矿渣堆治理与研究

1、.：.；摘要 拟治理矿山采用地表允许自然崩落的空场留矿法采矿，引发以地表采空塌陷为主的地质灾隐患问题日益突出，特别是闭坑后矿区非法开采原留矿柱 ，加剧恶化了塌陷，并伴随危岩体崩塌、滑坡等地质灾祸发生。为了消除矿区内存在的平安隐患，本文对号塌陷区内存在的主要灾祸体成因机制、影响要素及稳定性进展研讨，并对各灾祸体提出有针对性的综治理措施： 1对于矿区的危岩体，从极限平衡实际角度分析了天然形状和饱和形状下的稳定性。分析结果阐明，危岩体平安贮藏缺乏。采用浅孔爆破卸除法对危岩体进展去除； 2对位于采空塌陷坑北帮西侧的不稳定边坡，结合地形情况，主要采用削方卸载+回填反压+浆砌石墙分级护脚方案进展综合整治。

2、 3对矿区的弃渣堆进展稳定性分析，发现天然形状下矿渣体易失稳。为处理矿区的弃渣堆在天然形状下易失稳的问题首先回收部分矿渣体进展塌陷坑回填和拦截坝堆设，对不能回收利用的矿渣堆进展削坡减缓坡度，其表层进展坡面密实硬化和植被治理； 4分析发现降雨下渗严重恶化边坡、坍坑、矿渣堆及坝体的稳定性，应采取措施防止水体下渗，在塌陷坑内采用抵抗变形才干相对较强的碎石盲沟+预制涵管排水系统；对塌陷坑北帮强风化花岗岩边坡及废渣堆，采用马道平台截排水沟排水系统。另外在对塌陷坑回填区及废渣堆顶挖方平台采用植草或植树进展生态恢复。 综上所述，本论文经过对拟治理矿山号采空塌陷区地质灾祸进展分析，并提出科学合理的综合防治对策

3、。不仅丰富了矿山地质灾祸学的内容，对于其他类似的金属矿山地质灾祸分析也具有推行、示范及自创意义。 关键词：矿山地质灾祸；塌陷区；稳定性分析；防治对策； Abstract Because of open-stope mining method, the ground collapse problem in No.1 copper mining area in Chimashan have becomen increasing prominent, which worsen by the illigal mining the tiberium spikes. Besides collapse, t

4、he accompany geological problems as unstable rock, landslides arose. In order to eliminate the existing hazards and prevent future disaster in mining area, the stablity analysises of each disaster were carried out first, the comprehensive prevention measures were put forward based on the stablity an

5、lysis results: 1) For the unstable rock mass in mining area, the stablity was anlyzed according to limit equilibrium theory under natural state (no rainfall) and saturated state. The analysis results show insufficient security reserve for rock mass. Therefore, it use shallow hole blasting through re

6、move the unstable rock mass. 2) For slope locate in west-north of sunken pit, it adopt Geo-Studio to analyze the stablity of slope in the state of natrual (no rainfall) and rainfall. The rainfall intensity and duration time areincoprated into consideration. The results show the slope failure after a

7、verage rainfall for 4 days and heavy rainfall for 1day. As countermeasures, the cutting top section and backfilling the toe shoud be taken and then set up the retain wall at the toe of slope. Through anlysis of targeted slope stablity, it can be concluded that the designed slope has enough security

8、reserves and the design sheme is reasonable. 3) For the abandon slag in mining area, it is found unstable even under natural state through software simulating. Firstly, it can be recyclied to backfill the sunken pit and set up intercepting dam. Spare slag stack must be cut slope to smaller slope ang

9、le, and the surface can abopt clay hardening technology and vegetation management; 4)It can be found that rainfall infilatrating seriously deteriorated the stablity of collapse pit, slag heap, dam and slope. Measures shoud be taken to prevent water infiltrating. The gravel blind ditch accompany with

10、 precast tube drainage system is adopt to in backfilling area own to its strong resistance to deformation. For slope and slag heap, it can set up drainage system at toe and platform. As easures of ecological restorating, the grass and tress planting plan shoud be taken after backfilling or slope cut

11、ting engineering. In conclusion, the paper anlyze the stablity of main geological hazards in No.1 copper mining area in Chimashan and put forward the comprehensive prevention measure, which enriches the content of mine disaster sicence and meamtime own promotional, demonstrational and reference mean

12、ing to the other similar analysis of metal mining geological hazards. Keywords: mining geological hazards；collapse area；stablity analysis；countermeasures； 目录 摘 要 1ABSTRACT 2目 录 3第1章 绪论 1 1.1 选题工程背景及选题意义 1 1.2 国内外研讨现状 2 1.2.1矿山地质环境维护政策机制研讨现状 2 1.2.2 矿山地质灾祸分析方法研讨现状 4 1.2.3 矿山地质灾祸恢复治理研讨现状 7 1.3本文研讨内容与主

13、要创新点 8 第2章 塌陷区工程概略 9 2.1塌陷区工程概略 9 2.2工程地质与水文地质条件 10 2.2.1 地形地貌 10 2.2.2 气候条件 10 2.2.3 地层岩性 11 2.2.4 地质构造 11 2.2.5 水文地质条件 12 2.3本章小结 14 第3章 塌陷区主要地质灾祸分析 15 3.1地面塌陷和地裂痕 16 3.1.1成因机制 17 3.1.2影响要素 18 3.1.3稳定性分析 19 3.2危岩体崩塌 20 3.2.1成因机制 21 3.2.2失稳方式 22 3.2.3稳定性分析 23 3.3不稳定边坡 26 3.3.1成因机制 27 3.3.2影响要素 28 3

