貴州省桐梓縣道角煤礦危巖體發育特征及成因分析

徐 建 艾靖博 方生紅

（1.貴州煤礦地質工程咨詢與地質環境監測中心，貴州 貴陽 550006；2.貴州榮源環保科技有限公司，貴州 貴陽 550006）

1 研究區概況

道角煤礦位于桐梓縣城北面的松坎鎮東南部，地形以侵蝕、溶蝕組合的脊狀山為主，受地層巖性的影響，局部形成陡崖，地形起伏大，切割深。危巖體主要分布于道角煤礦工業廣場—后園—白果灣北東側的陡崖上，陡崖最高高程為1220 m，前緣坡腳最低高程為白果灣一帶，標高為1032 m左右，相對高差約188 m，坡度一般為50°～75°，局部地段危巖體為直立或懸掛狀，下部地形坡度較緩，一般為5°～20°。陡崖斜坡上沿線可見以往崩塌堆積體分布。

2 危巖體范圍、規模及形態

危巖主要發育于斜坡的上部，形成兩個陡崖帶，即南部陡崖帶與北部陡崖帶。共調查14處危巖體。南部陡崖帶長約1140 m，主體傾向西南，陡崖高差20～180 m，發育8處危巖，即WY01、WY02、WY03、WY04、WY05、WY06、WY07、WY08；北部陡崖帶主體傾向南西，長900 m，陡崖高差20～190 m，發育6處危巖，即WY09、WY10、WY11、WY12、WY13、WY14。

通過現場調查及測繪[1-2]，危巖單體的體積20.3～4560 m3之間。危巖體主要由傾向西和南西的兩組裂隙控制而形成，變形破壞模式主要為傾倒式、墜落式，少量滑移式。危巖體形態特征以塊狀、柱狀為主，部分危巖體底部發育凹巖腔。危巖體主要危害對象為斜坡區穿過的通村公路、過往行人及車輛、陡崖下方居民住戶、道角煤礦工業廣場，共威脅居民25戶150人，威脅財產估計約4875萬元，危害程度為大型。14處危巖體總方量22 462.8 m3，總體規模屬于中型。危巖體發育特征詳見表1。

表1 危巖體發育特征匯總表

3 危巖體物質組成

危巖體物質成分主要為三疊系夜郎組玉龍山段和二疊系上統長興組灰巖、泥灰巖，地層產狀為125°∠7°。危巖體頂部分布有少量第四系松散層，厚度小于1 m，物質成分主要以殘積物、坡積物為主，為粘土，夾碎石、塊石，含量10%～15%左右。

斜坡地段以往崩塌堆積物主要為灰巖、泥巖，形狀以碎塊、塊狀為主，單塊方量一般0.01～2.5 m3，最大者方量達240 m3。

4 危巖體結構特征

危巖體巖性主要為灰色、灰白色灰巖、泥灰巖，風化程度為中風化較堅硬巖類。區內主要發育兩組結構面，為硬性結構面。一組為傾向西，產狀為200°～270°∠60°～85°，為外傾結構面，傾角與坡角呈小角度斜交，未延伸出臨空面，發育密度0.56條/m；另一組為傾向南西，產狀為150°～180°∠70°～85°，淺部局部與坡角交切后形成外傾結構面，該組結構面整體與坡角交角較前者大，未延伸出臨空面，發育密度0.7條/m。結構面結合一般～差。裂隙面相互交切之后，陡崖區形成危巖為塊狀、柱狀，巖體完整性為較完整。巖體質量等級為Ⅲ類。

5 危巖體變形特征

影響危巖體變形破壞的因素有陡傾裂隙、凹巖腔、溶蝕作用、巖體結構類型等。結合危巖體底部凹巖腔發育情況、后緣陡傾裂隙發育情況和巖體的結構特征，對危巖體變形破壞特征總結性描述如下：

（1）危巖體底部發育凹巖腔

區內有11個危巖體局部發育有凹巖腔，凹巖腔在區內兩組主控結構面作用下，下部“軟基”風化剝蝕搬運淘空，導致上部“陡巖”在重力作用下拉裂以墜落運動方式而形成。危巖體的底部一旦形成了凹巖腔，就容易導致危巖體因底部直接失去支撐而脫離母巖，形成各種破壞模式的崩塌。部分典型危巖體凹巖腔發育情況如圖1。

圖1 典型危巖體凹巖腔發育情況

（2）危巖體變形受后緣陡傾裂隙控制

區內主要裂隙控制結構面有兩組，一組傾向西，一組傾向南西。經分析，區內大部分危巖單體的形成均受這兩組裂隙控制結構面相交切割而形成。

（3）危巖體可能破壞的方式

區內危巖體形態多樣，按其形態特征及結構面發育特征、形成原因與變形破壞機理等，區內危巖體破壞類型主要為墜落式、傾倒式破壞。

6 危巖體成因分析

危巖帶形成主要原因為地形條件、地層巖性、巖體結構面組合特征、極端氣象條件等，具體分析如下：

（1）地形條件

區內自然山體地形中上部為陡立的基巖裸露區，陡崖臨空高度一般大于150 m，臨空條件好，為崩塌災害形成提供了良好的地形條件。另外，陡崖高度大、坡度陡，陡崖中下部巖體所受重力荷載大，陡壁上部易于產生卸荷張性裂縫，形成卸荷裂隙帶及危巖體，易于傾倒、崩塌或錯落。

