某磷礦礦山排土場(chǎng)滑坡成因分析

摘要：滑坡是排土場(chǎng)失穩(wěn)最常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，礦山排土場(chǎng)的穩(wěn)定是礦山正常生產(chǎn)的保障。鑒于此，某磷礦礦山排土場(chǎng)滑坡發(fā)生后，立即開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘察工作，分析了排土場(chǎng)堆土前后、滑坡發(fā)生后地形變化情況，查明了滑坡區(qū)地層分布和巖土特性，并且研究了滑坡的基本特征、周界條件、變形跡象等。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了排土場(chǎng)滑坡產(chǎn)生的原因，提出了有效的治理措施，以消除地質(zhì)災(zāi)害隱患。

關(guān)鍵詞：排土場(chǎng) "填土" 紅黏土" 滑坡" 成因分析

Cause Analysis of Landslide in the Waste Dump of a Certain Phosphate Mine

CHEN Rongyan¹"""" ZHAO Peng²"""" ZHANG Dan³

1.Yunnan Geological Engineering the Second Investigation Institute Co.，Ltd， Kunming， Yunnan Province， 650218 China; 2.Yunnan Geological Environment Monitoring Institute， Kunming， Yunnan Province， 650216 China; 3.Yunnan Geological and Mineral Engineering Survey Group Co.， Ltd， Kunming， Yunnan Province， 650032 China

Abstract： Landslide is the most common phenomenon of instability in waste dump sites， and the stability of mine waste dump sites is the guarantee for normal production of mine. In view of this， after the landslide occurred at a certain phosphate mine waste dump， the on-site investigation and survey work were carried out immediately. The topographic changes before and after the soil was piled up in the waste dump and after the landslide occurred were analyzed. The stratigraphic distribution and geotechnical characteristics of the landslide area were identified， and the basic characteristics， perimeter conditions and deformation signs of the landslide were studied. On this basis， the causes of the landslide in waste dump sites were summarized， and effective control measures were proposed to eliminate geological hazards.

Key Words： Dump; Filling; Red clay; Landslide; Cause analysis

礦山排土場(chǎng)是礦山生產(chǎn)過(guò)程中采礦排棄物集中排放的場(chǎng)所。礦山排土場(chǎng)作為主要的礦山安全工程設(shè)施之一，其安全、穩(wěn)定是保證礦山連續(xù)生產(chǎn)的必要條件^[1-2]。排土場(chǎng)一旦失穩(wěn)滑動(dòng)，不僅影響礦山的正常生產(chǎn)，還可能導(dǎo)致重大工程事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡^[3-6]。排土場(chǎng)滑坡是發(fā)生最普遍、頻率最高的一種災(zāi)害，主要是松散固體物受內(nèi)外多種因素的共同影響而產(chǎn)生大規(guī)模滑移，表現(xiàn)出很大的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性^[7]。

本文以云南省昆明市西山區(qū)某磷礦礦山排土場(chǎng)滑坡為例，通過(guò)野外調(diào)查、工程勘察，總結(jié)分析出滑坡成因，對(duì)其他礦山類(lèi)似排土場(chǎng)的選址、規(guī)劃具有較好的借鑒意義。

1 地質(zhì)背景

1.1 地形條件

礦山排土場(chǎng)位于昆明市西山區(qū)，東高西低，堆土前斜坡自然坡度15～20°，發(fā)育多條東西向徑流、長(zhǎng)度小于400 m、深5～10 m、寬5～40 m的沖溝，溝谷兩岸植被較發(fā)育，多為云南松及灌木叢^[8]。斜坡前緣發(fā)育北西向沖溝，溝谷呈“U”字形，該沖溝是隔開(kāi)村莊與排土場(chǎng)的天然屏障。排土場(chǎng)于2009年1月投入使用，于2017年6月停止排土，累計(jì)排土2 500萬(wàn)m³，堆填區(qū)高程2 090～1 950 m，高差140 m。大致分6臺(tái)堆放，臺(tái)寬10～200 m不等，上寬下窄，臺(tái)階坡面角34～36°。

