露天矿山地质灾害成因与防治

露天矿山地质灾害成因与防治张赫;孙岩【摘要】简述了由于露天矿山开采活动可能引发或加剧诸如滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害成因，通过实例从不同角度分析了其影响因素及成因机制,并在此基础上提出了几点可供参考的防治措施.【期刊名称】《矿业工程》【年(卷)，期】2015(013)006【总页数】3页(P45-47)【关键词】矿山地质灾害;形成原因;防治措施【作者】张赫;孙岩【作者单位】核工业二九。研究所广东韶关512029;核工业二九。研究所广东韶关512029【正文语种】中文【中图分类】TD80引言随着矿山开挖深度的不断加深，露天开采边坡的范围也随之不断扩大，这样虽然带来了一时的经济效益，但却严重破坏了地应力的自然平衡。在矿山的开采过程中，由于爆破等开采技术造成大面积的土地裂缝，且爆破的次数越多裂缝就会进一步增多与扩大，高边坡在重力的作用下就很容易形成各种地质灾害，将会给矿山及周边环境造成无可挽回的损失，因此加强对露天矿山地质灾害的成因研究和防治具有十分重要的现实意义。1露天矿山地质灾害成因1.1崩塌一般来讲，露天矿山出现崩塌现象主要与其地质构造、开挖方式以及水文特点等因素相关。由于经济条件的限制，现在露天矿山开采边坡一般未按开采设计要求进行台阶式开采，一般开挖坡度在80°以上，形成高而陡的边坡。这样在矿山的断层破碎地带以及陡崖突出部位，因为山体的稳定性不好，加之风化、重力及地表水等作用的影响，轻则容易产生掉块，重则大面积崩塌。如翁源县某露天开采矿山，岩石地层产状为164°匕75°，矿体岩石内发育节理裂隙产状为81°匕46°，西侧和北侧采面边坡坡向分别为71°与161°，台阶面坡度较陡，均在80°左右。通过赤平投影分析可看出（见图1）,岩石节理裂隙与西侧采场边坡倾向相近，倾角小于坡度角，西侧采场边坡上的岩石块体具备沿裂隙面滑移的空间条件；而在北侧采场边坡，与岩石地层倾向相近，倾角小于坡度角，北侧边坡上的岩石块体具备沿岩石层理面滑移的空间条件。在风化、地震、矿山爆破、地表水及重力的作用下，北侧和西侧两处高陡边坡极易沿着裂隙面以及岩石层里面发生崩塌地质灾害。图1采坑坡面、节理裂隙及地层产状赤平投影图通过对该露天开采矿山进行实地验证发现，目前矿山的北侧开采边坡偏西位置已存在一处崩塌地质灾害，崩塌体走向45°,宽约7m,高约15m,厚约1~2m,崩塌量约50m3，属小型崩塌。1.2滑坡滑坡在露天矿山开采中十分常见，它主要是受开采活动和地质作用的双重影响而形成的。露天采矿的边坡在开挖之前，岩体内部应力场常处在较为平衡的状态之中，然而随着开挖范围的加大以及深度的加深，加上露天开采剥离的表土很多都是随意堆砌的，就逐渐形成了一个又一个不稳定的堆积体。它们没有经过压实，也没有做任何防护处理，导致整体堆积体的结构十分松散，稳定性极低，这就很容易受到暴风雨等恶劣天气的影响，形成滑坡现象。如仁化县某露天开采矿山，在矿体上部覆盖有表土、泥质灰岩、钙质泥岩等松散岩土体，为便于今后矿体开采，需剥离上述松散岩土体。现假设松散岩土体是随意堆放的，不进行任何防护处理，按平均堆高7.5m，土体边坡的岩土力学参数按与相邻地区类比，采用Taylor法对堆土体边坡稳定性计算烦的结果见表1。表1堆土体稳定系数计算表边坡位置计算工况评估堆土体正常暴雨岩土体参数坡高H/mY/kN-m-3C/kPa中（°）B（°）NsKs边坡稳定性7.57.518.619.218.612.318.312.235359.88.61.300.73不稳定稳定计算公式：式中Ks——边坡稳定系数；Ns——与土的内摩擦角和坡角有关的系数；C——边坡土体的粘聚力；H——边坡高度；y一边坡土体的重度。按《工程地质手册》（第五版），边坡稳定状态一般取1.20-1.35。由上表结果可知，堆土体在正常条件下边坡稳定，但是在暴雨条件下处于不稳定状态，如受到强降雨形成的大面积坡面流对坡体的冲刷，极易造成滑坡地质灾害。