撫順市西露天礦北幫現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害及演變趨勢

摘要：撫順市是我國著名的煤都，是一個以礦業(yè)特別是煤炭能源立市的城市，曾經(jīng)為國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出過突出的貢獻(xiàn)。但隨著時間推移，資源萎縮，由地質(zhì)構(gòu)造條件、人類工程活動和氣候等綜合因素引起的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境惡化已日益顯露出來，引發(fā)的各類地質(zhì)災(zāi)害也日漸突出，已經(jīng)嚴(yán)重影響城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：地質(zhì) 滑坡災(zāi)害 崩塌

一、地質(zhì)災(zāi)害類型及總體特征：

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型受地形地貌和人類活動的影響，在撫順市具有不同的特點：撫順市地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)突出的是礦業(yè)開發(fā)引起的系列地質(zhì)災(zāi)害。

地質(zhì)災(zāi)害類型主要包括以下幾種：

滑坡、崩塌、地面沉陷（地面塌陷）、地裂縫。

二、地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀

1、滑坡（崩塌）地質(zhì)災(zāi)害

市區(qū)滑坡多數(shù)集中在西露天礦。

（1）西露天礦開采區(qū)滑坡（崩塌）地質(zhì)災(zāi)害

西露天礦開采過程中因開采造成的邊幫懸空或堆積引起滑坡（崩塌）地質(zhì)災(zāi)害，從1935年7月開始有記載以來至1993年，共發(fā)生103m3以上的崩滑69次，其中小于104m3的8次，104～105m3的30次，105～106m3的26次，大于106m3的5次，大于106m3的多發(fā)生于開采的早期，1994年以后，因采用邊采邊填方式，很少發(fā)生大型崩滑。這些崩滑有許多是多次重復(fù)發(fā)生并多次治理，有的因采坑擴(kuò)大而不復(fù)存在。

邊坡破壞方式初步歸納為兩種方式：

a 具有明顯滑面（裂隙面、層面），巖土體順此面失穩(wěn)、滑移、破壞。此種類型在西露天礦北幫有所見且是主要方式。邊幫地層上為煤頁巖下為軟質(zhì)凝灰?guī)r。滑動方式為：首先在上部的某個滑動面滑移，在重力推動下，下部凝灰?guī)r的臨界部位剪裂破壞造成滑塌。

b 巖層蠕變開裂坍塌變形破壞。首先是巖層蠕變產(chǎn)生裂隙，繼而構(gòu)成邊坡的巖體開裂傾倒破壞、膨脹，局部發(fā)生滑移，最后導(dǎo)致坍塌。發(fā)展程度隨開挖加深而加劇。西露天礦和其他礦中非順向坡滑面多以此方式形成崩塌滑坡。

這些滑坡由于高差大（有1/4大于100m，2/3在50m至100m之間）和開挖斜坡多為階梯狀，滑坡多為上崩下滑或陡坎處形成崩塌。多種平面形態(tài)都可見到，剖面形態(tài)多為復(fù)合型；滑動面和滑壁不易區(qū)分，其埋深和厚度因滑坡規(guī)模和面積而異；滑面（動）方向與坡面方向一致，滑坡體坡角小于原斜坡坡角小于滑壁坡角；滑后很快處理，無表面變形跡象（有的保留滑壁）。

這些滑坡都造成過危害，有的造成人員傷亡（1955年東下盤滑坡死7人），從1964年以來因滑坡影響造成的直接經(jīng)濟(jì)損失（包括一次滑坡泥石流）達(dá)4.5億元以上。由于滑坡牽引造成地面沉陷滑移，經(jīng)濟(jì)損失1.2億元。

從現(xiàn)有調(diào)查資料分析，西露天礦采坑內(nèi)已有的老滑坡已處穩(wěn)定狀態(tài)或已開挖處理，但在北邊幫發(fā)生大型乃至巨型滑坡的可能性是存在的。

2、地面沉陷（地面塌陷）地質(zhì)災(zāi)害

露采坑周邊的地面塌陷

在西露天礦北側(cè)撫順電廠，發(fā)生一面積約0.02km2的塌陷坑，末造成重大經(jīng)濟(jì)損失。該塌陷處于西露天礦北側(cè)地表不均勻沉降區(qū)內(nèi)，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，不均勻沉降區(qū)內(nèi)仍有發(fā)生地面塌陷可能性；

3、地裂縫地質(zhì)災(zāi)害

現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的地裂縫地質(zhì)災(zāi)害主要分布于西露天礦北側(cè)地表。

北側(cè)水泥廠～石油一廠～發(fā)電廠地裂縫呈帶狀或串珠狀分布，東西總長約6km，南北寬200～300m。地表明顯變形，出現(xiàn)多條近東西走向平行裂縫，最長近千米，寬度幾毫米至幾厘米。路面明顯高差形變（有的近1m），多處建筑、樓房開裂等，局部有塌陷坑。對石油一廠、水泥廠、發(fā)電廠等造成了危害，特別是石油一廠，僅治理地面變形維護(hù)廠房安全的費用就達(dá)數(shù)億元，目前仍不穩(wěn)定。

