關于廢棄露天礦山邊坡地質災害治理方案研究

陶 蓉

（運城職業技術大學，山西 運城 044100）

礦山露天邊坡山體發生自然地質災害主要原因是由于人類在從事工礦業中的生產經營活動所自然造成的一種突發性的地質自然災害,常見的就是礦山邊坡山體發生自然地質災害，主要形成類型包括有露天邊坡礦或山體發生滑坡、崩塌和礦山邊坡泥石流等,據國家相關礦業歷史事件資料庫的統計數據顯示,我國每年因礦山或者露天邊坡礦山發生自然地質災害等所造成的直接性或社會性的經濟損失就高達數百億元。近年來,大量新建露天采石礦山，特別是小型露天采石場,或由于礦山開采周期結束被關閉,或由于礦山開采不規范被依法責令關閉[1]。而由于礦山前期準備施工安全生產、經營管理活動、后期施工遺留下的一些屬于露天式非法開采的礦坑,不僅嚴重破壞了當地礦的自然地質環境,而且往往同時間還存在高聳的陡坡和高山邊坡等等各種地質環境災害性的安全隱患,對整個采礦山及其工礦周邊崗位工作人員的一切人身和生命財產安全往往造成了一種嚴重的威脅，是目前我國礦山邊坡礦區地質災害治理技術工程設計中普遍存在的重大難題之一。

1 廢棄露天礦山邊坡地質災害治理存在的問題

露天廢棄的礦山,有些煤礦老坡面均為一面坡,各開采治理水平面位置可能所采用的條帶道路寬度大小不等,同一治理水平也可能存在各個治理位置條帶寬度大小不一的道路情況,因此各地的開采治理水平面均無法合理布置可供運輸用的道路進行治理開拓。在安全治理礦山過程中極易發生重大物體嚴重打擊、高處山體墜落、邊坡山體坍塌等重大安全事故。因此,在道路治理工作過程中會容易受到各種地形的自然限制或外力影響,造成治理作業場地平臺面積過小、工作場地邊坡處的坡度偏大、運輸中的道路管線布置及設施建設困難等特殊情況,治理工作過程中企業應及時實施相應的安全防護措施來彌補以上不安全影響因素。同時建設項目管理應嚴格按照"采剝并舉、剝離先行"及按照分層治理實施方案和資源開采工程設計方案要求的自上而下有序開采的管理原則有序進行分層治理有序開采,邊坡線在臺階高度、平臺邊坡寬度、臺階最高坡度平面角、最終臺階坡度平面角等各項技術參數上均可因地制宜,合理安排確定各項開采技術參數。

2 廢棄露天礦山發生邊坡現象的影響因素

2.1 廢棄露天礦山"結構體與結構面"因素

露天礦邊坡上的巖石主要為變質沉積巖、花崗巖等,沉積巖中一般具備較多的變質斷層裂隙斷裂帶及軟弱邊坡巖層,而軟弱邊坡巖層由于內部具備較多的粘土質,因此其巖層結構和表面比較軟弱。當邊坡遇到大量雨水時,可能會出現雨水軟化流變現象,產生不可塑性流變狀態,具備顯著的雨水流變侵蝕特性?；◢弾r中儲量規模較大的巖層裂隙也是軟弱面之一,這些軟弱巖層結構面裂隙可與露天邊坡巖石結構的表面裂隙進行直接組合,進而直接形成不同破壞程度的露天邊坡巖石破壞面。通過以上數據分析結果可知,軟弱邊坡結構在大面積所出現的水流變性的特性,是煤礦露天開采造成邊坡結構破壞、滑坡現象產生的一個根本原因。

2.2 廢棄露天礦山"巖性"因素

通常這種地形情況下,巖石的相對密度縱向波和橫波波速一般較大、容重,其在流體力學中的運動強度一般較高,則對維持巖石整體邊坡和表面的穩定越有利;但是剛好相反的,若由于這些巖石本身可能具備較強的有機化學物質吸水性及好的化學可溶性,則相對濕度一般比較大,缺乏好的化學抗凍性,且由于巖石邊坡可能本身會對其產生較強的軟化性,則對維持巖石整體邊坡和表面的穩定就比較有利，也可能會對其造成嚴重的不良影響。礦物不同,其所自身沒有具備的天然吸水性和強度也不相同[2]。比如說具有生長巖和石英等不同類型的天然礦物,其自有可以通過天然礦物學和風化學的過程直接進行天然礦物質的分解,生成次生石和生長粘土石等不同類型的天然礦物,從而也就大大降低了其天然礦物性和吸水性的強度,極易導致滑坡,而且由這種蒙脫石礦物組成的次生礦物由于自身具備較強的天然礦物性和吸水性,因此其自身礦物質的透水性比較差,同樣也就會有可能直接引發滑坡的現象。

