露天采石場(chǎng)危險(xiǎn)邊坡預(yù)測(cè)評(píng)估實(shí)例分析

羅 鵬 盧薇艷

(深圳市地質(zhì)局，廣東 深圳 518023)

引言

根據(jù)《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》(國(guó)土資源部令第44號(hào))的要求，為保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境，減少礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)采活動(dòng)造成的礦山地質(zhì)環(huán)境破壞，促進(jìn)礦產(chǎn)資源的合理開(kāi)發(fā)利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)、資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，應(yīng)當(dāng)編制《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案》?！兜V山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)方案編制規(guī)范》(DZ/T223—2009)的精度和方法要求:一級(jí)評(píng)估應(yīng)定量——半定量地做出礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度現(xiàn)狀評(píng)估、預(yù)測(cè)評(píng)估和綜合評(píng)估，二級(jí)評(píng)估應(yīng)半定量——定性地做出礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度現(xiàn)狀評(píng)估、預(yù)測(cè)評(píng)估和綜合評(píng)估。

1.礦山基本情況

1.1 地理位置。礦區(qū)位于廣東省云浮市云安縣城區(qū)287°方向，直距7km處，行政區(qū)劃隸屬云安縣六都鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)至西江林場(chǎng)大木嶺隊(duì)有1.0km簡(jiǎn)易鄉(xiāng)村公路，礦區(qū)至云安縣城碼頭運(yùn)距為10km，距西江河邊直線距離為3.5km。

1.2 礦權(quán)設(shè)置及生產(chǎn)規(guī)模。礦山企業(yè)于2011年首次取得采礦許可證，礦區(qū)面積為17.3hm2，開(kāi)采深度為+341m～+150m，并將礦山生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大到20萬(wàn)m3/a。

1.3 礦區(qū)開(kāi)采現(xiàn)狀。礦區(qū)長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)采活動(dòng)形成了7個(gè)邊坡高度15～20m的開(kāi)采臺(tái)階，開(kāi)采臺(tái)階平臺(tái)寬度6m～55m(為現(xiàn)第一層臺(tái)階的工作平臺(tái))，開(kāi)采最大標(biāo)高達(dá)到+330m，最低標(biāo)高達(dá)到+143.67m，開(kāi)采邊坡最大高差達(dá)到186.33m，開(kāi)采坡面邊坡角70～80°。礦區(qū)東部邊界80m處構(gòu)筑有破碎場(chǎng)地，包括2條生產(chǎn)線及配套設(shè)施，場(chǎng)地周邊形成人工開(kāi)挖邊坡，邊坡最高達(dá)到10m，邊坡角70～80°。礦區(qū)東北部28m處設(shè)置了排土場(chǎng)，分臺(tái)階進(jìn)行規(guī)范堆放礦山剝離物，形成了4層的排土臺(tái)階，最高處+282.77m，排土臺(tái)階平臺(tái)平均寬度6.5m，排土邊坡坡角30～40°，排土場(chǎng)邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。排土場(chǎng)下游構(gòu)筑有擋土壩，擋土壩為土質(zhì)壩體，壩體完整，基本穩(wěn)定。礦區(qū)的礦山工程間通過(guò)礦山道路相連通，現(xiàn)有礦山道路已通往+315m水平左右，道路平均寬4m，礦山道路的構(gòu)筑形成了道路邊坡，邊坡高6m，邊坡坡度60～70°。礦區(qū)現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定，未發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

2.地質(zhì)環(huán)境背景

2.1 地形地貌。礦區(qū)及周邊屬丘陵地貌，微地貌類型單一 (丘陵)，區(qū)內(nèi)總體趨勢(shì)是礦區(qū)所在范圍高周邊低。區(qū)內(nèi)標(biāo)高最高+341m，最低+72m，最大相對(duì)高差269m，區(qū)內(nèi)原始地形坡度25～40°，地形起伏變化大。

2.2 地層。礦區(qū)區(qū)域上出露地層主要有奧陶系下統(tǒng)回龍群 (O1hl)、奧陶系中統(tǒng)縮尾嶺群 (O2sw)、泥盆系上統(tǒng)天子嶺組 (D3t)、泥盆系上統(tǒng)帽子峰組 (D3m)、石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階 (C1y)、上三疊－下侏羅統(tǒng)小坪群、侏羅系中上統(tǒng)百足山群 (J2－3bz)和第四系全新統(tǒng) (Qdl+el4)。

