長(zhǎng)山壕礦區(qū)露天采場(chǎng)邊坡危險(xiǎn)性區(qū)域劃分

劉 哲 陳娟濃

（華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院）

針對(duì)內(nèi)蒙古長(zhǎng)山壕礦區(qū)滑坡災(zāi)害日益嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)情況，基于工程地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)和綜合分析結(jié)果，結(jié)合此礦區(qū)邊坡的特點(diǎn)，同時(shí)考慮坡度、坡高、地層巖性、巖體完整程度、與斷層的距離、礦山開采情況等影響因素，利用聚類分析的方法對(duì)東北采場(chǎng)邊坡進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)劃分，繪制邊坡危險(xiǎn)性分區(qū)圖，將研究區(qū)域劃分為極低危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)［1-3］。并對(duì)采場(chǎng)邊坡危險(xiǎn)性分區(qū)結(jié)果進(jìn)行分析，得到各級(jí)危險(xiǎn)區(qū)域面積在總面積中的比例。通過(guò)客觀評(píng)價(jià)采場(chǎng)現(xiàn)狀邊坡的危險(xiǎn)程度，為服務(wù)礦山生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)，從而保障露天礦的安全可持續(xù)開采。

1 礦區(qū)露天采場(chǎng)區(qū)域概況

長(zhǎng)山壕金礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特中旗（縣）東北85°方向，礦區(qū)為剝蝕低山丘陵地形，地形起伏平緩，標(biāo)高為1 550～1 750 m，相對(duì)高差為50～200 m。大地構(gòu)造位置為華北地臺(tái)北緣，白云鄂博臺(tái)緣拗陷帶的中部高勒?qǐng)D斷裂帶和合教—石崩斷裂帶的夾持區(qū)。礦區(qū)降雨稀少，水文地質(zhì)條件為簡(jiǎn)單類型。到目前為止，長(zhǎng)山壕金礦已發(fā)生過(guò)多起滑坡災(zāi)害，部分滑坡如圖1所示。

2 礦區(qū)露天采場(chǎng)邊坡危險(xiǎn)性區(qū)劃

2.1 邊坡危險(xiǎn)性影響因子的確定

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，邊坡危險(xiǎn)性的影響因素多種多樣，各種影響因素的影響程度也不同，故本項(xiàng)目充分利用研究區(qū)地質(zhì)資料和工程地質(zhì)調(diào)查的數(shù)據(jù)，根據(jù)長(zhǎng)山壕露天礦的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合露天礦開采和擴(kuò)幫工程的實(shí)際工況，選擇導(dǎo)致邊坡災(zāi)害發(fā)生的主要影響因素進(jìn)行分析，最終選取6個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子，6個(gè)指標(biāo)為地層巖性、巖體完整程度、礦山開采影響、與斷層的距離、坡度、坡高［4］。

2.2 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的劃分及賦值

選取的6個(gè)影響因子對(duì)邊坡危險(xiǎn)程度的影響是不同的，因此，把危險(xiǎn)性程度按順序劃分為“極低危險(xiǎn)”、“低危險(xiǎn)”、“中危險(xiǎn)”和“危險(xiǎn)”這4個(gè)等級(jí)。選取的評(píng)價(jià)因子中定性指標(biāo)是沒有度量單位的，而定量指標(biāo)的度量單位也可能有所不同，這不利于邊坡危險(xiǎn)性綜合分析及區(qū)劃工作?；诖耍卷?xiàng)目根據(jù)邊坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)原則，結(jié)合東北采場(chǎng)邊坡實(shí)際情況，按照各個(gè)影響因素評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同分級(jí)中滑坡危險(xiǎn)程度由低到高的順序，將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)按不同分級(jí)從小到大分別賦值，見表1。

注：H為開采區(qū)與被評(píng)價(jià)邊坡坡頂下方的距離。

2.3 邊坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)單元的劃分

本項(xiàng)目以20 m×20 m的正方形為評(píng)價(jià)單元，將東北采場(chǎng)劃分為6 201個(gè)評(píng)價(jià)單元，見圖2。

2.4 邊坡危險(xiǎn)性影響因子的權(quán)重

由于各影響因子對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的影響存在差異，相應(yīng)有不同的側(cè)重。因此，對(duì)各單項(xiàng)指標(biāo)要給予一定的權(quán)重［5］。本項(xiàng)目在邊坡影響因素二級(jí)指標(biāo)危險(xiǎn)性等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，選擇研究區(qū)現(xiàn)狀滑坡作為權(quán)重評(píng)價(jià)樣本源數(shù)據(jù)，每個(gè)滑坡的影響因素二級(jí)指標(biāo)分級(jí)參考表1，由此得到現(xiàn)狀滑坡各二級(jí)指標(biāo)的分級(jí)結(jié)果，在SPSS中對(duì)現(xiàn)狀滑坡各二級(jí)指標(biāo)的分級(jí)結(jié)果進(jìn)行因子分析并勾選相關(guān)選項(xiàng)，運(yùn)行SPSS，可得到下列結(jié)果（表2）。

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如表2所示，通過(guò)KMO和巴特利特球形度檢驗(yàn)的檢驗(yàn)結(jié)果，KMO值為0.610＞0.60，說(shuō)明這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)行因子分析。同時(shí)巴特利特球形度檢驗(yàn)中的顯著性值為0.005，小于顯著水平0.05，說(shuō)明變量存在相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步確定了因子分析的可行性［5］。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步計(jì)算并歸一化后，最終確定了各影響因子（坡高、礦山開采的影響、地層巖性、巖體完整程度、與斷層的距離、坡度）的權(quán)重分別為0.063、0.221、0.171、0.165、0.196、0.184。

