廢棄露天礦山常見地質災害類型與監測方法探析★

羅 雄 文

(湖南科技學院，湖南 永州 425000)

1 概述

我國有著非常豐富的礦產資源，采礦業是十分重要的基礎產業，位于整個產業鏈的最前端，是我國國民經濟發展的物質基礎，同時還具有非常廣泛的傳遞功能和輻射效應[1-3]。改革開放以來，我國在礦產勘查、開發、冶煉取得了舉世矚目的成就。湖南省地質富存條件優越，富含多種礦產[4]。然而諸多的礦產資源開采也帶來了巨大的環境問題[1]。對礦產資源進行大規模的開采之后，首當其沖會造成礦區嚴重的地質災害問題。諸如崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質災害。廢棄礦區的地質災害已成為了全世界關注的焦點問題。據不完全統計，每年國內礦區地質災害所造成的直接經濟損失就達300多億元。這些地質災害對人民的生命財產安全造成巨大威脅和挑戰，得到了政府部門高度重視。本文通過對研究區域進行詳細的地質調查，探明了研究區域潛在的地質災害類型，并分析了這幾種地質災害的特征，其后研究了礦區常見地質災害的監測方法，為廢棄礦區的地質災害預警提供了經驗和參考。

2 區域地質概況

研究區域位于湖南永州市零陵區某鎮，本區為溶蝕的低山丘陵地貌，地層巖性主要為奧陶系的板巖、淺變質砂巖，海拔標高100 m～350 m左右，巖層呈西北走向，小型斷裂發育，出露泥盆系具頁巖夾層，硬厚層狀石英砂巖，礫巖及粉砂巖組，泥盆石炭系灰巖，白云質灰巖，白云巖，泥灰巖巖組，侏羅系較薄厚層狀砂礫巖，砂巖，泥質粉砂巖及泥巖巖組，第四系粉質黏土，礫砂單雙層結構土體等。礦區巖石抗風化能力弱，大規模的露天砂石開采后，巖石裸露，形成巨型天坑，生態環境異常脆弱(見圖1)。

3 礦區地質災害調查

經詳細的現場地質調查，研究區域可能存在的地質災害威脅主要為：崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。

3.1 崩塌

礦山的崩塌主要是不合理的過度開采導致，一般在陡峭的山坡或者懸崖發生。常常是在重力作用下，山體的部分巖土或陡峭的土層滾落形成。開采的巖體往往層厚較大，巖石硬脆，在開采后形成了陡峭巖坡，巖坡在重力作用下，在其前緣產生了拉張裂縫，與巖體的原生結構面結合，逐漸貫通形成連通的分離面。在施工擾動或者自然因素下發生崩塌。崩塌災害的形成往往與地形有很大關系，一般在高陡坡區塊，地面坡度大于60°時，高差較大，地形切割較為劇烈時形成崩塌的可能性較大。對附近區域的危害也較為強烈。另一方面，礦區開采后受風化作用影響也很大，風化作用可以使得斜坡前緣的各種裂隙和結構面寬度加劇，加速崩塌災害的形成。 此外，錯亂和無序的開采是造成崩塌災害的主要原因，部分開采地段開采后形成陡峭的崖壁，該處的巖石風化后，造成了近乎垂直的巖壁。長此以往，在風化、滲透等作用下，拉張裂縫擴大極易造成崩塌地質災害[1-3]。

3.2 滑坡

滑坡災害的形成較為復雜，一般由地質條件與地貌條件控制，受內外動力和人為作用影響較大[1-3]。地質與地貌條件包括：

1)巖性：滑坡災害和巖石、土體的性質密切相關，在松散和抗剪強度低的巖土體中，如松散覆蓋層、黏土、頁巖、泥巖、板巖及軟硬巖夾層形成的斜坡最易形成滑坡。

2)地質構造：構成斜坡的巖、土體在地質構造作用下，在巖體中形成各種結構面如節理、斷層、破碎帶等，變成不連續的巖體，形成了滑坡形成的有利條件。此外，這些結構面還會為降水提供通道，大量的雨水滲入使得巖土體的抗剪強度降低，極容易發生滑坡。

3)地形地貌：地貌對滑坡也有很強的控制作用，當巖體具備一定的坡度，才會使得滑坡災害形成，特別是坡體的坡度處于10°～45°之間時，容易產生滑坡。

4)水文地質：水的沖刷和入滲在滑坡災害中有著非常重要的促進作用。巖土體在遇水時會造成軟化，強度也隨之降低，由此還會產生動水壓力、浮力等都會促進滑坡的形成。

研究區域滑坡的類型一般分為兩種：一是無層滑坡；二是順層滑坡。無層滑坡：礦山開采之后，在現場堆積了大量的廢渣，這些采礦廢渣較為松散，當堆積到一定的高度時在自身荷載和降雨作用下坡體極易滑動。順層滑坡：斜坡傾向與巖層傾向相近或一致，坡角大于巖層傾角時，一些原生或次生的軟弱帶容易成為滑面，造成滑坡災害。對研究區域進行地質調查發現，礦區堆積了大量的廢棄礦渣，高度較高，部分堆砌物較為陡峭。另有部分地段巖層傾向與斜坡基本一致，巖體風化作用強烈，極易發生滑坡地質災害[1-3]。