評(píng)估區(qū)出露的地層有奧陶系上統(tǒng)三尖群 (O3sn)為開(kāi)采礦體所在地層，巖性為變質(zhì)石英砂巖夾絹云母石英砂巖，呈中、厚層狀;分布礦區(qū)全部，地層產(chǎn)狀為300°～328°∠31°～35°，典型產(chǎn)狀為315°∠34°，該地層厚大于200m。第四系全新統(tǒng) (Q4):廣泛分布于區(qū)內(nèi)，覆蓋于三尖群之上，巖性主要為粉質(zhì)粘土及粉土，厚度5～10m。

2.3地質(zhì)構(gòu)造。評(píng)估區(qū)處于加益～宋桂～四會(huì)斷裂帶中段的云安縣六都段西側(cè)，大紺山旋轉(zhuǎn)構(gòu)造外帶北側(cè)，區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造不發(fā)育。根據(jù)前期地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，基巖主要發(fā)育有兩組節(jié)理:第一組產(chǎn)狀為36～45°∠60～80°，平均為40°∠70°;另一組為125 ～129°∠32 ～55°，平均為126°∠40°，以剪節(jié)理為主呈楔形，裂隙上部呈開(kāi)口狀被第四系充填。

2.4水文地質(zhì)。評(píng)估區(qū)地下水分為松散巖類孔隙水、層狀基巖裂隙水。經(jīng)計(jì)算，露天采場(chǎng)開(kāi)采中日正常匯 (涌)水量為2623.08m3/d。礦區(qū)的地下水類型簡(jiǎn)單，露天采場(chǎng)匯(涌)水與地表水水力聯(lián)系較密切。礦體位于最低侵蝕基準(zhǔn)面標(biāo)高及開(kāi)采境界周邊地表標(biāo)高之上，不需要抽排水、疏干，對(duì)礦山開(kāi)采的影響較輕。

2.5工程地質(zhì)。區(qū)內(nèi)覆蓋層 (第四系和強(qiáng)風(fēng)化)總體呈硬塑－堅(jiān)硬土狀，干強(qiáng)度中等，韌性中等，厚度較大 (5m～10m)，遇水易軟化、崩解，故形成的邊坡自穩(wěn)能力較差?；鶐r為微 (未)風(fēng)化石英砂巖，分布連續(xù)，堅(jiān)硬，透水性弱，巖體風(fēng)化裂隙稍發(fā)育，巖體完整程度為較完整。

3.選取的評(píng)估方法概述

3.1 土質(zhì)邊坡評(píng)估分析方法。土質(zhì)邊坡土體 (粉質(zhì)粘土為主)，利用同濟(jì)啟明星邊坡穩(wěn)定性評(píng)估計(jì)算軟件SLOPE1.0，采用“總應(yīng)力”模式下的瑞典圓弧公式迭代法對(duì)在開(kāi)采過(guò)程中及終了土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)Fs進(jìn)行計(jì)算如公式3－1:

公式中:W為土體容重，φ為內(nèi)摩擦角，c為內(nèi)聚力，l為坡長(zhǎng)，β為土坡傾角。

根據(jù)判別指標(biāo):當(dāng)計(jì)算的安全系數(shù)Fs＞1.3，邊坡的穩(wěn)定性為穩(wěn)定;當(dāng)安全系數(shù)1≤Fs≤1.3時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性為較穩(wěn)定;當(dāng)安全系數(shù)Fs＜1時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的巖土參數(shù)的確定按《儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告》的鉆探取樣資料及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合取值。邊坡穩(wěn)定性時(shí)按正常和暴雨兩種工況分別計(jì)算:

工況1:一般狀態(tài)下采用正常參數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

工況2:雨季巖土體可能吸水飽和，由于邊坡在雨季遇持續(xù)強(qiáng)降雨的情況下，坡體可能吸水飽和，因此雨季狀態(tài)考慮邊坡坡體為飽和狀態(tài)。

3.2 巖質(zhì)邊坡評(píng)估分析方法。利用理正巖土工程軟件，采用極射赤平投影法 (吳氏投影網(wǎng))對(duì)在開(kāi)采過(guò)程中及終了巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)Fs進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)公式3－2。

