礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程施工探討

李 玲

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020）

礦山開采作業(yè)區(qū)域常常受到地勢或者采空區(qū)影響形成邊坡，在礦山開采過程中會擾動相關(guān)區(qū)域的邊坡，再加上地下水﹑爆破﹑邊坡加固不規(guī)范等因素的影響，增加了礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率，這種災(zāi)害多見于露天礦的開采。為了降低礦山滑坡的發(fā)生概率，相關(guān)企業(yè)應(yīng)該從地質(zhì)勘探﹑邊坡加固﹑監(jiān)測預(yù)警以及定期維護(hù)等多個層面加強(qiáng)技術(shù)管理，尤其要強(qiáng)化礦山邊坡加固施工技術(shù)的研究與應(yīng)用。

1 礦山滑坡分類

礦山滑坡大多發(fā)生在露天礦中，此類礦山在采空區(qū)的四周會形成坡面，受地質(zhì)因素﹑機(jī)械擾動﹑加固不到位等各類因素的影響，容易引發(fā)滑坡。常見的滑坡類型可分為五種，具體可參考表1。以平面滑坡為例，一種是沿著單一層面的滑坡，其特點(diǎn)是內(nèi)摩擦角小于滑面的傾角，此類滑坡一旦發(fā)生，其規(guī)模較大，有些是人為因素造成的，比如在坡腳的切層處開展挖掘作業(yè)。另一種為坐落式平推滑移型滑坡，其滑面主體為巖石層，與巖體的構(gòu)造結(jié)理存在密切的關(guān)聯(lián)性。礦山滑坡是引發(fā)安全生產(chǎn)事故﹑破壞生產(chǎn)設(shè)備和作業(yè)面﹑阻礙企業(yè)正常經(jīng)營的常見因素之一，從安全生產(chǎn)的角度看，必須對其實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)控﹑預(yù)防和治理[1]。

表1 礦山邊坡滑坡的五種分類

2 礦山滑坡的原因分析

2.1 地質(zhì)條件不穩(wěn)定

在設(shè)計(jì)規(guī)劃礦山邊坡時要提前勘察地質(zhì)條件，不同類型的巖土在抗剪性能﹑承壓能力方面存在較大的差異，因而在邊坡設(shè)計(jì)時要根據(jù)其地質(zhì)條件特點(diǎn)合理控制坡度，必要時還會采用臺階式﹑分層式的加固支護(hù)方案。如果礦山邊坡地質(zhì)條件較差，如存在松散﹑破碎的巖石層，當(dāng)邊坡受到重力﹑巖土壓力﹑工程機(jī)械擾動等因素的影響之后，就會在某些薄弱的位置產(chǎn)生滑坡[2]。

2.2 地下水滲透或者沖擊

礦山開采區(qū)可能存在豐富的地下水，在一些破碎的孔隙狀巖體中，地下水在其中不斷地蔓延﹑沖刷，導(dǎo)致原本就極為脆弱的礦山巖體承受了一定程度的壓力，并且?guī)r體在水的作用之下還會產(chǎn)生較大的浮力，這些作用力迫使礦山的巖體處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)之下。地下水在巖體中蔓延和沖刷時需找到一個泄壓的部位，然后，礦山的邊坡位置直接與空氣聯(lián)通，僅僅存在大氣壓，巖體的水壓不斷積聚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大氣壓力，進(jìn)而在邊坡處完成泄壓，形成因地下水引發(fā)的邊坡滑坡[3]。

2.3 爆破作業(yè)擾動

在礦山開采施工中為了提高作業(yè)的效率，經(jīng)常會采用爆破的方式清除表面的巖石層和覆土層等，使下部的礦體裸露出來。爆破作業(yè)通常是在礦山表層巖體上鉆孔﹑填埋炸藥，施工之前會對爆炸半徑﹑爆破深度﹑影響范圍等作出精確的計(jì)算，以達(dá)到安全作業(yè)的目標(biāo)。但是實(shí)際情況下也會出現(xiàn)一些意料之外的情況，爆炸產(chǎn)生的沖擊波會在地面巖土層傳播，有些巖石層本身就較為薄弱，在爆破沖擊下節(jié)理張開[4]。如果其他位置的礦山邊坡加固措施存在缺陷，在爆破作業(yè)的擾動之下就可能形成滑坡事故。

