露天礦山崩塌地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)理及防治措施

（河北道然地質(zhì)勘查有限公司，河北 石家莊 050000）

對(duì)于露天開采的礦山，崩塌地質(zhì)災(zāi)害是極為普遍的類型之一，尤其是現(xiàn)階段，許多露天礦山未按開發(fā)利用方案設(shè)計(jì)臺(tái)階開采，造成高而陡的開采掌子面，存在崩塌隱患。因此，露天礦山的崩塌防治尤為重要。崩塌防治時(shí)，首先是要掌握崩塌出現(xiàn)的原因以及演化規(guī)律，從而找到關(guān)鍵點(diǎn)，并充分按照防治目的以及礦山的現(xiàn)實(shí)情況，采取一切有效的防治崩塌的措施。本文主要針對(duì)各種結(jié)構(gòu)類型（或結(jié)構(gòu)面與邊坡的關(guān)系）下對(duì)崩塌進(jìn)行分類，后對(duì)邊坡穩(wěn)定性及崩塌的形成機(jī)理進(jìn)行分析，并提出幾種常用的防治措施。

礦山崩塌地質(zhì)災(zāi)害形成的一般機(jī)理為，露天開采時(shí)，礦山未按設(shè)計(jì)開采，導(dǎo)致高陡巖質(zhì)邊坡。當(dāng)其處于卸荷作用時(shí)，其應(yīng)力會(huì)進(jìn)行重新分布，然后在邊坡卸荷區(qū)出現(xiàn)相應(yīng)的張拉張裂縫，同時(shí)和其它裂隙以及結(jié)構(gòu)面相結(jié)合，并且逐漸貫通最終導(dǎo)致危巖體。這些危巖體當(dāng)受到邊坡開挖、雨水侵蝕等一些外力因素的影響下，危巖體會(huì)忽然與母體脫離，然后翻滾和墜落。本次按結(jié)構(gòu)類型（或結(jié)構(gòu)面與邊坡的關(guān)系）分為逆向巖層（內(nèi)傾關(guān)系）和順向巖層（外傾關(guān)系），并在此基礎(chǔ)上對(duì)邊坡穩(wěn)定性及崩塌的形成機(jī)理進(jìn)行分析。

1 不同結(jié)構(gòu)類型的邊坡穩(wěn)定性及崩塌的形成機(jī)理

1.1 逆向巖層（錯(cuò)裂崩塌）

巖體結(jié)構(gòu)面與露天采場邊坡為內(nèi)傾關(guān)系，屬逆向巖層（表1，內(nèi)傾），此類邊坡一般較穩(wěn)定，發(fā)生滑動(dòng)、崩落的可能性較小。但當(dāng)處于邊坡開挖卸荷的影響下，卸荷裂隙就可能會(huì)隨著構(gòu)造裂隙而逐漸發(fā)展和延伸，當(dāng)危巖體受到外在的壓應(yīng)力作用下時(shí)，其垂向裂隙面就會(huì)發(fā)生貫通后從而導(dǎo)致崩落。崩塌區(qū)會(huì)從內(nèi)邊坡的中下部逐漸向上和向后發(fā)生擴(kuò)展[1]（表1，內(nèi)傾，錯(cuò)裂崩塌）。

圖1 不同結(jié)構(gòu)類型（或結(jié)構(gòu)面與邊坡的關(guān)系）的邊坡穩(wěn)定性及崩塌的形成機(jī)理

1.2 順向巖層（滑落崩塌、錯(cuò)裂崩塌、傾倒崩塌）

當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)面（β）與露天采場邊坡（α）為外傾且β＜α?xí)r，屬順向巖層（表1，外傾，赤平投影圖1），特殊時(shí)巖體結(jié)構(gòu)面近似水平，稱之水平巖層（表1，外傾，赤平投影圖2）。此類邊坡不穩(wěn)定，易發(fā)生滑動(dòng)、崩落。