14、.3.3边坡稳定性分析 29 3.4 矿山弃渣 44 3.5 水土流失与生态破坏 44 3.6 本章小结 45 第4章 塌陷区地质灾祸综合治理 47 4.1采空塌陷坑与地裂痕 47 4.1.1地表塌陷坑回填 47 4.1.2地裂隙灌浆 51 4.1.3拦截坝 51 4.2危岩体 55 4.3不稳定边坡 55 4.3.1削坡反压 56 4.3.2挡土墙分级支护 60 4.4废渣堆挖方 64 4.5水土流失与生态恢复 66 4.5.1 排水系统 67 4.5.2 生态修复 70 4.6综合治理施工程序 70 4.7本章小结 71 第5章 结 论 73 参考文献 75第1章 绪论 1.1 选题工程背

15、景及选题意义 随着我国第十二个五年方案的出台，经济开展越发快速，作为工业支持产业的采矿业需求逐年加大。据有关数据显示，在过去的2021年我国单铁矿石原矿产量超越12亿吨。但是在矿产量增长的同时，由于矿山地质管理任务起步较晚，缺乏完好的法律法规，个体非法、无序非法开采，矿山环境的破坏和污染越来越严重，所引发的矿山地质灾祸也是日益的突出。在某种程度上，严重要挟我国矿产资源开发的可继续开展。人民网数据显示，2021年全国发生地质灾祸15664起，呵斥245人死亡、32人失踪、人受伤，直接经济损失40.1亿，其中约30%为人工要素引起，而人工要素主要是由于采矿，采矿构成的矿渣和残留采空区在恶劣天气下极

16、易发生滑坡、泥石流等次生地质灾祸。 本文所论矿区开采历史较久，矿山在长期地开采过程中不可防止地会对矿山地质环境呵斥不同程度的破坏。目前该矿山主要存在危岩体崩塌、地面塌陷、地裂痕、不稳定边坡滑动、矿山废渣、地表生态破坏与水质污染等矿山地质环境问题，这些问题假设不及时进展整治，势必会对当地人民生命财富平安、生活环境质量以及社会安定构成不良影响。面对矿山地质环境这一严峻情势，我们应经过矿山环境维护与治理工程的研讨，最大程度地处理老矿区遗留的环境问题， 基于现场地质调查，查明因采矿活动呵斥的地质环境问题，分析塌陷区内地面沉降、崩塌等各种地质问题的成因机制，从力学角度对该矿山由采矿所引起的一系列矿山地质

17、问题进展定性、定量的评价判别。基于前述稳定性分析结果，最终对各种地质问题提出具有针对性的整治和恢复措施，从根源上消除灾祸隐患。 1.2 国内外研讨现状 1.2.1矿山地质环境维护政策机制研讨现状 由于西方兴隆国家经济起步较早，在矿山地质环境分析和恢复治理方面比我国先进的多，在积极改动经济增长方式的同时，加大了矿山环境维护研讨的力度，各国先后提出了许多储如生态修复的有效恢复措施，并且从法律制度上着手，建立适宜本身开展的一整套完备管理制度。西方兴隆国家针对本国矿山存在的问题于20世纪70年代已出台一系列法律，明确恢复治理责任，坚持“谁破坏、谁治理的原那么，如美国1977年国会就经过了，规范了采矿业

18、与废弃矿山问题，规定将运用土地恢复到原用途要求的环境：稳定矿渣堆、恢复表层土壤，因地制宜种草植树行等等；另外还有加拿大环境维护法、日本的等专业针对矿山地质环境维护提出的。但无论是哪个国家提出的矿山环境维护法，在制度上可以总结为以下几项1：1环境答应证制度，美国在这方面比较完善，要求一切矿业工程不仅需具有环境答应证及同意书，而且还得具有政府机构要求申办的答应证、同意书或通知书；2矿地生态恢复和土地复垦制度，在工程恳求之前要求提交矿地恢复或复垦方案，如巴西的、加拿大安大约省的、西班牙的与美国的；3保证金和财务担保制度，兴隆国家及大多数开展中国家为矿山环境的维护和治理设立了各种各样的保证金和财务提保

19、制度，以确保矿山环境治理和矿地复垦等任务落到实处，这种保证金要么用于矿山开采作业期间防治潜在的现行环境问题民，要么用于闭坑后的复垦；4环境监视和检查制度，矿山环境维护的恢复治理的好坏，需求有严厉的监控制度的支持。各国在修正矿业法中，明显加强了有关监视条款的制安。如菲律宾提出的环境维护和改善方案及多部门组成的环境监测和核对小组、英国设在环境部门内的皇家污染监 察局有权随时核对矿山环境恢复的执行情况。 与外国相比，我国矿山地质环境治理与修复任务起步较晚。近年来，由于中央和地方政府对矿山平安和环境维护的注重，把矿山地质环境以立法方式出台，我国对矿山土地复垦和环境恢复问题的进展立法主要有三个阶段：1初

20、始阶段，1988 年国务院发布的是我国每一部有关矿山环境恢复的规范法文件，其中明文规定“将在消费和建立过程中因挖损、塌陷和压占等破坏的土地恢复到可利用形状，此时仅仅明文规定了责任归属；2开展阶段，1991年出台的第18条“因采矿和建立使植被遭到破坏的，必需采取措施恢复表土层和植被，防止水土流失。1996 年第32条“开采矿产资源，必需遵守有关环境维护的法律规定，防止污染环境。开采矿产资源，该当节约用地。耕地、草原、林地因采矿遭到破坏的，矿山企业该当因地制宜地采取复垦利用、植树种草或其他利用措施。2002年第31条“开采矿藏或者建立地下工程，因疏干排水导致地下水位下降、水源枯竭或地面塌陷，采矿单

