貴州開陽磷礦區(qū)崩塌及其防治

吳 瑾，黃仁雄，鄒啟學(xué)，張 勇

（1.貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550008；

2.貴州省開陽磷礦集團(tuán)，貴州 開陽 550302；3.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

0 引言

開陽磷礦［1－2］是國家最早投資建設(shè)的三大磷礦生產(chǎn)基地之一，始建于1958年，與云南省的昆陽磷礦和湖北省的襄陽磷礦一起稱為“三陽開泰”。“三陽”中，開陽磷礦資源質(zhì)優(yōu)量最大。開陽也因此有“中國磷都”之美稱。目前，貴州探明磷礦儲(chǔ)量，占全國總量的43％。

開陽磷礦區(qū)位于貴州省貴陽市以北約86km的金中鎮(zhèn)，距開陽縣城 29km。礦區(qū)地理坐標(biāo)：東經(jīng)106°49'57″～ 106°55'33″，北緯 27°8'24″～ 27°10'50″。開陽磷礦分為沙壩土、極樂、兩岔河、馬路坪、牛趕沖、用沙壩六個(gè)礦段。開陽磷礦區(qū)所在的上洋水河流域地處復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造變形區(qū)，斷裂構(gòu)造發(fā)育，出露地層巖性軟硬相間，差異較大，地形切割劇烈，谷深坡陡；區(qū)內(nèi)氣候潮濕多雨，日暴雨強(qiáng)度大，雨、水交替強(qiáng)烈，加之以采礦為主的人類生產(chǎn)活動(dòng)頻繁等因素，致使流域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)種齊全，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害廣泛分布。嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厝嗣裆?cái)產(chǎn)的安全及磷礦的正常生產(chǎn)。崩塌是區(qū)內(nèi)分布最廣的地質(zhì)災(zāi)害之一。

針對(duì)開陽磷礦區(qū)山體崩塌給礦區(qū)造成的一系列環(huán)境地質(zhì)問題，給礦區(qū)居民的生產(chǎn)、生活造成不便，影響礦區(qū)公路安全運(yùn)行，甚至直接威脅著居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，開陽磷礦區(qū)山體崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治刻不容緩，本文在對(duì)礦區(qū)山體崩塌進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)之上，統(tǒng)計(jì)礦區(qū)各礦段山體崩塌的分布特征及危害對(duì)象，并分析其地質(zhì)成因，選取典型崩塌體進(jìn)行穩(wěn)定性分析，最后提出礦區(qū)山體崩塌的防治對(duì)策。

1 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

區(qū)內(nèi)地勢南高北低，最高點(diǎn)狼雞嶺高程1713m，最低點(diǎn)為上洋水河與兩岔河匯合口，高程722m。流域地形為壟脊槽谷，槽谷寬約3～5km，槽谷兩側(cè)脊嶺對(duì)峙，槽谷內(nèi)山高坡陡，地形破碎，溝壑發(fā)育，溝壑密度達(dá)1.4km/km2，相對(duì)高差300～500m，地形坡度陡竣，一般在30°～50°。礦區(qū)地層由板溪群、震旦系、寒武系、二疊系和三疊系所組成，由于構(gòu)造、侵蝕、地下水溶蝕等作用的結(jié)果，使礦區(qū)形成淺切割侵蝕溶蝕中山地貌類型。

1.2 地層巖性

礦區(qū)出露地層主要是上元古代板溪群清水江組、震旦系南沱組、陡山沱組、燈影組，寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組、明心寺、金頂山組、清虛洞和第四系。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

洋水礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺、斷層比較發(fā)育。斷層以南北向、北西向、北東向三個(gè)方向?yàn)橹?，性質(zhì)各異，組合復(fù)雜。

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306－2001，1：400 萬），區(qū)內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度為 0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。該區(qū)地殼屬于穩(wěn)定性類型。

1.4 采礦工程

礦區(qū)內(nèi)采礦活動(dòng)主要為磷礦開采、加工和運(yùn)輸?shù)取Ｄ壳把匮笏承眱梢黹_采磷礦的礦山和企業(yè)有20余家，沿洋水河谷形成了長10km的磷礦開采區(qū)。開陽磷礦的開采方式主要為礦柱采礦法，采用預(yù)留礦柱支撐上覆巖層，開采形成大范圍的采空區(qū)。

