撫順市西露天礦北幫現狀地質災害及演變趨勢

摘要：撫順市是我國著名的煤都，是一個以礦業特別是煤炭能源立市的城市，曾經為國家的經濟建設做出過突出的貢獻。但隨著時間推移，資源萎縮，由地質構造條件、人類工程活動和氣候等綜合因素引起的生態地質環境惡化已日益顯露出來，引發的各類地質災害也日漸突出，已經嚴重影響城市的經濟發展和社會穩定。

關鍵詞：地質 滑坡災害 崩塌

一、地質災害類型及總體特征：

地質災害發育類型受地形地貌和人類活動的影響，在撫順市具有不同的特點：撫順市地質災害表現突出的是礦業開發引起的系列地質災害。

地質災害類型主要包括以下幾種：

滑坡、崩塌、地面沉陷（地面塌陷）、地裂縫。

二、地質災害現狀

1、滑坡（崩塌）地質災害

市區滑坡多數集中在西露天礦。

（1）西露天礦開采區滑坡（崩塌）地質災害

西露天礦開采過程中因開采造成的邊幫懸空或堆積引起滑坡（崩塌）地質災害，從1935年7月開始有記載以來至1993年，共發生103m3以上的崩滑69次，其中小于104m3的8次，104～105m3的30次，105～106m3的26次，大于106m3的5次，大于106m3的多發生于開采的早期，1994年以后，因采用邊采邊填方式，很少發生大型崩滑。這些崩滑有許多是多次重復發生并多次治理，有的因采坑擴大而不復存在。

邊坡破壞方式初步歸納為兩種方式：

a 具有明顯滑面（裂隙面、層面），巖土體順此面失穩、滑移、破壞。此種類型在西露天礦北幫有所見且是主要方式。邊幫地層上為煤頁巖下為軟質凝灰巖。滑動方式為：首先在上部的某個滑動面滑移，在重力推動下，下部凝灰巖的臨界部位剪裂破壞造成滑塌。

b 巖層蠕變開裂坍塌變形破壞。首先是巖層蠕變產生裂隙，繼而構成邊坡的巖體開裂傾倒破壞、膨脹，局部發生滑移，最后導致坍塌。發展程度隨開挖加深而加劇。西露天礦和其他礦中非順向坡滑面多以此方式形成崩塌滑坡。

這些滑坡由于高差大（有1/4大于100m，2/3在50m至100m之間）和開挖斜坡多為階梯狀，滑坡多為上崩下滑或陡坎處形成崩塌。多種平面形態都可見到，剖面形態多為復合型；滑動面和滑壁不易區分，其埋深和厚度因滑坡規模和面積而異；滑面（動）方向與坡面方向一致，滑坡體坡角小于原斜坡坡角小于滑壁坡角；滑后很快處理，無表面變形跡象（有的保留滑壁）。

這些滑坡都造成過危害，有的造成人員傷亡（1955年東下盤滑坡死7人），從1964年以來因滑坡影響造成的直接經濟損失（包括一次滑坡泥石流）達4.5億元以上。由于滑坡牽引造成地面沉陷滑移，經濟損失1.2億元。

從現有調查資料分析，西露天礦采坑內已有的老滑坡已處穩定狀態或已開挖處理，但在北邊幫發生大型乃至巨型滑坡的可能性是存在的。

2、地面沉陷（地面塌陷）地質災害

露采坑周邊的地面塌陷

在西露天礦北側撫順電廠，發生一面積約0.02km2的塌陷坑，末造成重大經濟損失。該塌陷處于西露天礦北側地表不均勻沉降區內，處于不穩定狀態，不均勻沉降區內仍有發生地面塌陷可能性；

3、地裂縫地質災害

現在發現的地裂縫地質災害主要分布于西露天礦北側地表。

北側水泥廠～石油一廠～發電廠地裂縫呈帶狀或串珠狀分布，東西總長約6km，南北寬200～300m。地表明顯變形，出現多條近東西走向平行裂縫，最長近千米，寬度幾毫米至幾厘米。路面明顯高差形變（有的近1m），多處建筑、樓房開裂等，局部有塌陷坑。對石油一廠、水泥廠、發電廠等造成了危害，特別是石油一廠，僅治理地面變形維護廠房安全的費用就達數億元，目前仍不穩定。