21、位或者建立单位该当采取补救措施，对他人生活和消费呵斥损失的，依法给予补偿，本阶段法律条文中对矿地复垦要求的比较多，但是大多都是闭坑后的复垦。3完善阶段，国土资源部于2021年根据和出台12 条“采矿恳求人恳求办理采矿答应证时，该当编制矿山地质环境维护与治理恢复方案，报有同意权的国土资源行政主管部门同意，并参考美国保证金体制在18条规定采矿权人应缴存矿山地质环境治理恢复保证金，落实了矿山恢复资金来源。与国外的矿山地质环境立法相比，我国首创了一项“三同时制度2,3，在构建矿山环境恢复治理机制的实际与制度整合中，其重要性可见普通，“三同时详细规定在正式开场矿物开采之前，开采单位必需向担任的环境维护行

22、政主管部门提交环境维护设备“验收恳求报告，阐明该矿山企业的环境维护设备的运转情况、治理的效果与到达的规范。经矿山环保部门验收合格后，才干正式进展开采。 1.2.2 矿山地质灾祸分析方法研讨现状 在进展矿山地质环境恢复之前，应对现有的地质环境进展客观、综合、及时的评价分析，采用的评价规范以及分析方法都严重影响最终的评价结果及至恢复方案的制定。 美国运筹学家T.L.Saaty等人4提出采用层次分析法Analytic Hierarchy Process简称AHP，这种方法可对地质灾祸这种影响要素的复杂问题作出决策的一种简明有效的新方法。其根本原理是：对于一个包括多方面因子而又难于以一种公式的方式阐明

23、出各要素对系统的量化影响评介时，可以根据各个影响因子之间的相互关系关系，组合好各因子间的组合方式和层次，建立系统评价的模型构架；对系统中的各因子，根据它对于影响对象的影响程度，建立定量化规范或评分机制；然后要求模型构架经过判别矩阵或逐层得出各方面因子的评分乘于因子的权重，最终可得出最高层次的评价目的值。SaatyT.L.5提出判别矩阵中用两两比较方法将各要素重要性的定性部分定量化，以为判别矩阵中各元素的数值通常采用1-9位标度法确定。 Van Dijke等人6运用GISGeographic Information System对山区地质灾祸进展分析，在数据采集和整理方面开展了大量任务，建立了完

24、好的数据库，并开发了地质灾祸分析评价模型；A K Pachauri等人7对喜马拉雅Garhwal地域进展滑坡分区制图时，尝试在地形分类的根底上进展滑坡易发性制图，提供了一个基于地质学和地形学的滑坡制图的实例；印度学者Sitanshu Pandey8将GIS运用于分析其国家潜在矿山地质灾祸危险性分析，基于其系统模型得到最正确避让时间及支撑体系安放时间。罗马尼亚学者S. Mara 和S.N. Vladf9运用GIS对罗马尼亚矿山地质环境进展分析，其影响因子除了地质地形条件，还参与了矿山平安人员配备、机械及管理机制等非可控因子。 Aleotti 等10总结回想了近年来地质灾祸危险性评价和风险评价领域

25、的研讨进展，对主要的危险性评价方法进展了分类，并特别论及了可接受风险程度等相关的问题。 我国矿山地质灾祸研讨主要局限于对单个灾种进展分析防治或对某一详细矿山进展地质灾祸分析，虽然在实际和实际方面都获得了丰富的成果，但并 未构成系统完善的实际与方法体系，并没有出现一致的评价规范，但随着国家在矿山地质灾祸的越来越大的资金投入，矿山地质灾祸已逐渐构成一门独立学科，其学科的研讨内容和深度正日益完善。陈爱钦11总结了我们矿山常见地质灾祸的发育特征：矿山种类繁多、分布广泛、户数多、规模小、根底差，由于技术、管理及效益等缘由的影响，资源开发中的平安情势相当严峻，地表塌陷、山体崩塌、矿山边坡滑坡、尾矿库垮塌、

26、采场冒顶、采空区大面积地压等灾祸，给社会稳定和人民生命财富平安带来了严重影响。肖和平12那么综合分析了我国煤矿地域的主要灾祸，对各类灾祸特征、成活力理及危害进展研讨，并提出了煤矿地质灾祸链和防御措施。 严韬和严学清13论述了目前危害较大与涉及范围较广的矿山地质灾祸如滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂痕和不稳定矿碴堆，对其成因及影响要素进展了分析。 王卓理等14分析了矿山地质灾祸链的链式效应特点以及地质灾祸链之间的协同作用、时间和空间分布的复杂多样性以及承灾体类型的多样性等，并针对矿山地质灾祸链的特点提出了控制灾祸链源头的发生和危害、切断灾祸链等措施，并在平顶山煤矿山进展了实际。 郭付三等15以

27、河南豫西地域矿山地质环境问题为背景，分析了地质环境灾祸之间的链式关系，从灾祸链效应出发，提出流域系统治理方案。郭维君等16表达了目前我国矿山普遍存在的主要地质灾祸类型，并从技术上和非技术上指出地质灾祸的控制措施，并总结了前人的一些地质灾祸治理研讨阅历。周蕾等17简要论述了我国矿山开采引发的地质灾祸现状，分析了主要矿山地质灾祸的类型、诱发要素和治理措施，并提出了矿山地质灾祸的勘查方法、预防建议和对策。何兴江18针对地下采矿活动的特点，提出和建立了复杂地质环境条件下，地下采矿工程与地质环境相互影响机理及环境效应的分析评价方法与防治的技术途径，对矿山地质环境问题分析有较好的实际和方法指点意义。秦定明