2.3 廢棄露天礦山"氣象"因素

水是直接影響礦區邊坡地質穩定性的重要影響因素。據目前我國相關礦物科學技術資料分析數據統計,露天礦滑坡現象的產生大多在我國全年雨水多的季節,這主要部分是因為邊坡上的變質巖層中通常都會存在一些數量相對較多的大型變質粘性巖和變質土巖,這些粘性土巖遭到大量濕潤雨水的嚴重侵蝕后常常會逐漸出現一膨脹的狀態,在很大程度上也會降低露天礦物活動強度,同時由于大地重力場的作用,邊坡極易出現自由滑動,對部分邊坡地層巖體結構產生較大的重力影響，可能會促使其內部出現動壓,最終可能引發邊坡巖體崩潰，導致巖體滑坡。在這些氣象影響因素中,降雨強度影響等因素往往能夠直接影響到礦山內部邊坡地質形變嚴重程度。

2.4 廢棄露天礦山"構造應力"因素

露天礦床和邊坡上的巖體本身不僅要分別承受自重運動應力,同時還要分別承受不同地質巖體構造所運動產生的巖體震動侵蝕應力、水流動應力及巖體殘余物質應力等。由利用露天礦床在邊坡上的巖體深度自重運動產生的平均鉛直水平應力,其巖體重量與利用相同巖體面積覆蓋的巖層所自重產生的巖體重量相一致,平均水平鉛直應力通常隨著巖體深度的不斷變化而發生變化,當巖體深度不斷變化增加時,平均水平鉛直應力也不斷隨之增加,甚至我們可以得到大于平均鉛直水平應力的量值[3]。構造中的應力對局部露天礦巖體邊坡上的巖體裂縫產生一定的應力推動抑制作用,使其不斷向局部采空區發生變形,從而不斷擴大既有的巖體裂縫,同時它還可以不斷產生新的巖體裂縫,使局部露天礦巖體邊坡上的巖體應力強度不斷得到降低,影響局部露天礦巖體邊坡的地質穩定性,容易造成巖體滑坡。

3 廢棄露天礦山以及邊坡礦區地質災害綜合治理實施方案

3.1 自然坡率法

自然坡率法無需對同時處于邊坡的結構自身整體進行任何坡度加固或者優化調整處理,使得整個邊坡整體能夠同時擁有較好的邊坡性和穩定度,這種有效率的治理邊坡法的方法又被專家稱之為自然坡率有效治理的方法即自然坡率法。采用此種新型邊坡地質環境災害綜合治理相關技術解決方法,具有較為明顯的技術實用性和經濟性,同時相對應的施工處理過程也較為方便,如果目前情況是正在繼續施工中或者具體條件上允許,則我們認為應當盡可能多地考慮采用此種邊坡地質環境災害綜合治理相關技術解決方法。坡率的定值取法應當根據以往的設計實踐經驗,依據不同工程設計采用類比的坡率設計定值方法。但是有些邊坡在根據實際應用進行滑坡率和確定數值的計算處理過程中,需要同時運用采取邊坡率的穩定性和數值計算分析的計算處理方法等技術來對其加以精確確定計算。例如,具有內向外傾軟質巖結構的地面層的一些山體邊坡、土質相對軟的一些邊坡、在山體坡頂的位置可能存在相對大的重力載荷的一些邊坡等。

3.2 擋土墻治理技術

在邊坡地質災害專用邊坡基層治理的基礎工作進行過程中,針對巖土墻邊坡基層一些松散的由地質巖石和復雜地質土方等不同方面構成的滑體,即可有效率地利用邊坡擋土墻專用邊坡基層治理技術系統該項技術對其滑體進行基層邊坡硬化處理。同時,在綜合治理的技術實施工作過程中,為了達到擋土墻綜合治理結構技術實施治理的一定技術效果,需將不同類型擋土墻治理技術實施設置在不同邊坡中部或者邊緣,將懸臂式、重力式等邊坡結構治理技術進行互相輔助結合,進而可以達到邊坡綜合治理的主要目的。

3.3 設立一個良好的礦山廢棄風險評估管理系統

由于露天廢棄礦山仍然存在著很多風險,所以我們認為有必要通過研究建立一個良好的大型露天廢棄礦山風險評估機制管理信息系統,對大型露天廢棄礦山未來可能存在的各種主要治理風險影響因素對其進行一個詳細準確的治理風險評估,同時對于一些治理風險系數不同的露天廢棄礦山也就同樣需要及時通過采取不同的正確治理措施方式對其風險進行風險評估治理。

3.4 引進先進的防護措施

隨著我國科學治理技術的不斷發展,許多發達國家在用于治理露天廢棄地質礦山上都已經有了自己獨特的治理技術,可以將一些好的治理技術引進我國,再加上當前我國治理露天廢棄地質礦山的治理方式,對我國露天治理廢棄地質礦山情況進行一個全面的治理,從而實現不僅在技術上有效治理,更能在治理環境上有效治理廢棄礦山的這一目的,推動我國治理廢棄礦山的發展速度,同時為促進我國企業研發和推出更好的用于治理露天廢棄地質礦山的治理技術方法提供許多可廣泛借鑒的技術依據。

4 結語

在人類社會繼續向前進步發展的同時,也必須要更加注重對于露天廢棄礦山的綜合治理和安全問題的防護,從而努力實現國家經濟與環保一起向前發展的遠大目標,為我們的后代子孫創造一個更好的生活以及工作環境,同時對于露天廢棄礦山的綜合治理也大大減小了這些廢棄天然礦山對人們身體的直接危害,降低了其安全風險系數,為國家生態文明發展建設提供了良好的經濟基礎。