忻州窯礦崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)研究與應(yīng)用

王麗靜

1 礦山崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理及危害

崩塌和滑坡相伴而生，有相同的觸發(fā)因素，在一定條件下可以相互誘發(fā)、相互轉(zhuǎn)化，發(fā)生滑坡式崩塌或崩塌型滑坡[1]。崩塌滑坡主要的影響因素有：地震、降雨和融雪、地表水的沖刷、浸泡、河流等地表水體對(duì)斜坡坡腳的不斷沖刷；此外，還有一些人為行為：礦山開采、礦山爆破、采空區(qū)塌陷、采空區(qū)地面沉陷導(dǎo)致斜坡便陡，都容易引發(fā)崩塌滑坡。

礦區(qū)崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在道路沿線、工業(yè)廣場(chǎng)或民用建筑設(shè)施附近，常會(huì)導(dǎo)致交通中斷、建筑物毀壞和人生傷亡等事故，甚至可能會(huì)摧毀礦山及其設(shè)施，淤埋礦山坑道、傷害礦山人員、造成停工停產(chǎn)，甚至使礦山報(bào)廢，造成巨大的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失，因此確保礦區(qū)邊坡穩(wěn)定，消除崩塌隱患勢(shì)在必行。

2 礦山崩塌滑坡的探測(cè)方法及防治措施

崩塌滑坡的探測(cè)方法主要有滑坡表面變形監(jiān)測(cè)和內(nèi)部變形探測(cè)兩種方式，其中滑坡體表面監(jiān)測(cè)主要采用地表測(cè)繪定位法，在滑坡體周圍穩(wěn)定區(qū)域布設(shè)一系列基準(zhǔn)點(diǎn)，在滑坡體表面均勻布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以基準(zhǔn)點(diǎn)為不動(dòng)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)為運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，通過觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)同初始坐標(biāo)的差異來確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，該種方法是目前使用最廣泛、最有效的外觀監(jiān)測(cè)方法[2]?；聝?nèi)部變形探測(cè)能夠比表層監(jiān)測(cè)更深層次的反映滑坡狀態(tài)，探測(cè)方法有表層物探法、鉆探法、內(nèi)部?jī)A滑監(jiān)測(cè)法等，其中物探法主要采用淺層地震法、高密度電法及地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行勘探，可以探測(cè)滑坡體內(nèi)部巖層及表土層的結(jié)構(gòu)特征、松散層分布區(qū)域，不穩(wěn)定因素等情況，為制定針對(duì)性治理方案提供可靠依據(jù)。

崩塌滑坡的防治措施可分為防止崩塌發(fā)生的主動(dòng)防護(hù)和避免造成危害的被動(dòng)防護(hù)兩種類型[3]。主動(dòng)防護(hù)包括：削坡、地表排水、控制爆破、加固或支護(hù)、做支擋墻、錨固、護(hù)面墻等。被動(dòng)防護(hù)包括：攔截（做擋石墻、金屬柵欄）、引導(dǎo)（棚洞）、避讓（繞道、隧道措施、變更工作位置）等，由于各項(xiàng)措施組合可變性較大，故應(yīng)堅(jiān)持“因地制宜，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，保護(hù)環(huán)境”的方針，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制定切實(shí)有效的治理措施[5]。

3 礦山崩塌滑坡治理區(qū)概況

3.1 地形地貌

該崩塌隱患位于忻州窯礦東南部，周邊溝谷地形呈“U”字形，邊坡坡度多介于30°～82°之間，部分地段邊坡接近于直立，邊坡上基巖直接出露，風(fēng)化強(qiáng)烈，坡腳處多見風(fēng)化掉落的巖塊，植被覆蓋率低，邊坡北方向礦區(qū)有一條公路通過，邊坡南側(cè)為某礦材料庫(kù)，局部緊貼邊坡。

3.2 礦山崩塌滑坡治理區(qū)區(qū)域地質(zhì)概況

該區(qū)域位于大同煤田北東部邊緣，地處大同向斜北部最低部位，井田總體為一向斜構(gòu)造形態(tài)，一些斷層多集中在向斜軸的兩翼，地層走向總體為北東，向南稍轉(zhuǎn)北西，地層傾向以向斜軸為中心，東部?jī)A向北西，西部?jī)A向北東，地層傾角井田東部稍大，為10°～15°，井田西部?jī)A角平緩，為1°～3°，在井田的北部向斜的西翼為同期形成的小褶皺區(qū)。

3.3 災(zāi)害治理區(qū)巖土體工程地質(zhì)特征

根據(jù)礦區(qū)探井、鉆孔揭露及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)剖面填圖成果，該區(qū)地層主要由雜填土、碎石土、砂巖組成，具體描述如下：

雜填土：雜色，稍濕，松散，成份不均，主要為磚塊、石塊等堆積而成。碎石土：雜色，稍濕，中密，主要由粉土、碎石、塊石等組成，直徑20 mm～200 mm，其中粉土占比42%，碎石、塊石占比為58%。砂巖：灰色，頂部2.0 m～3.0 m 為強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，以下為中-微風(fēng)化狀態(tài)，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀64°∠3°，飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為34.87 MPa，屬較硬巖。

3.4 邊坡破壞模式分析及穩(wěn)定性定性分析

在目前地質(zhì)環(huán)境條件下，治理區(qū)下部巖質(zhì)邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨或地震作用下，治理區(qū)巖質(zhì)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定性分析及邊坡破壞模式對(duì)治理區(qū)邊坡采取治理防護(hù)措施，以確保治理區(qū)邊坡穩(wěn)定，消除不穩(wěn)定邊坡對(duì)坡下建筑物的安全威脅。

