淺談露天采場地質(zhì)環(huán)境影響因素及治理方法

陸堃

（銅陵有色設(shè)計研究院，安徽 銅陵 244000）

1 露天采場地質(zhì)環(huán)境影響因素

露天開采形成的采坑、臺階和露天溝道的總和稱為露天采礦場。

以銅陵有色銅山礦前山露天采場為例，采場內(nèi)產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害主要取決于開采面所形成邊坡的穩(wěn)定性，而影響其邊坡穩(wěn)定性的主要因素有：邊坡巖性、邊坡類型、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、結(jié)構(gòu)面特征、大氣降水及人類工程活動等。

1.1 邊坡巖性

組成邊坡的工程地質(zhì)巖組為五通組(D3w)粉砂巖、石英砂巖，厚約120m。具角巖化，裂隙發(fā)育一極發(fā)育，多為閉合裂陳及寬小干1毫米的微細裂隙，裂面較平直，裂隙發(fā)育～極發(fā)育，裂面較平直，見方解石膜附著。含少量裂隙水。巖石屬較硬～堅硬巖，巖體完整程度屬較完整，巖體基本質(zhì)量等級屬I～IV類。巖石工程力學(xué)性質(zhì)較好。

局部邊坡可見角礫巖～碎裂巖及矽卡巖，呈條帶狀或透鏡體分布于斷層帶或接觸帶附近，其巖性較復(fù)雜，厚數(shù)米～數(shù)十米，其含水性及其不均一。節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石屬較硬～硬巖，巖體完整程度屬較完整～完整，巖體基本質(zhì)量等級屬ⅲ類。巖石工程力學(xué)性質(zhì)較好。

前山礦區(qū)位于銅山弧形構(gòu)造的轉(zhuǎn)折處，姥山背斜的南翼，北山蓬向斜的北翼，礦區(qū)為單斜構(gòu)造。礦區(qū)地層由志留系至三疊系組成，地層走向由近東西向轉(zhuǎn)為北北東向，傾角一般在20%～50%，其構(gòu)成坡頂?shù)牟糠謳r石風(fēng)化程度較為嚴(yán)重，巖石微張裂隙較為發(fā)育，從而導(dǎo)致邊坡巖體強度低、穩(wěn)定性較差。

1.2 邊坡類型

露天采場的開采邊坡類型未見順向坡，地層傾向與邊坡坡向不一致，因此，邊坡的整體穩(wěn)定性總體較好。

1.3 節(jié)理裂隙發(fā)育程度及結(jié)構(gòu)面特征

巖體因早期人為活動導(dǎo)致其互相交叉切割，破壞了巖體的完整性，使巖石破碎，大大降低了巖體強度；同時，構(gòu)造裂隙與卸荷裂隙多呈張開型、被泥質(zhì)充填，遇水其強度迅速降低、故其巖體易發(fā)生崩塌破壞、楔形體破壞。因采石形成的過陡臨空面，與其傾向近視或斜交的裂隙面組合切割作用，致使邊坡巖體破碎，并沿坡面及裂隙面產(chǎn)生崩塌破壞而產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害。

1.4 大氣降雨及地表水入滲

大氣降水入滲常是邊坡失穩(wěn)的重要誘發(fā)因素。雨季大氣降水滲入將會在很大程度上軟化結(jié)構(gòu)面、降低其物理力學(xué)強度，并與裂隙內(nèi)產(chǎn)生靜水壓力及揚壓力、從而在一定程度上誘發(fā)邊坡的失穩(wěn)破壞。加之石英砂巖的節(jié)理、裂隙較發(fā)育，花崗閃長斑巖的蝕變，因此，在暴雨條件下，受雨水入滲影響，邊坡負荷加劇，雨水對結(jié)構(gòu)面的浸潤，加劇了邊坡的不穩(wěn)定程度。

1.5 人類工程活動

礦山開采活動，局部形成了高、陡的臨空面，在重力的作用下，懸石易發(fā)生崩塌、落石地質(zhì)災(zāi)害；在雨水及重力作用下，則易產(chǎn)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 巖體結(jié)構(gòu)及巖石風(fēng)化

巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面的存在，降低了巖體的整體強度。工程實踐表明，巖質(zhì)邊坡往往是因巖體中結(jié)構(gòu)而組合切割而產(chǎn)生滑動，眾多結(jié)構(gòu)面又常將巖體邊坡切割成碎裂～散體狀。巖石風(fēng)化作用改變了巖石原有結(jié)構(gòu)，削弱了巖石整體力學(xué)性能。

治理區(qū)邊坡表面巖層受強烈風(fēng)化和高嶺土化作用，造成巖石強度降低，對邊坡穩(wěn)定性影響較大。對結(jié)構(gòu)面和巖石風(fēng)化影響的考慮主要反映在滑坡模式和巖體力學(xué)參數(shù)的選取上。

2.2 重力

巖體重力是引起邊坡滑動的最基本因素，是構(gòu)成下滑因素及抗滑因素的最重要的體積力。由于治理區(qū)形成了高陡邊坡，在重力作用下，易沿臨空面發(fā)生崩塌或滑坡，對于重力作用，在穩(wěn)定性分析中主要反映在對不同巖體的容重取值上。