（2）地層巖性

地層巖組特點對崩塌發生的規模起到一定的控制作用。區內陡崖底層巖性為粉砂巖、泥質粉砂巖、灰巖、泥灰巖及粘土巖，在邊坡上一般呈軟硬巖相間互層，厚度不一。灰巖、砂巖因結構面切割往往形成巨大塊體，因風化差異性，粘土巖層可風化剝落形成凹巖腔，隨著風化的發展，支撐上部硬巖的軟巖基礎面積越來越小，所承受的壓應力則越來越大，軟巖外側還將產生應力集中區，壓應力增大除導致軟巖層變形的增大外，還可能因超過自身的抗壓強度而產生更大塑性變形或破壞。當上部硬巖層在合適的結構面切割、一定的水平力、重心不斷外移等條件發展到一定程度時，軟硬相間的硬巖層可能突然失穩產生崩塌。

（3）巖體結構面組合

陡崖區巖體多數為層狀結構，主要發育兩組節理面，產狀分別為：200°～270°∠60°～85°、150°～180°∠70°～85°，陡傾的節理面與緩傾的巖層組合有利于崩塌的發育，特別是道角煤礦碳酸鹽與碎屑巖相間巖組組成的坡體，凹巖腔在巖體自重作用下拉裂形成巖體墜落式破壞，中厚層狀硬質巖體發育區，發生傾倒式破壞。

（4）氣象條件

道角煤礦年降雨量大，且降雨期相對集中，雨季的大暴雨或持續降雨大量滲入山體，增加了巖體自重，浸潤了裂隙面，加快了危巖體的變形破壞速度。尤其是采空區導致的地裂縫，雨期地表水大量下滲，對山體陡崖穩定極其不利。道角煤礦最高溫度可達37.5 ℃，最低溫度-6.9 ℃，多年平均相對濕度約80%，年平均降水量1 038.8 mm，最多一年降水量1 335.1 mm，最少一年降水量749.2 mm，最大日降水量173.3 m，夏季降雨量大且蒸發量也大。溫差變化和干濕交替非常強烈，溫度、濕度、降雨量的劇烈變化使巖體的風化作用更為強烈。

（5）風化、溶蝕、植物生長等因素

陡崖帶區域，巖溶溶蝕發育，在陡崖上形成了溝槽，植被多在這些區域生長吸取營養料和水分。陡崖上植被分布面積較廣，該區域為溶蝕較強作用發育區。風化、溶蝕、植物生長等大大降低巖體的完整性，利于大規模危巖形成，在形成危巖前期常表現為零星落石、掉塊等的發生。

（6）人類工程活動

區內以往私采小煤窯較多，形成的采空區面積較大，加之陡崖南部為道角煤礦開采區域，煤層的開采對上覆山體產生影響。主要表現為：① 煤層開采爆破活動對坡體產生擾動，使得坡體長期受到動荷載影響，造成巖體損傷；② 開采完成后形成大面積采空區，這些采空區未進行有效的支護和處置，使得上覆坡體在重力作用下逐漸沉降變形，改變上覆巖體的原始應力狀態，引起整個山體的應力重分布，采空區的頂板在拉應力的作用下出現張拉破壞；同時上覆山體的自重應力使得礦柱處于壓應力集中狀態，使力學強度不高的煤柱逐漸發生破壞而失效，采空區由最初的小范圍頂拱冒落發展到后面的大范圍坍陷，并傳遞至整個山體造成地表出現一系列的變形破壞。

7 結論與建議

（1）道角煤礦危巖體發育于斜坡的上部，形成兩個陡崖帶，分布有14處危巖體，危巖體總方量22 462.8 m3，規模屬于中型。

（2）危巖體主要危害對象為道角煤礦工業廣場、通村公路、過往行人及車輛、危巖下方的居民住戶，共威脅居民25戶150人，威脅財產估計約4875萬元，危害程度為大型。

（3）危巖體目前處于欠穩定狀態，隨著巖石風化、水體滲入、基座軟化、溶蝕作用等進一步發展，危巖體與母巖將持續不斷變化分離，將發生局部或小面積崩塌、掉塊現象，在暴雨、人類工程活動等因素的影響下，極易發生大規模崩塌，應采取工程措施對其進行治理。

（4）建議定期監測危巖體開裂變形情況，并將監測數據及時上報匯總，如發現變形量過大時應即刻上報，并采取臨時避讓措施。