公式中:Ψa為結(jié)構(gòu)面a的傾角，φa為結(jié)構(gòu)面a的內(nèi)摩擦角，Ψb為結(jié)構(gòu)面b的傾角，φb為結(jié)構(gòu)面b的內(nèi)摩擦角，Ψ5為結(jié)構(gòu)面a和結(jié)構(gòu)面b的交線傾角。

根據(jù)《地災(zāi)評(píng)估細(xì)則》中的判別指標(biāo):當(dāng)計(jì)算的安全系數(shù)Fs＞1.3，邊坡的穩(wěn)定性為穩(wěn)定;當(dāng)安全系數(shù)1≤Fs≤1.3時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性為較穩(wěn)定;當(dāng)安全系數(shù)1＞Fs時(shí)，邊坡的穩(wěn)定性為不穩(wěn)定。

4.實(shí)例分析

礦區(qū)內(nèi)因開(kāi)采工程建設(shè)形成的邊坡較多，本文選取礦山地質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重的排土場(chǎng)邊坡BP1進(jìn)行實(shí)例分析。在評(píng)估區(qū)的開(kāi)采境界內(nèi)，從開(kāi)采至結(jié)束時(shí)，形成3段最大高度為191m的混合質(zhì)邊坡。其中位于露天采場(chǎng)北側(cè)的邊坡編號(hào)為BP1，從上至下為5.2m厚的粉質(zhì)粘土與16.5m的風(fēng)化石英砂巖及礦體;邊坡整體坡長(zhǎng)503m，邊坡坡高達(dá)191m;邊坡整體坡向137°，與地層整體 (礦體傾向315°)呈斜交狀態(tài)，地層與BP1邊坡坡向大角度相交，故BP1坡體結(jié)構(gòu)為斜向坡。BP1邊坡特征詳見(jiàn)表4－1。

表4－1 BP1邊坡特征表

4.1土質(zhì)邊坡分析。經(jīng)穩(wěn)定性的定量計(jì)算:天然狀態(tài)下，BP1邊坡的最小滑動(dòng)安全系數(shù)Fs為1.76，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù):Fs＞1.3，故在天然狀態(tài)下，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)基本能滿足要求，該邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);在土體在飽水條件下，邊坡土體容重增加，強(qiáng)度降低，計(jì)算得出BP1邊坡在飽和狀態(tài)下(強(qiáng)降雨)，BP1邊坡的最小滑動(dòng)安全系數(shù)Fs為1.28，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù):1≤Fs≤1.3，故在飽和狀態(tài)下，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)基本能滿足要求。

表4－2 BP1土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

4.2巖質(zhì)邊坡分析。經(jīng)對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算:從圖4－3分析BP1巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性，其中節(jié)理2與流面產(chǎn)狀的交點(diǎn)位于主體邊坡內(nèi)，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)面組合交線傾向與坡面傾向一致，另2條節(jié)理組合對(duì)邊坡共同切割后形成的楔形體穩(wěn)定性較差，為不利于邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。因此，節(jié)理對(duì)北側(cè)主體邊坡的穩(wěn)定性影響較大，巖塊具備沿節(jié)理與流面產(chǎn)狀組合面產(chǎn)生滑移破壞的條件，評(píng)價(jià)BP1巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性較差。

通過(guò)分析，該露天采場(chǎng)BP1邊坡為斜交地層邊坡，邊坡高度達(dá)到191m，經(jīng)邊坡穩(wěn)定性定量計(jì)算，土質(zhì)邊坡在天然狀態(tài)及降雨條件下處于較穩(wěn)定狀態(tài)，巖質(zhì)邊坡由于軟弱結(jié)構(gòu)面處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故預(yù)測(cè)在強(qiáng)降雨條件下，露天采場(chǎng)在進(jìn)行采礦活動(dòng) (爆破)時(shí)，該段邊坡失穩(wěn)可能性大，進(jìn)而B(niǎo)P1邊坡所處位置誘發(fā)崩塌/滑坡的可能性大。

5.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境與治理恢復(fù)方案編制過(guò)程中危險(xiǎn)性邊坡預(yù)測(cè)評(píng)估，選取典型的土質(zhì)巖、質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行實(shí)例分析與評(píng)價(jià)，根據(jù)定量的計(jì)算結(jié)果達(dá)到危險(xiǎn)性邊坡穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)，對(duì)該類型礦山的地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理恢復(fù)工作中危險(xiǎn)性邊坡預(yù)測(cè)評(píng)估工作具有一定的實(shí)際意義。