2.3 地下水作用

礦山地下水主要來源于大氣降水，采坑地下水側(cè)向補給量較小。根據(jù)現(xiàn)場水文地質(zhì)調(diào)查，露天采坑內(nèi)無積水。綜上所述，本次邊坡穩(wěn)定性分析不考慮穩(wěn)定地下水滲流影響。

2.4 動力影響

地震作用力是邊坡上常見的主要動荷載之一，它是作用于邊坡巖土體中得一一種巨大的動應(yīng)力，是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素.根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)，項目區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為03s，地震動峰值加速度為0.05g，地震烈度為VI度區(qū)，地震力荷載可采用擬靜力法進行計算。

2.5 計算參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，礦區(qū)西北側(cè)邊坡巖體主要為砂卡巖，本次分析將治理區(qū)巖土體大致分為中風(fēng)化巖體、強風(fēng)化巖體和坡積土三類，根據(jù)礦山巖石力學(xué)參數(shù)表(表2-1)，采用經(jīng)驗折減法對巖石內(nèi)摩擦角和凝聚力進行折減，得到本次計算的巖土體力學(xué)參數(shù)，見表2-1.

表2 -1 邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)一覽表

2.6 計算結(jié)果及評述

根據(jù)現(xiàn)場條件，本次分析在露天采場西北側(cè)選取了一個具有代表性的剖面進行計算。

考慮自重+地下水(工況1)和自重+地下水+地震(工況2)兩種工況，通過計算可知工況1條件下邊坡的安全系數(shù)為1.113,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；但是由于坡體規(guī)模較小，受水的影響相對較大，暴雨狀態(tài)下穩(wěn)定性將迅速下降，工況2條件下，穩(wěn)定性系數(shù)為1.06，將處于欠穩(wěn)定～變形狀態(tài)。因而，推斷坡體在目前狀態(tài)下處于暫時穩(wěn)定狀態(tài)，但由于安全儲備不足，遇暴雨、地震動等突發(fā)因素可能會產(chǎn)生下滑。

綜上所述，治理區(qū)地質(zhì)環(huán)境存在諸多不穩(wěn)定因素，易發(fā)生崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，建議采取清坡、削坡、修建臺階，加固防護措施進行穩(wěn)定性提高。

3 露天采場地質(zhì)環(huán)境治理方法

根據(jù)上述影響露天采場邊坡穩(wěn)定性的主要因素后，本著“消除或最大限度減少視覺污染和地質(zhì)災(zāi)害隱患”的基礎(chǔ)上，遵循“合理利用、技術(shù)可行與經(jīng)濟合理”的原則，對露天采場不穩(wěn)定邊坡進行清坡卸載，使之與周邊地形自然銜接，并達到安全和綠化的要求，盡量減少對采場內(nèi)現(xiàn)有植被及已自然恢復(fù)的植被的破壞，邊坡平臺通過植樹進行綠化，對露采場宕底進行平整后恢復(fù)為林地，完善地表排水系統(tǒng)等相結(jié)合方法，改善生態(tài)環(huán)境，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，開發(fā)利用土地資源。

（1）邊坡卸載與坡面清理工程。該方法通常是邊坡治理設(shè)計首先考慮的措施之一，當(dāng)崩塌，滑坡體處于頭重腳輕的狀況下，采取在崩塌、滑坡體上部減重或腳部加填的方法，使崩塌、滑坡體的外形得以改變，重心得以降低，可以使崩塌、滑坡體的穩(wěn)定性得到根本的改善。

（2）排除地表水法。崩塌、滑坡的產(chǎn)生和發(fā)展與地表水的危害有著密切關(guān)系，因此，設(shè)置排水系統(tǒng)排除地表水對防治滑坡有很好的效果，對治理一些小型的崩塌、滑坡效果尤為顯著。常用的地表排水方法，是在崩塌、滑坡可能發(fā)展的邊界以外，設(shè)置一條或數(shù)條環(huán)形截水溝，將大氣降雨排出區(qū)外，降低或減少因強降雨引發(fā)的崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

為了防止水流的下滲，在滑坡體上也應(yīng)充分利用自然溝谷，布置成樹枝狀排水系統(tǒng)，使水流得以匯集旁引。在地表排水的同時，對滑坡體及周邊的地裂縫應(yīng)用粘土填充壓實。

（3）支檔對于防治山體滑坡往往十分有效，一般常用的支擋措施包括抗滑樁、錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、擋墻等，特別是錨桿在合理的坡率及巖(土)條件下，加固效果十分明顯，但費用高。

（4）采坑北側(cè)和南側(cè)的排土場，可將排土場堆積的土石方開挖回填至露天采坑，使露天采場與排土場同時得到了治理，一舉兩得，事半功倍。

考慮到山體地形和已產(chǎn)生的切坡特點，銅山前山露天采場治理采用的主要工程手段有∶清理危巖、局部削坡卸載工程、場地平整、砌筑截排水溝、復(fù)墾為林地、植樹綠化等，對被采礦活動破壞的露天采場地質(zhì)環(huán)境進行了恢復(fù)性的治理。