（1）當(dāng)邊坡開挖時(shí)，或者雨水下滲時(shí)，由于受到了外部的卸荷作用，卸荷裂隙一般會(huì)沿著層面垂直的方向逐漸延伸構(gòu)造裂隙，而危巖體則會(huì)在相應(yīng)的巖層面出現(xiàn)滑落，進(jìn)而發(fā)生崩塌。崩塌區(qū)會(huì)從內(nèi)邊坡坡肩前緣逐漸擴(kuò)展至后方（表1，外傾，滑落崩塌），直到邊坡最后趨于穩(wěn)定。

（2）當(dāng)處于邊坡卸荷影響下，裂隙一般都會(huì)沿著構(gòu)造裂隙而慢慢延伸。對(duì)于危巖體而言，由于受到壓應(yīng)力的影響，層面垂向裂隙一旦發(fā)生貫通，其危巖體的底部就會(huì)出現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象，從而導(dǎo)致崩落災(zāi)害。崩塌區(qū)會(huì)從邊坡坡肩前緣逐漸朝著后方擴(kuò)展（表1，外傾，錯(cuò)裂崩塌）。一旦危巖底部中包含了一些軟弱或者破碎的夾層，就會(huì)發(fā)生蠕變現(xiàn)象以及超前風(fēng)化問題，同時(shí)危巖底的剪切帶發(fā)育優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面或裂隙面，都可能會(huì)加速剪切破壞的影響。一些底部軟弱的巖層還可能會(huì)因?yàn)槌帮L(fēng)化而出現(xiàn)懸挑式危巖體。

（3）如果危巖底部不易被剪切破壞，危巖體在垂向裂隙中降水水壓，或充填物的水平推力作用下，卸荷裂隙向深部發(fā)展的同時(shí)，危巖體逐步向外傾斜，在邊坡開挖等外力作用下產(chǎn)生傾倒崩塌（圖1，外傾，傾倒崩塌）。

2 礦山崩塌地質(zhì)災(zāi)害的防治措施

針對(duì)崩塌防治，其主要理論依據(jù)在于對(duì)已經(jīng)形成的危巖體進(jìn)行加固或者及時(shí)清理，避免危巖體發(fā)生脫落現(xiàn)象，同時(shí)也要使卸荷裂隙的擴(kuò)張速度得到減緩、裂隙區(qū)向外擴(kuò)展的趨勢得到抑制，從而保證邊坡能有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。以下主要是幾種常用的有效防治措施。

2.1 分臺(tái)階切坡

常用于未按設(shè)計(jì)開采的臨空高差較大的現(xiàn)有邊坡，應(yīng)依據(jù)礦山開采設(shè)計(jì)要求的階段高度、臺(tái)階坡面角及平臺(tái)寬度等參數(shù)，進(jìn)行切坡、劃分臺(tái)階。未來礦山開采時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照開采設(shè)計(jì)的臺(tái)階開采，確保邊坡安全[2]。

2.2 清理危巖體

對(duì)于構(gòu)造裂隙較少、巖石質(zhì)量較好的邊坡，可采用人工或機(jī)械對(duì)破碎、松動(dòng)的危巖體進(jìn)行清理，在進(jìn)行清理時(shí)應(yīng)該遵循“一看二敲三撬”的原則和流程，通過自上而下以及分區(qū)跳段的形式來開展，每段施工長度盡量能夠控制在15m左右，嚴(yán)禁采用自下而上的方式開挖。在對(duì)坡面進(jìn)行清理時(shí)，不能夠存在較大幅度的凸起以及凹陷現(xiàn)象，特別是對(duì)危巖體坡面進(jìn)行清理時(shí)，要確保通過周圍實(shí)現(xiàn)平順連接。對(duì)于坡面破碎或者松動(dòng)的巖體，則應(yīng)該通過人工或者機(jī)械來進(jìn)行撬挖。清理出來的浮石需要及時(shí)清運(yùn)除去，不用堆放在邊坡頂部。