三、地質災害演變趨勢

地質災害的孕育、發展、成災一方面受自然地質環境條件的控制，另一方面還取決于人類活動方式和強度的變化。

1、自然地質災害趨勢預測

自然地質災害的形成必須具備一定的地形地貌條件、地層巖性條件、地質構造條件與水動力條件。在上述諸條件中，前三者發生顯著變化的可能性極小，只有水動力條件隨降水強度的不同而發生變化。因此，水動力條件的變化決定著自然地質災害的發展趨勢。

撫順市屬溫帶濕潤大陸性氣候，四季分明，年際雨量分布不均，降水多集中于6—8月，是地質災害的易發期。而易受降水因素誘發的崩塌、滑坡和泥石流等地質災害現象主要分布低山丘陵區，是自然地質災害的多發區。根據撫順市1996—2013年降水資料分析，近年來撫順市降水量和暴雨日數有增加的趨勢，尤其在2013年8.16撫順發生了百年一遇的暴雨洪水，直接的引發了各類地質災害，對人們的生命及其財產構成了巨大的損害。也為我們敲響了警鐘，未來自然地質災害的發生頻率可能會有所增加。

2、人為地質災害趨勢預測

人為地質災害發展趨勢受人類活動程度和方式及人口分布變化的影響極重。引發地質災害的人類工程活動主要為礦山開采。

（1）西露天礦采場北幫滑坡

西露天礦采場北幫邊坡是傾倒變形、山體滑坡、地面陷裂等地質災害頻發地段。該區地質構造復雜，采礦規模和采礦強度大，既有深部井工開采作業，也有地表露天開采作業，采場北幫處于綜合采動的劇烈擾動之中，其邊坡巖體結構長期處于動態平衡調整狀態。

北幫西部區邊坡曾經是滑坡活動頻繁地段，現在露天開采深度已經到界，露天采礦活動基本停止，已轉入回填初期階段，邊坡滑坡機率相對減小。但是，由于邊坡巖體存在應變滯后效應，要使采區邊坡巖體達到完全穩定狀態還需要很長時期。因此，該采區雖然已經停止了采礦活動，但發生邊坡滑坡的危險性依舊存在，必須予以密切關注。

北幫中部區是當前西露天礦采礦規模和開采強度最大的地區，也是采場北幫邊坡巖體發生滑坡機率最高的地區。在大規模超強度采礦活動和F1斷層活化作用影響下，該采區已經成為西露天礦采場北幫邊坡地表變形量最大、地面最不穩定的地段，并呈現出向其周圍地面擴散延伸趨勢，必須給予密切關注和高度重視。

北幫東部區邊坡屬于反傾互層的板裂結構區。F1斷層于E860穿過西露天采場，對邊坡影響程度已經明顯減弱。但該采區北部附近綠色頁巖層內發育一牽引向斜褶皺，是容易引發邊坡巖體發生滑坡的不利構造因素。該采區邊坡由綠色頁巖及油母頁巖層組成，其內大量發育泥化夾層，巖層與邊坡呈反向傾斜，以往露天采掘量小，對邊坡巖體破壞程度低，巖石相對較為完整，工程地質條件較好。根據撫順煤田采礦設計規劃，東采區將成為西露天礦主要采礦區，當東采區煤層被剝采到最終邊界時，邊坡角將達到34°，如果考慮露天開采產生的拉伸作用和井工開采產生的偏壓作用，東采區未來可能會產生變形特征：首先，沿層理和與其正交的節理發生構造追蹤，出現局部切斷巖層現象。隨后，沿層理軟弱結構面發育形成近似于圓弧型的滑脫面，并沿滑脫面傾斜方向產生指向采區中心的邊坡巖體滑坡趨勢。