1.2 地層巖性與巖土工程地質(zhì)特性

根據(jù)勘察結(jié)果，排土場(chǎng)范圍內(nèi)出露第四系滑坡堆積層（Q₄^del）、人工填土層（Q₄^ml）、殘坡積層（Q₄^el+dl），下覆基巖為震旦系上統(tǒng)東龍?zhí)督M（Z₂dl）白云巖。

1.2.1 滑坡堆積層（Q₄^del）

分布于排土場(chǎng)滑坡體上，上部為填土，下部為紅黏土。

上部填土為礦山排土，呈黃、灰等雜色，稍濕，稍密～中密狀，透水性好，成分主要包括粉砂巖、泥巖、白云巖、磷塊巖、頁(yè)巖等的塊石、碎石、碎屑和粘土。

下部紅黏土為場(chǎng)地原始土，褐紅、棕紅、磚紅色局部夾褐黃、棕黃色，可塑狀，稍濕，含少量白云巖砂礫，切面稍光滑，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度和韌性中等。

1.2.2 人工填土層（Q₄^ml）

分布于滑坡范圍外，巖性與滑坡堆積層上層填土一致。

1.2.3 殘坡積層（Q₄^el+dl）

依據(jù)巖性差異分為兩層。一層是分布在填土外圍的紅黏土，厚度受地形陡緩變化影響較大，厚度在0.5～5 m之間，局部低洼處厚度大于10 m。該層土質(zhì)均一，土體干燥～稍濕，呈硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，其孔隙度大、力學(xué)強(qiáng)度低，地面干縮裂縫發(fā)育。另一層是分布在滑坡中前部與前緣地帶的殘坡積層，灰黃夾灰綠色含碎石粉質(zhì)粘土層，土體干燥～稍濕，呈可塑～硬塑狀，碎石為白云巖，含量20%～30%，次棱角狀。

1.2.4 震旦系上統(tǒng)東龍?zhí)督M（Z₂dl）

白云巖，場(chǎng)區(qū)下覆基巖，前緣鉆孔揭露強(qiáng)-微風(fēng)化，灰黃色、灰白色、淺灰色，巖質(zhì)堅(jiān)硬，錘擊難碎，局部發(fā)育溶孔。外圍出露巖體產(chǎn)狀25°∠31°，主要發(fā)育兩組傾角近直立的節(jié)理：一組傾向西，另一組傾向南。

1.3 地表水與地下水

場(chǎng)區(qū)地表水主要接受大氣降水補(bǔ)給。排土前，地表水自東向西匯入自南向北的沖溝徑流，最終匯入螳螂川，為季節(jié)性水流；排土后，地表水體順?biāo)缮⑻钔翆酉聺B補(bǔ)給孔隙水，部分形成上層滯水，水體最終匯入前緣南北向沖溝?；掳l(fā)生后，南北向徑流的沖溝被滑體掩埋，坡體上的地表水體徑流至滑坡前緣時(shí)滲入填土，在滑坡左側(cè)前緣滲至未被填充的沖溝，最終匯入螳螂川。

場(chǎng)區(qū)地下水包括孔隙水和巖溶裂隙水?？紫端陨蠈訙男问絻?chǔ)存于第四系松散層中，主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式排泄。巖溶裂隙水儲(chǔ)存于白云巖中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，同時(shí)接受少量孔隙水和地表水的入滲補(bǔ)給，受巖體節(jié)理、風(fēng)化裂隙與溶蝕裂隙的影響，富水性中等；地下水由東向西徑流，于地形低洼處以泉的形式排泄。

勘查期間為旱季，沖溝內(nèi)無(wú)流水，鉆孔揭露深度范圍內(nèi)也未見(jiàn)地下水。

1.4 不良地質(zhì)作用

滑坡區(qū)外圍多為第四系磚紅色松散覆蓋層，為碳酸鹽巖出露的巖石經(jīng)風(fēng)化作用形成的原生紅黏土^[9]，部分鉆孔揭露的紅黏土厚度大于10 m，其自由膨脹率為21%～49.5%，膨脹力為12.76～165.54 kPa，具弱膨脹潛勢(shì)，屬高塑性黏土，干時(shí)呈較堅(jiān)硬狀態(tài)，遇水易軟化而形成隔水層和軟弱夾層，易造成坡體沿該層發(fā)生滑移^[10]。

