露天礦山邊坡破壞形式及原因分析

李超

（湖南省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì) 湖南永州 425000）

露天礦山邊坡破壞形式及原因分析

李超

（湖南省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì) 湖南永州 425000）

礦產(chǎn)資源是一種重要的自然資源，開發(fā)礦產(chǎn)資源有力地支持了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，促進(jìn)了社會的進(jìn)步。與此同時，礦產(chǎn)資源的開發(fā)也對礦山地質(zhì)環(huán)境造成了不同程度的破壞，尤其是露天礦山形成的高陡邊坡，留下了各種地質(zhì)災(zāi)害隱患。往往導(dǎo)致滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，生態(tài)環(huán)境也進(jìn)一步惡化。在開發(fā)礦產(chǎn)資源的同時如何能盡可能的減少災(zāi)害的發(fā)生是一項(xiàng)很有意義的課題。本文結(jié)合露天礦山邊坡主要的地質(zhì)災(zāi)害類型，分析了影響邊坡穩(wěn)定的因素，并提出了防治措施與建議。

露天礦山；邊坡破壞；工程地質(zhì)條件；水文地質(zhì)條件；開采技術(shù)條件

露天礦山的邊坡問題是礦產(chǎn)開發(fā)過程中一個難以把握的問題，既影響到礦產(chǎn)的綜合利用，直接影響礦山的經(jīng)濟(jì)效益，又影響到礦山的安全生產(chǎn)，也對礦山地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)與閉坑后恢復(fù)治理的難易程度有著決定意義。為追求高額經(jīng)濟(jì)利益，露天礦山往往盡可能地留有較陡的邊坡，甚至“不但可以允許邊坡巖體產(chǎn)生一定的變形，甚至可以允許產(chǎn)生一定的破壞，只要這種變形及破壞不致影響露天礦的安全生產(chǎn)即可”，為礦山留下了各種地質(zhì)災(zāi)害隱患。根據(jù)我國大中型露天礦山的不完全統(tǒng)計(jì)，不穩(wěn)定邊坡或具有潛在滑坡危險的邊坡占礦山邊坡總量的15～20%，個別礦山高達(dá)30%，認(rèn)清礦山邊坡的破壞形式及原因也是露天礦山防災(zāi)減災(zāi)工作的重要途徑。

1 露天礦山邊坡問題

露天礦山邊坡的破壞往往表現(xiàn)為崩塌、滑坡、泥石流三種形式。

1.1 露天礦山引發(fā)崩塌

某采石場為開采二十余年的老礦山，主要開采泥盆系上統(tǒng)錫礦山組的灰?guī)r，用作建筑石料。該礦山在1臺階實(shí)行開采作業(yè)，在實(shí)施爆破后因管理不善，在未確保安全的條件下指派工人到采坑邊坡下方作業(yè)，上方松動土石發(fā)生崩塌致使一名工人死亡。

1.2 露天礦山引發(fā)滑坡

光宏鉛鋅礦主要開采土狀赤鐵礦石，該礦石賦存于第四系下部，礦山范圍內(nèi)第四系一般厚5～20m，礦體厚5.9～7.7m。礦山為追求經(jīng)濟(jì)利益在凹陷開采過程中未按照設(shè)計(jì)保留邊坡，致使在一次連續(xù)性強(qiáng)降雨后引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，原采坑被填埋，礦山損失嚴(yán)重。

圖1 采石場曾因爆破土石松動崩塌致人死亡

圖2 光宏鉛鋅礦引發(fā)滑坡填埋采坑

1.3 露天礦山引發(fā)泥石流

婆婆岱礦為開采飾面花崗巖板材的露天礦山，地層巖性為中等風(fēng)化燕山期花崗巖，地表全-強(qiáng)風(fēng)化層厚度可達(dá)3～5m，主要成分為石英、長石、輝石等礦物顆粒，結(jié)構(gòu)松散，毫無粘結(jié)力。前期由于礦山無序開采，對山體進(jìn)行了大面積破壞，同時將廢棄尾礦肆意順山傾倒，以致在2015年6月連續(xù)暴雨的情況下發(fā)生了泥石流（如圖3）。

2 露天礦山邊坡破壞的原因

影響邊坡穩(wěn)定的主要因素有礦山工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、開采技術(shù)條件等多種因素，露天礦山邊坡的破壞也往往與上述條件有關(guān)。

2.1 工程地質(zhì)條件

礦石及圍巖工程地質(zhì)性質(zhì)是露天礦山邊坡穩(wěn)定的內(nèi)在條件，也直接影響露天采礦邊坡角的設(shè)計(jì)。一般而言，巖石的硬度越大邊坡越穩(wěn)定。