2.4 邊坡幾何穩(wěn)定性差

礦山邊坡的高度﹑邊坡的角度以及邊坡的水平寬度等都會影響到其整體的穩(wěn)定性，邊坡的高度不宜過大，否則在重力作用下易形成滑坡，工程實(shí)踐中對于整體高度較大的邊坡，大多采用分層加固的方式，可見高度對礦山邊坡施工的影響力。另一個非常關(guān)鍵的因素是礦山邊坡的坡度，當(dāng)坡度過于陡峭時，礦山邊坡的巖土層依靠抗拉力抵抗重力的作用，但是陡峭的坡度會加劇重力的影響力，使其產(chǎn)生蠕變，直到抗拉力難以承受重力的作用，同時在這一過程中還會夾雜其他方面的因素[5]。

2.5 邊坡施工管理不當(dāng)造成滑坡

礦山開采中邊坡是常見的施工內(nèi)容之一，工程技術(shù)人員在作業(yè)之前會嚴(yán)格設(shè)計(jì)邊坡的加固形式以及邊坡坡度，但是在實(shí)際落實(shí)的過程中存在施工不規(guī)范﹑技術(shù)指標(biāo)落實(shí)不到位的情況，常見的問題是邊坡欠挖﹑超挖，進(jìn)而導(dǎo)致坡度與設(shè)計(jì)指標(biāo)不相符，這些是引發(fā)滑坡的常見因素?？拷V山邊坡頂端的水平面上不應(yīng)停放車輛或者堆砌其他類型的載荷，也不應(yīng)設(shè)置臨時性的道路，因?yàn)檫@些載荷也可能引發(fā)滑坡[6]。

3 礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治策略

3.1 礦山地質(zhì)勘探

考慮到礦山滑坡造成嚴(yán)重的危害，并且這種事故常與地質(zhì)條件之間存在密切的關(guān)聯(lián)，尤其會影響到邊坡施工方案的制定，因此，施工單位在作業(yè)之前應(yīng)該對礦山作業(yè)區(qū)域的水文地質(zhì)條件等開展深入的調(diào)查，具體應(yīng)涵蓋交通位置﹑氣候﹑地表水﹑地下水﹑地形地貌﹑地層結(jié)構(gòu)﹑地質(zhì)構(gòu)造等因素以及其他類型的工程活動。例如，在地層結(jié)構(gòu)勘察中要掌握地層的類型和巖石的類型，判斷是否存在松散的﹑穩(wěn)定性差﹑易破碎的地層及巖石，在地質(zhì)構(gòu)造勘察中重點(diǎn)判斷是否存在斷裂的巖層。礦山地質(zhì)勘察方法較多，常用的方法包括地質(zhì)鉆探﹑地質(zhì)勘探以及物探等。以鉆探技術(shù)為例，這種地質(zhì)勘探方式非常直觀，可直接采集到地層中的巖土樣本，通過分析其成分﹑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來判斷巖石類型﹑各地質(zhì)層的厚度﹑潛在的礦山滑坡區(qū)域，鉆探法得來的數(shù)據(jù)可靠性很高，受到廣泛的應(yīng)用[7]。