滑坡后緣南側(cè)地表見(jiàn)溶槽、溶蝕孔洞發(fā)育，這些巖溶作用不僅破壞了巖體的連續(xù)性和完整性、降低了巖體的承載力，還成為地下水流動(dòng)的通道，加速巖土體的軟化，對(duì)斜坡穩(wěn)定不利。

2 滑坡評(píng)述

排土場(chǎng)于2018年1月30日晚約6時(shí)40分發(fā)生滑坡，后緣下挫，道路錯(cuò)斷，中后部和中部平臺(tái)多處下挫形成的負(fù)地形，滑坡滑至前緣沖溝左岸坡山脊部位，最大滑移距離約200 m，滑動(dòng)后距村莊僅20 m，滑過(guò)之處掩埋農(nóng)田、林地，毀壞高壓電塔，嚴(yán)重威脅滑坡前緣村民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.1 滑坡基本特征

滑坡主滑方向270°，平面近似“半圓形”，滑面呈圓弧形，滑坡平均長(zhǎng)500 m，平均寬700 m，厚5～100 m，體積約1050×10⁴ m³，屬特大型推移式深層填土滑坡。

2.2 滑坡區(qū)地形特征

滑坡區(qū)原始斜坡坡向西，地形坡度15～20°，坡面平直，巖層傾向北東，為反向坡。坡腳發(fā)育南北向展布的C1沖溝，溝谷寬緩，呈“U”形，平均寬400 m，沖溝西側(cè)是南北向展布的低緩山脊，居民區(qū)分布在山脊西側(cè)10°～15°的斜坡地帶。

填土后，斜坡地形改變很大，場(chǎng)區(qū)排土大致分6臺(tái)堆放，臺(tái)寬10～200 m，上寬下窄，填土高程2 090～1 950 m，高差約140 m，平均每臺(tái)高25m，總體地形坡度20～25°，各臺(tái)間坡面角平均35°。填土使場(chǎng)區(qū)形成了臺(tái)階狀高陡臨空斜坡地形。

滑坡發(fā)生后，前緣將沖溝完全掩埋，被沖溝左岸山脊阻擋后停止滑動(dòng)，后緣位于填土與原始地形交接部位的陡崖崖腳，前后緣最大高差約145 m，平均地形坡度10～15°（見(jiàn)圖1）。

滑坡發(fā)生后，磷礦公司立即采取削坡減載的應(yīng)急處置措施，因此，勘查期間滑坡區(qū)的地形一直在變化。

2.3 滑坡變形跡象

滑坡在調(diào)查勘察期間一直處于滑動(dòng)狀態(tài)，滑坡體內(nèi)地表變形劇烈、裂縫密集?；潞缶壓妥笥抑芙绲亩缚病⒒麦w上的反傾平臺(tái)、洼地、密集發(fā)育的弧形張拉裂縫、剪切裂縫和鼓脹裂縫，倒塌的電塔、傾倒的樹(shù)木，都是滑坡滑動(dòng)變形最明顯和直接的證據(jù)。

2.4 滑坡邊界

滑坡后緣位于第一平臺(tái)下錯(cuò)后形成的圓弧狀陡壁處，該處滑坡壁與外圍陡崖交接，地形形成轉(zhuǎn)折；滑坡左周界是滑移后左側(cè)形成順東西向展布的錯(cuò)坎；滑坡右周界是填土邊坡坡向轉(zhuǎn)折處；滑坡剪出口位于原填土前端部位，滑舌位于前緣沖溝西側(cè)山脊地帶。

