某礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成機理與防治技術(shù)

任 帥

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局417隊，湖南 衡陽 421001）

礦區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時會產(chǎn)生大量的的滾石，這些滾石的大小各部相同，最小的滾石的直徑只有幾厘米，最大的滾石的直徑則有幾米，各別滾石的直徑甚至達到幾十米，滾石的質(zhì)量大，從高出向低處滾動具有較強的破壞性。崩塌滾石地質(zhì)災(zāi)害在我有著廣泛的分布，例如我國湖南某礦區(qū)就發(fā)生了崩塌滾石災(zāi)害，并且造成較為嚴重的影響，因此加強對其形成的力學(xué)機理的研究，做好相應(yīng)的防治技術(shù)分析，對于控制崩塌滾石地質(zhì)災(zāi)害對湖南地區(qū)的破壞來說有著重要意義。

1 各項因素對礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成中的作用

1.1 礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成中地震起到的作用

在發(fā)生地震后，會出現(xiàn)上下振動現(xiàn)象，這將會導(dǎo)致引起崩塌的巖體發(fā)生松動，而因為地震引起的左右晃動，有可能會導(dǎo)致崩塌巖體發(fā)生折斷，同時因為地震的晃動原因，將會導(dǎo)致山體上石塊具有大量的能量，當(dāng)這個能量達到一定值后，石有可能會被拋出，從山體上向下滾動[1]。

1.2 礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成中水的所用

災(zāi)害發(fā)生過程中，起到作用的水主要為河水、地表水，其會對坡腳造成一定沖刷，這種沖刷作用會導(dǎo)致坡腳懸空，從而將會發(fā)生崩塌；崩塌體受各項因素的影響，會出現(xiàn)大量的裂縫，而在沒有外界因素的影響下，大量的水會逐漸深入到裂縫中，此時水土?xí)Ρ浪w造成影響，也就數(shù)我們常說的水劈作用，而在氣溫較低的時，水將會結(jié)冰，結(jié)冰后，水的體積將會變大，這將會增加礦體裂隙深度，這也就是我常說的冰劈作用[2]。

1.3 礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害形成中受人行為的作用

地質(zhì)災(zāi)害的形成受到許多因素的影響，而在諸多影響因素中，人類行為是其中最為重要的一項誘發(fā)因素，例如工程建設(shè)過程中，會出現(xiàn)較為嚴重的擾動，而該擾動情況的發(fā)生，將會打破礦體原平衡，知識巖體內(nèi)的原應(yīng)力被打破，應(yīng)力將會重新分布，這將會導(dǎo)致巖體裂隙不斷加大，出現(xiàn)嚴重的斷裂現(xiàn)象，從而使巖土體失穩(wěn)，形成崩塌滾石災(zāi)害。

2 礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害的形成機理

處于地震區(qū)域的礦體隨時都受力作用的影響，并且處于不同位置的邊坡，受拉剪作用影響，礦體裂縫擴展方向也會有所不同[3]。從實際情況來看，處于迎坡面的拉剪裂隙通常都會朝著內(nèi)部方向拓展，因此，通常并不會引發(fā)崩塌滾石，而處于背坡面的滾石，則會向外拓展，容易引發(fā)滾石災(zāi)害，這也就是崩塌災(zāi)害出現(xiàn)時的方向效應(yīng)。

圍巖中存在大量的裂縫，如果這些裂縫在漫長的發(fā)展過程中擴張到一定深度，大量的雨水會填充到裂隙中，受雨水作用的影響，裂縫有可能會發(fā)生失穩(wěn)擴展。需要注意的是，只有裂縫的具體深度超過臨界值時，裂縫的積水才會導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴張，最終引發(fā)崩塌滾石災(zāi)害。

礦體開挖卸荷會導(dǎo)致礦體中存在的應(yīng)力被重新分布，這一現(xiàn)象的存在，將會導(dǎo)致原本處于壓剪狀態(tài)巖體內(nèi)的裂隙出現(xiàn)失穩(wěn)擴展，從而出現(xiàn)卸荷損傷[4]。相應(yīng)的研究結(jié)果表明：礦體裂隙原本處于穩(wěn)定狀態(tài)，如果受到挖卸荷載影響，裂隙可能會出現(xiàn)失穩(wěn)擴展，從而導(dǎo)致巖體出現(xiàn)較為嚴重的卸荷損失，將會引發(fā)災(zāi)害。

3 防治礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害合理技術(shù)

3.1 新型棚洞技術(shù)

棚洞結(jié)構(gòu)是防護礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害的一項有效的措施。對傳統(tǒng)的棚洞進行分析可以發(fā)現(xiàn)，其是將一定厚度的砂礫石墊層覆蓋在棚洞頂板處，通過對其進行應(yīng)用，達到吸收能量的作用，從而降低滾石對防護結(jié)構(gòu)造成的沖擊。但是，對結(jié)構(gòu)進行分析會發(fā)現(xiàn)，如果墊層過厚，會增加棚洞自身的重量，增加工程成本，這會對該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與推廣造成制約[5]。基于此，提出了一種新型滾石棚洞結(jié)構(gòu)，利用能耗減震器代替?zhèn)鹘y(tǒng)棚洞結(jié)構(gòu)中的砂墊層，通過對其進行利用完成對滾石能量的吸收，從而使棚洞結(jié)構(gòu)的剛度得到優(yōu)化，達到減少能耗、減少結(jié)構(gòu)自重的最終目的。耗能減震滾石棚洞結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 耗能減震滾石棚洞結(jié)構(gòu)

3.2 聚苯乙烯泡沫復(fù)合能耗墊層結(jié)構(gòu)

棚洞墊層在具體應(yīng)用過程中能夠起到一定緩沖能耗的作用。在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，將聚苯乙烯泡沫+土層復(fù)合墊層結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在棚洞頂板出，通過該結(jié)構(gòu)形式，可以最大程度消耗滾石中存在的沖擊能量，在具體研究過程中，可以將靜力壓痕跡試驗應(yīng)用到能耗減震機理中，從而獲取到接觸力與壓痕在卸載和加載時的關(guān)系曲線，為結(jié)構(gòu)的制作提供相應(yīng)的支持。

除此之外，研究人員還研發(fā)土工格柵+聚苯乙烯泡沫符合墊層結(jié)構(gòu)，將該結(jié)構(gòu)類型與傳統(tǒng)的墊層進行對比分析可以發(fā)現(xiàn)，該墊層在降低滾石沖擊力方面優(yōu)勢明顯，同時利用土工格柵墊層效應(yīng)，降低了棚洞板上的荷載大小，可以依據(jù)具體情況，適當(dāng)?shù)慕档团镢~板中的配筋率，減少其厚度，在確保防護效果能夠達到要求的情況下，提高工程的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

我國山區(qū)礦產(chǎn)較多，并且這些礦區(qū)經(jīng)常會發(fā)生各種各樣的地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害顯現(xiàn)的存在，會對礦區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，以及礦區(qū)周圍人們的日常生活造成不良影響。因此，人們應(yīng)當(dāng)通過科學(xué)方式，對礦區(qū)特大地質(zhì)災(zāi)害的形成規(guī)律進行分析，并且在此基礎(chǔ)上，采取相有效的措施進行防治，最大程度降低礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害造成的危害。