3.2 礦山預(yù)防滑坡的邊坡設(shè)計(jì)思路

礦山邊坡設(shè)計(jì)方案直接決定了其在預(yù)防滑坡方面的效果，目前關(guān)于礦山邊坡設(shè)計(jì)已經(jīng)形成了體系化的思路，具體涵蓋了以下幾個方面。①控制坡度。自然放坡在邊坡加固施工中是常用的一種方法，其在本質(zhì)上是合理控制坡度，降低坡體自重以及地面降雨徑流形成的沖擊作用，從人們的常識來看，越是陡峭的坡體越容易滑塌，因而邊坡設(shè)計(jì)中需合理控制坡度；②設(shè)置排水設(shè)施。有些地區(qū)降雨量較大，容易在靠近邊坡的地表位置產(chǎn)生大量的積水，甚至形成地表徑流，邊坡位置地勢低，地表水的沖刷作用易導(dǎo)致滑坡，因而在設(shè)計(jì)邊坡時應(yīng)該提前規(guī)劃好相應(yīng)的地面排水系統(tǒng)。③設(shè)置必要的邊坡加固措施。邊坡中的部分位置存在不良的地質(zhì)構(gòu)造，如巖層破碎，對于此類情況應(yīng)該采取措施將破碎的部位清除掉，或者利用錨桿等進(jìn)行加固，這樣可大幅降低邊坡滑坡的可能性。④重視對浮石的處理。邊坡上的浮石存在滾落的風(fēng)險，對礦山開采作業(yè)人員和車輛造成安全威脅，在邊坡施工中要及時將這些浮石清理掉，與此同時還可在邊皮上設(shè)計(jì)金屬網(wǎng)，起到有效的阻擋作用[8]。

3.3 礦山邊坡監(jiān)測

邊坡滑坡通常會經(jīng)歷一個漸變的過程，邊坡在這一過程中會逐漸的變形，當(dāng)這種變形發(fā)展到一定程度之后，邊坡就會局部或者整體滑塌。為了能在第一時間發(fā)現(xiàn)邊坡滑坡的潛在隱患，在礦山開采過程中需在邊坡的特定位置上設(shè)計(jì)監(jiān)測裝置，具體的監(jiān)測指標(biāo)涵蓋了邊坡裂縫﹑邊坡內(nèi)部外移量﹑邊坡表面外移量﹑水文氣象等。邊坡安全監(jiān)測可劃分為四個等級，受到變形指數(shù)﹑地質(zhì)條件指數(shù)﹑坡度等級以及高度等級的共同影響，表2列舉了礦山邊坡高度和坡度的等級劃分依據(jù)。在具體的安全監(jiān)測工作中，需要合理的選擇監(jiān)測方式以及布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。

表2 礦山邊坡高度和坡度劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.4 礦山邊坡維護(hù)

邊坡監(jiān)測的目的是及時發(fā)現(xiàn)潛在的滑坡安全隱患，進(jìn)而在其發(fā)生滑坡之前將隱患徹底消除，邊坡維護(hù)是落實(shí)隱患排除的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。礦山的開采期很長，邊坡維護(hù)與加固并非一項(xiàng)臨時性的工作，而是長期性的安全管理內(nèi)容。為了強(qiáng)化固土﹑固坡的效果，可在其表面種植灌木和草皮。經(jīng)常性地檢查邊坡的地表排水系統(tǒng)﹑地下排水系統(tǒng)以及立體性的排水系統(tǒng)。當(dāng)邊坡出現(xiàn)變形時，要分析造成相關(guān)問題的地質(zhì)災(zāi)害成因，然后及時采取措施進(jìn)行加固。

4 礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害加固施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 排水施工

第一，排水溝施工要點(diǎn)。礦山邊坡的排水溝是在降雨條件下快速排除地表積水﹑避免形成徑流的重要措施，由于礦山開采的長期性特點(diǎn)，排水設(shè)施應(yīng)該提高硬化水平和使用壽命。具體的施工流程如下：①排水溝設(shè)計(jì)。根據(jù)地質(zhì)條件特點(diǎn)設(shè)計(jì)出排水溝的深度﹑寬度﹑建造方式以及具體位置等信息；②測量放線。根據(jù)排水溝的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诨A(chǔ)作業(yè)面上開展測量和放線工作，注意控制排水溝的標(biāo)高；③排水溝施工?？刹捎脵C(jī)械與人工相配合的方式在放線位置開挖出排水溝的基坑，嚴(yán)格處理底部的墊層，使其夯實(shí)沉淀到位，防止在后期的使用過程中出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象[9]。為了提高排水溝過水的通暢性﹑降低其后期維護(hù)的難度，應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土施工技術(shù)。

