礦山地質災害治理方案研究

楊 可

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.山西省地質勘查局二一四地質隊，山西 運城 044000）

1 礦山地質災害易發的基本情況

礦山地質災害易發區及其周邊多屬侵蝕構造丘陵緩坡地貌，地形起伏大、形態復雜，斜坡、沖溝、落水洞、天坑等微地貌交錯發育，起伏跌宕、隨地而異[1]。

馬官鎮礦山地質災害后緣以山坡坡面上部形成的弧形拉裂縫為界，礦山地質災害右側邊界以基巖巖蓋下錯區為界；礦山地質災害左側邊界不明顯，以地裂縫延伸末端為界；礦山地質災害前緣經地質測繪及地質調查，原管溝開挖后，未及時回填，期間連降大雨，致使上部坡體滑動，繼而管溝回縮，故礦山地質災害前緣以原管溝溝壁為界。在平面上呈近“門”字形，立體形態呈“圈椅”狀。礦山地質災害平均縱長148m，后緣寬37m，中部寬79m，前緣寬90m，平均寬約75m，面積10864m2；滑體厚度一般為1.0m～4.0m，平均厚度3.0m，體積約3.25×104m3，從滑體的規模、力學機理和物質組成劃分應屬小型牽引式淺層巖質順層礦山地質災害，礦山地質災害體相對較為平緩，地形坡角約13°～18°；礦山地質災害后部地形坡度角約17°～20°（見圖1）。

圖1 馬官鎮礦山地質災害全貌

2 礦山地質災害的形成原因

礦山地質災害的形成因素較多，人為因素、自然因素都可以影響礦體的穩定性。而礦區的巖土工程條件、水文地質、地質構造及地形地貌條件是形成礦山地質災害的自然因素；排水方式的改變或對植被的破壞是誘導地質災害頻發最為常見的人為因素。

導致馬官鎮地質災害頻發的主要原因：從地質勘查及調查成果來看，導致礦山地質災害發生的原因主要是地形地貌及地層巖性，該礦體粉質黏土層較厚，下伏基巖坡度較大，管溝開挖在斜坡坡腳形成新的高陡臨空面，原斜坡巖體應力平衡狀態被打破，后又由于降雨等因素影響，于是管溝內側之后的斜坡前部巖體開始滑動，后期中、后部斜坡巖體因失去前部巖體的支撐相繼被牽引滑動，因此此種類型的災害為牽引式地質災害。該斜坡礦石產狀315°∠18°,因此判定災害類型為順層地質災害。

3 礦體的穩定性分析

3.1 定性評價

根據調查，礦體被地裂縫及溶蝕溝槽切割成各個分離體，黏性土充填，降雨把黏土沖走后，形成臨空面，從而造成礦山后緣區域滑動現象比較明顯，現階段并未造成實質性的危害，但是不排除后期存在的潛在危害。該礦體后緣及坡面均已發生較明顯的變形跡象，目前處于不穩定狀態。在大的降雨、地震條件下，礦體更加不穩定，威脅經濟財產安全。

3.2 定量評價

3.2.1 計算工況的確定

本區為地震多發帶，地震烈度為6度區，考慮地震荷載；本區屬降雨較強區，考慮暴雨對滑體加載及對滑帶軟化的影響（采用20年一遇暴雨）。據以上分析結合礦山地質災害特征及其礦體荷載情況，依據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》（DZ/T 0219-2006），選定以下三種工況計算評價礦體的穩定性[2]。

計算工況如下：①天然工況：僅考慮自重；②暴雨工況：天然+暴雨工況（礦體表層土質松散，巖體分離有利于降水滲入，暴雨情況按滑體土全飽水的不利情況考慮）；③地震工況：自重（天然）+地震（地震烈度6度，考慮水平地震力）。

3.2.2 計算模型

采用勘查確定的滑面來計算，滑面呈折線形，取單位寬度的主滑方向斷面，對礦體進行分條，假定每一分塊為一剛體，即不考慮塊體內部的變形與應力，建立塊體間平衡方程，穩定計算采用折線型滑動面計算公式，剩余下滑力計算按傳遞系數法。計算公式如下：

（1）滑坡穩定系數Kf計算公式如下：

式中：Kf—穩定系數；Wi—第i條塊的重量（kN/m）；Ci—第i條塊的黏聚力（KPa）；φi—第i條塊的內摩擦角（°）；Li—第i條塊滑面長度（m）；αi—第i條塊滑面傾角（°）；βi—第i條塊地下水水力坡度；A—地震加速度（單位：重力加速度g）；φj—第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數（j=i）,即：

（2）滑坡推力計算。

采用傳遞系數法計算，計算公式如下：

滲透壓力平行滑面的分力：

式中：Ks——滑坡推力設計的安全系數；Pi——第i塊滑坡剩余下滑力（kN/m）。

3.2.3 計算參數的選取

（1）參數反演。

參數反演根據變形體定性判斷的穩定狀態，礦體剖面整體進行參數反演，參數反演公式依據《滑坡防治工程勘查規范》（GBT 32864-2016）13.3.1條進行[3]。

參數反演采用以下方法：

（2）經驗值根據地區經驗取值。

（3）參數取值：通過地質調查和綜合分析，對室內試驗值采取快剪值。

3.2.4 穩定性計算結果

經計算，將剖面穩定性計算及剩余下滑力成果表1。

表1 礦體穩定性計算成果表

根據計算結果綜合判定：在天然狀態下處于欠穩定狀態；在持續暴雨的影響下處于不穩定狀態；在強震影響下處于不穩定狀態。

4 礦山地質災害的治理方案

4.1 修建排水設施

排水不利是影響礦山地質災害治理的主要原因之一，施工時針對地質災害易發情況，合理修建排水溝、在溝底設置防滲土布，或利用平水排水法排出地下水，防止地下水沿土石面滲流，此種方法可行性較大，并且節省費用、效果較佳。

4.2 礦體減載

對礦體后緣進行一定面積的削坡，就是對礦體減載。

4.3 修筑擋土墻

馬官鎮位于省道邊，一旦發生滑動，會造成道路破壞或人員生命安全的危害。修筑擋土墻來防止礦體的下落也是比較常見的手段。

4.4 錨索加固或抗滑樁

這是一種對地質災害體治理的重要手段之一，其抗滑能力大，效果明細，并且錨索或抗滑樁的樁位可根據現場條件靈活設置。

5 結語

本文以馬官鎮易發礦山地質災害為例，該研究區距省道較近，發生滑動必然危害性大，因此對其的治理必須一次根治，為了確保道路及人員安全不受到威脅，本文通過對礦山地質災害的現狀分析及研究，提出相關的治理方案，希望對類似工程具有一定的借鑒意義。礦山地質災害治理工程已于2019年完成，根據其監測資料來看，已處于穩定狀態，與礦山地質災害治理后的穩定性驗算相符合，說明本次提出的地質災害治理方案可行可靠，也達到了其治理效果。