淺談露天采場地質環境影響因素及治理方法

陸堃

（銅陵有色設計研究院，安徽 銅陵 244000）

1 露天采場地質環境影響因素

露天開采形成的采坑、臺階和露天溝道的總和稱為露天采礦場。

以銅陵有色銅山礦前山露天采場為例，采場內產生的地質災害主要取決于開采面所形成邊坡的穩定性，而影響其邊坡穩定性的主要因素有：邊坡巖性、邊坡類型、節理裂隙發育程度、結構面特征、大氣降水及人類工程活動等。

1.1 邊坡巖性

組成邊坡的工程地質巖組為五通組(D3w)粉砂巖、石英砂巖，厚約120m。具角巖化，裂隙發育一極發育，多為閉合裂陳及寬小干1毫米的微細裂隙，裂面較平直，裂隙發育～極發育，裂面較平直，見方解石膜附著。含少量裂隙水。巖石屬較硬～堅硬巖，巖體完整程度屬較完整，巖體基本質量等級屬I～IV類。巖石工程力學性質較好。

局部邊坡可見角礫巖～碎裂巖及矽卡巖，呈條帶狀或透鏡體分布于斷層帶或接觸帶附近，其巖性較復雜，厚數米～數十米，其含水性及其不均一。節理裂隙較發育，巖石屬較硬～硬巖，巖體完整程度屬較完整～完整，巖體基本質量等級屬ⅲ類。巖石工程力學性質較好。

前山礦區位于銅山弧形構造的轉折處，姥山背斜的南翼，北山蓬向斜的北翼，礦區為單斜構造。礦區地層由志留系至三疊系組成，地層走向由近東西向轉為北北東向，傾角一般在20%～50%，其構成坡頂的部分巖石風化程度較為嚴重，巖石微張裂隙較為發育，從而導致邊坡巖體強度低、穩定性較差。

1.2 邊坡類型

露天采場的開采邊坡類型未見順向坡，地層傾向與邊坡坡向不一致，因此，邊坡的整體穩定性總體較好。

1.3 節理裂隙發育程度及結構面特征

巖體因早期人為活動導致其互相交叉切割，破壞了巖體的完整性，使巖石破碎，大大降低了巖體強度；同時，構造裂隙與卸荷裂隙多呈張開型、被泥質充填，遇水其強度迅速降低、故其巖體易發生崩塌破壞、楔形體破壞。因采石形成的過陡臨空面，與其傾向近視或斜交的裂隙面組合切割作用，致使邊坡巖體破碎，并沿坡面及裂隙面產生崩塌破壞而產生地質災害。

1.4 大氣降雨及地表水入滲

大氣降水入滲常是邊坡失穩的重要誘發因素。雨季大氣降水滲入將會在很大程度上軟化結構面、降低其物理力學強度，并與裂隙內產生靜水壓力及揚壓力、從而在一定程度上誘發邊坡的失穩破壞。加之石英砂巖的節理、裂隙較發育，花崗閃長斑巖的蝕變，因此，在暴雨條件下，受雨水入滲影響，邊坡負荷加劇，雨水對結構面的浸潤，加劇了邊坡的不穩定程度。

1.5 人類工程活動

礦山開采活動，局部形成了高、陡的臨空面，在重力的作用下，懸石易發生崩塌、落石地質災害；在雨水及重力作用下，則易產生崩塌地質災害。

2 邊坡穩定性分析

2.1 巖體結構及巖石風化

巖體中軟弱結構面的存在，降低了巖體的整體強度。工程實踐表明，巖質邊坡往往是因巖體中結構而組合切割而產生滑動，眾多結構面又常將巖體邊坡切割成碎裂～散體狀。巖石風化作用改變了巖石原有結構，削弱了巖石整體力學性能。

治理區邊坡表面巖層受強烈風化和高嶺土化作用，造成巖石強度降低，對邊坡穩定性影響較大。對結構面和巖石風化影響的考慮主要反映在滑坡模式和巖體力學參數的選取上。

2.2 重力

巖體重力是引起邊坡滑動的最基本因素，是構成下滑因素及抗滑因素的最重要的體積力。由于治理區形成了高陡邊坡，在重力作用下，易沿臨空面發生崩塌或滑坡，對于重力作用，在穩定性分析中主要反映在對不同巖體的容重取值上。

