贛南原地浸礦礦山滑坡特征及其成因分析

張 濤 ，宋 勇

（1.江西省地質災害應急中心，江西 南昌 330025；2. 江西省核工業地質局二六四大隊，江西 贛州 341000）

1 原地浸礦

原地浸礦通過分布于礦床地表的淺井網系注入浸礦液將礦體中的礦產浸出并回收，是目前作為該類離子型礦開采唯一被應用的新工藝。其優點是無需開挖，無工業固體廢渣排放，但經過多年的開采實踐，發現原地浸礦工藝會引發滑坡、造成水土污染等一系列的地質環境問題[1]。

2 礦區地質環境背景

歷年平均氣溫19.5℃，年平均降雨量1557.13mm。水系發育。低山丘陵地貌，地形切割較為強烈，溝谷縱橫發育，地形坡度20～40°，相對高差50～200 m。

巖性以花崗巖為主，混合巖、花崗斑巖次之，地層主要為第四系沖洪積層，分布于溝谷及山間低洼處。區內巖漿活動頻繁，是該類離子型礦床形成的地質條件之一。

區內構造變形強烈，褶皺斷裂發育，以東西向、北北東向為主。地震烈度為Ⅵ度，地震動加速度為0.05 g。

地下水類型主要為巖漿巖風化帶網狀裂隙水，水量貧乏。水文地質條件簡單。

區內殘積層粘聚力小于40 kPa，強度低、穩定性較差；花崗巖全風化層厚度約3.0～26.0 m，呈松散砂土狀，粘聚力7.9～17.5 kPa。工程地質條件中等。

3 滑坡基本特征

（1）數量多、規模小、頻率高。共890處滑坡，其中719處發生于原地浸礦期間，占總數的80.8%；滑坡規模以小型為主，且體積小于1000 m3以下的滑坡占總數的88.9%；每個礦區內都發生了不同程度的滑坡，其災害點密度達44.4～52.9處/km2，其中2006～2010年，因開采力度加大，滑坡發生頻率明顯增加，次數達110次/年（圖1）。

（2）滑體以殘坡積層和花崗巖全風化層為主。殘積層和花崗巖全風化層的物質組成以含礫粉質粘土為主，結構松散，透水性強，遇水易軟化崩解，強度和穩定性較差，在雨水沖刷作用下易失穩。

（3）滑坡主要分布于凹地形處。滑坡多數發生在凹地形處，這種地形具有坡面兩邊高、中間低的特點，有利于浸礦液的匯集，但坡體匯集的大量浸礦液直接導致了山坡巖土體沿軟弱面產生滑動。

（4）滑坡平面形態以舌形、矩形為主，剖面形態以凹形為主。滑坡長度約5～90 m，寬度約4～50 m，其平面形態呈舌形的滑坡數量占總數的40.79%，呈矩形的滑坡數量占總數的32.13%，其余為半圓形或不規則形。剖面形態呈凹形的滑坡497處，占滑坡總數的55.84%。

（5）滑坡與地形坡度不具正相關性。滑坡原始地形坡角小于20°的僅占0.67%，20°～35°的占94.04%，大于35°的占5.28%，原地浸礦誘發的滑坡，其原始地形坡角不大，滑坡與地形坡角不具正相關性。

（6）滑坡易發于浸礦注液5～20 d期間，與雨季具一定的同期性（圖2）。原地浸礦注液5～20 d對土體參數的影響最明顯。浸礦液與礦體進行離子交換反應需要3～5 d時間，礦體內部開始劇烈反應，抗剪強度持續降低，黏聚力急劇下降，內摩擦角呈增大趨勢。原地浸礦注液15～20 d后，離子交換反應完全，浸礦后的礦層土體強度穩定，因此注液5-20 d時段內屬相對危險期，應注意控制注液量，保持收液管道的通暢。在持續降雨和暴雨條件下，雨水在短時間內集中滲入坡體內部，使巖土體含水量陡增、坡體自重增加、孔隙水壓力增大，從而加劇滑坡的發生。

圖2 滑坡發生時間統計圖

（7）滑坡主要發生在自然斜坡的中上部，滑速快，以推移式為主。原地浸礦注液井一般布設在山頂周圍，即斜坡的上部區域，其上伏較厚的風化殘積層，邊坡中上部浸礦飽和易松散，導致斜坡坡體下滑。就力學成因看，推移式滑坡占總數一半以上。由于在浸礦過程中，坡體上下部分穩定系數不同造成的，上部注液飽和后自重增加，滑動擠壓下部產生變形且滑動速度較快。

4 滑坡成因分析

原地浸礦滑坡有兩種類型：表層滑坡和礦層滑坡。

（1）表層滑坡成因分析

表層滑坡發育過程可分為滑動面、劇烈滑動兩個階段。

由于表層土壤及影響層，與其下伏風化層之間存在著明顯的滲透差異性，土體的滲透系數值相差幾十至上百倍，當注液時液面控制不當或降雨因素疊加影響，使溶浸液與表土發生明顯的激烈化學反應。

產生大量的氣泡，并使表土不斷遭到侵蝕、剝落后的細微粘土顆粒進入注液井的液柱中，一方面使溶浸液變得渾濁，一方面隨溶液向全風化礦層滲進而進入全風化礦層的微細裂縫中產生堵塞，礦浸液不能順利下滲進入礦層而在表土層不斷積聚，形成滑動面。

隨著含水量增大，滑動面會逐漸變厚，膠結顆粒間的距離逐漸變大，接觸面的土顆粒間的聯結強度、土顆粒之間的摩擦力也隨之降低，當下滑力大于結構力中的摩擦力時，表層土就會沿著滑動面迅速下滑，形成表層滑坡。

（2）礦層滑坡成因分析

礦層滑坡具有典型土質滑坡的一般特征，其形成發育過程可劃分為臨滑、蠕滑變形、劇烈滑動三個階段，臨滑階段外觀上一般無明顯變化，蠕滑變形階段坡體后緣一般會出現拉張裂縫或前緣出現鼓脹、側翼往往會出現剪切裂縫，劇烈滑動階段后緣錯動明顯，坡體變緩，達到新的平衡后停止。

礦層滑坡的形成，主要是由于隨著浸礦液的不斷注入，改變了坡體的流場與化學場。一是浸礦液與礦層發生離子交換作用、滲透分散作用，引起土體結構的變化，滲透性變好、粘聚力降低，二是隨著浸礦液的注入，坡體的滲流場發生變化，浸潤面不斷擴展與抬升，飽和區不斷增大、非飽和區不斷縮小，致使土體自重增大，動水壓力變大；從而使坡體失穩發生滑坡。

5 結論

滑坡災害是該類離子型礦產利用原地浸礦工藝開采時的主要地質環境問題，其數量多、發生頻率高，對礦山地質環境影響嚴重，因此，通過詳細的野外調查，掌握滑坡的基本特征、時間與空間分布規律等，并結合所處的區域地質環境背景，進行原地浸礦滑坡成因分析，能夠為該類離子型礦原地浸礦誘發滑坡的防治提供科學依據。