2 礦區(qū)崩塌基本特征及成因分析

2.1 礦區(qū)崩塌基本特征

礦區(qū)山體崩塌主要分布在洋水河右岸的羅家溝—龍洞溝—馬路坪—雷打崖—瓦罐窯—青菜沖—牛趕沖一線，高程在900～1200m，崩塌物源為震旦系燈影組白云巖組成的陡崖以及下磷礦層的頂板巖層，崩塌物堆積于陡坎下的斜坡地帶；左岸崩塌物源主要是石筍口—桐子園一線1230m高程以上陡崖處的燈影組白云巖，以及極樂礦段的礦層出露線以上的白云巖。經(jīng)調(diào)查區(qū)域內(nèi)具有一定規(guī)模的崩塌體83處，全部為巖質(zhì)滑塌型崩塌，其崩塌總方量280×104m3以上，按各礦段匯總（表1～表5）。

表1 沙壩土礦段崩塌體（帶）災(zāi)害匯總表Table1 CollapsesdisasterinShabatuminingareasummarysheet

表2 馬路坪礦段崩塌體（帶）災(zāi)害匯總表Table2 CollapsesdisasterinMalupingminingareasummarysheet

表3 牛趕沖礦段崩塌體（帶）災(zāi)害匯總表Table3 CollapsesdisasterinNiuganchongminingareasummarysheet

2.2 礦區(qū)崩塌成因分析

礦區(qū)山體崩塌形成原因主要系開采4～6m厚的陡山沱磷塊巖礦層并順礦層延伸方向開拓巷道進(jìn)行回采，形成較大采空區(qū)［1］，同時(shí)采掘放炮破壞了巖體的完整性，節(jié)理裂隙進(jìn)一步擴(kuò)張，巖體強(qiáng)度降低，導(dǎo)致采空區(qū)頂板冒頂跨塌，頻繁爆破震動(dòng)的應(yīng)力傳遞及破壞，使一側(cè)臨空的陡峻的山體、緩坡臺(tái)地或山頂?shù)陌自茙r塊體產(chǎn)生較大的卸荷張裂隙，長期的自然和人為活動(dòng)綜合作用，形成了崩塌危巖體或崩塌災(zāi)害。

表4 極樂礦段崩塌體（帶）災(zāi)害匯總表Table4 CollapsesdisasterinJileminingareasummarysheet

表5 用沙壩礦段崩塌體（帶）災(zāi)害匯總表Table5 CollapsesdisasterinYongshabaminingareasummarysheet

3 典型崩塌體穩(wěn)定性分析

紅巖溝BT－23崩塌體位于礦區(qū)馬路坪礦段紅巖溝西南側(cè)，山體下部約一百三十米為磷礦采空區(qū)，為磷礦開采形成的巖質(zhì)崩塌體（圖1），邊坡坡度近乎直立，坡長78m，坡高30～47m，基巖為震旦系燈影組厚層白云巖，基巖發(fā)育兩組垂直節(jié)理，巖體產(chǎn)狀為30°∠68°，邊坡坡面產(chǎn)狀 300°∠86°。此處基巖較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育有三組節(jié)理裂隙，分別為 270°∠82°、70°∠62°、251°∠79°，節(jié)理裂隙將巖體切割成不規(guī)則塊體，屬中型巖質(zhì)崩塌。坡體下方為紅巖溝水溝、耕地?cái)?shù)畝。

結(jié)合坡面、巖層產(chǎn)狀，節(jié)理結(jié)構(gòu)面組合分析，經(jīng)過赤平投影后，解得各組裂隙相交棱線與坡面和坡度的關(guān)系，判別斜坡的穩(wěn)定性，結(jié)果如圖2。