（2）西露天礦采場北側地面變形

西露天采場北幫開采規模及開采強度是引發其邊坡巖（土）體蠕動變形的決定因素，也是影響其北側附近地區發生地面變形的主要因素。隨著西露天礦采場北幫邊界開采強度持續增大，采場北部附近地區地面變形將愈演愈烈。

在西露天礦采場北幫邊坡巖體內賦存有軟弱夾層和軟弱結構面（如F1斷層），是引發邊坡表層巖體變形的主要因素。邊坡地面蠕動變形與邊坡巖石物理力學性質有關，主要受邊坡巖層內軟弱夾層或軟弱結構面控制。邊坡表層巖體蠕動變形隨采礦工程逐步推進而逐漸顯現，隨采礦活動時間持續延長而漸進發展。表層巖體蠕動變形從發育初期到最終形成可以大致劃分為三個階段：即初始變形階段、穩態變形階段和加速變形階段。初始變形階段時間段較短，蠕動變形速度較快，表面變形量較大；穩態變形階段時間段較長，蠕動變形速度放緩，保持在近似于常量的波動范圍內；加速變形階段時間段亦較短，蠕動變形速度逐漸增大。通常情況下，蠕動變形發育過程往往需要幾年甚至十幾年的時間。隨著西露天礦采區東移，以及石油一廠和西露天礦聯合實施變形綜合治理工程，石油一廠廠區西部地面變形有所減緩。但巖體應變滯后效應將使西露天礦采場北部地區地面變形持續很長時期。

在地面變形過程中，無論是地面水平位移量，還是地面下沉位移量，均屬于在外力影響下地應力的突變點或間斷點。具體來說，在露天采場采掘降深面逐漸降低過程中，隨著巖體地應力平衡調整而產生的應力釋放作用，必然波及到采場邊坡及其北部地面，斷層結構面（應力場邊界）起著減弱地應力向外傳導的阻隔效應，減弱了采場地應力釋放過程中的巖體傳導作用，從而降低了斷層北部地面變形強度。所以西露天采場北側地面變形在南北方向上表現為由南向北逐漸減弱的趨勢。

綜上所述，除少數重點隱患地段逐步采取工程措施外，大部分地質災害隱患點將采取群測群防的監測方法進行預防。因此，這些隱患點在暴雨及人類工程活動的影響作用下可能會引發諸多的突發性地質災害。上節對已經形成的災害損失進行了評估，但更重要的在于未來的災害隱患。2017年我國現有最大的露天煤礦—撫順西露天煤礦即將閉坑。屆時該坑人為作用形成的地質環境影響將再次發生重大改變，正常開采時施加的諸如排水、支護襯砌等保護措施將減少甚至撤消，那么由于應力作用發生變化和地下水作用也發生變化，使得發生大型乃至巨型滑坡的可能性極大地增加。這種滑坡也可能是連鎖性的，即一處滑坡引起幾處都滑，一側滑下后滑體沖擊另一側引發另一側也發生滑坡。同時，礦坑北側緊靠渾河斷裂這一活動斷裂，滑坡激發斷層活動的可能性也不能完全排除，而渾河上游22km處還有一座大型水庫，災害的發生還可能與降雨等因素相配合。當然，這些災害也許不會同時發生，但滑坡災害是極易會發生的。受滑坡影響，必然引起地表發生裂縫和變形，由于周邊特別是北側為人口高度密集區，造成的損失將是極其巨大的。初步估計，西露天礦在閉坑前后的10年內可能有約20億元的財產受到威脅，并威脅數以萬計的居民生命安全。

參考文獻：

[1]遼寧省冶金地質勘查局地質勘查研究院，2003.5，遼寧省撫順市區暨撫順縣地質災害調查及區劃報告.

[2]遼寧省有色地質局勘查總院，2005.12，撫順市市區斷裂活化及采空區地質災害勘查報告.

[3]遼寧省第十地質大隊，2006.11， 撫順市區新太河-古城子河1：10000地質圖說明書.