貴州省桐梓縣道角煤礦危巖體發(fā)育特征及成因分析

徐 建 艾靖博 方生紅

（1.貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州 貴陽 550006；2.貴州榮源環(huán)?？萍加邢薰?，貴州 貴陽 550006）

1 研究區(qū)概況

道角煤礦位于桐梓縣城北面的松坎鎮(zhèn)東南部，地形以侵蝕、溶蝕組合的脊?fàn)钌綖橹?，受地層巖性的影響，局部形成陡崖，地形起伏大，切割深。危巖體主要分布于道角煤礦工業(yè)廣場—后園—白果灣北東側(cè)的陡崖上，陡崖最高高程為1220 m，前緣坡腳最低高程為白果灣一帶，標(biāo)高為1032 m左右，相對高差約188 m，坡度一般為50°～75°，局部地段危巖體為直立或懸掛狀，下部地形坡度較緩，一般為5°～20°。陡崖斜坡上沿線可見以往崩塌堆積體分布。

2 危巖體范圍、規(guī)模及形態(tài)

危巖主要發(fā)育于斜坡的上部，形成兩個(gè)陡崖帶，即南部陡崖帶與北部陡崖帶。共調(diào)查14處危巖體。南部陡崖帶長約1140 m，主體傾向西南，陡崖高差20～180 m，發(fā)育8處危巖，即WY01、WY02、WY03、WY04、WY05、WY06、WY07、WY08；北部陡崖帶主體傾向南西，長900 m，陡崖高差20～190 m，發(fā)育6處危巖，即WY09、WY10、WY11、WY12、WY13、WY14。

通過現(xiàn)場調(diào)查及測繪[1-2]，危巖單體的體積20.3～4560 m3之間。危巖體主要由傾向西和南西的兩組裂隙控制而形成，變形破壞模式主要為傾倒式、墜落式，少量滑移式。危巖體形態(tài)特征以塊狀、柱狀為主，部分危巖體底部發(fā)育凹巖腔。危巖體主要危害對象為斜坡區(qū)穿過的通村公路、過往行人及車輛、陡崖下方居民住戶、道角煤礦工業(yè)廣場，共威脅居民25戶150人，威脅財(cái)產(chǎn)估計(jì)約4875萬元，危害程度為大型。14處危巖體總方量22 462.8 m3，總體規(guī)模屬于中型。危巖體發(fā)育特征詳見表1。

表1 危巖體發(fā)育特征匯總表

3 危巖體物質(zhì)組成

危巖體物質(zhì)成分主要為三疊系夜郎組玉龍山段和二疊系上統(tǒng)長興組灰?guī)r、泥灰?guī)r，地層產(chǎn)狀為125°∠7°。危巖體頂部分布有少量第四系松散層，厚度小于1 m，物質(zhì)成分主要以殘積物、坡積物為主，為粘土，夾碎石、塊石，含量10%～15%左右。

斜坡地段以往崩塌堆積物主要為灰?guī)r、泥巖，形狀以碎塊、塊狀為主，單塊方量一般0.01～2.5 m3，最大者方量達(dá)240 m3。

4 危巖體結(jié)構(gòu)特征

危巖體巖性主要為灰色、灰白色灰?guī)r、泥灰?guī)r，風(fēng)化程度為中風(fēng)化較堅(jiān)硬巖類。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育兩組結(jié)構(gòu)面，為硬性結(jié)構(gòu)面。一組為傾向西，產(chǎn)狀為200°～270°∠60°～85°，為外傾結(jié)構(gòu)面，傾角與坡角呈小角度斜交，未延伸出臨空面，發(fā)育密度0.56條/m；另一組為傾向南西，產(chǎn)狀為150°～180°∠70°～85°，淺部局部與坡角交切后形成外傾結(jié)構(gòu)面，該組結(jié)構(gòu)面整體與坡角交角較前者大，未延伸出臨空面，發(fā)育密度0.7條/m。結(jié)構(gòu)面結(jié)合一般～差。裂隙面相互交切之后，陡崖區(qū)形成危巖為塊狀、柱狀，巖體完整性為較完整。巖體質(zhì)量等級為Ⅲ類。

