贛南原地浸礦礦山滑坡特征及其成因分析

張 濤 ，宋 勇

（1.江西省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急中心，江西 南昌 330025；2. 江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六四大隊(duì)，江西 贛州 341000）

1 原地浸礦

原地浸礦通過分布于礦床地表的淺井網(wǎng)系注入浸礦液將礦體中的礦產(chǎn)浸出并回收，是目前作為該類離子型礦開采唯一被應(yīng)用的新工藝。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需開挖，無(wú)工業(yè)固體廢渣排放，但經(jīng)過多年的開采實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)原地浸礦工藝會(huì)引發(fā)滑坡、造成水土污染等一系列的地質(zhì)環(huán)境問題[1]。

2 礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

歷年平均氣溫19.5℃，年平均降雨量1557.13mm。水系發(fā)育。低山丘陵地貌，地形切割較為強(qiáng)烈，溝谷縱橫發(fā)育，地形坡度20～40°，相對(duì)高差50～200 m。

巖性以花崗巖為主，混合巖、花崗斑巖次之，地層主要為第四系沖洪積層，分布于溝谷及山間低洼處。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，是該類離子型礦床形成的地質(zhì)條件之一。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形強(qiáng)烈，褶皺斷裂發(fā)育，以東西向、北北東向?yàn)橹?。地震烈度為Ⅵ度，地震?dòng)加速度為0.05 g。

地下水類型主要為巖漿巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水，水量貧乏。水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

區(qū)內(nèi)殘積層粘聚力小于40 kPa，強(qiáng)度低、穩(wěn)定性較差；花崗巖全風(fēng)化層厚度約3.0～26.0 m，呈松散砂土狀，粘聚力7.9～17.5 kPa。工程地質(zhì)條件中等。

3 滑坡基本特征

（1）數(shù)量多、規(guī)模小、頻率高。共890處滑坡，其中719處發(fā)生于原地浸礦期間，占總數(shù)的80.8%；滑坡規(guī)模以小型為主，且體積小于1000 m3以下的滑坡占總數(shù)的88.9%；每個(gè)礦區(qū)內(nèi)都發(fā)生了不同程度的滑坡，其災(zāi)害點(diǎn)密度達(dá)44.4～52.9處/km2，其中2006～2010年，因開采力度加大，滑坡發(fā)生頻率明顯增加，次數(shù)達(dá)110次/年（圖1）。

（2）滑體以殘坡積層和花崗巖全風(fēng)化層為主。殘積層和花崗巖全風(fēng)化層的物質(zhì)組成以含礫粉質(zhì)粘土為主，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)，遇水易軟化崩解，強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差，在雨水沖刷作用下易失穩(wěn)。

（3）滑坡主要分布于凹地形處。滑坡多數(shù)發(fā)生在凹地形處，這種地形具有坡面兩邊高、中間低的特點(diǎn)，有利于浸礦液的匯集，但坡體匯集的大量浸礦液直接導(dǎo)致了山坡巖土體沿軟弱面產(chǎn)生滑動(dòng)。

（4）滑坡平面形態(tài)以舌形、矩形為主，剖面形態(tài)以凹形為主?；麻L(zhǎng)度約5～90 m，寬度約4～50 m，其平面形態(tài)呈舌形的滑坡數(shù)量占總數(shù)的40.79%，呈矩形的滑坡數(shù)量占總數(shù)的32.13%，其余為半圓形或不規(guī)則形。剖面形態(tài)呈凹形的滑坡497處，占滑坡總數(shù)的55.84%。

（5）滑坡與地形坡度不具正相關(guān)性。滑坡原始地形坡角小于20°的僅占0.67%，20°～35°的占94.04%，大于35°的占5.28%，原地浸礦誘發(fā)的滑坡，其原始地形坡角不大，滑坡與地形坡角不具正相關(guān)性。

（6）滑坡易發(fā)于浸礦注液5～20 d期間，與雨季具一定的同期性（圖2）。原地浸礦注液5～20 d對(duì)土體參數(shù)的影響最明顯。浸礦液與礦體進(jìn)行離子交換反應(yīng)需要3～5 d時(shí)間，礦體內(nèi)部開始劇烈反應(yīng)，抗剪強(qiáng)度持續(xù)降低，黏聚力急劇下降，內(nèi)摩擦角呈增大趨勢(shì)。原地浸礦注液15～20 d后，離子交換反應(yīng)完全，浸礦后的礦層土體強(qiáng)度穩(wěn)定，因此注液5-20 d時(shí)段內(nèi)屬相對(duì)危險(xiǎn)期，應(yīng)注意控制注液量，保持收液管道的通暢。在持續(xù)降雨和暴雨條件下，雨水在短時(shí)間內(nèi)集中滲入坡體內(nèi)部，使巖土體含水量陡增、坡體自重增加、孔隙水壓力增大，從而加劇滑坡的發(fā)生。