2.5 滑體、滑帶、滑床特征

滑體為礦山堆土+第四系殘坡積土，鉆孔揭露厚度5～100 m，平均厚度大于50 m?；瑤林饕獮閳?chǎng)區(qū)原始的紅黏土層，根據(jù)試驗(yàn)成果，該層上、中、下部液性指數(shù)值差異較大，說(shuō)明該層土的狀態(tài)和承載能力差異也較大?；嬷饕挥诘谒南禋埰路e層（Q₄^el+dl）中，滑坡后壁與11個(gè)鉆孔均見(jiàn)明顯滑面?；矠槿陆y(tǒng)殘坡積（Q₄^el+dl）粉質(zhì)粘土和震旦系上統(tǒng)東龍?zhí)督M（Z₂dl）白云巖。

2.6 滑坡滑面特征

滑坡變形劇烈，坡體位移明顯，滑坡中后部作為主滑段推動(dòng)整體滑移破壞，前部滑體作為阻滑段滑面平緩或反傾，滑坡動(dòng)力主要由滑體中、后部提供，屬推移式滑坡。

3 滑坡成因分析

排土場(chǎng)滑坡的形成與選址、排土方式、排水或爆破振動(dòng)、開(kāi)挖、地震、海嘯、特大暴雨等有關(guān)^[11]，也與地層巖性、地形條件等息息相關(guān)。磷礦礦山排土場(chǎng)滑坡的形成除與地形、地層巖性、降雨有關(guān)外，還與選址不當(dāng)、渣土堆放方式不合理、排水設(shè)施不完善有關(guān)。

3.1 地形改變

滑坡發(fā)育邊坡原始地形坡度15～20°，巖層傾向北東向，為反向坡，坡面平直，斜坡上發(fā)育自然沖溝，坡體表層分布不均厚的紅黏土殘坡積層。

礦山填土?xí)r，棄渣大致分6臺(tái)堆放，臺(tái)寬呈現(xiàn)上寬下窄、平均臺(tái)高25 m，各臺(tái)斜坡地形坡度平均35°。排土場(chǎng)從自然斜坡改變成陡坡前緣臨空的臺(tái)階狀地形，使其具備了形成滑坡的有利地形條件。

3.2 地層巖性

根據(jù)調(diào)查和勘察，滑體主要是礦山開(kāi)采剝離的廢土石、棄渣等，具有結(jié)構(gòu)松散、力學(xué)強(qiáng)度低、工程地質(zhì)性質(zhì)差、穩(wěn)定性差，透水性強(qiáng)的特點(diǎn)^[8]，加之下伏紅黏土為強(qiáng)隔水層，地表水極易沿表層土體垂直下滲到紅黏土隔水層，紅黏土在水的長(zhǎng)期潛蝕作用下軟化，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，而上層土體飽和后下滑力增加，在合適的地形條件下極易形成滑坡。

3.3 降雨

滑坡發(fā)生時(shí)雖處旱季，但在滑坡發(fā)生前，昆明地區(qū)出現(xiàn)了短期持續(xù)降雨，降雨量相對(duì)較大。因排土場(chǎng)未設(shè)置有效地表排水系統(tǒng)，雨水只能沿填土垂直下滲至紅黏土層。受場(chǎng)區(qū)普遍分布的紅黏土層本身特殊性質(zhì)的影響，加上前期雨季降雨影響的遲滯作用^[12]，導(dǎo)致紅黏土層吸水軟化形成隔水層。一方面上層填土重量增加，另一方面紅黏土被潛蝕軟化形成軟弱帶，二者相互作用，土體重量的增加疊加軟弱帶的連通，最終形成滑坡。勘察結(jié)果也證實(shí)了紅黏土層為滑坡隔水層和軟弱帶。

3.4 選址不當(dāng)

排土場(chǎng)選址時(shí)，未充分考慮排土場(chǎng)所在斜坡本身地質(zhì)環(huán)境條件的脆弱性，原始地形高差大、坡體陡，坡體上為殘坡積層覆蓋，且紅黏土厚度較大。在排土前，未對(duì)紅黏土做任何處置。排土后，松散的填土層與下部殘坡積層之間結(jié)構(gòu)差異較大，上層因松散、穩(wěn)定性差，水體易下滲，下層的紅黏土又稱(chēng)為良好的隔水層和軟弱帶，最終導(dǎo)致滑坡發(fā)生。