加權(quán)后的東北采場(chǎng)各評(píng)價(jià)單元量化值見表3。

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將加權(quán)后的東北采場(chǎng)各指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SPSS中。在SPSS中，將聚類數(shù)設(shè)置為4。運(yùn)行SPSS的K均值聚類選項(xiàng)，最終得到東北采場(chǎng)的聚類結(jié)果。當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到第18次時(shí)，實(shí)現(xiàn)了收斂。此時(shí)各評(píng)價(jià)單元格的聚類結(jié)果見表4。東北采場(chǎng)每個(gè)聚類中的個(gè)案數(shù)目見表5。

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通過(guò)表5可以計(jì)算得出，聚類1占比31%，聚類2占比11%，聚類3占比26%，聚類4占比32%。利用SPSS得出的聚類結(jié)果并不會(huì)自動(dòng)地與危險(xiǎn)程度對(duì)應(yīng)起來(lái)，此時(shí)可以從問題本身入手，人為驗(yàn)證聚類結(jié)果是否符合邏輯和專業(yè)常識(shí)。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析，確定聚類①表示極危險(xiǎn)區(qū)，聚類②表示危險(xiǎn)區(qū)，聚類3表示低危險(xiǎn)區(qū)，聚類4表示極低危險(xiǎn)區(qū)。為了使聚類結(jié)果更直觀，對(duì)4個(gè)聚類分別在東北采場(chǎng)的地質(zhì)圖中用不同灰度的色塊表示出來(lái)，見圖3。

2.5 邊坡危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)山壕金礦東北采場(chǎng)露天邊坡進(jìn)行聚類分析，定量化得到礦區(qū)東北采場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)劃圖（圖3）?？梢钥闯?，該采場(chǎng)潛在的極危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)主要分布在采場(chǎng)的東、西端幫以及靠近采場(chǎng)底部區(qū)域，這與采場(chǎng)現(xiàn)狀滑坡的發(fā)生情況一致，區(qū)劃結(jié)果合理。根據(jù)“定量評(píng)判、定性修正”的分區(qū)原則，對(duì)礦區(qū)東北采場(chǎng)的邊坡危險(xiǎn)性分區(qū)詳細(xì)說(shuō)明如下。

（1）極危險(xiǎn)區(qū)占比31%，主要分布在采場(chǎng)的東、西端幫以及北幫的1 444～1 540 m平臺(tái)、南幫1 468～1 492 m區(qū)域。東、西端幫區(qū)域破碎片巖與斷層集中分布，巖層破碎長(zhǎng)度較高，穩(wěn)定性差。北幫1 444 m平臺(tái)上方有大型破碎帶經(jīng)過(guò)，發(fā)生多起滑坡。南幫1 468～1 492 m區(qū)域巖層較破碎，出現(xiàn)過(guò)多次滑坡。

（2）危險(xiǎn)區(qū)占比11%，主要分布于采場(chǎng)的靠近坑底部分。極危險(xiǎn)區(qū)的東南側(cè)破碎帶、片巖交界，其余部分處在板巖、破碎片巖、閃長(zhǎng)玢巖、斷層和破碎帶交匯區(qū)，巖層較破碎，浮石較多。且西北方向曾有大型滑坡災(zāi)害發(fā)生。

（3）低危險(xiǎn)區(qū)占比32%，主要分布于南、北端幫上部區(qū)域，與斷層距離較遠(yuǎn)。其中南端幫上部的低危險(xiǎn)區(qū)域主要處于灰?guī)r分布區(qū)。

（4）極低危險(xiǎn)區(qū)占比26%，主要分布于北幫1 540～1 564 m區(qū)域、南幫1 492～1 540 m區(qū)域。該區(qū)域多有灰?guī)r分布，巖體完整性較好。

3 結(jié)論

邊坡危險(xiǎn)性劃分是解決礦山生產(chǎn)技術(shù)的一個(gè)重要課題，對(duì)礦山的安全和可持續(xù)開采、邊坡的綜合治理具有重要意義。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)長(zhǎng)山壕金礦的邊坡地質(zhì)調(diào)查資料進(jìn)行整理，綜合分析后選取了6個(gè)影響因子，借助SPSS軟件，用因子分析的方法確定了各影響因子的權(quán)重，并通過(guò)聚類分析的方法完成了東北采場(chǎng)的邊坡危險(xiǎn)區(qū)劃，最后按照各評(píng)價(jià)單元的位置進(jìn)行了繪制。經(jīng)計(jì)算，極危險(xiǎn)區(qū)占比11%，危險(xiǎn)區(qū)占比31%，低危險(xiǎn)區(qū)占比26%，極低危險(xiǎn)區(qū)占比32%。經(jīng)過(guò)比較可知，現(xiàn)狀滑坡大部分發(fā)生于危險(xiǎn)區(qū)劃圖中的極危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)中，很少發(fā)生于低危險(xiǎn)區(qū)和極低危險(xiǎn)區(qū)，這與實(shí)際情況相吻合。這說(shuō)明基于SPSS的聚類分析法對(duì)露天礦山邊坡危險(xiǎn)區(qū)劃具有一定的實(shí)用價(jià)值，可以作為露天礦山邊坡危險(xiǎn)性區(qū)劃的一種工具，也能為邊坡的加固設(shè)計(jì)提供一定參考［6］。