開陽磷礦區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害成因分析

貴州省交通科學研究院有限責任公司 吳 瑾 鄒啟學 胡先進 夏曉勇

開陽磷礦區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害成因分析

貴州省交通科學研究院有限責任公司 吳 瑾 鄒啟學 胡先進 夏曉勇

一、礦區(qū)概況

開陽磷礦是國家最早投資建設(shè)的三大磷礦生產(chǎn)基地之一。建礦以來，該礦已累計生產(chǎn)磷礦石4 000萬t，為國家磷肥、磷化工業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻。

開陽磷礦分為沙壩土、極樂、兩岔河、馬路坪、牛趕沖、用沙壩6個礦段。礦區(qū)內(nèi)地形切割劇烈，谷深坡陡，氣候潮濕多雨，日暴雨強度大，隨著近年來礦山開采加劇，致使流域內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害不斷發(fā)生。其中，崩塌是區(qū)內(nèi)分布最廣的地質(zhì)災(zāi)害之一。區(qū)內(nèi)崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育地段一般在礦層出露線之上，直接危害到崩塌體下的村寨居民。此外，還會威脅到各沖溝下游的居民及農(nóng)田耕地，進而威脅到洋水河主河道兩岸的企業(yè)、居民的生命財產(chǎn)安全。因此，分析崩塌地質(zhì)災(zāi)害的成因，為防治地質(zhì)災(zāi)害做準備是很有必要的。

二、地質(zhì)成因

1. 地形地貌。陡峻的斜坡地形是形成崩塌落石的必不可少的條件之一。礦區(qū)地層由板溪群、震旦系、寒武系、二疊系和三疊系組成，由于構(gòu)造、侵蝕、地下水溶蝕等作用，使礦區(qū)形成淺切割侵蝕溶蝕中山地貌類型，為礦區(qū)山體崩塌提供了自然條件。

2. 斷裂構(gòu)造。

（1）斷層。崩塌產(chǎn)生的內(nèi)因包括地質(zhì)構(gòu)造作用和巖體本身性質(zhì)，斷層帶巖石十分破碎，大小巖石塊體均有，為崩塌落石提供了必要條件。同時，斷層破碎帶常是地下水滲流的通道，使巖層強度降低，從而引起各種規(guī)模不同的崩塌落石。洋水背斜南、北傾伏端斷裂構(gòu)造較為復(fù)雜，背斜兩翼構(gòu)造相對簡單。礦區(qū)構(gòu)造以縱向斷層為主，斜交及橫向斷層次之。對礦層破壞較大的F1～F6縱向斷層，從南端的用沙壩和牛趕沖礦段向北部的沙壩土、極樂和兩岔河礦段斷續(xù)分布，長者大于10 km。其中，F(xiàn)1～F3位于背斜的東盤，F(xiàn)4～F6位于背斜的西盤。區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育是崩塌產(chǎn)生的一個重要原因。

（2）節(jié)理。一般來講，塊狀、厚層狀的堅硬脆性巖石常形成較陡峻的邊坡，若構(gòu)造節(jié)理和卸荷裂隙發(fā)育且存在臨空面，則極易形成崩塌。磷礦區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理、裂隙成因復(fù)雜，既有早期構(gòu)造應(yīng)力作用形成的構(gòu)造節(jié)理，也有后期隨著河谷深切作用而形成的卸荷節(jié)理，還有由于采礦活動形成的地裂縫等。走向東西近于直立的一組構(gòu)造節(jié)理與卸荷節(jié)理（與河谷岸近于平行，高角度，傾向谷內(nèi)）相互交切，破壞了巖體的完整性，易于產(chǎn)生崩塌、滑坡。

3. 構(gòu)造破碎帶含水構(gòu)造。充滿裂隙中的水及其流動，對巖體產(chǎn)生靜水壓力和動水壓力，對不穩(wěn)定巖體產(chǎn)生向上的浮托力，甚至使不穩(wěn)定巖體與穩(wěn)定巖體之間的側(cè)向摩擦力減小。巖體中裂隙水壓力會導(dǎo)致弱面上正應(yīng)力的減小，降低抗剪強度。如果巖體中裂隙水壓力大于其法向應(yīng)力，會使巖體破壞。巖體內(nèi)地下水的流動使巖體可溶物質(zhì)溶解，結(jié)構(gòu)面的細顆粒被帶走，產(chǎn)生化學、機械管涌而使巖體失穩(wěn)。洋水背斜南、北傾伏端斷裂構(gòu)造及背斜東翼斷裂構(gòu)造較為復(fù)雜，以逆斷層為主，斷裂破碎帶一般寬0.10～13.11 m，膠結(jié)緊密，由于斷層上下盤往往是震旦系上統(tǒng)燈影組白云巖，根據(jù)鉆孔抽水試驗滲透系數(shù)K為0.069～0.245 m/d。富水性中等，斷裂帶往往控制巖溶發(fā)育的方向。

