表3。

钻孔内岩溶发育特征一览表    表3

（3）物探解译岩溶发育特征

物探剖面内共推测了5处较明显的岩溶形态，其中3处为未充填型、2处为充填型溶洞，溶洞规模2.0～4.0m不等，各溶洞顶板埋深较深，推测的溶洞埋深都大于27.7m，未见大型的地下岩溶廊道分布，仅岩性分界面区域分布较厚的溶隙密集发育带。主要特征见表4。

物探解释岩溶异常一览表   表4

综合工程地质测绘、钻探、物探成果[3]，根据岩溶发育程度，工程区可划分一个岩溶强发育带，位于工程区中部，地表溶洞、溶隙、裂隙及溶孔较发育。钻孔均未揭露到地下水位，但岩体完整性差，富水性强，有地下水下渗通道时，可能为地下水的通道，应作针对性治理。强岩溶区以外区域岩溶弱～中等发育，岩溶形态为溶洞、溶蚀裂隙、溶孔，多集中在浅部，常呈垂向条带状分布，局部发育深度较深，地表50m深度内皆有分布, 总体上随深度增加逐渐减弱。

3.3岩溶稳定性评价

(1)溶洞充填物渗透变形评价

工程区地表发育溶洞2处，溶洞D1、D2位于南侧支沟左岸及山脊，地表水从洞隙中漏失并与深部岩溶沟通，若不进行处理，将成为渗滤液渗漏通道。建议对溶洞采取混凝土封填，并对溶洞洞周围采取钻孔灌注水泥浆处理，增强洞壁稳定性。

(2)岩溶渗漏评价

据勘察[3]钻孔注水、压水试验成果及室内渗透试验成果，地表第四系残坡积（Q4el+dl）②黏土钻孔注水试验渗透系数1.99×10-4～1.35×10-8cm/s，属弱～中等透水层；第四系冲洪积（Q4al+pl）③卵石钻孔注水试验渗透系数5.6×10-3～7.8×10-3cm/s，属中等透水层。云南驿组第二段第三亚段（T3y2-3）⑤2中风化泥质灰岩、⑤1中风化灰岩，钻孔压水试验透水率q＝26.83～120Lu，属中等～强透水层。

工程区分布F3 、F18、F19和F22断层，地表一般被第四系覆盖，钻孔揭露厚度0.4～14.4m, 属中等～微透水层。下伏破碎带普遍具灰岩角砾岩、砂岩角砾岩、硅化灰岩角砾岩、硅化砂岩角砾岩明显，具褐铁矿化、硅化，沿断层带未见溶洞、落水洞等强岩溶现象发育，从工程区钻孔资料分析，该断层与两侧地层无较大差异，故断层破碎带与周围岩土层差异不大，属中等-强透水层，沿断层产生集中渗漏的可能性小。

工程区所处地理位置较高，所在沟谷两侧各平行分布一条同向邻谷，邻谷之间地层均有可溶岩分布灰岩，排土场存在向低邻谷渗漏的问题。

工程区向下游顺河分布灰岩、泥质灰岩，透水性中等～强，故排土场存在向下游渗漏的问题。其向下游渗漏主要通过坝基和绕坝渗漏。

综上所述，工程区除地表局部有不连续弱透水层分布外，大多为中等～强透水层，并存在岩溶渗漏，排土场存在向低邻谷和下游渗漏的问题。应有可靠的防渗措施。

(3)岩溶塌陷分析

据钻探及物探成果[3]，工程区共探测出地下隐伏溶洞7处，隐伏溶洞均位于强风化层内，岩石较破碎，溶洞顶板易坍塌，按溶洞顶板坍塌自行填满洞体所需高度进行稳定性评价，所需高度H按式：H=H0/(K-1)计算（H0为洞体高度；K为岩石松涨系数，取值为1.2），计算结果及评价见表5。 计算结果表明，工程区内存在的7个隐伏溶洞，顶板埋深大或洞高小，不会产生地面塌陷。

隐覆溶洞稳定性计算及评价表  表5

4.建议

（1）工程区地表发育2个溶洞，地下隐伏溶洞7处。地下隐伏溶洞顶板埋深大或洞高小，经计算，不会产生地面塌陷，故一般无需治理。建议对库区地表发育的2个溶洞采取混凝土封填，并对溶洞周围采取钻孔灌注水泥浆处理，增强洞壁稳定性。

（2）岩溶强发育区处理：对岩溶强发育区采取钻孔灌注水泥浆进行加固。加固深度为岩土界面以下10～15m，即钻孔深进入基岩10～15m，下入注浆管，压力注入水泥浆，若遇空的岩溶通道、较大溶隙处，视具体情况先灌入中粗砂或水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再注入水泥浆。在落水洞、溶洞周围应加密灌浆孔。

（3）工程区拦渣坝位置无断层通过。工程区分布F3 、F18、F19和F22断层，据现场调查、地质测绘及资料收集成果分析，以上断层为低次序断裂，形成时代较古，未有历史地震记录，未错断第四系地层，未有活动断裂特征，为非活动断裂。断层破碎带（蚀变带）力学性质较好。断层破碎带（蚀变带）渗透性能与周围岩土层差异不大，排土场内分布的F3 、F18、F19和F22断层对库区整体稳定性影响小。排土场内经过断层的建筑工程（截洪沟）一般在地表浅表面进行施工，无大的工程建设或动，对断层扰动较小。工程开挖后应及时进行施工，避免长时间暴露产生小的坍塌。

参考文献：

[1]GB50021-2001（2009年版）,岩土工程勘察规范.北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]工程地质手册（第五版）《工程地质手册》编委会，北京：中国建筑工业出版社，2018.

[3]小水井金矿大坎子矿段1#排土场岩土地质勘察报告（详细勘察），2012.12.