礦山滑坡地質災害治理工程施工探討

李 玲

（甘肅省地質礦產勘查開發局第一地質礦產勘查院，甘肅 天水 741020）

礦山開采作業區域常常受到地勢或者采空區影響形成邊坡，在礦山開采過程中會擾動相關區域的邊坡，再加上地下水﹑爆破﹑邊坡加固不規范等因素的影響，增加了礦山滑坡地質災害的發生概率，這種災害多見于露天礦的開采。為了降低礦山滑坡的發生概率，相關企業應該從地質勘探﹑邊坡加固﹑監測預警以及定期維護等多個層面加強技術管理，尤其要強化礦山邊坡加固施工技術的研究與應用。

1 礦山滑坡分類

礦山滑坡大多發生在露天礦中，此類礦山在采空區的四周會形成坡面，受地質因素﹑機械擾動﹑加固不到位等各類因素的影響，容易引發滑坡。常見的滑坡類型可分為五種，具體可參考表1。以平面滑坡為例，一種是沿著單一層面的滑坡，其特點是內摩擦角小于滑面的傾角，此類滑坡一旦發生，其規模較大，有些是人為因素造成的，比如在坡腳的切層處開展挖掘作業。另一種為坐落式平推滑移型滑坡，其滑面主體為巖石層，與巖體的構造結理存在密切的關聯性。礦山滑坡是引發安全生產事故﹑破壞生產設備和作業面﹑阻礙企業正常經營的常見因素之一，從安全生產的角度看，必須對其實施嚴格的監控﹑預防和治理[1]。

表1 礦山邊坡滑坡的五種分類

2 礦山滑坡的原因分析

2.1 地質條件不穩定

在設計規劃礦山邊坡時要提前勘察地質條件，不同類型的巖土在抗剪性能﹑承壓能力方面存在較大的差異，因而在邊坡設計時要根據其地質條件特點合理控制坡度，必要時還會采用臺階式﹑分層式的加固支護方案。如果礦山邊坡地質條件較差，如存在松散﹑破碎的巖石層，當邊坡受到重力﹑巖土壓力﹑工程機械擾動等因素的影響之后，就會在某些薄弱的位置產生滑坡[2]。

2.2 地下水滲透或者沖擊

礦山開采區可能存在豐富的地下水，在一些破碎的孔隙狀巖體中，地下水在其中不斷地蔓延﹑沖刷，導致原本就極為脆弱的礦山巖體承受了一定程度的壓力，并且巖體在水的作用之下還會產生較大的浮力，這些作用力迫使礦山的巖體處于一種不穩定的狀態之下。地下水在巖體中蔓延和沖刷時需找到一個泄壓的部位，然后，礦山的邊坡位置直接與空氣聯通，僅僅存在大氣壓，巖體的水壓不斷積聚，遠遠高于大氣壓力，進而在邊坡處完成泄壓，形成因地下水引發的邊坡滑坡[3]。

2.3 爆破作業擾動

在礦山開采施工中為了提高作業的效率，經常會采用爆破的方式清除表面的巖石層和覆土層等，使下部的礦體裸露出來。爆破作業通常是在礦山表層巖體上鉆孔﹑填埋炸藥，施工之前會對爆炸半徑﹑爆破深度﹑影響范圍等作出精確的計算，以達到安全作業的目標。但是實際情況下也會出現一些意料之外的情況，爆炸產生的沖擊波會在地面巖土層傳播，有些巖石層本身就較為薄弱，在爆破沖擊下節理張開[4]。如果其他位置的礦山邊坡加固措施存在缺陷，在爆破作業的擾動之下就可能形成滑坡事故。

2.4 邊坡幾何穩定性差

礦山邊坡的高度﹑邊坡的角度以及邊坡的水平寬度等都會影響到其整體的穩定性，邊坡的高度不宜過大，否則在重力作用下易形成滑坡，工程實踐中對于整體高度較大的邊坡，大多采用分層加固的方式，可見高度對礦山邊坡施工的影響力。另一個非常關鍵的因素是礦山邊坡的坡度，當坡度過于陡峭時，礦山邊坡的巖土層依靠抗拉力抵抗重力的作用，但是陡峭的坡度會加劇重力的影響力，使其產生蠕變，直到抗拉力難以承受重力的作用，同時在這一過程中還會夾雜其他方面的因素[5]。