通过对该露天开采矿山进行实地调查发现，该矿山堆土场和开采边坡松散岩土体较厚的部位已出现轻微滑坡和水土流失现象。1.3泥石流泥石流现象一般发生在山区沟谷或地势险峻的地方，它是由暴雨和其他一系列的自然灾害弓I发的山体滑坡，属于一种特殊的洪流。顺坡堆积的大量碎屑物质。在瞬间聚集的大量水源、以及陡峻的便于集水、集物的地形地貌构成了泥石流发育的3个基本条件。露天矿山在开挖后多形成三面环山的形态，其中一侧的地形地势较为开阔，另外两侧的山体相对险峻，这样有利于地表水和土石等物质的迅速集中。随着矿山露天采矿活动的持续，弃土、废渣的堆放也会日益增多，这些物质构成了泥石流的物质来源。如果矿山露天开采对产生的松散碎屑堆积物处理不及时、不合理，在特定的地形地貌条件下，在不良气候及恶劣天气等水力因素激发下，易发生泥石流地质灾害。如乐昌市某露天开采矿山，为了满足矿山露天开采的需要，需要对地表残坡积层和泥质灰岩进行剥除按照开发利用方案规划，矿山排土场设于矿区南部的山沟和矿区南部采坑中，设计总库容量13.1万m3，用于存放剥离出的弃土及泥质灰岩，加之矿山在采坑内堆积的碎石，均给引发泥石流创造了丰富物源条件。该区沟谷多呈“V”或“U”字形地貌特征，在个别山沟有少量沟水流下，矿山所处区域三面环山，形状有利于地表径流的汇集。加之乐昌地区属亚热带气候，雨量充沛，为引发泥石流提供了水动力条件。通过对该露天开采矿山进行实地调查发现，在自然条件下，矿山周边的沟谷中已发现有轻微水土流失现象。如不重视对该矿山泥石流的防治，不及时做好地质灾害工程防治，一旦泥石流地质灾害发生，将直接威胁位于山坡角的人员、矿山生产设施、公路和农田。2露天矿山地质灾害防治2.1崩塌的防治对于规模不大的潜在崩塌体，优先考虑人工清除的防治方案，在遇到潜在崩塌体不能有效清除的情况下，我们可以对中小型崩塌体采取一系列防护措施，比如可以在坍塌体的坡角处建设一些挡石墙或者搭建一些防护网；对于容易受到风化影响的软弱层，可以对其裂隙灌浆或浆砌石护面，也可采用削坡来放缓边坡，减轻重心；设置排水设施以拦截疏导山坡的地表水和地下水，确保露天矿山开采区域内无积水。另外，对于较大的崩塌体，采用防护设施显然不能取得良好的效果，此时建议采取搬迁避让措施。2.2滑坡的防治治理滑坡应该坚持以防为主、综合治理和及时处理的三大原则。在露天矿山开采过程中，应对滑坡这类地质灾害可以采取的防治措施有两种：第一种是排除地表水，减轻水的危害；另一类是改变滑坡体的夕卜形，设置抗滑建筑物。——排除地表水，减轻水的危害。这是一种防治滑坡现象发生的有效措施，在露天矿山开采过程中可以广泛应用。排除地表水的目的是尽可能地拦截、旁弓I滑坡区外的地表水进入区内，尽快地排除滑坡区内的累积的雨水。具体来说，要想避免或防止降水或地表水对采场边坡产生不利影响，在露天矿山开采前应合理设计并开挖—条或数条防洪截水沟，这样可防治大面积的水流对采场的冲刷，从而有效提升采场边坡的稳定性。同时，还应在其下部修建相应的排水沟，这样便于把采场内累积的水流排放到指定位置，最终减少水流带来的地质灾害。——改变滑坡体外形，设置抗滑建构筑物。要想防止滑坡现象的发生，还有一种方法就是改变滑坡体的外形，这要求若严格按照开采设计规范由上而下分台阶进行开采，需首先采用中深孔爆破技术解决没有可靠抗滑地段的滑体，争取让滑体的外形得到改善，降低重心，从而有效地提高滑体的稳定性。而对露天矿山在生产过程中产生剥离的废渣和弃土堆积体，可采用在其前缘修建支挡工程进行防治。对于露天开采过程中遇到的较常见的高陡岩质边坡，可以采用焙烧法、爆破灌浆法等物理化学方法来改善滑动带的土石性质，从而达到防治滑坡的目的。2.3泥石流的防治毋庸置疑，露天矿山开采对地表的影响和破坏很大，由于露天矿山多处于偏远的山区，泥石流形成的可能性就更大。对于如何进行防治，这需要在矿产开采过程中规范开采行为，忌乱采乱挖，破坏植被，忌随意堆置废石废渣，因为这些都可能给泥石流的形成带来有利影响。所以，必须从源头上进行防治，首先是要尽可能地减少矿山固体废弃物的排放，其次是要进一步