第二，設(shè)置截水溝。為了防止礦山邊坡外側(cè)的水（尤其是高地勢上流下來的水）從邊坡上流到礦坑底部，可在距離礦山邊坡外側(cè)一定距離的位置設(shè)置一道截水溝，這一設(shè)施具備一定的蓄水﹑滯水能力，當(dāng)水量不大時，截水溝可將其暫時存儲起來，并且截水溝上每隔一定的距離會設(shè)置一個比溝更深的集水池，用來進(jìn)一步提高截水溝的蓄水能力。顯然，截水溝是礦山邊坡外側(cè)的一道重要防線。但是在設(shè)計(jì)截水溝的位置時要注意相關(guān)作業(yè)區(qū)域的地質(zhì)條件，截水溝距離邊坡過近也會產(chǎn)生安全風(fēng)險，一方面是施工時存在一定的擾動，另一方面是截水溝會相比基礎(chǔ)滲水，需通過距離的控制來防止其危害礦山邊坡的穩(wěn)定性。截水溝的施工方法也較為簡單，同樣是放線﹑基礎(chǔ)開挖以及建造結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)，可使用砌體材料﹑預(yù)制混凝土板或者現(xiàn)澆混凝土來制造出截水溝。

4.2 抗滑樁施工

第一，抗滑樁的分類及作用?，F(xiàn)階段的抗滑樁主要采用鋼筋混凝土材料或者金屬材料制作而成，使用過程中可將不同材質(zhì)的樁體混合在一起，共同發(fā)揮作用。常見的抗滑樁為鋼樁﹑鋼筋混凝土預(yù)制樁﹑預(yù)應(yīng)力錨索樁等，既可打入地面，亦可在地面上機(jī)械或者人工挖孔，將樁體下放到其中?？傮w上而言，其施工工藝分為三大類，其一是打入樁，其二是鉆孔灌注樁，其三是靜壓沉樁。抗滑樁的形式也非常多樣化，如排架式﹑門式等?？够瑯犊稍黾拥V山邊坡的側(cè)向承壓能力，有效地阻止邊坡滑塌。

第二，抗滑樁的適用條件。采用打入的方式沉樁時難免會對礦山邊坡造成一定程度的擾動，施工單位在作業(yè)之前需根據(jù)邊坡的坡度﹑地質(zhì)情況等判斷樁體打入時是否存在滑坡的風(fēng)險，顯然，陡峭的大坡不宜采用這種技術(shù)路徑。相對而言，機(jī)械或者人工鉆孔的方式在靈活性上更具優(yōu)勢，并且對邊坡的擾動也是可控的，機(jī)械鉆孔方式要評估鉆孔設(shè)備的難度和安全風(fēng)險，人工成孔適用于機(jī)械設(shè)備不易操作的區(qū)域，但人工成孔時有可能遭遇堅(jiān)硬的地質(zhì)層。