5 危巖體變形特征

影響危巖體變形破壞的因素有陡傾裂隙、凹巖腔、溶蝕作用、巖體結(jié)構(gòu)類型等。結(jié)合危巖體底部凹巖腔發(fā)育情況、后緣陡傾裂隙發(fā)育情況和巖體的結(jié)構(gòu)特征，對危巖體變形破壞特征總結(jié)性描述如下：

（1）危巖體底部發(fā)育凹巖腔

區(qū)內(nèi)有11個(gè)危巖體局部發(fā)育有凹巖腔，凹巖腔在區(qū)內(nèi)兩組主控結(jié)構(gòu)面作用下，下部“軟基”風(fēng)化剝蝕搬運(yùn)淘空，導(dǎo)致上部“陡巖”在重力作用下拉裂以墜落運(yùn)動(dòng)方式而形成。危巖體的底部一旦形成了凹巖腔，就容易導(dǎo)致危巖體因底部直接失去支撐而脫離母巖，形成各種破壞模式的崩塌。部分典型危巖體凹巖腔發(fā)育情況如圖1。

圖1 典型危巖體凹巖腔發(fā)育情況

（2）危巖體變形受后緣陡傾裂隙控制

區(qū)內(nèi)主要裂隙控制結(jié)構(gòu)面有兩組，一組傾向西，一組傾向南西。經(jīng)分析，區(qū)內(nèi)大部分危巖單體的形成均受這兩組裂隙控制結(jié)構(gòu)面相交切割而形成。

（3）危巖體可能破壞的方式

區(qū)內(nèi)危巖體形態(tài)多樣，按其形態(tài)特征及結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征、形成原因與變形破壞機(jī)理等，區(qū)內(nèi)危巖體破壞類型主要為墜落式、傾倒式破壞。

6 危巖體成因分析

危巖帶形成主要原因?yàn)榈匦螚l件、地層巖性、巖體結(jié)構(gòu)面組合特征、極端氣象條件等，具體分析如下：

（1）地形條件

區(qū)內(nèi)自然山體地形中上部為陡立的基巖裸露區(qū)，陡崖臨空高度一般大于150 m，臨空條件好，為崩塌災(zāi)害形成提供了良好的地形條件。另外，陡崖高度大、坡度陡，陡崖中下部巖體所受重力荷載大，陡壁上部易于產(chǎn)生卸荷張性裂縫，形成卸荷裂隙帶及危巖體，易于傾倒、崩塌或錯(cuò)落。

（2）地層巖性

地層巖組特點(diǎn)對崩塌發(fā)生的規(guī)模起到一定的控制作用。區(qū)內(nèi)陡崖底層巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r及粘土巖，在邊坡上一般呈軟硬巖相間互層，厚度不一?；?guī)r、砂巖因結(jié)構(gòu)面切割往往形成巨大塊體，因風(fēng)化差異性，粘土巖層可風(fēng)化剝落形成凹巖腔，隨著風(fēng)化的發(fā)展，支撐上部硬巖的軟巖基礎(chǔ)面積越來越小，所承受的壓應(yīng)力則越來越大，軟巖外側(cè)還將產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，壓應(yīng)力增大除導(dǎo)致軟巖層變形的增大外，還可能因超過自身的抗壓強(qiáng)度而產(chǎn)生更大塑性變形或破壞。當(dāng)上部硬巖層在合適的結(jié)構(gòu)面切割、一定的水平力、重心不斷外移等條件發(fā)展到一定程度時(shí)，軟硬相間的硬巖層可能突然失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌。

（3）巖體結(jié)構(gòu)面組合

陡崖區(qū)巖體多數(shù)為層狀結(jié)構(gòu)，主要發(fā)育兩組節(jié)理面，產(chǎn)狀分別為：200°～270°∠60°～85°、150°～180°∠70°～85°，陡傾的節(jié)理面與緩傾的巖層組合有利于崩塌的發(fā)育，特別是道角煤礦碳酸鹽與碎屑巖相間巖組組成的坡體，凹巖腔在巖體自重作用下拉裂形成巖體墜落式破壞，中厚層狀硬質(zhì)巖體發(fā)育區(qū)，發(fā)生傾倒式破壞。

