礦山地質(zhì)災(zāi)害治理方案研究

楊 可

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省地質(zhì)勘查局二一四地質(zhì)隊(duì)，山西 運(yùn)城 044000）

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)的基本情況

礦山地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)及其周邊多屬侵蝕構(gòu)造丘陵緩坡地貌，地形起伏大、形態(tài)復(fù)雜，斜坡、沖溝、落水洞、天坑等微地貌交錯發(fā)育，起伏跌宕、隨地而異[1]。

馬官鎮(zhèn)礦山地質(zhì)災(zāi)害后緣以山坡坡面上部形成的弧形拉裂縫為界，礦山地質(zhì)災(zāi)害右側(cè)邊界以基巖巖蓋下錯區(qū)為界；礦山地質(zhì)災(zāi)害左側(cè)邊界不明顯，以地裂縫延伸末端為界；礦山地質(zhì)災(zāi)害前緣經(jīng)地質(zhì)測繪及地質(zhì)調(diào)查，原管溝開挖后，未及時回填，期間連降大雨，致使上部坡體滑動，繼而管溝回縮，故礦山地質(zhì)災(zāi)害前緣以原管溝溝壁為界。在平面上呈近“門”字形，立體形態(tài)呈“圈椅”狀。礦山地質(zhì)災(zāi)害平均縱長148m，后緣寬37m，中部寬79m，前緣寬90m，平均寬約75m，面積10864m2；滑體厚度一般為1.0m～4.0m，平均厚度3.0m，體積約3.25×104m3，從滑體的規(guī)模、力學(xué)機(jī)理和物質(zhì)組成劃分應(yīng)屬小型牽引式淺層巖質(zhì)順層礦山地質(zhì)災(zāi)害，礦山地質(zhì)災(zāi)害體相對較為平緩，地形坡角約13°～18°；礦山地質(zhì)災(zāi)害后部地形坡度角約17°～20°（見圖1）。

圖1 馬官鎮(zhèn)礦山地質(zhì)災(zāi)害全貌

2 礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成原因

礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成因素較多，人為因素、自然因素都可以影響礦體的穩(wěn)定性。而礦區(qū)的巖土工程條件、水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造及地形地貌條件是形成礦山地質(zhì)災(zāi)害的自然因素；排水方式的改變或?qū)χ脖坏钠茐氖钦T導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)最為常見的人為因素。

導(dǎo)致馬官鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的主要原因：從地質(zhì)勘查及調(diào)查成果來看，導(dǎo)致礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因主要是地形地貌及地層巖性，該礦體粉質(zhì)黏土層較厚，下伏基巖坡度較大，管溝開挖在斜坡坡腳形成新的高陡臨空面，原斜坡巖體應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，后又由于降雨等因素影響，于是管溝內(nèi)側(cè)之后的斜坡前部巖體開始滑動，后期中、后部斜坡巖體因失去前部巖體的支撐相繼被牽引滑動，因此此種類型的災(zāi)害為牽引式地質(zhì)災(zāi)害。該斜坡礦石產(chǎn)狀315°∠18°,因此判定災(zāi)害類型為順層地質(zhì)災(zāi)害。

3 礦體的穩(wěn)定性分析

3.1 定性評價(jià)

根據(jù)調(diào)查，礦體被地裂縫及溶蝕溝槽切割成各個分離體，黏性土充填，降雨把黏土沖走后，形成臨空面，從而造成礦山后緣區(qū)域滑動現(xiàn)象比較明顯，現(xiàn)階段并未造成實(shí)質(zhì)性的危害，但是不排除后期存在的潛在危害。該礦體后緣及坡面均已發(fā)生較明顯的變形跡象，目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在大的降雨、地震條件下，礦體更加不穩(wěn)定，威脅經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)安全。

3.2 定量評價(jià)

3.2.1 計(jì)算工況的確定

本區(qū)為地震多發(fā)帶，地震烈度為6度區(qū)，考慮地震荷載；本區(qū)屬降雨較強(qiáng)區(qū)，考慮暴雨對滑體加載及對滑帶軟化的影響（采用20年一遇暴雨）。據(jù)以上分析結(jié)合礦山地質(zhì)災(zāi)害特征及其礦體荷載情況，依據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219-2006），選定以下三種工況計(jì)算評價(jià)礦體的穩(wěn)定性[2]。

