露天礦地質災害發生的主控因素及發育規律分析

張 博

（山西省第一水文地質工程地質隊，山西 太原 030024）

近幾年來，地質災害頻繁發生，突發性重大災害造成重大傷亡和經濟損失。為了減少露天礦地質災害的發生，以武鄉縣為例，統計分析了該地區地質災害的主要控制因素、發展規律、發展趨勢及可能造成的危害。對前人防災規劃的效果進行了科學的評價與預測，提出了相應的防災對策與建議，為區域經濟的可持續發展和地方政府防災減災提供了參考依據。

1 概況

此次研究主要以武鄉縣為例，對地質災害發生的主控因素與發育規律分析。當前，地下礦產資源的開采力度越來越大，一些大規模的公路建設等也越來越多，并且周圍的地質環境條件也非常的復雜，這些因素的共同作用下，導致了大量的地質災害。地質災害嚴重威脅著城市居民的生命財產安全，對其主要控制因素及發展規律的研究具有重要意義。根據城市地質環境條件，對露天礦地質災害主要影響因素及發展規律進行了詳細分析。

2 露天礦地質災害發生的主控因素

2.1 氣象及河流

地勢復雜，加上地理上的相對高差及許多自然因素，造成不同海拔高度的溫度差異。

2.2 地形與地貌

武鄉縣橫跨太行山和太岳山，從東北到西南蜿蜒，從西北到西南太岳山。地上是馬鞍形的，東西各一，中間低一點。城市東部大部分地區海拔均在1400m以上，最高處為2008年的高度。西部海拔約1300m，最高處為金山，海拔1809m[1]。南北向的山脈大多位于海拔1000m至1300m之間。武鄉縣按形態和成因類型可分為五個主要區域。中山區人口密度較高，面積415.12平方公里，占全區總面積的25.69%。低丘緩坡地面積301.67平方公里，占總面積的18.67%；黃土丘陵面積819.75平方公里，占總面積的50.73%；坡地面積79.18平方公里，占總面積的4.9%。該區域的面積是1.83%，梯田面積是29.62平方公里。

2.3 地層巖性與構造

該區域中石炭世的紅水鎮莫奎鄉、上三疊統西部為二疊統上三疊統碎屑巖層。新生代松散層覆蓋廣泛，基巖分布于深谷盆地和山地盆地。太行山與太岳山之間的武鄉縣，位于沁水坡面，地質結構復雜。位于武鄉縣鳳洲鎮西部，沁水向斜中軸線。軸傾角10°～25°，機翼傾斜。沿主構造線方向形成一組5°～10°傾角之間的波形擠壓褶皺，從縣城西北部到二郎塘，正斷層間分布著斷層，形成護城河或屏障。

2.4 人類活動

而武鄉縣的人類活動主要有住房建設、公路建設和煤礦建設，是武鄉縣發生地質災害的主要原因。

2.5 邊坡不穩定性

（1）破壞邊坡時不連續面的作用，巖石結構面的傾角不同，其穩定性也有很大差異，尤其當結構面傾角在30°～70°左右時，更容易發生滑坡。

（2）因邊坡為幾何形狀，應力分布具有連續性。在邊坡底部或下部軟弱層頂部，當軟弱結構面被破壞時，原邊坡的應力平衡將失去，從而產生滑坡。

（3）巖土力學性質的改變導致了坡面強度的改變，風的侵蝕降低了坡面的強度，穩定性和變形破壞，隨風化程度加深，邊坡穩定性變差，邊坡穩定角度減小。

（4）相關區域的構造應力、地震與地下水壓力等的因素都會對邊坡施加荷載，這就導致其承載力增大。露天煤礦滑坡是一種重力等外力作用下沿軟面滑移的地質現象，隨著露天礦開挖及深部分布的改變，巖體內部應力場不斷調整，坡應力集中。

3 地質災害發育規律

3.1 地質災害空間發育規律

武鄉縣地質災害嚴格受地質環境主控因子控制，其發展規律具有明顯的空間規律性[2]，詳情如下。公路沿線呈條帶分布，因武鄉縣公路開發以河岸和一級梯田為主，采煤工作面主要集中在卓張河北源及其一級支流盤洪河、聶河的坡面，形成了高陡坡工作面。武鄉縣煤礦受地質構造和巖性限制，主要分布在東部。位于武鄉縣鳳洲鎮西部，沁水向斜軸，北北東向，翼型傾角10-25度。從漢北鄉到莫奎鄉，煤層條帶分布特征明顯。采空區地面沉降是由于地裂縫所致，地面沉降呈條形分布。