三、地質(zhì)災(zāi)害演變趨勢

地質(zhì)災(zāi)害的孕育、發(fā)展、成災(zāi)一方面受自然地質(zhì)環(huán)境條件的控制，另一方面還取決于人類活動方式和強(qiáng)度的變化。

1、自然地質(zhì)災(zāi)害趨勢預(yù)測

自然地質(zhì)災(zāi)害的形成必須具備一定的地形地貌條件、地層巖性條件、地質(zhì)構(gòu)造條件與水動力條件。在上述諸條件中，前三者發(fā)生顯著變化的可能性極小，只有水動力條件隨降水強(qiáng)度的不同而發(fā)生變化。因此，水動力條件的變化決定著自然地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展趨勢。

撫順市屬溫帶濕潤大陸性氣候，四季分明，年際雨量分布不均，降水多集中于6—8月，是地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)期。而易受降水因素誘發(fā)的崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象主要分布低山丘陵區(qū)，是自然地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)。根據(jù)撫順市1996—2013年降水資料分析，近年來撫順市降水量和暴雨日數(shù)有增加的趨勢，尤其在2013年8.16撫順發(fā)生了百年一遇的暴雨洪水，直接的引發(fā)了各類地質(zhì)災(zāi)害，對人們的生命及其財產(chǎn)構(gòu)成了巨大的損害。也為我們敲響了警鐘，未來自然地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率可能會有所增加。

2、人為地質(zhì)災(zāi)害趨勢預(yù)測

人為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展趨勢受人類活動程度和方式及人口分布變化的影響極重。引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的人類工程活動主要為礦山開采。

（1）西露天礦采場北幫滑坡

西露天礦采場北幫邊坡是傾倒變形、山體滑坡、地面陷裂等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地段。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，采礦規(guī)模和采礦強(qiáng)度大，既有深部井工開采作業(yè)，也有地表露天開采作業(yè)，采場北幫處于綜合采動的劇烈擾動之中，其邊坡巖體結(jié)構(gòu)長期處于動態(tài)平衡調(diào)整狀態(tài)。

北幫西部區(qū)邊坡曾經(jīng)是滑坡活動頻繁地段，現(xiàn)在露天開采深度已經(jīng)到界，露天采礦活動基本停止，已轉(zhuǎn)入回填初期階段，邊坡滑坡機(jī)率相對減小。但是，由于邊坡巖體存在應(yīng)變滯后效應(yīng)，要使采區(qū)邊坡巖體達(dá)到完全穩(wěn)定狀態(tài)還需要很長時期。因此，該采區(qū)雖然已經(jīng)停止了采礦活動，但發(fā)生邊坡滑坡的危險性依舊存在，必須予以密切關(guān)注。

北幫中部區(qū)是當(dāng)前西露天礦采礦規(guī)模和開采強(qiáng)度最大的地區(qū)，也是采場北幫邊坡巖體發(fā)生滑坡機(jī)率最高的地區(qū)。在大規(guī)模超強(qiáng)度采礦活動和F1斷層活化作用影響下，該采區(qū)已經(jīng)成為西露天礦采場北幫邊坡地表變形量最大、地面最不穩(wěn)定的地段，并呈現(xiàn)出向其周圍地面擴(kuò)散延伸趨勢，必須給予密切關(guān)注和高度重視。

北幫東部區(qū)邊坡屬于反傾互層的板裂結(jié)構(gòu)區(qū)。F1斷層于E860穿過西露天采場，對邊坡影響程度已經(jīng)明顯減弱。但該采區(qū)北部附近綠色頁巖層內(nèi)發(fā)育一牽引向斜褶皺，是容易引發(fā)邊坡巖體發(fā)生滑坡的不利構(gòu)造因素。該采區(qū)邊坡由綠色頁巖及油母頁巖層組成，其內(nèi)大量發(fā)育泥化夾層，巖層與邊坡呈反向傾斜，以往露天采掘量小，對邊坡巖體破壞程度低，巖石相對較為完整，工程地質(zhì)條件較好。根據(jù)撫順煤田采礦設(shè)計規(guī)劃，東采區(qū)將成為西露天礦主要采礦區(qū)，當(dāng)東采區(qū)煤層被剝采到最終邊界時，邊坡角將達(dá)到34°，如果考慮露天開采產(chǎn)生的拉伸作用和井工開采產(chǎn)生的偏壓作用，東采區(qū)未來可能會產(chǎn)生變形特征：首先，沿層理和與其正交的節(jié)理發(fā)生構(gòu)造追蹤，出現(xiàn)局部切斷巖層現(xiàn)象。隨后，沿層理軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育形成近似于圓弧型的滑脫面，并沿滑脫面傾斜方向產(chǎn)生指向采區(qū)中心的邊坡巖體滑坡趨勢。