28、19论述了歌乐山矿露天采矿消费中存在的崩塌、滑坡、泥石流等主要地质灾祸问题，分析了地质灾祸影响要素及成因，并提出了相应的防治方法和措施。 种可20运用层次分析法对黄陵矿区地质灾祸进展了危险性评价，将地质、采矿、环境三大环节的主控要素联络在一同，经过主要影响要素分析，构成了分类评价目的体系，建立了适用于黄陵矿区地质灾祸危险性评价的数学模型，分析给出了地质灾祸危险性评价的分级规范。李淑艳21经过对抚顺市矿山环境地质灾祸的调查与归纳、论述与分析来研讨抚顺市矿山环境地质灾祸构成机制，并宏观的研讨科学的合理的防治对策建议。李雨阳22运用GIS对黑龙江双鸭山历史遗留的矿山问题进展图层迭加分析，进展了矿山地

29、质环境综合评价分区。赵新卓等23针地泰安市矿产资源开发利用导致地质灾祸、地质地表景观破坏和水土流失等一系列地质环境问题，提出了生物治理、客土喷播等治理对策。况顺达和赵震海24论述了利用遥感技术运用到贵州开展矿山地质环境调查的方法与技术路红，对贵州省因矿山开采而诱发或产生的矿区生态环境恶化、水土流失、岩溶石漠化的加剧、水资源污染、地质灾祸等各类矿山地质环境问题的遥感影像特征进展了总结。刘凤梅和曾敏25以遥感和GIS为主要技术手段，对CBERS-02B数据进展几何纠正、镶嵌和正射纠正处置后，经过逫叠加遥感影像对地形进展三维模拟，制造了江西省安远县稀土矿开采区三维遥感影像图，并对矿区地质环境进展了三

30、维分析实验。经过实例分析证明，三维遥感技术对矿山地质灾祸分析有重要的现实意义，能快速而准确地提示矿山地质环境的空间分布规律，可以先根据各影响要素进展拓扑区分析，然后根据各要素之间的关系进展叠加分析最终得出其危害范围，为减灾排除险和恢复治理提供决策根据。李昌存等26经过建立矿山地质环境质量综合评价目的体系，划分了4个评价单元，确定了各单元的评价因子目的，最后运用层次分析法与模糊数学综合评判的方法对腾龙铁矿矿山地质环境质量进展了综合评价。 而上述多种地灾综合评价方法均是基于对各子灾种的准确评价分析根底上建立的，假设各子灾种的评价结果有误，将影响到最终的综合评价。在地质灾祸各子灾种分析中，崩塌、边坡

31、等的分析实际已趋于成熟。并出现了许多计算分析软件可针对各个灾种进展评价，其中Geo-Studio由于交互界面人性化且模块众多，是全球最知名的岩土工程分析软件之一。张良建等27基于Geo-Studio对锦屏一级水电站高边坡危岩体进展稳定性分析。李振嵩28、刘国栋29、银晓鹏30运用Geo-slope软件针对在降雨条件下暂态渗流场的分布及土坡瞬态稳定平安系数行了计算分析。肖慧等32那么运用Geo-Slope对某尾矿库进展了静力稳定性数值分析。 1.2.3 矿山地质灾祸恢复治理研讨现状 矿山地质灾祸种类繁多，危害较大的地质灾祸主要有地表塌陷、滑坡、泥石流等，针对不同的灾难体，其治理措施也各不一样。

32、1、地面塌陷的治理与复垦 国内外对采空区地面塌陷的治理方法很多33，但常用的方法还是充填复垦法，这种方法利用矿区附近的露天矿剥离物、粉煤灰、矿渣等现场资料加于回填，只需保证充填物无污染，假设在表层回填耕植土或采用微生物修复技术改良土壤，还可作为农地。即处理了塌陷问题，又处理了矿渣的处置问题，还可种植作物，所以经济效益最正确。这方面美国、加拿大等国家做的相当胜利，具用很多将废弃矿山经过土质改良种植景观值物建立公园、园艺林地，如加拿大布查花园、南非“黄金城等，我国较胜利案件如绍兴东湖公园34，目前被评为AAA国家级旅游景区，堪称为“中国版的布查花园。 但是通常塌陷区土质较差，不适宜植物生长，需进展

33、土质改良。国内有许多学者对塌陷区复垦技术研讨进展了系统的研讨，杜善州35对煤矸石山废弃地和采煤塌陷地进展了微生物修复技术的研讨，初次在神东矿区进展菌根菌剂的本地化扩繁技术进展了研讨，以为接种微生物促进植被生长良好，可大力提升复垦区生态系统的稳定和可继续利用；石家庄井陉矿区北寨煤矿塌陷区，经土方回填胜利改呵斥田园风光区、森林野趣区及特征文化区36。 2、采矿边坡的治理 虽然在成因机制上不同于自然边坡，但是治理对策上大体还是一样的，对危岩体采取的主要有爆破、拉锚、灌浆及其组合治理方式，而对于土质边坡采取的那么主要有卸荷反压、支挡构造挡墙，抗滑桩、坡面喷层植草等措施。但是实践治理工程中往往是多种治理

34、方式并举进展综合整治，特别是许多工程采用预应力锚杆、格构+植草技术获得了很好的治理效果37。 3、矿山弃渣的治理 作为“三废之一的矿山弃渣，假设能得到充分合理的利用，可以减少堆积量，减轻治理压力，降低矿山地质灾祸构成的物质条件，如前面的塌陷区回填，部分矿渣可作为建筑资料进展二次利用，如煤矿产生的煤矸石可作为水泥添加剂、烧砖原料。对不可利用的废弃矿渣，可集中堆放，并修筑挡土构造，还可种植草皮，防止流失38。而在尾矿处置方面，国内外也不断开发也新技术，目前的尾矿高效脱水、胶结充填、膏体尾矿干式堆存等曾经投入详细矿渣治理工程39。 4、水土流失的治理 针对矿山水土流失产生与开展特点，抓住重点部位和关

