某露天礦山地質環境特征及地質災害預測分析

茍 聰，范 堯，魏 軍，王宏波，歐陽友和

（1.成都理工大學，四川 成都 610059；2.中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100）

某露天礦山地質環境特征及地質災害預測分析

茍 聰1，范 堯2，魏 軍2，王宏波2，歐陽友和2

（1.成都理工大學，四川 成都 610059；2.中國建筑材料工業地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100）

采礦引起的一系列礦山環境問題不僅威脅到人們生命財產安全，而且嚴重影響和制約著經濟的發展，也引發了一系列社會問題和矛盾。鑒于此，筆者針對礦山地質環境特征與地質災害進行預測分析，旨在為我國礦山地質的勘察工作提供借鑒，為政府部門對進行礦山地質恢復治理工作及礦產資源合理開發利用規劃提供科學依據，具有重要的理論意義和實用價值。

露天礦山；礦山地質環境；地質災害

某礦山為冶金用白云巖礦山，中型山坡露天礦，礦區分為南北兩側兩個預采區，整個礦區東西長約2.3km，南北寬約1.5km，海拔最低147m、最高311m，開采礦體標高約+297.10～+180.00m。礦區順巖層傾向的斜坡平緩，坡角一般15～25°，逆巖層傾向坡角一般20～40°。地層由第四系松散堆積層和奧陶系三山子組、馬家溝群，寒武系炒米店組、崮山組等組成。礦床底板為寒武系炒米店組豹皮狀灰巖，礦層為三山子組c段，巖性以淺灰色中、厚層細晶白云巖為主，厚度約40～60m，詳見圖1。

1 礦床地質特征

1.1 地質概況

圖1 礦區水文地質略圖

礦區為斷塊凸起的單斜構造區，巖層傾向40°，傾角15°，礦區構造發育，發育正斷層F1，走向130～150°，傾向南西，傾角80°。礦區地層巖體結構面主要分級為Ⅳ級，裂隙分為兩組：①組：走向30～70°，傾向北西，傾角70～85°；②組：走向130

～170°，傾向南西，傾角60～85°。根據GB18306-2001《中國地震動參數區劃圖》，礦區在50年超越概率為10%條件下的地震動峰值加速度為0.10g，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。礦區無新構造活動跡象，礦區穩定性好，但區域新構造運動表現比較強烈，有歷史記載的幾次地震均影響到本區。

1.2 地質環境特征

1.2.1 水文地質

礦體高于基準侵蝕面(標高為+147.70m)，區內無地表水體，地下水補給主要來源于大氣降水。礦區巖溶發育，主要沿層面溶蝕發育而成。地下水類型分為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。松散巖類孔隙水含水層厚度不超過10m，一般1～2m。碳酸鹽巖類裂隙巖溶水賦存于寒武系、奧陶系等地層巖組，富水性弱，其中深層裂隙巖溶水化學類型為HCO3-Ca·Mg型，pH值7.16～7.61，礦化度361.38～485.55mg /L。含水巖組風化帶厚度及裂隙發育不均勻，造成地下水無面狀分布規律，水位埋深不一，地下水運動方向與地形及巖層傾斜方向基本一致，流向為北北東(見圖2)。

圖2 礦區水文循環剖面(A-B)示意圖

1.2.2 工程地質

礦區巖層劃分為兩個工程地質巖組，第一巖組為第四系松散堆積層，由沖洪積層組成，巖性為灰黃—棕黃色亞粘土、含粘土粉砂，分布范圍及厚度均較?。坏诙r組為礦層(體)和礦體底板的堅硬半堅硬巖組。礦體底板為寒武系炒米店組豹皮狀灰巖，礦層為三山子組c段，巖性以淺灰色中、厚層細晶白云巖為主。斷層F1距離開采區較遠，對礦區安全開采影響較小。

1.2.3 環境地質

礦區多基巖裸露，植被相對稀疏多為松樹，礦山的開采對土地、植被產生一定的影響；采礦可產生局部地表變形，對地質地貌景觀會產生一定的破壞和影響；礦山排水不會引起大面積地面塌陷、沉降、開裂等現象；對地表水、地下水環境的影響小；本礦床礦石和廢石化學成分基本穩定，在開采過程中，將人為產生一定量的粉塵，對礦區附近居民生活產生影響有限。

2 礦山開發與地質災害

礦山開發對邊坡穩定性和巖體完整性有較大影響。炒米店組地層為礦層底板頂面，穩固性好，巖體不利結構面對礦山開采無影響；礦層巖體開采時，軟弱結構面由于抗風化能力相對較弱，在上部厚大巖體自重(人工荷載)作用下，底部較弱結構面將產生壓縮碎裂變形，從而導致上部巖體發生位移，在陡傾拉裂縫擴展與層面的組合切割下，單層巖體逐步向下蠕變，持續發展上部巖體重心外移，若遇強暴雨、地震將產生較大的水平力，受構造裂隙切割的巖體將產生崩塌、滑落。礦山開采產生廢石及棄渣隨意堆放，在暴雨等不利工況下會引發坡面泥石流等地質災害。

2.1 泥石流

礦區地表水的匯水面積約4km2，地表坡角15～25°，地表植被發育稀疏，基巖大面積裸露，地表碎屑(土、石)物源堆積體不發育，且地表匯水面積有限，不具備發生坡面泥石流的環境地質條件，但是局部地段坡面匯流源短流急，在大暴雨或特大暴雨的激發下，凹型坡內的采礦廢渣飽水后會形成泥石流沿溝道而下，威脅礦山的安全生產與正常運行。