（2）西露天礦采場北側(cè)地面變形

西露天采場北幫開采規(guī)模及開采強(qiáng)度是引發(fā)其邊坡巖（土）體蠕動變形的決定因素，也是影響其北側(cè)附近地區(qū)發(fā)生地面變形的主要因素。隨著西露天礦采場北幫邊界開采強(qiáng)度持續(xù)增大，采場北部附近地區(qū)地面變形將愈演愈烈。

在西露天礦采場北幫邊坡巖體內(nèi)賦存有軟弱夾層和軟弱結(jié)構(gòu)面（如F1斷層），是引發(fā)邊坡表層巖體變形的主要因素。邊坡地面蠕動變形與邊坡巖石物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，主要受邊坡巖層內(nèi)軟弱夾層或軟弱結(jié)構(gòu)面控制。邊坡表層巖體蠕動變形隨采礦工程逐步推進(jìn)而逐漸顯現(xiàn)，隨采礦活動時間持續(xù)延長而漸進(jìn)發(fā)展。表層巖體蠕動變形從發(fā)育初期到最終形成可以大致劃分為三個階段：即初始變形階段、穩(wěn)態(tài)變形階段和加速變形階段。初始變形階段時間段較短，蠕動變形速度較快，表面變形量較大；穩(wěn)態(tài)變形階段時間段較長，蠕動變形速度放緩，保持在近似于常量的波動范圍內(nèi)；加速變形階段時間段亦較短，蠕動變形速度逐漸增大。通常情況下，蠕動變形發(fā)育過程往往需要幾年甚至十幾年的時間。隨著西露天礦采區(qū)東移，以及石油一廠和西露天礦聯(lián)合實施變形綜合治理工程，石油一廠廠區(qū)西部地面變形有所減緩。但巖體應(yīng)變滯后效應(yīng)將使西露天礦采場北部地區(qū)地面變形持續(xù)很長時期。

在地面變形過程中，無論是地面水平位移量，還是地面下沉位移量，均屬于在外力影響下地應(yīng)力的突變點或間斷點。具體來說，在露天采場采掘降深面逐漸降低過程中，隨著巖體地應(yīng)力平衡調(diào)整而產(chǎn)生的應(yīng)力釋放作用，必然波及到采場邊坡及其北部地面，斷層結(jié)構(gòu)面（應(yīng)力場邊界）起著減弱地應(yīng)力向外傳導(dǎo)的阻隔效應(yīng)，減弱了采場地應(yīng)力釋放過程中的巖體傳導(dǎo)作用，從而降低了斷層北部地面變形強(qiáng)度。所以西露天采場北側(cè)地面變形在南北方向上表現(xiàn)為由南向北逐漸減弱的趨勢。

綜上所述，除少數(shù)重點隱患地段逐步采取工程措施外，大部分地質(zhì)災(zāi)害隱患點將采取群測群防的監(jiān)測方法進(jìn)行預(yù)防。因此，這些隱患點在暴雨及人類工程活動的影響作用下可能會引發(fā)諸多的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害。上節(jié)對已經(jīng)形成的災(zāi)害損失進(jìn)行了評估，但更重要的在于未來的災(zāi)害隱患。2017年我國現(xiàn)有最大的露天煤礦—撫順西露天煤礦即將閉坑。屆時該坑人為作用形成的地質(zhì)環(huán)境影響將再次發(fā)生重大改變，正常開采時施加的諸如排水、支護(hù)襯砌等保護(hù)措施將減少甚至撤消，那么由于應(yīng)力作用發(fā)生變化和地下水作用也發(fā)生變化，使得發(fā)生大型乃至巨型滑坡的可能性極大地增加。這種滑坡也可能是連鎖性的，即一處滑坡引起幾處都滑，一側(cè)滑下后滑體沖擊另一側(cè)引發(fā)另一側(cè)也發(fā)生滑坡。同時，礦坑北側(cè)緊靠渾河斷裂這一活動斷裂，滑坡激發(fā)斷層活動的可能性也不能完全排除，而渾河上游22km處還有一座大型水庫，災(zāi)害的發(fā)生還可能與降雨等因素相配合。當(dāng)然，這些災(zāi)害也許不會同時發(fā)生，但滑坡災(zāi)害是極易會發(fā)生的。受滑坡影響，必然引起地表發(fā)生裂縫和變形，由于周邊特別是北側(cè)為人口高度密集區(qū)，造成的損失將是極其巨大的。初步估計，西露天礦在閉坑前后的10年內(nèi)可能有約20億元的財產(chǎn)受到威脅，并威脅數(shù)以萬計的居民生命安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]遼寧省冶金地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查研究院，2003.5，遼寧省撫順市區(qū)暨撫順縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及區(qū)劃報告.

[2]遼寧省有色地質(zhì)局勘查總院，2005.12，撫順市市區(qū)斷裂活化及采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害勘查報告.

[3]遼寧省第十地質(zhì)大隊，2006.11， 撫順市區(qū)新太河-古城子河1：10000地質(zhì)圖說明書.