（4）氣象條件

道角煤礦年降雨量大，且降雨期相對集中，雨季的大暴雨或持續(xù)降雨大量滲入山體，增加了巖體自重，浸潤了裂隙面，加快了危巖體的變形破壞速度。尤其是采空區(qū)導(dǎo)致的地裂縫，雨期地表水大量下滲，對山體陡崖穩(wěn)定極其不利。道角煤礦最高溫度可達(dá)37.5 ℃，最低溫度-6.9 ℃，多年平均相對濕度約80%，年平均降水量1 038.8 mm，最多一年降水量1 335.1 mm，最少一年降水量749.2 mm，最大日降水量173.3 m，夏季降雨量大且蒸發(fā)量也大。溫差變化和干濕交替非常強(qiáng)烈，溫度、濕度、降雨量的劇烈變化使巖體的風(fēng)化作用更為強(qiáng)烈。

（5）風(fēng)化、溶蝕、植物生長等因素

陡崖帶區(qū)域，巖溶溶蝕發(fā)育，在陡崖上形成了溝槽，植被多在這些區(qū)域生長吸取營養(yǎng)料和水分。陡崖上植被分布面積較廣，該區(qū)域?yàn)槿芪g較強(qiáng)作用發(fā)育區(qū)。風(fēng)化、溶蝕、植物生長等大大降低巖體的完整性，利于大規(guī)模危巖形成，在形成危巖前期常表現(xiàn)為零星落石、掉塊等的發(fā)生。

（6）人類工程活動(dòng)

區(qū)內(nèi)以往私采小煤窯較多，形成的采空區(qū)面積較大，加之陡崖南部為道角煤礦開采區(qū)域，煤層的開采對上覆山體產(chǎn)生影響。主要表現(xiàn)為：① 煤層開采爆破活動(dòng)對坡體產(chǎn)生擾動(dòng)，使得坡體長期受到動(dòng)荷載影響，造成巖體損傷；② 開采完成后形成大面積采空區(qū)，這些采空區(qū)未進(jìn)行有效的支護(hù)和處置，使得上覆坡體在重力作用下逐漸沉降變形，改變上覆巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)，引起整個(gè)山體的應(yīng)力重分布，采空區(qū)的頂板在拉應(yīng)力的作用下出現(xiàn)張拉破壞；同時(shí)上覆山體的自重應(yīng)力使得礦柱處于壓應(yīng)力集中狀態(tài)，使力學(xué)強(qiáng)度不高的煤柱逐漸發(fā)生破壞而失效，采空區(qū)由最初的小范圍頂拱冒落發(fā)展到后面的大范圍坍陷，并傳遞至整個(gè)山體造成地表出現(xiàn)一系列的變形破壞。

7 結(jié)論與建議

（1）道角煤礦危巖體發(fā)育于斜坡的上部，形成兩個(gè)陡崖帶，分布有14處危巖體，危巖體總方量22 462.8 m3，規(guī)模屬于中型。

（2）危巖體主要危害對象為道角煤礦工業(yè)廣場、通村公路、過往行人及車輛、危巖下方的居民住戶，共威脅居民25戶150人，威脅財(cái)產(chǎn)估計(jì)約4875萬元，危害程度為大型。

（3）危巖體目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，隨著巖石風(fēng)化、水體滲入、基座軟化、溶蝕作用等進(jìn)一步發(fā)展，危巖體與母巖將持續(xù)不斷變化分離，將發(fā)生局部或小面積崩塌、掉塊現(xiàn)象，在暴雨、人類工程活動(dòng)等因素的影響下，極易發(fā)生大規(guī)模崩塌，應(yīng)采取工程措施對其進(jìn)行治理。

（4）建議定期監(jiān)測危巖體開裂變形情況，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)上報(bào)匯總，如發(fā)現(xiàn)變形量過大時(shí)應(yīng)即刻上報(bào)，并采取臨時(shí)避讓措施。