35、键环节，因地制宜，因害设防。首先在稳定部位设置拦挡措施，姜培曦40以为对坡度大于30度的边坡以工程护坡为主，对坡度小于30度的边坡以植物护坡为主。对仍不能实现稳定的坡体，可采取浆砌石坡脚保证坡体矿渣外表土壤不被带走；然后完善矿区内的排水系统，减少坡面面流对坡面的冲刷。露天采场外排水和矿坑涌水，采用集水坑方式进展沉淀后排放以防对其他生活用水体的污染41。 1.3本文研讨内容与主要创新点 本文拟治理号塌陷区由于采矿引起的矿山地质问题背景下，对主要的地质灾祸进展稳定性分析与评价，并提出合理可行的综合治理对策，并经过治理结果分析评定治理效果。 本文主要的研讨内容为： 1分析矿区内主要地质灾祸体的成因机

36、制和影响要素；2对矿区内危岩体、边坡、弃渣堆等地质灾祸体进展稳定性分析；3针对各地质灾祸体提出治理措施，并对治理后的效果进展分析； 本文主要创新点：1针对边坡分析中的各种极限平衡法进展了对比分析；2利用Geo-Studio中的SEEP/W模块、 SLOPE/W模块、 SIGMA/W模块对不稳定边坡、矿渣堆等地质灾祸体进展非饱和土渗流场和应力场的耦合分析，得出了不同降雨强度、不同降雨继续时间对应的稳定性、应力场、含水量分布等；3采用Geo-Studio软件对各灾祸体治理工程进展治理效果评定。 第2章 矿区工程概略 2.1矿区工程概略 该矿区始建于1970年，原属地方国营煤矿，九十年代中后期开场承

37、包给个人开采至今，矿山现有煤炭资源保有储量共189.0万吨，其中122b类18.3万吨，333类170.7万吨，可采储量87.4万吨，现设计年消费才干9万吨，矿井效力年限为6.9年，职工人数260人。矿井采用平硐开辟方案和走向长壁后退式采矿方法，中央对角机械抽出式通风方式主平硐进风、回风平硐回风，全部陷落管理顶板。目前矿山正处在年产9万吨的改扩建基建预备阶段，建立工期为19个月。建始该矿民窑小井开采历史较久，矿山在长期地开采过程中不可防止地会对矿山地质环境呵斥不同程度的破坏。目前该矿山主要存在危岩体崩塌、地面塌陷、地裂痕、不稳定边坡滑动、矿山废渣、地表生态破坏与水质污染等矿山地质环境问题，这些

38、问题假设不及时进展整治，势必会对当地人民生命财富平安、生活环境质量以及社会安定构成不良影响。另外, 矿山在长期开采过程中所构成的固体弃渣排土场及非法地表小露天采坑剥离,随意排土堆放， 对地表水土资源与生态环境也呵斥了严重破坏。矿区共由5个主矿体组成, 矿山面积7.571 km2，开采深度：17001550 m标高。本次治理恢复工程详细包括主平硐工业场地附近矿渣堆KZ1、风井硐口附近矿渣堆KZ2、KZ3、 KZ4、KZ5以及治理区相关排水系统与边坡支挡等矿山地质环境问题，本次治理恢复工程设计主要采取危岩体爆破卸除、坡面清理与整形地表塌陷坑回填、削方卸载、浆砌石挡墙支挡、格构锚钉坡面防护、排水阻渗

39、、生态恢复、水质处置与地面观测等综合防治措施。目前整个矿区已分别在5个主矿体附近构成了地面塌陷区5处, 本次综合治理的对象主要为I号塌陷区的危岩体、地表塌陷与北帮强风化花岗岩不稳定边坡等地质灾祸。 2.2工程地质与水文地质条件 2.2.1 地形地貌 矿区属构造剥蚀低山丘陵地貌，山脉总体走向北西西向，地势总体北高南低，北部山脉最顶峰父子山海拔840m，其次是赤马峰640m，普通标高在200300m，南部普通海拔50100m，地形切割剧烈，山势较陡，沟谷坡度大，山体植被发育。当地侵蚀基准面海拔标高55m。 治理区地形坡度普通1540，接近山坡一带地形坡度大于55，低山区为碳酸盐岩分布区，基岩裸露，

40、植被发育普通；南部丘陵属岩浆岩分布区，风化较剧烈，植被发育较好。 2.2.2 气候条件 区内属亚热带大陆季风气候区，冬冷夏热，四季清楚，雨量充足。24 小时最大降雨量145.4mm，历年平均降雨量1480.2mm，降雨主要集中在38月份，多年平均气温16.8，最高气温40.9，最低气温-8.3。年平均风速2.1m/s，最大风速达23.5m/s。 2.2.3 地层岩性 矿区出露地层为第四系、三叠系、二叠系、中石炭统泥盆系、志留系。 1第四系Q：分布在矿区西南侧消费水库一带，岩性为砂质砂土及亚粘土夹砾石等。 2下三叠统大冶群T1dy:上部主要分布在矿区南部，岩性主要为灰岩和白云质灰岩及白云岩；下部