3.3 泥石流

泥石流常發生在比較深發溝谷地區，這些地區地勢險峻，是泥石流災害產生的天然場所。在暴雨或其他災害引發下，水體浸潤了堆積的堆積物，堆積物的穩定性降低，水和泥的包裹使得堆積物之間的摩擦力減少，在重力下發生滑動，形成泥石流。泥石流流量大破壞力非常強，一旦發生災害，會對附近的公路、村莊造成巨大破壞，嚴重威脅群眾生命財產安全[1-3]。

泥石流發生的兩個基本條件為：物源條件，即為需要大量的松散土體和巖塊。動力條件：需要非常強烈的地表徑流為泥石流提供動力，在縱深較大的溝谷為泥石流提供了重要的動力條件。研究區域的礦山開采堆積了大量的廢棄礦石、泥砂等松散物質，形成了物質基礎，增加了泥石流發生的可能性。一旦發生強烈降雨將為泥石流提供動力條件[4]。

4 廢棄礦區地質災害監測方法

為了更好的預防廢棄礦區的地質災害，對礦區不良地質體進行實時監測是預防地質災害的重要手段，進行科學合理的監測能隨時掌握巖土體的變形情況，確保礦區群眾的生命財產安全。一般可以進行以下監測。

4.1 地質調查法

主要通過調查巖體結構面產狀及發育情況，巖體破碎情況，巖石變質情況等，運用地質作圖和構造相關分析等方法對礦山開挖過后裸露的巖石的巖性、結構面、水文情況進行地質調查，以此判斷礦山巖體穩定性[5]。

4.2 地表變形監測

在廢棄礦山易崩塌和滑坡地段的地表埋設監測點，對礦山表層巖土體變形進行監控，進而了解崩塌、滑坡等不良地質體的變形。監測前先在穩定地段埋設基準點。在易產生滑坡和崩塌的坡體上埋設地表監測點。然后利用高精度的全站儀按照規范規定的頻次進行測量[5]。

4.3 深層水平位移觀測

深部巖體位移觀測對于確定礦山邊坡滑面至關重要，在監測中將先在不穩定巖體中進行定位、鉆孔、埋設測斜管。然后利用探頭深入測斜管，利用探頭的傾斜情況計算巖土體的水平位移，能夠較為準確的滑面位置和變形趨勢[5]。監測前需要進行鉆孔埋管，鉆孔可采用泥漿護壁，從而保證孔壁的穩定性，下管時要保證傾斜度不大于1°，回填時可采用細砂回填，可用長鋼筋進行搗動。全部埋設成功后，必須對導管的初始值進行測定。這樣當礦山巖土體發生位移時，測斜管也會隨著移動產生相應的移動。將測斜導管埋設好后，正式監測前要測定初值。測斜作業時先將測斜儀探頭全部下入管底部，然后提拉探頭往上提升，每隔0.5 m或1 m測定一次讀數記為X0，一直讀到上孔口為止，測完所有讀數后可將探頭取出，然后將探頭轉換180°后，用相同的方法再次測一遍，每隔點測得的數記為X180，用X0-X180的讀數差作為測試的參數值。開始觀測時，用后面的測試讀數差與初始值比較，即可測得各測點讀數差，對讀數差求和得到各點的位移變化量，用算數和得到不同位置的累計水平位移。測斜儀探頭見圖2，深層水平位移監測原理見圖3。

4.4 遙感技術

遙感技術本質是利用了電磁波理論，通過不斷收集不良地質體輻射出的電磁波信息，然后進行數據分析，解譯獲得需要的探測信息，具有速度快，范圍廣的特點，只需要飛行器在需要探測地區上空經過，就能對反射信號進行收集，可以通過在衛星上安裝遙感設備，加以實現。一般情況下，大雨或暴雨天氣中使用遙感技術，可以穿透云雨層，隨時掌握礦山巖土體的變化情況，使得礦山地質災害的預防更加科學。

5 結語

對研究區域進行詳細的地質調查和分析后得出以下結論：

1)本區為溶蝕低山丘陵地貌，地層巖性主要為奧陶系淺變質砂巖、板巖，地表淺層強風化層較厚。大規模的露天開采后，巖石裸露，形成巨型天坑，生態環境異常脆弱。研究區域可能存在的地質災害威脅主要為：崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。

2)可以通過地質調查、地表位移監測、深層水平位移監測、遙感技術等對上述地質災害進行實時監測，對地質災害做好充分預警工作，避免周邊群眾的人身財產損失。