2.5 邊坡施工管理不當造成滑坡

礦山開采中邊坡是常見的施工內容之一，工程技術人員在作業之前會嚴格設計邊坡的加固形式以及邊坡坡度，但是在實際落實的過程中存在施工不規范﹑技術指標落實不到位的情況，常見的問題是邊坡欠挖﹑超挖，進而導致坡度與設計指標不相符，這些是引發滑坡的常見因素。靠近礦山邊坡頂端的水平面上不應停放車輛或者堆砌其他類型的載荷，也不應設置臨時性的道路，因為這些載荷也可能引發滑坡[6]。

3 礦山滑坡地質災害防治策略

3.1 礦山地質勘探

考慮到礦山滑坡造成嚴重的危害，并且這種事故常與地質條件之間存在密切的關聯，尤其會影響到邊坡施工方案的制定，因此，施工單位在作業之前應該對礦山作業區域的水文地質條件等開展深入的調查，具體應涵蓋交通位置﹑氣候﹑地表水﹑地下水﹑地形地貌﹑地層結構﹑地質構造等因素以及其他類型的工程活動。例如，在地層結構勘察中要掌握地層的類型和巖石的類型，判斷是否存在松散的﹑穩定性差﹑易破碎的地層及巖石，在地質構造勘察中重點判斷是否存在斷裂的巖層。礦山地質勘察方法較多，常用的方法包括地質鉆探﹑地質勘探以及物探等。以鉆探技術為例，這種地質勘探方式非常直觀，可直接采集到地層中的巖土樣本，通過分析其成分﹑結構特點來判斷巖石類型﹑各地質層的厚度﹑潛在的礦山滑坡區域，鉆探法得來的數據可靠性很高，受到廣泛的應用[7]。

3.2 礦山預防滑坡的邊坡設計思路

礦山邊坡設計方案直接決定了其在預防滑坡方面的效果，目前關于礦山邊坡設計已經形成了體系化的思路，具體涵蓋了以下幾個方面。①控制坡度。自然放坡在邊坡加固施工中是常用的一種方法，其在本質上是合理控制坡度，降低坡體自重以及地面降雨徑流形成的沖擊作用，從人們的常識來看，越是陡峭的坡體越容易滑塌，因而邊坡設計中需合理控制坡度；②設置排水設施。有些地區降雨量較大，容易在靠近邊坡的地表位置產生大量的積水，甚至形成地表徑流，邊坡位置地勢低，地表水的沖刷作用易導致滑坡，因而在設計邊坡時應該提前規劃好相應的地面排水系統。③設置必要的邊坡加固措施。邊坡中的部分位置存在不良的地質構造，如巖層破碎，對于此類情況應該采取措施將破碎的部位清除掉，或者利用錨桿等進行加固，這樣可大幅降低邊坡滑坡的可能性。④重視對浮石的處理。邊坡上的浮石存在滾落的風險，對礦山開采作業人員和車輛造成安全威脅，在邊坡施工中要及時將這些浮石清理掉，與此同時還可在邊皮上設計金屬網，起到有效的阻擋作用[8]。

3.3 礦山邊坡監測

邊坡滑坡通常會經歷一個漸變的過程，邊坡在這一過程中會逐漸的變形，當這種變形發展到一定程度之后，邊坡就會局部或者整體滑塌。為了能在第一時間發現邊坡滑坡的潛在隱患，在礦山開采過程中需在邊坡的特定位置上設計監測裝置，具體的監測指標涵蓋了邊坡裂縫﹑邊坡內部外移量﹑邊坡表面外移量﹑水文氣象等。邊坡安全監測可劃分為四個等級，受到變形指數﹑地質條件指數﹑坡度等級以及高度等級的共同影響，表2列舉了礦山邊坡高度和坡度的等級劃分依據。在具體的安全監測工作中，需要合理的選擇監測方式以及布設監測點。

表2 礦山邊坡高度和坡度劃分標準

3.4 礦山邊坡維護

邊坡監測的目的是及時發現潛在的滑坡安全隱患，進而在其發生滑坡之前將隱患徹底消除，邊坡維護是落實隱患排除的關鍵環節。礦山的開采期很長，邊坡維護與加固并非一項臨時性的工作，而是長期性的安全管理內容。為了強化固土﹑固坡的效果，可在其表面種植灌木和草皮。經常性地檢查邊坡的地表排水系統﹑地下排水系統以及立體性的排水系統。當邊坡出現變形時，要分析造成相關問題的地質災害成因，然后及時采取措施進行加固。