41、主要分布在中偏北部，岩性主要为灰岩、泥灰岩及页岩,出露宽度普通几十米。 3二叠系下统茅口组P1m：分布在矿区中部大冶群北部，出露宽度30140m，岩性主要为含隧石结核灰岩。 4二叠系下统栖霞组P1q：出露于矿区北部，宽度100120m，岩性主要为含燧石结核灰岩。 5中石炭统黄龙群C2h：为灰白色中粗粒灰岩，中厚层状，致密巩固，主要分布于矿区北部。 6泥盆系、志留系：分布于矿区北部，前者为石英砂岩，宽几十米；后者为砂页岩，宽百多米。 地层总体产状：走向近东西，向北倾斜，倾角陡。 其中本治理区号矿体顶板围岩主要为二叠系黄龙群灰岩，次为石英闪长岩，底板为石英闪长岩。 2.2.4 地质构造 1褶皱 矿

42、区所处构造部位为拟治理矿山倒转背斜南翼上的次级褶皱刘许山倒转向斜上。拟治理矿山倒转背斜，核部地层为志留系，两翼依次为泥盆系、石炭系、二迭系和三迭系。该背斜轴线方向为北西西向、轴面向北倾斜，南翼倒转北倾。 2断层 区内断裂构造极为发育，共有大小断层21条。断裂构造分为三组：北西向、东西向和北东向。断裂规模不等，长者400多米，短者30多米。断裂性质以剪切性、张扭性为主。 3接触构造 接触构造系岩浆岩侵入时与周围地层接触所构成的构造。总体走向北西西，倾向北，倾角陡。多呈凹进凸出状，其外形控制了矽卡岩铜矿的分布形状和产状。 区内岩浆岩为阳新岩体北缘的边缘相，属燕山早期侵入体，岩体主要为花岗闪长斑岩和

43、石英闪长岩。分布于矿区南部及外围低洼地带。岩浆岩主要与二叠系茅口灰岩和栖霞灰岩接触，其次与三叠系下统大冶群灰岩接触。 4地震 根据GB50011-2001建筑抗震设计规范,阳新县抗震设防烈度为6度值。设计根本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，地震设计特征周期值0.35g,场地土层平均剪切波速210m/s。矿区地壳属于相对稳定的地域。 2005年11月26号，江西省瑞昌地域发生了100多年来本区感受最剧烈的5.7级地震，引起地面建筑物幌动，人员感受较强，但矿山周围未发生山体崩滑等地质灾祸，坑道内也未见有崩落、掉块景象发生。 2.2.5 水文地质条件 根据矿区岩土体的岩性、储水空间和富

44、水性特征等要素，可将矿区水文地质特征分为第四系残坡积孔隙含水岩组、碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组、风化岩浆岩裂隙含水岩组以及深部岩浆岩隔水岩组、碎屑岩隔水岩组。 本区地表水系不发育，无河流，仅矿区外围南部由矿山修筑的消费水库工农水库,该水库底部标高约+55m。地面溪流普通发源于两侧斜坡沟谷地带。矿坑与年年永久性地表水体无水力联络。 矿区总体处在一个东西向长条状以碳酸盐岩溶裂隙为主体的水文地质单元中，矿体大部份位于当地侵蚀基准面以下，因矿山长期开采改动了矿山原始的水文地质条件，特别是地表塌陷后使水文地质条件变得复杂，地下涌水量增大，因此，矿区水文地质条件属中等类型。 拟治理区位于刘许山南侧斜坡地带当地

45、侵蚀基准面以上，坡体自然排水顺畅，无雨期坡体处于枯燥形状，无年年地下水位和泉水出露，但延续降雨时斜坡地表雨水径流聚集塌陷区后将直接下灌到井下采空区，并经过井下采空区、井巷与断裂构造等水力联络对矿山目前平安消费构成严重要挟。 2.3本章小结 本章主要是对拟治理矿区的位置、矿区周围的环境、工程地质条件及水文地质特征进展了引见，重点突出号塌陷坑所存在的问题，为下一步详细针对号塌陷坑的灾祸体分析打好根底。 第3章 塌陷区主要地质灾祸分析 拟治理矿山地处鄂东南丘陵山区，具备发生突发性地质灾祸的地质条件，矿山地质环境条件属中等复杂类型。该矿山经50余年的开采，特别是由于采用了空场采矿法以及当地村民的乱挖乱

46、采，极大地破坏了原有岩体的应力平衡条件与排水通道，因此，拟治理矿山地下开采人类工程活动所诱发的环境地质问题突出，主要表现为采空塌陷、危岩体崩塌、山体开裂、小型滑坡、矿山弃渣、水土流失、水体与生态破坏等。号塌陷区主要环境地质问题见图3-1。 图3-1 号塌陷区主要环境地质问题及成因类型Fig 3-1 The main geological disasters and their genetic types 3.1地面塌陷和地裂痕 拟治理铜矿区分布于刘许山和石家山南侧的荒地斜坡地带，因地表允许沉降塌陷，故采用空场法采矿，自然崩落，未对采空区进展处置。矿山经过50余年的开采活动，目前1#、2#号矿体

47、已全部开采终了，3#、4#号矿体-250m以上也已开采终了，矿区已构成地面塌陷区4处。其中本次拟治理的号塌陷区分布于1#矿体附近，长约250m，宽80m左右，塌陷区面积0.019km2，塌陷坑深3050m不等，地表破损严重。 受号塌陷区地表不断变形下沉与塌陷影响，在该塌陷坑北帮山坡地带沿近东西向塌陷坑发育有多条与之平行的山体地裂痕，张性地裂痕无充填，缝宽大小不一，最大裂痕宽度约1.52m。受地表塌陷与地裂痕控制，该斜坡地带危岩体与沉降台坎发育，同时也是地表雨水下灌采空区的良好通道。该处地裂痕与采空区地面塌陷灾祸亲密相关，目前未采取任何处置措施。 3.1.1成因机制 地面塌陷从诱因来说主要是由于