2.2 崩塌

礦區內崩塌主要集中在兩處人工開采邊坡處，由于歷史原因開采石料，現已形成高陡邊坡，其邊坡特征詳見表1?，F以B2邊坡為例，進行邊坡穩定性分析預測(見圖3)，巖性為豹皮狀灰巖，屬節理裂隙崩塌類型。由圖3分析可知：邊坡結構為逆向坡，巖體L1組裂隙與坡面成小角度斜交，L2組裂隙與坡面成大角度斜交，裂隙與層面互相交叉切割，兩組節理裂隙的組合交線也以反傾坡內為主，因此邊坡整體穩定。但是L1組裂隙與層面的組合交線傾向于坡外，傾角較大且小于坡角，為不穩定結構面，巖體可能沿外傾結構面和組合面產生松動或發生掉塊，現場調查的刀砍狀凹巖腔就是這樣形成的。由于邊坡較高較陡，同時受節理裂隙L1與不利組合結構面的控制，在地表表部植被破壞及大氣降水沿節理、裂隙面的滲流影響作用下，上部危巖體有沿不利組合面向下發生傾倒、墜落的可能?，F場調查該地段邊坡裂隙間距較小(d =0.5～2.0m)，裂隙結構面組合較差，巖體被裂隙組合切割，在地震、暴雨等外力作用下該地段巖體將可能發生崩塌。

表1 人工采石邊坡工程地質條件現狀評價表

圖3 B2邊坡裂隙赤平投影圖

2.3 不穩定邊坡

礦區山體南坡坡度較陡，邊坡結構屬于逆向坡，山體表面多分布卸荷巖體和滾石；北坡坡度較緩，邊坡結構屬于順向坡，邊坡穩定性問題主要為臨空卸荷引起的變形破壞，通過對邊坡結構和構造巖體分級分為如下幾種失穩類型：滑移式、墜落式、傾倒式。其失穩變形破壞結構示意圖見圖4～圖6(圖4a巖體后緣有陡傾裂隙，圖4b巖體后緣無陡傾裂隙；圖5a巖體重心在支點外側，圖5b巖體重心在支點內側；圖6a后緣巖體抗拉強度控制，圖6b底部巖體抗拉強度控制)。因此，礦山開采時應避免地質災害的發生，針對不穩定邊坡及時進行必要的支護等處理措施。開采邊坡穩定性預測分析詳見表2。

圖4 滑移式危巖穩定性預測分析圖

圖5 墜落式危巖穩定性預測分析圖

圖6 傾到式危巖穩定性預測分析圖

表2 邊坡穩定性預測評價

3 地質災害綜合分析與防治

該礦山開發建設過程中邊坡整體穩定，局部穩定性較差，在地震、暴雨等外界條件的誘發作用下，仍存在產生邊坡失穩的可能，這也是礦山開采必須研究

的問題。此外，由于礦區地層軟弱結構面發育，開采時邊坡淺層滑坡發生可能性較大。礦山露天開采時將面臨的主要問題是采場局部崩塌，主要是由于礦山開采形成的直立邊坡，在不利結構面組合切割下致使巖體崩塌發生，危及邊坡底部的作業人員。礦山開采后隨著廢石土量增大，沿坡谷堆放容易引發坡面泥石流等災害。對此提出礦山建設地質災害防治措施如下：

(1) 在廢石堆周圍設置匹配的可排水擋墻、擋壩，以及適當斷面的截洪溝道及尾礦庫，以免廢石堆臨空界面活化發生地質災害和洪澇災害。

(2) 開挖礦體使圍巖應力重分布，巖體穩定性降低，應避免地質災害的發生，針對不穩定斜坡應進行必要的支護等處理措施。

(3) 在自然地形、地貌等不同破壞程度的區域采用植樹種草及生物籬、生物谷坊等生物工程，以達到盡快覆蓋、固定裸露土體，抑制泥石流發生的作用。

4 結語

礦山地質災害的發生大多是由于盲目無序的采礦方法造成的，在開采礦產資源的同時，要科學合理分析礦山地質環境特征，對地質災害的發生做出預測分析；在礦山的開采過程中加強監測與預警，積極的用科學的方法和手段來防止和避免礦山地質災害的發生，也只有真正做到合理科學的開采礦山資源；在遇到地質災害時才能夠積極穩妥的處理，才能實現礦業的可持續快速發展。

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Geological Environment Character and Prediction Analyses of Geological Disasters of One Reveal Mine

GOU Cong1, FAN Yao2, WEI Jun2, WANG Hong-bo2, OUYANG You-he2
(1. Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; 2. Shandong Building Materials Geological Exploration Center, Jinan 250100, China)

A series of mining-induced environmental problems threaten the lives and property of people, and seriously affect and constrain the development of economy. In view of this, the author for geological environment character and geological disasters prediction analysis can provide reference for our mine geological survey work and provide scientific basis for the government carry the case of protecting and treating mining geo-environment, and rational exploit mining resources, so the research is of great actual meaning and theory value.

reveal mine; mining geo-environment; geological disaster

TU142

A

1007-9386(2015)02-0059-04

2014-09-05