圖1 紅巖溝BT－23崩塌體Fig.1 NO.23RockfallinHongyangulley

坡面與裂隙1組合交棱線傾向234°，傾角80°，交線傾向與坡面傾向一致，傾角小于坡面傾角，為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；坡面與裂隙2組合交棱線傾向25°，傾角53°，交線傾向與坡面傾向相反，傾角小于坡面傾角，為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；坡面與巖層產(chǎn)狀組合交棱線傾向30°，交線傾向與坡面傾向相反，為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；坡面與裂隙3組合交棱線傾向230°，傾角78°，交線傾向與坡面傾向一致，傾角小于坡面傾角，為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；裂隙1與裂隙2組合交棱線傾向356°，傾角27°，交線傾向與坡面傾向一致，傾角小于坡面傾角，為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；巖層產(chǎn)狀與裂隙1組合交棱線傾向182°，傾角13°，交線傾向與坡面傾向不一致，傾角小于坡面傾角，為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；裂隙1和裂隙3組合交棱線傾向217°，傾角77°，交線傾向與坡面傾向一致，傾角小于坡面傾角，為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；裂隙2與巖層產(chǎn)狀組合交棱線傾向145°，傾角27°，交線傾向與坡面傾向不一致，傾角小于坡面傾角，為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；裂隙2和裂隙3組合交棱線傾向341°，交線傾向與坡面傾向一致，為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；裂隙3與巖層產(chǎn)狀組合交棱線傾向165°，傾角20°，交線傾向與坡面傾向不一致，傾角小于坡面傾角，為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。綜上所述，該崩塌體總體為不穩(wěn)定。

圖2 紅巖溝BT－23崩塌赤平投影圖Fig.2 NO.23RockfallinHongYangouplane stereographicprojectionchat

4 礦區(qū)崩塌防治工程

4.1 生態(tài)移民工程

針對(duì)第二節(jié)各礦段崩塌體分布特征及危害對(duì)象統(tǒng)計(jì)列表：序號(hào)7號(hào)沙壩土（崩塌體3個(gè)）、17號(hào)長燕溝（崩塌體3個(gè)）、21號(hào)孔家寨東（崩塌體2個(gè)）、26號(hào)張家寨（崩塌體2個(gè)）、34號(hào)流沙溝（崩塌體1個(gè)）威脅生命財(cái)產(chǎn)安全的鄧家坪、孔家寨、張家寨、村民目前開陽縣政府及開磷集團(tuán)已經(jīng)作移民搬遷規(guī)劃和資金籌措。

4.2 井下充填采礦

中南大學(xué)與開磷集團(tuán)礦業(yè)總公司研究開陽磷礦區(qū)采用中深孔落礦嗣后膠結(jié)充填采礦工藝［2］。充填采礦法具有增加磷礦回采率，減少礦石消耗，延長礦山壽命；減少采礦廢渣產(chǎn)生量，減少廢渣、磷石膏對(duì)地表的污染；降低地表變形量、地裂縫、塌陷、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，是預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的重要手段。

4.3 錨固工程

錨固技術(shù)［3］是指采用普通（或預(yù)應(yīng)力）錨桿、錨索、錨釘進(jìn)行危巖治理的技術(shù)類型包括預(yù)應(yīng)力錨桿、非預(yù)應(yīng)力錨桿、自鉆式預(yù)應(yīng)力錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索。

針對(duì)第二節(jié)各礦段崩塌體分布特征及危害對(duì)象統(tǒng)計(jì)列表：BT—5、6楓香坪，威脅洋水河、礦區(qū)公路、田土；BT—7、8陳家洞溝，威脅礦區(qū)公路、田土；BT—10、11、12 沙壩土，威脅田土、小路、火車站；BT—65 ～70后山，威脅礦區(qū)公路、房屋、耕地。以上崩塌體均采用錨固工程防護(hù)，以保證受威脅的礦區(qū)公路、河流、小路以及火車站等的安全。本文選取礦區(qū)龍井灣BT—65后山崩塌體進(jìn)行錨固工程設(shè)計(jì)見圖3。危巖采用預(yù)應(yīng)力錨索加固，裂隙采用M20砂漿充填，使得危巖與基巖形成整體。

4.4 防護(hù)工程

SNS被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)［4］是一種能攔截崩落的巖塊、以具有足夠高的強(qiáng)度和柔性的鋼繩網(wǎng)為主體的金屬柔性柵欄式被動(dòng)攔石網(wǎng)。整個(gè)系統(tǒng)由鋼繩網(wǎng)、減壓環(huán)、支撐繩、鋼柱和拉錨5個(gè)主要部分構(gòu)成。與傳統(tǒng)的攔截式剛性建筑物的主要差別在于系統(tǒng)的柔性和強(qiáng)度足以吸收和分散崩巖能量并使系統(tǒng)受到的損傷最小。該系統(tǒng)既可有效防止崩塌災(zāi)害，又可以最大限度地維持原始地貌和植被，保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境。