計(jì)算工況如下：①天然工況：僅考慮自重；②暴雨工況：天然+暴雨工況（礦體表層土質(zhì)松散，巖體分離有利于降水滲入，暴雨情況按滑體土全飽水的不利情況考慮）；③地震工況：自重（天然）+地震（地震烈度6度，考慮水平地震力）。

3.2.2 計(jì)算模型

采用勘查確定的滑面來計(jì)算，滑面呈折線形，取單位寬度的主滑方向斷面，對礦體進(jìn)行分條，假定每一分塊為一剛體，即不考慮塊體內(nèi)部的變形與應(yīng)力，建立塊體間平衡方程，穩(wěn)定計(jì)算采用折線型滑動面計(jì)算公式，剩余下滑力計(jì)算按傳遞系數(shù)法。計(jì)算公式如下：

（1）滑坡穩(wěn)定系數(shù)Kf計(jì)算公式如下：

式中：Kf—穩(wěn)定系數(shù)；Wi—第i條塊的重量（kN/m）；Ci—第i條塊的黏聚力（KPa）；φi—第i條塊的內(nèi)摩擦角（°）；Li—第i條塊滑面長度（m）；αi—第i條塊滑面傾角（°）；βi—第i條塊地下水水力坡度；A—地震加速度（單位：重力加速度g）；φj—第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)（j=i）,即：

（2）滑坡推力計(jì)算。

采用傳遞系數(shù)法計(jì)算，計(jì)算公式如下：

滲透壓力平行滑面的分力：

式中：Ks——滑坡推力設(shè)計(jì)的安全系數(shù)；Pi——第i塊滑坡剩余下滑力（kN/m）。

3.2.3 計(jì)算參數(shù)的選取

（1）參數(shù)反演。

參數(shù)反演根據(jù)變形體定性判斷的穩(wěn)定狀態(tài)，礦體剖面整體進(jìn)行參數(shù)反演，參數(shù)反演公式依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GBT 32864-2016）13.3.1條進(jìn)行[3]。

參數(shù)反演采用以下方法：

（2）經(jīng)驗(yàn)值根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值。

（3）參數(shù)取值：通過地質(zhì)調(diào)查和綜合分析，對室內(nèi)試驗(yàn)值采取快剪值。

3.2.4 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，將剖面穩(wěn)定性計(jì)算及剩余下滑力成果表1。

表1 礦體穩(wěn)定性計(jì)算成果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果綜合判定：在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；在持續(xù)暴雨的影響下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在強(qiáng)震影響下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 礦山地質(zhì)災(zāi)害的治理方案

4.1 修建排水設(shè)施

排水不利是影響礦山地質(zhì)災(zāi)害治理的主要原因之一，施工時針對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)情況，合理修建排水溝、在溝底設(shè)置防滲土布，或利用平水排水法排出地下水，防止地下水沿土石面滲流，此種方法可行性較大，并且節(jié)省費(fèi)用、效果較佳。

4.2 礦體減載

對礦體后緣進(jìn)行一定面積的削坡，就是對礦體減載。

4.3 修筑擋土墻

馬官鎮(zhèn)位于省道邊，一旦發(fā)生滑動，會造成道路破壞或人員生命安全的危害。修筑擋土墻來防止礦體的下落也是比較常見的手段。

4.4 錨索加固或抗滑樁

這是一種對地質(zhì)災(zāi)害體治理的重要手段之一，其抗滑能力大，效果明細(xì)，并且錨索或抗滑樁的樁位可根據(jù)現(xiàn)場條件靈活設(shè)置。

5 結(jié)語

本文以馬官鎮(zhèn)易發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害為例，該研究區(qū)距省道較近，發(fā)生滑動必然危害性大，因此對其的治理必須一次根治，為了確保道路及人員安全不受到威脅，本文通過對礦山地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)狀分析及研究，提出相關(guān)的治理方案，希望對類似工程具有一定的借鑒意義。礦山地質(zhì)災(zāi)害治理工程已于2019年完成，根據(jù)其監(jiān)測資料來看，已處于穩(wěn)定狀態(tài)，與礦山地質(zhì)災(zāi)害治理后的穩(wěn)定性驗(yàn)算相符合，說明本次提出的地質(zhì)災(zāi)害治理方案可行可靠，也達(dá)到了其治理效果。