48、地下岩溶和地下采矿引起，地下岩溶引起的地面塌陷主要随地下溶蚀地貌的分布而展布开来，而地下采矿引起的地面塌陷那么随采矿巷道延伸。虽然基规模上可以不及地下岩溶诱发的地面塌陷，但是由于地下采矿引起的地面塌陷往往有人类直接活动且其发生具有突发性。 对于矿山地下开采引起的地面塌陷主要是由于矿体采空后构成采空区，而在采矿巷子顶部并未做好支撑或是支撑构造由于年代长远已破损，当上覆岩土体的自重压力或剪切应力大于其上部岩体的抗剪强度或抗拉强度时，上部岩土体发生整体塌陷或部分弯曲，随着采空范围的扩展或连通，挪动岩土层也不断扩展，从而在地表构成塌陷。在上部岩土体中大致可构成三个带：冒落带、裂隙带和弯曲变形带如图3-

49、4所示。这三带的分界也是不很明显，当然也不一定能同时出现42。而在塌陷区的外边缘区，地面向盆地中心倾斜，产生拉伸变形，当拉伸变形值超越一定数值后，地表产生张裂隙。通常地面塌陷都伴生有裂隙，坑边裂隙的开展进一步加剧地面塌陷。 图3-4 采空区塌陷分带表示图43 Fig 3-4 Schematic drawing of there area in collapse 该采空塌陷区主要是由于矿山在1958年至1998年期间对1#号矿体采用空场塌陷采矿方法开采以及后期当地村民地下地上乱采乱挖非法开采所致，其直接缘由就是地下人为采矿活动呵斥了一定范围的采空区，地表土层松散在延续降雨条件下土体充水增重的同时

50、土质软化，进而导致矿山地面塌陷，另外，矿山消费疏排水所构成的水动力条件的侵蚀、搬运以及水压力作用，也会进一步诱发和加剧地面的变形与塌陷。 3.1.2影响要素 1、矿层要素 矿层埋深越大即开采深度越大，变形开展到地表需求的时间就越长，与此同时地表变形值越小，变形比较平缓均匀，但是地表塌陷的平面范围会加大。由于拟治理矿山铜矿开采深度不大，四个塌坑的塌陷深度较大3050m不等，形如漏斗形。 2、上覆岩性要素 如上覆岩层强度高、分层厚度大时，产生地表塌陷所需采空面积要大，破坏过程时间长；厚度大的巩固岩层，甚至长期不产生地表变形。强度低、分层厚度小的岩层，常产生较大的地表变形，且速度快，但变形均匀，地表

51、通常不出现裂痕。脆性岩层地表易产生裂痕。拟治理矿山铜矿矿层所在岩层为半巩固、巩固块状构造花岗岩，正好为脆性岩层，所以在塌坑周边裂隙很多。 3、构造要素 岩层节理裂隙发育，会促进变形加快，增大变形范围，扩展地表裂痕区。假设存在断层的话，断层会破坏地表挪动正常规律，改动地表塌陷的位置和大小，断层带上的地表变形会更加猛烈，会沿断层走向呈线性分布。 4、地下水要素 由于最初构成塌坑周边的地裂痕给地表水下渗提供了通道，所以在雨季地表水一方面加宽了地裂痕的宽度，假设地裂痕在塌坑周边环形连通，地面塌坑会由原来的漏斗形开展为盆形，中间土体由于附加了水压和强度参数减小整个冒落，同时塌坑平面面积也会扩展，所以地下

52、水是地面塌陷的“催化剂。 5、开采条件要素 矿层开采和顶板位置的方法以及采空区的大小、外形、任务面推进速度等，均影响着地面塌陷的深度和范围。1#矿体采用空场塌陷采矿法再加上后来私人非法无序的开采破坏原留支撑矿柱进一层加剧本来就有的塌坑开展。 开采宽度与深度与地面塌陷有亲密关系，在进展评判时，通常采用宽深比。我国实测资料阐明44： D1/H0, D3/H01.2-1.4时，地表达超充分采动。 式中D1，D3为采空区沿倾向和走向的实践长度；H0为采场深度。 3.1.3稳定性分析 ！目前有关采矿塌陷稳定性计算方法，根本上还是参照岩溶塌陷稳定性计算公式，而对岩溶塌陷稳定性进展械模拟计算主要有以下四种有

53、代表性的公式： 1、坍塌极限平衡法 主要适用于椭圆或近圆形，且土洞跨度大，其顶板的平衡条件公式是： 3-1式中，H0顶板临界厚度 D巷道、采空区跨度 侧压力系数 顶板岩土体内摩擦角 3、解构力近似分析法 对于比较完好的微风化巩固岩石组成的洞隙顶板，按板梁受力情况，其受力情况，其受力弯矩按以下情况计算，假设支座和顶坂岩石均较完好、裂隙胶结良好时，按两端固定梁计算： 06Mhb 3-3 式中：M为弯矩， 212M ql q为顶坂所受总荷载kN/m l为洞隙跨度(m) b为梁板宽度m 为抗弯强度kPa 4、顶板坍塌堵塞法 对于顶板较破碎的洞隙、土洞顶板，在洞内无水流搬运迁移的情况下，冒落后其体积松胀

54、，当坍塌到一定高度时，洞体将被完全堵塞，此时可以为洞体空间已被支撑，已不再向上扩展。其所需的平安临界高度可经过下式估算： 101hhK 3-4 式中：K岩土松胀系数。 由于拟治理区1#号矿体自1998年闭坑停采至今已有十余年历史，根据现场调查、走访以及其它矿山已有阅历可以预测：90 年代采坑根本都曾经发生塌陷且号塌陷区主沉降变形与地面塌陷已趋根本稳定。但由于该塌陷区及周围民采活动从未延续，地表、地下乱采乱挖景象严重。在矿体下部又构成新的小型采空区，假设不严加整治，不合理的开挖仍会进一步诱发小范围的地表塌陷与地裂痕，并对该塌陷区已有危岩体及边坡构成极不利影响，甚至会酿成严重的灾祸事故后果。 3.