圖3 婆婆岱飾面花崗巖礦引發(fā)泥石流毀壞民居

此外，巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)還重點(diǎn)反映在節(jié)理、裂隙、層理斷層、破碎帶以及極不穩(wěn)定的軟弱夾層和遇水膨脹的軟弱面等結(jié)構(gòu)面特征。大量滑坡實(shí)例表明，滑坡體的滑動面和邊緣輪廓都是受結(jié)構(gòu)面控制的，露天礦山滑坡一般發(fā)生在層理面、巖土接觸面、軟硬相間的軟弱層等結(jié)構(gòu)面。

2.2 水文地質(zhì)條件

水是露天礦山邊坡破壞的環(huán)境條件，主要作用有增大巖土體（坡體）容重，降低巖土體的凝聚力和抗剪強(qiáng)度，在坡體內(nèi)產(chǎn)生動水壓力和孔隙水壓力，對透水巖層產(chǎn)生浮托力等。

露天礦山滑坡多發(fā)生在強(qiáng)降雨或持續(xù)性降雨時期，降雨入滲后形成的裂隙水降低了巖土體的抗剪強(qiáng)度；地下水可能對巖體產(chǎn)生向上浮力和水平推力；當(dāng)水賦存于巖石軟弱面中時，會顯著減弱巖層間的摩擦力和增大巖體的下滑動，從而降低邊坡的穩(wěn)定性；當(dāng)巖體中含有砂土?xí)r，在地下水滲流的作用下會掏空巖體中的砂土形成空洞，也會導(dǎo)致邊坡的破壞。

2.3 開采技術(shù)條件

開采技術(shù)條件是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素，采礦過程中形成的邊坡形狀、幾何尺寸等都直接影響到邊坡的穩(wěn)定。主要包括邊坡角、臺階組成形式、開采程序、推進(jìn)方向以及穿爆工藝等。一般來說，邊坡角越小，邊坡越穩(wěn)定；上部緩下部陡的邊坡較穩(wěn)定；邊坡暴露的時間越短越穩(wěn)定；不采用爆破工藝（如切割、繩鋸等）形成的邊坡比采用爆破震動作用的穩(wěn)定。

另外，生產(chǎn)過程中是否按設(shè)計(jì)要求采取了有效的加固與支護(hù)措施；遇到新的巖層是否根據(jù)新的巖性重新進(jìn)行了力學(xué)分析與邊坡角的計(jì)算校正；等等上述情況也會直接影響到露天采礦所留邊坡的穩(wěn)定。

3 建議

（1）合理設(shè)計(jì)邊坡參數(shù)。礦種及圍巖的性質(zhì)直接影響邊坡參數(shù)的設(shè)定，并考慮邊坡的幾何形態(tài)、巖組、結(jié)構(gòu)面和構(gòu)造特征以及它們之間的相互關(guān)系。

（2）合理確定邊坡破壞模型，通常采用極限平衡法來分析邊坡的穩(wěn)定。對于自然狀態(tài)下處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)的邊坡，要采取控制爆破、疏干和局部加固等措施以保證邊坡穩(wěn)定。

（3）做好疏排水工作，地表水一般采用截水溝、排水溝疏排，凹形開采的礦坑一般要采用水泵抽牌，地下水一般采用鉆孔疏干。

（4）控制爆破。不良的爆破作業(yè)在不同的程度上影響著邊坡巖體的穩(wěn)定，甚至造成安全事故。采用合理的爆破方法，盡可能地減小爆破對邊坡的破壞，使邊坡保持較好的穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）人工加固邊坡。對節(jié)理、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育容易引起坍塌或滑坡的露天礦山，可采用采用抗滑擋墻、抗滑樁、邊坡注漿、安裝瞄桿、噴射混凝土等方法進(jìn)行人工加固。

（6）邊坡監(jiān)測與預(yù)報。對邊坡巖體的變形和移動情況進(jìn)行監(jiān)測（如采用裂隙觀測法），減少事故不可忽視的工作。

總之，邊坡的研究工作任重道遠(yuǎn)，尤其是對于露天礦山，它是階段性與連續(xù)性研究相結(jié)合的系統(tǒng)工程，在生產(chǎn)過程中應(yīng)更深入地開展邊坡的研究工作，這對保證礦山整體邊坡的穩(wěn)定和礦山的安全生產(chǎn)都具有深遠(yuǎn)意義。

[1]孫玉科，等.中國露天礦邊坡穩(wěn)定性研究.中國科學(xué)技術(shù)出版，1999.

[2]唐廷宇，等.影響露天礦邊坡穩(wěn)定的主要因素及防范措施.礦業(yè)工程，2008，6（2）.

[3]楊天鴻，等.露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.巖土力學(xué)，2011，32（5）.

TD854.6

A

1004-7344（2016）12-0181-02

2016-4-10

李超（1982-），男，工程師，本科，主要從事地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與評價、地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察與設(shè)計(jì)、礦山地質(zhì)環(huán)境評估與恢復(fù)治理工作。