4 滑坡崩塌治理區(qū)治理方法研究

根據(jù)勘查成果，在查明治理區(qū)巖土體工程地質(zhì)特征、地形地貌、穩(wěn)定現(xiàn)狀等的基礎(chǔ)上，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為治理區(qū)內(nèi)邊坡安全系數(shù)小于規(guī)范要求，應(yīng)采取治理措施以消除不穩(wěn)定邊坡地質(zhì)災(zāi)害隱患。該邊坡表土層松散，成分不均，且植被較少，深部砂巖層頂部風(fēng)化較強(qiáng)，綜合考慮邊坡穩(wěn)定性及破壞模式，對(duì)上覆表土層進(jìn)行清理平整，對(duì)下部巖質(zhì)邊坡采用掛網(wǎng)噴錨進(jìn)行支護(hù)，并輔以截水溝措施進(jìn)行綜合治理。

4.1 整坡工程

治理區(qū)泥巖和砂巖以厚層狀或交互層狀分布于斜坡表面，由于兩種巖石風(fēng)化程度不同，造成斜坡表面有局部隆起和局部凹陷。斜坡頂部由于受雨水沖刷的影響，形成了局部凹陷和邊界缺失。在錨桿施工布設(shè)前，要用風(fēng)鎬清理巖面，消除凸隆部位，對(duì)斜坡頂部凹陷和缺失進(jìn)行修補(bǔ)。

坡體頂部邊線塊石砌筑，在風(fēng)化巖體頂部，沿邊線挖掉深0.5 m，寬0.5 m 的風(fēng)化巖，將底面和側(cè)面夯實(shí)，用200 mm～300 mm 塊石砌筑邊墻，邊墻頂面與自然底面高度一致，墻體與風(fēng)化巖表面坡度一致；塊石砌筑采用M20 水泥砂漿，配合比應(yīng)為1:1:0.45（水泥：砂：水），塊石擺放要緊密，縫隙要注滿水泥砂漿，邊線全部采用塊石砌筑，塊石砌筑深度和寬度都為0.5 m。

4.2 護(hù)坡工程

治理區(qū)斜坡坡體為易風(fēng)化泥巖、砂巖，設(shè)計(jì)對(duì)坡體設(shè)置掛網(wǎng)噴漿進(jìn)行護(hù)坡，為提高掛網(wǎng)護(hù)坡的穩(wěn)定性，再布設(shè)錨桿。

掛網(wǎng)采用Q235φ6 mm 鋼筋，鋼筋網(wǎng)尺寸300 mm×300 mm，網(wǎng)格狀布設(shè)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與錨桿間用純鐵線14#線（直徑2 mm）綁扎。

錨桿采用方型布設(shè)，錨桿長(zhǎng)度分2 種，全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化泥巖層采用錨桿長(zhǎng)度為5 m，中風(fēng)化砂巖層采用錨桿長(zhǎng)度為2 m，一端抹斜切割角度為30%，另一端平截，單根錨桿嵌固整體抗拔力設(shè)計(jì)值為4 kN，尺寸間距為1.2 m×1.2 m，鉆孔與斜坡坡面中垂線夾角5°，成孔孔徑為80 mm，錨桿主筋為φ20mm螺紋鋼，與掛網(wǎng)十字搭接處連接牢固，孔內(nèi)采用M10水泥砂漿在2～3個(gè)大氣壓下全粘結(jié)壓力灌注。

噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C20 混凝土，抗壓強(qiáng)度10 MPa，水泥選用硅酸鹽425 號(hào)水泥，砂為河砂中粗砂，含水率<5%，粒料用堅(jiān)硬新鮮碎石，粒徑小于12 mm。噴射采用濕法噴射，混凝土配合比宜采用（重量比）1:0.63:2.5:4.1（水泥：水：砂：碎石）按地面護(hù)坡噴射混凝土200 mm計(jì)。

圖1 工程布置

4.3 截水溝工程

截水溝設(shè)置于坡頂已建擋土墻北側(cè)12 m，過水?dāng)嗝鏋樘菪?，口? 400 mm，底寬700 mm，深700 mm，厚300 mm，由M10 漿砌片石砌筑，橫向截水溝溝底坡率1.5%，每隔15 m設(shè)一道變形縫，縫寬30 mm，縫中填瀝青麻筋、瀝青木板或其它有彈性的防水材料，使用1:3水泥砂漿勾縫。共修建排水溝133 m。

5 結(jié)論

本文利用已有的資料，開展礦山環(huán)境地質(zhì)分析（包括周邊環(huán)境和人文環(huán)境調(diào)查）；利用先進(jìn)的地質(zhì)勘查技術(shù)及邊坡穩(wěn)定性檢測(cè)、評(píng)估技術(shù)，確定治理方向和總體方案，從根本上解決忻州窯礦的崩塌地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀。通過對(duì)治理區(qū)進(jìn)行削坡、護(hù)坡和排水溝等綜合治理方法，有效的消除了該地區(qū)崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患，避免地質(zhì)災(zāi)害對(duì)忻州窯礦區(qū)內(nèi)及周邊的群眾構(gòu)成的潛在威脅，同時(shí)改善整個(gè)礦區(qū)的環(huán)境，促進(jìn)礦區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。