4. 地層巖性。巖性對巖質(zhì)邊坡的崩塌具有明顯控制作用。沉積巖容易出現(xiàn)夾層情況，常發(fā)生崩塌。變質(zhì)巖常把巖體切割成大小不等的巖塊，經(jīng)常發(fā)生規(guī)模不等的崩塌落石。礦層露頭一帶白云巖高陡邊坡因受節(jié)理、裂隙及采礦的影響，常發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對礦床開采有一定影響。在洋水河谷內(nèi)除震旦系燈影組為厚層白云巖外，全部為泥巖、頁巖和板巖等軟弱巖石。震旦系燈影組厚層白云巖中發(fā)育兩組垂直節(jié)理，河谷兩岸尚見卸荷裂隙，在陡峻的河谷地帶極易產(chǎn)生崩塌。

三、工程活動

礦區(qū)內(nèi)人類工程活動主要表現(xiàn)為磷礦開采、加工和運輸?shù)?。目前沿洋水背斜兩翼開采磷礦的礦山和企業(yè)有20余家，沿洋水河谷形成了長于10 km的磷礦開采區(qū)。礦區(qū)內(nèi)人類工程活動已經(jīng)對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的影響和破壞，礦區(qū)內(nèi)影響和破壞地質(zhì)環(huán)境的人類工程活動強烈。

礦山開采導(dǎo)致應(yīng)力的釋放且可能產(chǎn)生卸荷裂隙，爆破會誘發(fā)崩塌。巖體的卸荷不僅導(dǎo)致巖體內(nèi)的應(yīng)力重新分配，對巖體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)面也有較大影響。當開采面積達到一定范圍之后，起始于采場附近巖體的移動和破壞將擴展到地表，引起地表變形，導(dǎo)致位于移動巖體內(nèi)的井巷、峒室等以及位于開采影響范圍內(nèi)地表的建筑物等改變其原有狀態(tài)，甚至被破壞，稱之為采動損害。

巖土體是一種十分復(fù)雜的特殊介質(zhì)，它由多種不同性質(zhì)的巖層組合而成，構(gòu)造地質(zhì)作用使其產(chǎn)生大量不連續(xù)結(jié)構(gòu)面。由于工程采礦作用，地下開采會引起巖體應(yīng)力變化，并傳播至巖體頂部及地表，形成冒落帶、斷裂帶。當開采范圍較小、磷礦層埋深大時，開采沉陷范圍就小;反之，開采沉陷波及的范圍就會引起地表移動。

開陽磷礦區(qū)極樂礦段龍井灣崩塌地質(zhì)災(zāi)害的研究文獻解釋了發(fā)生崩塌的工程原因。文獻中采用概率積分法進行地表移動和變形分析，利用極樂礦段890平巷（高程）及采空區(qū)的地質(zhì)條件及參數(shù)，計算出極樂礦段采空區(qū)移動變形值，計算結(jié)果見表1。

表1 極樂礦段采空區(qū)移動變形值計算結(jié)果

由表1可知，磷礦層的開采將使其上方相應(yīng)的地表發(fā)生一定的變形與移動，特別是斜坡地段水平變形值最大，導(dǎo)致斜坡卸荷裂隙發(fā)育，引發(fā)崩塌。

四、結(jié)論

綜上，礦區(qū)山體崩塌形成的主要原因是開采4～6 m厚的陡山沱磷塊巖礦層并沿礦層延伸方向開拓巷道進行回采，形成較大采空區(qū)，同時采掘放炮破壞了巖體的完整性，節(jié)理裂隙進一步擴張，巖體強度降低，導(dǎo)致采空區(qū)頂板冒頂垮塌；而頻繁爆破震動的應(yīng)力傳遞及破壞，又使一側(cè)臨空的陡峻山體、緩坡臺地及山頂?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綜合作用，形成了崩塌危巖體或崩塌災(zāi)害。當前，開陽磷礦區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治已經(jīng)刻不容緩，而分析崩塌地質(zhì)災(zāi)害的成因為其防治提供了前提條件。