55、2危岩体崩塌 目前矿区共发育危岩体灾祸点三处，分别位于1#、2#、3#号矿体塌陷区北侧陡崖处。其中号塌陷区危岩体分布标高范围约140m175m，崩塌体长30m左右，宽约20m，危岩体总方量约20000m3，其破坏方式为崩塌，主崩方向约235。如图3-5所示。危岩体地层岩性为二叠系中厚层灰岩，目前处于不稳定形状。 该区危岩体已发生多次崩塌景象，危岩体崩塌后直接滚落至号塌陷坑坑底或堆积于坡体的缓坡地带，但受号塌陷坑南帮稳定岩壁拦挡、围护作用控制，崩塌物均被拦截于号塌陷坑内，对附近居户的生命财富以及坡下矿区公路不会构成明显影响，但对附近的民采点以及进入该塌陷区的人畜会构成艰苦要挟。 3.2.1成因机

56、制 危岩体发育是由内外部要素共同作用的结果。内因条件主要有岩膂力学参数、岩体构造等内部裂隙开展程度，外部要素主要包括岩体所在地形、水体下渗、人类活动开挖、爆破、地震力等。其中岩性、岩体构造、地形是危岩体构成的根本物质条件，而人类活动、地下水和地震是危岩体崩落的主要诱因。拟治理1#崩陷区的危岩体主要是由于危岩体前部由于采矿构成采空区，前部临空，失去支撑，岩体完好性降低，后部张应力超越其抗拉强度构成卸荷张拉裂痕，外加顶部植被被严重破坏，后张裂隙内根本无充填物。雨季地表水直接回灌入裂隙，一方面增长了下滑力，再者裂隙之间接触面被水浸泡光滑，进一步恶化了危岩体的稳定性。当塌陷区继续沉降、变形或遭遇爆破震

57、动、地震等不利外部环境条件时，已存在高陡临空面的危岩体就会沿岩体中原有裂缝、裂隙面向临空方向进一步扩展与加深，直至失稳崩塌破坏。 3.2.2失稳方式 危岩体的失稳方式即危岩体的破坏方式，由于其遭到危岩体详细位置、几何特征、构造特征及边境条件等形状参数等影响。所以在确定失稳方式之前必须现场调查清楚其几何特征、岩体构造特征、临空条件、边境构造面特别是后缘主控构造面方位、组合关系。只需这些要素一量确定，危岩体的失稳方式也就可以定下来了，进而也就可以很方便的为危岩体的稳定性评价和防治提供可靠的根据。根据危岩体的构造及形状特征，刘卫国45与林富材46将危岩体的失稳方式分为：悬挂式、贴坡式、倾倒式、楔块式

58、、脆弱基座式、砌块式和孤立式等七种根本类型，其表示图如以下图所示。 悬挂式 贴坡式 倾倒式 楔块式 脆弱基座式 砌块式 孤立式 图3-6 危岩体失稳方式分类 Fig 3-6 The damaging patterns of unstable rocmass 3.2.3稳定性分析 危岩体的评价预测方法可归结为两大类：定性分析和定量计算方法。定性分析法包括工程地质对比法、图解法和过程机制分析法。定量计算法包括：静力解析法、数值模拟计算和可靠度分析法。每种方法都有各自的假设条件和所需力学参数，工程中运用最广的还是静力解析法。下面采用静力分析法对拟治理塌陷区进展危岩体稳定性分析。 在分析能够崩塌体及落

59、石受力条件的根底上，用“块体平衡实际计算其稳定性。计算时应思索当地地震力、风力、爆破力、地面水和地下水冲刷力以及冰冻力的影响47。静力解析法的根本假设如下46： 1在危岩体变形开展过程中，特别是在破坏失稳以前，视危岩体为刚体； 2把危岩体复杂的空间运动问题，简化为平面问题，即取单位宽度的危岩体进展力学分析； 3危岩体两侧和稳定坡体之间，以及各部分危岩体之间均无摩擦力。 分析中思索的荷载类型主要有： 1危岩自重 危岩自重是危岩体应力场的根本构成部分。作为下滑力的直接来源，其值的计算对稳定性的分析至关重要，计算公式如下式所示，但是对于危岩体的重度取值主要是经过工况来选择的，假设危岩体烈隙发育或处下

60、雨季水源丰富地域，那么应思索选用饱和重度。假设是岩体构造性完好、浸透率很小，水体对自重的影响可不思索。 2裂隙水压力 多数危岩体失稳案例皆发生在暴雨季节阐明，水压是要挟危岩的最敏感要素，降雨产生了不利于危岩体稳定的裂隙水压力，裂痕所受拉应力也会急剧升高，裂隙水压力越大，危岩体主控构造面损伤断扩展就越大，裂隙宽度及长度都会增大48。分析过程中要得到裂隙中的水头分布需求详尽的地勘资料，在地勘资料缺乏的情况下，粗略估计天然形状取三分之一裂隙水柱高，暴雨期间取三分之二裂隙水柱高49。 3地震力 由于危岩失稳对地震荷载的敏感性，地震程度力直接作为下滑力严重影响危岩稳定性，因此必需思索地震力的作用。地震对