圖2 滑坡發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖

（7）滑坡主要發(fā)生在自然斜坡的中上部，滑速快，以推移式為主。原地浸礦注液井一般布設(shè)在山頂周圍，即斜坡的上部區(qū)域，其上伏較厚的風(fēng)化殘積層，邊坡中上部浸礦飽和易松散，導(dǎo)致斜坡坡體下滑。就力學(xué)成因看，推移式滑坡占總數(shù)一半以上。由于在浸礦過程中，坡體上下部分穩(wěn)定系數(shù)不同造成的，上部注液飽和后自重增加，滑動(dòng)擠壓下部產(chǎn)生變形且滑動(dòng)速度較快。

4 滑坡成因分析

原地浸礦滑坡有兩種類型：表層滑坡和礦層滑坡。

（1）表層滑坡成因分析

表層滑坡發(fā)育過程可分為滑動(dòng)面、劇烈滑動(dòng)兩個(gè)階段。

由于表層土壤及影響層，與其下伏風(fēng)化層之間存在著明顯的滲透差異性，土體的滲透系數(shù)值相差幾十至上百倍，當(dāng)注液時(shí)液面控制不當(dāng)或降雨因素疊加影響，使溶浸液與表土發(fā)生明顯的激烈化學(xué)反應(yīng)。

產(chǎn)生大量的氣泡，并使表土不斷遭到侵蝕、剝落后的細(xì)微粘土顆粒進(jìn)入注液井的液柱中，一方面使溶浸液變得渾濁，一方面隨溶液向全風(fēng)化礦層滲進(jìn)而進(jìn)入全風(fēng)化礦層的微細(xì)裂縫中產(chǎn)生堵塞，礦浸液不能順利下滲進(jìn)入礦層而在表土層不斷積聚，形成滑動(dòng)面。

隨著含水量增大，滑動(dòng)面會(huì)逐漸變厚，膠結(jié)顆粒間的距離逐漸變大，接觸面的土顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度、土顆粒之間的摩擦力也隨之降低，當(dāng)下滑力大于結(jié)構(gòu)力中的摩擦力時(shí)，表層土就會(huì)沿著滑動(dòng)面迅速下滑，形成表層滑坡。

（2）礦層滑坡成因分析

礦層滑坡具有典型土質(zhì)滑坡的一般特征，其形成發(fā)育過程可劃分為臨滑、蠕滑變形、劇烈滑動(dòng)三個(gè)階段，臨滑階段外觀上一般無(wú)明顯變化，蠕滑變形階段坡體后緣一般會(huì)出現(xiàn)拉張裂縫或前緣出現(xiàn)鼓脹、側(cè)翼往往會(huì)出現(xiàn)剪切裂縫，劇烈滑動(dòng)階段后緣錯(cuò)動(dòng)明顯，坡體變緩，達(dá)到新的平衡后停止。

礦層滑坡的形成，主要是由于隨著浸礦液的不斷注入，改變了坡體的流場(chǎng)與化學(xué)場(chǎng)。一是浸礦液與礦層發(fā)生離子交換作用、滲透分散作用，引起土體結(jié)構(gòu)的變化，滲透性變好、粘聚力降低，二是隨著浸礦液的注入，坡體的滲流場(chǎng)發(fā)生變化，浸潤(rùn)面不斷擴(kuò)展與抬升，飽和區(qū)不斷增大、非飽和區(qū)不斷縮小，致使土體自重增大，動(dòng)水壓力變大；從而使坡體失穩(wěn)發(fā)生滑坡。

5 結(jié)論

滑坡災(zāi)害是該類離子型礦產(chǎn)利用原地浸礦工藝開采時(shí)的主要地質(zhì)環(huán)境問題，其數(shù)量多、發(fā)生頻率高，對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重，因此，通過詳細(xì)的野外調(diào)查，掌握滑坡的基本特征、時(shí)間與空間分布規(guī)律等，并結(jié)合所處的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境背景，進(jìn)行原地浸礦滑坡成因分析，能夠?yàn)樵擃愲x子型礦原地浸礦誘發(fā)滑坡的防治提供科學(xué)依據(jù)。