開陽磷礦區崩塌地質災害成因分析

貴州省交通科學研究院有限責任公司 吳 瑾 鄒啟學 胡先進 夏曉勇

開陽磷礦區崩塌地質災害成因分析

貴州省交通科學研究院有限責任公司 吳 瑾 鄒啟學 胡先進 夏曉勇

一、礦區概況

開陽磷礦是國家最早投資建設的三大磷礦生產基地之一。建礦以來，該礦已累計生產磷礦石4 000萬t，為國家磷肥、磷化工業的發展作出了重大貢獻。

開陽磷礦分為沙壩土、極樂、兩岔河、馬路坪、牛趕沖、用沙壩6個礦段。礦區內地形切割劇烈，谷深坡陡，氣候潮濕多雨，日暴雨強度大，隨著近年來礦山開采加劇，致使流域內滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫、不穩定斜坡等地質災害不斷發生。其中，崩塌是區內分布最廣的地質災害之一。區內崩塌地質災害發育地段一般在礦層出露線之上，直接危害到崩塌體下的村寨居民。此外，還會威脅到各沖溝下游的居民及農田耕地，進而威脅到洋水河主河道兩岸的企業、居民的生命財產安全。因此，分析崩塌地質災害的成因，為防治地質災害做準備是很有必要的。

二、地質成因

1. 地形地貌。陡峻的斜坡地形是形成崩塌落石的必不可少的條件之一。礦區地層由板溪群、震旦系、寒武系、二疊系和三疊系組成，由于構造、侵蝕、地下水溶蝕等作用，使礦區形成淺切割侵蝕溶蝕中山地貌類型，為礦區山體崩塌提供了自然條件。

2. 斷裂構造。

（1）斷層。崩塌產生的內因包括地質構造作用和巖體本身性質，斷層帶巖石十分破碎，大小巖石塊體均有，為崩塌落石提供了必要條件。同時，斷層破碎帶常是地下水滲流的通道，使巖層強度降低，從而引起各種規模不同的崩塌落石。洋水背斜南、北傾伏端斷裂構造較為復雜，背斜兩翼構造相對簡單。礦區構造以縱向斷層為主，斜交及橫向斷層次之。對礦層破壞較大的F1～F6縱向斷層，從南端的用沙壩和牛趕沖礦段向北部的沙壩土、極樂和兩岔河礦段斷續分布，長者大于10 km。其中，F1～F3位于背斜的東盤，F4～F6位于背斜的西盤。區內斷層發育是崩塌產生的一個重要原因。

（2）節理。一般來講，塊狀、厚層狀的堅硬脆性巖石常形成較陡峻的邊坡，若構造節理和卸荷裂隙發育且存在臨空面，則極易形成崩塌。磷礦區節理裂隙發育，節理、裂隙成因復雜，既有早期構造應力作用形成的構造節理，也有后期隨著河谷深切作用而形成的卸荷節理，還有由于采礦活動形成的地裂縫等。走向東西近于直立的一組構造節理與卸荷節理（與河谷岸近于平行，高角度，傾向谷內）相互交切，破壞了巖體的完整性，易于產生崩塌、滑坡。

3. 構造破碎帶含水構造。充滿裂隙中的水及其流動，對巖體產生靜水壓力和動水壓力，對不穩定巖體產生向上的浮托力，甚至使不穩定巖體與穩定巖體之間的側向摩擦力減小。巖體中裂隙水壓力會導致弱面上正應力的減小，降低抗剪強度。如果巖體中裂隙水壓力大于其法向應力，會使巖體破壞。巖體內地下水的流動使巖體可溶物質溶解，結構面的細顆粒被帶走，產生化學、機械管涌而使巖體失穩。洋水背斜南、北傾伏端斷裂構造及背斜東翼斷裂構造較為復雜，以逆斷層為主，斷裂破碎帶一般寬0.10～13.11 m，膠結緊密，由于斷層上下盤往往是震旦系上統燈影組白云巖，根據鉆孔抽水試驗滲透系數K為0.069～0.245 m/d。富水性中等，斷裂帶往往控制巖溶發育的方向。

4. 地層巖性。巖性對巖質邊坡的崩塌具有明顯控制作用。沉積巖容易出現夾層情況，常發生崩塌。變質巖常把巖體切割成大小不等的巖塊，經常發生規模不等的崩塌落石。礦層露頭一帶白云巖高陡邊坡因受節理、裂隙及采礦的影響，常發生崩塌、滑坡等地質災害，對礦床開采有一定影響。在洋水河谷內除震旦系燈影組為厚層白云巖外，全部為泥巖、頁巖和板巖等軟弱巖石。震旦系燈影組厚層白云巖中發育兩組垂直節理，河谷兩岸尚見卸荷裂隙，在陡峻的河谷地帶極易產生崩塌。

三、工程活動

礦區內人類工程活動主要表現為磷礦開采、加工和運輸等。目前沿洋水背斜兩翼開采磷礦的礦山和企業有20余家，沿洋水河谷形成了長于10 km的磷礦開采區。礦區內人類工程活動已經對地質環境產生了嚴重的影響和破壞，礦區內影響和破壞地質環境的人類工程活動強烈。

礦山開采導致應力的釋放且可能產生卸荷裂隙，爆破會誘發崩塌。巖體的卸荷不僅導致巖體內的應力重新分配，對巖體內部的結構面也有較大影響。當開采面積達到一定范圍之后，起始于采場附近巖體的移動和破壞將擴展到地表，引起地表變形，導致位于移動巖體內的井巷、峒室等以及位于開采影響范圍內地表的建筑物等改變其原有狀態，甚至被破壞，稱之為采動損害。

巖土體是一種十分復雜的特殊介質，它由多種不同性質的巖層組合而成，構造地質作用使其產生大量不連續結構面。由于工程采礦作用，地下開采會引起巖體應力變化，并傳播至巖體頂部及地表，形成冒落帶、斷裂帶。當開采范圍較小、磷礦層埋深大時，開采沉陷范圍就小;反之，開采沉陷波及的范圍就會引起地表移動。

開陽磷礦區極樂礦段龍井灣崩塌地質災害的研究文獻解釋了發生崩塌的工程原因。文獻中采用概率積分法進行地表移動和變形分析，利用極樂礦段890平巷（高程）及采空區的地質條件及參數，計算出極樂礦段采空區移動變形值，計算結果見表1。

表1 極樂礦段采空區移動變形值計算結果

由表1可知，磷礦層的開采將使其上方相應的地表發生一定的變形與移動，特別是斜坡地段水平變形值最大，導致斜坡卸荷裂隙發育，引發崩塌。

四、結論

綜上，礦區山體崩塌形成的主要原因是開采4～6 m厚的陡山沱磷塊巖礦層并沿礦層延伸方向開拓巷道進行回采，形成較大采空區，同時采掘放炮破壞了巖體的完整性，節理裂隙進一步擴張，巖體強度降低，導致采空區頂板冒頂垮塌；而頻繁爆破震動的應力傳遞及破壞，又使一側臨空的陡峻山體、緩坡臺地及山頂的白云巖塊體產生較大的卸荷張裂隙。長期的自然和人為活動綜合作用，形成了崩塌危巖體或崩塌災害。當前，開陽磷礦區崩塌地質災害防治已經刻不容緩，而分析崩塌地質災害的成因為其防治提供了前提條件。