第三，抗滑樁施工要點(diǎn)。以目前應(yīng)用最為廣泛的鉆孔灌注樁為例，這種施工方式是利用鉆孔機(jī)械直接在靠近礦山邊坡的外側(cè)平整場地上鉆出樁體的成孔，具體的樁長﹑樁徑等取決于礦山邊坡的特點(diǎn)，由于樁體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，因而直徑和長度的設(shè)計(jì)都非常靈活。施工前在基礎(chǔ)面上畫出樁體的中心點(diǎn)以及半徑，然后將鋼護(hù)筒或者預(yù)制混凝土護(hù)筒埋設(shè)在樁體鉆孔位置，使其中心與樁體的中心重疊在一起。然后架設(shè)鉆孔機(jī)械，確保支架的水平度﹑穩(wěn)定性滿足工程需求，同時檢查鉆孔設(shè)備的垂直度，作業(yè)之前還需提前配置好泥漿，用于清渣以及潤滑鉆機(jī)。然后開展鉆孔作業(yè)，注意控制鉆孔設(shè)備的垂直度和鉆孔的深度。成孔之后清理底部的殘?jiān)约跋路挪⒐潭A(yù)制好的鋼筋籠，澆筑混凝土。需注意的是如果采用人工挖孔的作業(yè)方式，孔壁存在一定的坍塌風(fēng)險，由于是礦山區(qū)域挖孔，孔內(nèi)有可能產(chǎn)生有毒有害的氣體，因而作業(yè)過程中需保證孔壁支護(hù)措施以及孔內(nèi)通風(fēng)的措施?？够瑯冻蓸吨笠獙ζ湔w的質(zhì)量開展系統(tǒng)性的檢查和驗(yàn)收，重點(diǎn)檢查的內(nèi)容包括抗滑樁的中心位置﹑孔底高程以及端面尺寸等，雖然在施工中難免會產(chǎn)生偏差，關(guān)鍵是要將其控制在合理的范圍之內(nèi)[10]。例如，孔底高程的誤差控制在±50mm之內(nèi)。

4.3 回填護(hù)坡施工

礦山邊坡施工中需清除坍塌風(fēng)險較高的破碎巖體，并且在控制坡度時要進(jìn)行開挖作業(yè)，最后再采用適宜的材料回填并鞏固邊坡，使其達(dá)到良好的穩(wěn)固性，通常這種加固方案適用于坡度和高度都相對較小的礦山邊坡，稱之為回填護(hù)坡技術(shù)。具體的施工要點(diǎn)如下：①邊坡回填大多采用集配碎石，在填筑碎石之前應(yīng)該將基層表面存在的雜物徹底清除掉，為了提高新填筑材料的穩(wěn)固性，需對其實(shí)施碾壓夯實(shí)的操作；②采用回填護(hù)坡的技術(shù)時要注意回填材料的透水性，如果其透水性不足，將會增加雨水﹑地下水對邊坡的影響，進(jìn)而引發(fā)滑坡事故?；靥畈牧贤ǔ槎喾N類型混合應(yīng)用，處于下層的回填材料在透水性上更加優(yōu)越，上層材料的透水性次之?；靥钭o(hù)坡經(jīng)常和排水孔﹑邊坡排水溝等設(shè)施相互配合應(yīng)用，原因在于這些經(jīng)過回填夯實(shí)的材料并非自然發(fā)展而成，其整體性較差，低抵御水力侵蝕的能力不足；③回填后的材料雖然經(jīng)過了較為充分的碾壓夯實(shí)，但如果回填厚度較大，這些回填的材料依然會產(chǎn)生較為顯著的沉降，對于邊坡加固施工而言，沉降量控制是技術(shù)要點(diǎn)，回填時應(yīng)該預(yù)留沉降量，根據(jù)實(shí)踐情況，礦山回填材料的沉降量通常會占到總體厚度的3%。

5 結(jié)語

礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害與地下水﹑地表徑流﹑邊坡巖土條件﹑加固技術(shù)方案﹑加固施工的質(zhì)量等因素密切相關(guān)，其中邊坡加固施工是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。施工過程中需考慮地下水的沖擊問題，因此需結(jié)合礦山邊坡的特點(diǎn)設(shè)置排水溝﹑截水溝等設(shè)施，利用抗滑樁提高邊坡的穩(wěn)固性，在坡度較小的礦山邊坡加固施工中還可采用回填護(hù)坡等技術(shù)方案。