針對(duì)第二節(jié)各礦段崩塌體分布特征及危害對(duì)象統(tǒng)計(jì)列表：BT—1、2新坡磷礦，威脅洋水河；BT—4老街東洋水河?xùn)|岸，威脅洋水河及西側(cè)小路；BT—48、49黃泥溝，威脅黃泥溝、洋水河；BT—56、57、58、59茶園坡北兩岔河北、南，威脅兩岔河；BT—52～55石筍口，威脅礦區(qū)公路。以上崩塌體均采用SNS被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)，以保證受威脅的礦區(qū)公路、河流、小路等的安全。

圖3 后山BT—65崩塌體錨固治理簡圖Fig.3 NO.65collapseinHoushan anchoragetreatmentsimplifieddiagram

4.5 危巖清除爆破工程

采用切割爆破［5］處理孤石、危巖是一種先進(jìn)的施工方法。因?yàn)樗芡ㄟ^各藥包的聯(lián)合爆切作用，把單個(gè)的、體積較大的孤石、危巖或孤石（危巖）群予以全部或局部地粉碎，且向外飛散的巖塊較小，不易砸壞設(shè)備，因此適合于開陽磷礦區(qū)山體崩塌危巖清除施工。

針對(duì)第二節(jié)各礦段崩塌體分布特征及危害對(duì)象統(tǒng)計(jì)列表，危害樹林耕地崩塌體（帶）：BT—3大沙廠西、BT—9淘沙溝、BT—13～15羅家溝、BT—16，17陳家溝、BT—18～20龍洞溝、BT—21馬路溝、BT—22，23紅巖溝、BT—24～26趙家溝、BT—27～29猴兒溝、BT—30～34青菜沖、BT—35，36牛趕沖、BT—40～45熊家溝、BT—46，47熊家田、BT—60董家坡西側(cè)、BT—61斑鳩井東、BT—64大坡南東、BT—71，72方家田東、BT—73白泥姥、BT—74～79小屯坡、BT—80～82銀廠坡。以上崩塌體均采用切割爆破清除危巖，以保證受威脅的樹林及耕地的安全。

5 結(jié)語

開陽磷礦區(qū)山體崩塌主要系地下磷礦開采引起，因此防治的根本在于改進(jìn)磷礦開采方法，推薦采用井下充填采礦，才能遏制區(qū)內(nèi)崩塌的進(jìn)一步發(fā)展；危害生命財(cái)產(chǎn)的崩塌體，優(yōu)選生態(tài)移民工程；危害礦山公路、小路、河流等的危巖體，選取錨固與防護(hù)工程；危害耕地、樹林的山體崩塌，采用切割爆破清除危巖體。結(jié)合礦區(qū)實(shí)際，科學(xué)規(guī)劃，分類治理，確保礦區(qū)生命財(cái)產(chǎn)安全，改善地質(zhì)生態(tài)環(huán)境、礦區(qū)工業(yè)建設(shè)、促進(jìn)該地區(qū)磷礦資源的可持續(xù)開采和利用都具有重要意義。

［1］丁堅(jiān)平，李揚(yáng)，褚學(xué)偉，等.貴州開陽縣龍井灣崩塌地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估及防治［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2006，17（4）：21 －24.DINGJianping，LIYang，CHUXuewei，etal.Evaluation andprevention ofrock fallin Longjingwan，Guizhou Province［J］.TheChineseJournalofGeologicalHazard andControl，2006，17（4）：21－24.

［2］周輪.開陽縣礦山地質(zhì)災(zāi)害及防治對(duì)策［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2001，28（6）：59 －60.ZHOULun.Geologicalhazardofmineandprevention countermeasures，inKaiyangcounty［J］.MiningSafety andEnvironmentalProtection，2001，28（6）：59 －60.

［3］陳良奎，范景倫，韓軍，等.巖土錨固［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.CHENG Liangkui，F(xiàn)AN Jinglun，HAN Jun，etal.Anchoring in soiland rock［M］. Beijing：China ArchitectureandBuildingPress，2003.

［4］陽友奎.崩塌落石的 SNS柔性攔石網(wǎng)系統(tǒng)［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1998，（S）：313 －321.YANGYoukui.TheSNSflexiblesystemsforholding rockfall［J］.TheChineseJournalofGeologicalHazardand Control，1998，（S）：313 －321.

［5］曾廉.崩塌與防治［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社.1990.ZENGLian.CollapseandPrevention［M］.Chengdu：SouthwestJiaotongUniversityPress，1990.