地形地貌也是其中的一個重要因素，尤其是中山河流域向中山等低山丘陵發育的塌陷和潛在塌陷強度逐漸降低。

武鄉縣丘陵地帶黃土覆蓋面積大，地層風化剝蝕嚴重，植被發育不良，挖溝坡度大，水土流失嚴重，多溝多溝，黃土易塌方崩塌。在武鄉縣西北和東南的中山地區，露頭基巖主要為硬巖，風化程度低，村莊分散，人口稀少，人口密度低，人類活動弱，災害密度低。該礦床主要分布在武祥縣東部低侵蝕中山區和黃土梁狀丘陵區，地表沉降嚴重，巖體裂縫發育[3]。

地層巖性也是災害防治的主要因素，本區崩塌斜坡巖性主要為第四紀晚期更新世黃土，土質主要為黃土顆粒，自然條件下的土壤力學指標較好。但是由于其濕陷性，在降雨入滲過程中容易產生變形破壞，形成坑洞，同時也為雨水入滲提供了快速通道，最終導致滑坡。盡管新黃土結構較為均勻，但其整體結構松散，有較多的裂縫和孔隙，容易風化解體。舊黃土作為黃土梁的主要組分，其粘粒含量高于新黃土，但其豎向裂縫、構造裂縫、塌陷裂縫和風化裂縫普遍發育，是典型的塊柱裂縫和楔狀裂縫結構。它是造成骨折的主要原因，該地區最常見的地質災害是黃土塌陷。本區崩塌斜坡巖性主要為三疊系、二疊系軟質夾層碎屑巖和軟硬夾層碎屑巖。該區植被覆蓋率低，人口眾多，受人類活動影響較大，尤其是公路建設。在邊坡開挖等因素作用下，巖體易沿節理面擴展而形成危巖體，從而引發坍塌和地質災害[4]。

3.2 地質災害時間向發育規律

從時間上看，地質災害發生集中；主要包括：工程活動強烈期集中開采，降水集中期較易發生崩塌，強煤層開采期易發生地面塌陷。

武鄉縣強工程活動期地質災害集中發生在強工程活動期，主要受人類活動影響，以崩塌、潛在崩塌和地面塌陷為主。這些滑坡、崩塌主要是由于不合理的人類活動，尤其是采空區的開挖，破壞了原邊坡的穩定性，引起原邊坡應力變化，最終導致邊坡穩定性下降而產生滑坡，所以在強采煤時期，地面塌陷發生的可能性較大。

地質災害易發區的崩塌與降水集中中期的降水量正相關。在單位時間內，暴雨期易發生崩塌。主要表現在：在年降水量較大的年份更容易發生；在年中降水集中的中期更容易發生；在日降水量較大的季節更容易發生。暴雨期間，災害與降雨量基本同步，一般發生在雨季結束之后。土壤具有較強的水敏性。當土坡處于飽和狀態時，上部疏松層迅速崩解，下部粘性土迅速膨脹，力學強度急劇下降，導致土坡的變形和坍塌。據調查結果，2015年武鄉縣雨季出現崩塌、滑坡等地質災害。降雨量也會影響該地區的地面塌陷。一般而言，村民春耕前，塌陷坑、裂隙都要填埋填平。但是，當降雨持續時，地表集水滲入，耕作前用于填埋的土層被地表匯流沖刷到下伏采空區，最終發生塌陷和相關裂縫。水滲后，采空區上部巖體摩擦力降低，導致未破碎彎曲巖層繼續變形，進而整體破裂，加劇地面塌陷發展

4 露天礦地質災害治理的措施

在治理過程中，預先提出對水災的治理措施，治理過程如下圖所示：

圖1 水災治理過程

造林是水土保持工程建設的一項重要措施，建立水土流失綜合防治體系具有重要意義。大力發展植樹造林、經濟林等水土保持植被，可有效地防治水土流失。嚴格露天礦“三廢”管理，防止亂排造成一系列環境危害。

同時還需要對采空區進行治理，治理過程如下所示：

圖2 采空區治理過程

5 結語

本文以武城縣為例，分析了露天礦地質災害主要控制因素及其發展規律。分析結果表明，影響邊坡穩定性的主要因素是坡體的穩定性、地形、氣候和下伏構造，并提出了相應的治理措施。希望此次研究的內容能夠為露天礦地質災害治理與防范提供一定的幫助，但是此次研究僅針對一個地區進行了研究，存在一定的局限性，在后續的研究中還需要進行多個區域的分析，以使分析結果更具說明性。