2.3 邊坡加固

在裂隙較為密集的卸荷裂隙區(qū)和危巖區(qū)，或者無法滿足分臺(tái)階切坡的條件時(shí)，在清除部分危巖體的基礎(chǔ)上，保持坡面清潔，通過錨件加掛網(wǎng)的方式來對(duì)危巖體進(jìn)行噴護(hù)錨固，從而減緩或抑制卸荷裂隙的產(chǎn)生與擴(kuò)展，也能使已形成的危巖體得到加固。在進(jìn)行設(shè)計(jì)加固的過程中，需要把卸荷裂隙擴(kuò)展的牽引帶來當(dāng)作重點(diǎn)加固區(qū)來布置錨固工程（圖2）。鐵絲網(wǎng)固定時(shí)應(yīng)注意伸出坡頂至少50cm，坡腳埋設(shè)不少于20cm。

圖2 錨桿加固示意圖

2.4 截排水

在礦山邊坡上方設(shè)置截、排水溝，防止地表水沖蝕坡面。此方法僅作為其它防止措施的輔助項(xiàng)。

2.5 監(jiān)測

在生產(chǎn)過程中，礦山應(yīng)安排專人針對(duì)邊坡進(jìn)行巡查，著重對(duì)結(jié)構(gòu)面較發(fā)育或風(fēng)化較嚴(yán)重的地段巡查，并拍照、記錄。監(jiān)測頻率在雨季及發(fā)生巖移形變的時(shí)候進(jìn)行適當(dāng)加密，宜數(shù)小時(shí)一次或每天一次直至連續(xù)跟蹤監(jiān)測。當(dāng)發(fā)現(xiàn)巖移傾向時(shí)要及時(shí)上報(bào)，并及時(shí)采取危巖清除或加固措施，保證生產(chǎn)安全。此方法為必要措施，崩塌地質(zhì)災(zāi)害重在預(yù)防，監(jiān)測更是重中之重。

2.6 隔離

在對(duì)處于偏遠(yuǎn)山區(qū)的閉坑或者長期廢棄的礦山進(jìn)行治理時(shí)，由于它們一般都沒有嚴(yán)格根據(jù)科學(xué)的開發(fā)利用方案來加以設(shè)計(jì)和開采，使得閉坑之后出現(xiàn)高陡邊坡。如果采取邊坡加固，產(chǎn)生的花費(fèi)較高，對(duì)于中小型企業(yè)以及政府而言是較大的負(fù)擔(dān)，但如果按照分臺(tái)階切坡進(jìn)行加固，更是會(huì)導(dǎo)致土地資源的巨大浪費(fèi)。所以，對(duì)于這類邊坡而言，可以通過修筑隔離網(wǎng)的方式來實(shí)現(xiàn)邊坡影響區(qū)的全封閉效果，阻斷人畜的進(jìn)入，使其能夠得到自然穩(wěn)定。雖然這種方法無法根本避免崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，但能在較大程度上減少人民的生命財(cái)產(chǎn)的損失[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，本文按結(jié)構(gòu)類型（或結(jié)構(gòu)面與邊坡的關(guān)系）將邊坡崩塌分為逆向巖層和順向巖層，并結(jié)合赤平投影圖對(duì)邊坡穩(wěn)定性及崩塌的形成機(jī)理進(jìn)行分析，一般的，逆向巖層更多的是發(fā)生錯(cuò)裂崩塌問題，順向巖層則更多發(fā)生滑落、傾倒以及錯(cuò)裂等類型的崩塌。在對(duì)邊坡崩塌進(jìn)行防治時(shí)，提出了6種方法，選擇實(shí)施時(shí)，應(yīng)在充分現(xiàn)場調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，分析崩塌的形成機(jī)理和擴(kuò)展規(guī)律，再結(jié)合具體防治目的和礦山實(shí)際情況，設(shè)計(jì)行之有效的防治措施。