露天礦山崩塌地質災害的形成機理及防治措施

（河北道然地質勘查有限公司，河北 石家莊 050000）

對于露天開采的礦山，崩塌地質災害是極為普遍的類型之一，尤其是現階段，許多露天礦山未按開發利用方案設計臺階開采，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，首先是要掌握崩塌出現的原因以及演化規律，從而找到關鍵點，并充分按照防治目的以及礦山的現實情況，采取一切有效的防治崩塌的措施。本文主要針對各種結構類型（或結構面與邊坡的關系）下對崩塌進行分類，后對邊坡穩定性及崩塌的形成機理進行分析，并提出幾種常用的防治措施。

礦山崩塌地質災害形成的一般機理為，露天開采時，礦山未按設計開采，導致高陡巖質邊坡。當其處于卸荷作用時，其應力會進行重新分布，然后在邊坡卸荷區出現相應的張拉張裂縫，同時和其它裂隙以及結構面相結合，并且逐漸貫通最終導致危巖體。這些危巖體當受到邊坡開挖、雨水侵蝕等一些外力因素的影響下，危巖體會忽然與母體脫離，然后翻滾和墜落。本次按結構類型（或結構面與邊坡的關系）分為逆向巖層（內傾關系）和順向巖層（外傾關系），并在此基礎上對邊坡穩定性及崩塌的形成機理進行分析。

1 不同結構類型的邊坡穩定性及崩塌的形成機理

1.1 逆向巖層（錯裂崩塌）

巖體結構面與露天采場邊坡為內傾關系，屬逆向巖層（表1，內傾），此類邊坡一般較穩定，發生滑動、崩落的可能性較小。但當處于邊坡開挖卸荷的影響下，卸荷裂隙就可能會隨著構造裂隙而逐漸發展和延伸，當危巖體受到外在的壓應力作用下時，其垂向裂隙面就會發生貫通后從而導致崩落。崩塌區會從內邊坡的中下部逐漸向上和向后發生擴展[1]（表1，內傾，錯裂崩塌）。

圖1 不同結構類型（或結構面與邊坡的關系）的邊坡穩定性及崩塌的形成機理

1.2 順向巖層（滑落崩塌、錯裂崩塌、傾倒崩塌）

當巖體結構面（β）與露天采場邊坡（α）為外傾且β＜α時，屬順向巖層（表1，外傾，赤平投影圖1），特殊時巖體結構面近似水平，稱之水平巖層（表1，外傾，赤平投影圖2）。此類邊坡不穩定，易發生滑動、崩落。

（1）當邊坡開挖時，或者雨水下滲時，由于受到了外部的卸荷作用，卸荷裂隙一般會沿著層面垂直的方向逐漸延伸構造裂隙，而危巖體則會在相應的巖層面出現滑落，進而發生崩塌。崩塌區會從內邊坡坡肩前緣逐漸擴展至后方（表1，外傾，滑落崩塌），直到邊坡最后趨于穩定。

（2）當處于邊坡卸荷影響下，裂隙一般都會沿著構造裂隙而慢慢延伸。對于危巖體而言，由于受到壓應力的影響，層面垂向裂隙一旦發生貫通，其危巖體的底部就會出現剪切破壞現象，從而導致崩落災害。崩塌區會從邊坡坡肩前緣逐漸朝著后方擴展（表1，外傾，錯裂崩塌）。一旦危巖底部中包含了一些軟弱或者破碎的夾層，就會發生蠕變現象以及超前風化問題，同時危巖底的剪切帶發育優勢結構面或裂隙面，都可能會加速剪切破壞的影響。一些底部軟弱的巖層還可能會因為超前風化而出現懸挑式危巖體。

（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，卸荷裂隙向深部發展的同時，危巖體逐步向外傾斜，在邊坡開挖等外力作用下產生傾倒崩塌（圖1，外傾，傾倒崩塌）。

2 礦山崩塌地質災害的防治措施

針對崩塌防治，其主要理論依據在于對已經形成的危巖體進行加固或者及時清理，避免危巖體發生脫落現象，同時也要使卸荷裂隙的擴張速度得到減緩、裂隙區向外擴展的趨勢得到抑制，從而保證邊坡能有較強的穩定性。以下主要是幾種常用的有效防治措施。

2.1 分臺階切坡

常用于未按設計開采的臨空高差較大的現有邊坡，應依據礦山開采設計要求的階段高度、臺階坡面角及平臺寬度等參數，進行切坡、劃分臺階。未來礦山開采時，應嚴格按照開采設計的臺階開采，確保邊坡安全[2]。

2.2 清理危巖體

對于構造裂隙較少、巖石質量較好的邊坡，可采用人工或機械對破碎、松動的危巖體進行清理，在進行清理時應該遵循“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，嚴禁采用自下而上的方式開挖。在對坡面進行清理時，不能夠存在較大幅度的凸起以及凹陷現象，特別是對危巖體坡面進行清理時，要確保通過周圍實現平順連接。對于坡面破碎或者松動的巖體，則應該通過人工或者機械來進行撬挖。清理出來的浮石需要及時清運除去，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和危巖區，或者無法滿足分臺階切坡的條件時，在清除部分危巖體的基礎上，保持坡面清潔，通過錨件加掛網的方式來對危巖體進行噴護錨固，從而減緩或抑制卸荷裂隙的產生與擴展，也能使已形成的危巖體得到加固。在進行設計加固的過程中，需要把卸荷裂隙擴展的牽引帶來當作重點加固區來布置錨固工程（圖2）。鐵絲網固定時應注意伸出坡頂至少50cm，坡腳埋設不少于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。

2.5 監測

在生產過程中，礦山應安排專人針對邊坡進行巡查，著重對結構面較發育或風化較嚴重的地段巡查，并拍照、記錄。監測頻率在雨季及發生巖移形變的時候進行適當加密，宜數小時一次或每天一次直至連續跟蹤監測。當發現巖移傾向時要及時上報，并及時采取危巖清除或加固措施，保證生產安全。此方法為必要措施，崩塌地質災害重在預防，監測更是重中之重。

2.6 隔離

在對處于偏遠山區的閉坑或者長期廢棄的礦山進行治理時，由于它們一般都沒有嚴格根據科學的開發利用方案來加以設計和開采，使得閉坑之后出現高陡邊坡。如果采取邊坡加固，產生的花費較高，對于中小型企業以及政府而言是較大的負擔，但如果按照分臺階切坡進行加固，更是會導致土地資源的巨大浪費。所以，對于這類邊坡而言，可以通過修筑隔離網的方式來實現邊坡影響區的全封閉效果，阻斷人畜的進入，使其能夠得到自然穩定。雖然這種方法無法根本避免崩塌地質災害的發生，但能在較大程度上減少人民的生命財產的損失[3]。

3 結語

綜上所述，本文按結構類型（或結構面與邊坡的關系）將邊坡崩塌分為逆向巖層和順向巖層，并結合赤平投影圖對邊坡穩定性及崩塌的形成機理進行分析，一般的，逆向巖層更多的是發生錯裂崩塌問題，順向巖層則更多發生滑落、傾倒以及錯裂等類型的崩塌。在對邊坡崩塌進行防治時，提出了6種方法，選擇實施時，應在充分現場調查研究的基礎上，分析崩塌的形成機理和擴展規律，再結合具體防治目的和礦山實際情況，設計行之有效的防治措施。