2.3 地下水作用

礦山地下水主要來源于大氣降水，采坑地下水側向補給量較小。根據現場水文地質調查，露天采坑內無積水。綜上所述，本次邊坡穩定性分析不考慮穩定地下水滲流影響。

2.4 動力影響

地震作用力是邊坡上常見的主要動荷載之一，它是作用于邊坡巖土體中得一一種巨大的動應力，是影響邊坡穩定性的重要因素.根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)，項目區地震動反應譜特征周期為03s，地震動峰值加速度為0.05g，地震烈度為VI度區，地震力荷載可采用擬靜力法進行計算。

2.5 計算參數

根據現場地質調查，礦區西北側邊坡巖體主要為砂卡巖，本次分析將治理區巖土體大致分為中風化巖體、強風化巖體和坡積土三類，根據礦山巖石力學參數表(表2-1)，采用經驗折減法對巖石內摩擦角和凝聚力進行折減，得到本次計算的巖土體力學參數，見表2-1.

表2 -1 邊坡穩定性計算參數一覽表

2.6 計算結果及評述

根據現場條件，本次分析在露天采場西北側選取了一個具有代表性的剖面進行計算。

考慮自重+地下水(工況1)和自重+地下水+地震(工況2)兩種工況，通過計算可知工況1條件下邊坡的安全系數為1.113,處于欠穩定狀態；但是由于坡體規模較小，受水的影響相對較大，暴雨狀態下穩定性將迅速下降，工況2條件下，穩定性系數為1.06，將處于欠穩定～變形狀態。因而，推斷坡體在目前狀態下處于暫時穩定狀態，但由于安全儲備不足，遇暴雨、地震動等突發因素可能會產生下滑。

綜上所述，治理區地質環境存在諸多不穩定因素，易發生崩塌滑坡等地質災害，建議采取清坡、削坡、修建臺階，加固防護措施進行穩定性提高。

3 露天采場地質環境治理方法

根據上述影響露天采場邊坡穩定性的主要因素后，本著“消除或最大限度減少視覺污染和地質災害隱患”的基礎上，遵循“合理利用、技術可行與經濟合理”的原則，對露天采場不穩定邊坡進行清坡卸載，使之與周邊地形自然銜接，并達到安全和綠化的要求，盡量減少對采場內現有植被及已自然恢復的植被的破壞，邊坡平臺通過植樹進行綠化，對露采場宕底進行平整后恢復為林地，完善地表排水系統等相結合方法，改善生態環境，消除地質災害隱患，開發利用土地資源。

（1）邊坡卸載與坡面清理工程。該方法通常是邊坡治理設計首先考慮的措施之一，當崩塌，滑坡體處于頭重腳輕的狀況下，采取在崩塌、滑坡體上部減重或腳部加填的方法，使崩塌、滑坡體的外形得以改變，重心得以降低，可以使崩塌、滑坡體的穩定性得到根本的改善。

（2）排除地表水法。崩塌、滑坡的產生和發展與地表水的危害有著密切關系，因此，設置排水系統排除地表水對防治滑坡有很好的效果，對治理一些小型的崩塌、滑坡效果尤為顯著。常用的地表排水方法，是在崩塌、滑坡可能發展的邊界以外，設置一條或數條環形截水溝，將大氣降雨排出區外，降低或減少因強降雨引發的崩塌、滑坡地質災害。

為了防止水流的下滲，在滑坡體上也應充分利用自然溝谷，布置成樹枝狀排水系統，使水流得以匯集旁引。在地表排水的同時，對滑坡體及周邊的地裂縫應用粘土填充壓實。

（3）支檔對于防治山體滑坡往往十分有效，一般常用的支擋措施包括抗滑樁、錨桿、預應力錨索、擋墻等，特別是錨桿在合理的坡率及巖(土)條件下，加固效果十分明顯，但費用高。

（4）采坑北側和南側的排土場，可將排土場堆積的土石方開挖回填至露天采坑，使露天采場與排土場同時得到了治理，一舉兩得，事半功倍。

考慮到山體地形和已產生的切坡特點，銅山前山露天采場治理采用的主要工程手段有∶清理危巖、局部削坡卸載工程、場地平整、砌筑截排水溝、復墾為林地、植樹綠化等，對被采礦活動破壞的露天采場地質環境進行了恢復性的治理。