3.5 渣土堆放不合理

棄渣堆放時(shí)，雖然大致分臺(tái)堆放，但排土作業(yè)人員未按規(guī)定堆放，而是為了方便將棄土堆放在排土場(chǎng)上部斜坡，導(dǎo)致堆放分臺(tái)的臺(tái)寬上寬下窄，越到底層，臺(tái)寬越窄，且各臺(tái)階坡面角度大致堆放成34～36°的陡坡，形成了多個(gè)高陡臨空面。此種堆放方式會(huì)使排土場(chǎng)處于“頭重腳輕”的狀態(tài)，隨著“頭部”荷載的不斷加大，最終導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。

3.6 未設(shè)置有效截排水設(shè)施

滑坡發(fā)生后，經(jīng)訪(fǎng)問(wèn)礦山人員，排土場(chǎng)渣土堆放后，未在外圍設(shè)置截排水溝，也未在渣體和馬道上設(shè)置排水溝，這就導(dǎo)致在如此大的排土場(chǎng)范圍內(nèi)無(wú)任何有效排水設(shè)施，大量的降雨順著表面自然流淌，或下滲或在排土場(chǎng)表面形成自然溝壑排至前緣沖溝，這也是導(dǎo)致排土場(chǎng)發(fā)生滑坡的重要因素。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某磷礦礦山排土場(chǎng)滑坡現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與勘察，露天礦山排土場(chǎng)滑坡的形成除與地形、地層巖性、降雨等自然因素有關(guān)外，還與選址不當(dāng)、渣土堆放方式不合理、無(wú)截排水設(shè)施等人為因素有關(guān)?；掳l(fā)生后，責(zé)任部門(mén)已積極處置并進(jìn)行了工程治理，采取的工程措施是“削坡減載+抗滑支擋+截排水+攔擋壩+植被綠化”。工程實(shí)施后，排土場(chǎng)已穩(wěn)定，并恢復(fù)了生態(tài)綠化功能。露天礦山排土場(chǎng)的安全任重道遠(yuǎn)，從以往案例中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，有助于礦山排土場(chǎng)的選址和運(yùn)行，也有助于礦山安全生產(chǎn)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]周軍委.石寶鐵礦排土場(chǎng)穩(wěn)定性研究[J].采礦技術(shù)，2021，21（5）：94-96.

[2]李文虔，陳敏，寇向宇.露天礦排土場(chǎng)穩(wěn)定性分析及滑坡防治措施[J].采礦技術(shù)，2023，23（1）：59-61.

[3]涂金地.露天金屬礦山邊坡穩(wěn)定性的影響研究[J].世界有色金屬，2021（3）：188-189.

[4]龐博.排土場(chǎng)滑坡形式與變形特征[J].當(dāng)代礦工，2024（5）：64-65.

[5]劉玉紅，陳乂，費(fèi)利東.礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘查及其治理設(shè)計(jì)研究[J].世界有色金屬，2019（22）：201-202.

[6]祁有濤，張東旭，白繼元，等.紅沙泉露天礦外排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性分析與治理[J].露天采礦技術(shù)，2021，36（3）：98-102.

[7]唐文亮，彭洪閣，馬力，等.露天礦內(nèi)排土場(chǎng)滑坡成因及治理措施研究[J].煤炭技術(shù)，2016，35（8）：166-168.

[8]鄭吉云.云南石馬哨排土場(chǎng)滑坡特征及防治工程研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2019.

[9]朱菲菲，靳艷彩，頡飛.紅黏土特性及物理力學(xué)指標(biāo)差異性研究[J].資源環(huán)境與工程，2013，27（3）：257-262.

[10]方薇，楊果林，劉曉紅.紅黏土路塹邊坡穩(wěn)定因素敏感性正交試驗(yàn)分析[J].路基工程，2011（5）：59-61，65.

[11]譚光虹.晉寧磷礦排土場(chǎng)及露天采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的治理[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33（3）：104-106.

[12]張建，李江騰，林杭，等.降雨觸發(fā)淺層坡體失穩(wěn)的遲滯現(xiàn)象及其與土質(zhì)參數(shù)的關(guān)聯(lián)性[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，49（1）：150-157.