4 礦山滑坡地質災害加固施工技術要點

4.1 排水施工

第一，排水溝施工要點。礦山邊坡的排水溝是在降雨條件下快速排除地表積水﹑避免形成徑流的重要措施，由于礦山開采的長期性特點，排水設施應該提高硬化水平和使用壽命。具體的施工流程如下：①排水溝設計。根據地質條件特點設計出排水溝的深度﹑寬度﹑建造方式以及具體位置等信息；②測量放線。根據排水溝的設計圖紙在基礎作業面上開展測量和放線工作，注意控制排水溝的標高；③排水溝施工。可采用機械與人工相配合的方式在放線位置開挖出排水溝的基坑，嚴格處理底部的墊層，使其夯實沉淀到位，防止在后期的使用過程中出現不均勻沉降的現象[9]。為了提高排水溝過水的通暢性﹑降低其后期維護的難度，應采用現澆混凝土施工技術。

第二，設置截水溝。為了防止礦山邊坡外側的水（尤其是高地勢上流下來的水）從邊坡上流到礦坑底部，可在距離礦山邊坡外側一定距離的位置設置一道截水溝，這一設施具備一定的蓄水﹑滯水能力，當水量不大時，截水溝可將其暫時存儲起來，并且截水溝上每隔一定的距離會設置一個比溝更深的集水池，用來進一步提高截水溝的蓄水能力。顯然，截水溝是礦山邊坡外側的一道重要防線。但是在設計截水溝的位置時要注意相關作業區域的地質條件，截水溝距離邊坡過近也會產生安全風險，一方面是施工時存在一定的擾動，另一方面是截水溝會相比基礎滲水，需通過距離的控制來防止其危害礦山邊坡的穩定性。截水溝的施工方法也較為簡單，同樣是放線﹑基礎開挖以及建造結構的主體結構，可使用砌體材料﹑預制混凝土板或者現澆混凝土來制造出截水溝。

4.2 抗滑樁施工

第一，抗滑樁的分類及作用。現階段的抗滑樁主要采用鋼筋混凝土材料或者金屬材料制作而成，使用過程中可將不同材質的樁體混合在一起，共同發揮作用。常見的抗滑樁為鋼樁﹑鋼筋混凝土預制樁﹑預應力錨索樁等，既可打入地面，亦可在地面上機械或者人工挖孔，將樁體下放到其中。總體上而言，其施工工藝分為三大類，其一是打入樁，其二是鉆孔灌注樁，其三是靜壓沉樁。抗滑樁的形式也非常多樣化，如排架式﹑門式等。抗滑樁可增加礦山邊坡的側向承壓能力，有效地阻止邊坡滑塌。

第二，抗滑樁的適用條件。采用打入的方式沉樁時難免會對礦山邊坡造成一定程度的擾動，施工單位在作業之前需根據邊坡的坡度﹑地質情況等判斷樁體打入時是否存在滑坡的風險，顯然，陡峭的大坡不宜采用這種技術路徑。相對而言，機械或者人工鉆孔的方式在靈活性上更具優勢，并且對邊坡的擾動也是可控的，機械鉆孔方式要評估鉆孔設備的難度和安全風險，人工成孔適用于機械設備不易操作的區域，但人工成孔時有可能遭遇堅硬的地質層。

第三，抗滑樁施工要點。以目前應用最為廣泛的鉆孔灌注樁為例，這種施工方式是利用鉆孔機械直接在靠近礦山邊坡的外側平整場地上鉆出樁體的成孔，具體的樁長﹑樁徑等取決于礦山邊坡的特點，由于樁體為現澆鋼筋混凝土，因而直徑和長度的設計都非常靈活。施工前在基礎面上畫出樁體的中心點以及半徑，然后將鋼護筒或者預制混凝土護筒埋設在樁體鉆孔位置，使其中心與樁體的中心重疊在一起。然后架設鉆孔機械，確保支架的水平度﹑穩定性滿足工程需求，同時檢查鉆孔設備的垂直度，作業之前還需提前配置好泥漿，用于清渣以及潤滑鉆機。然后開展鉆孔作業，注意控制鉆孔設備的垂直度和鉆孔的深度。成孔之后清理底部的殘渣以及下放并固定預制好的鋼筋籠，澆筑混凝土。需注意的是如果采用人工挖孔的作業方式，孔壁存在一定的坍塌風險，由于是礦山區域挖孔，孔內有可能產生有毒有害的氣體，因而作業過程中需保證孔壁支護措施以及孔內通風的措施。抗滑樁成樁之后要對其整體的質量開展系統性的檢查和驗收，重點檢查的內容包括抗滑樁的中心位置﹑孔底高程以及端面尺寸等，雖然在施工中難免會產生偏差，關鍵是要將其控制在合理的范圍之內[10]。例如，孔底高程的誤差控制在±50mm之內。

4.3 回填護坡施工

礦山邊坡施工中需清除坍塌風險較高的破碎巖體，并且在控制坡度時要進行開挖作業，最后再采用適宜的材料回填并鞏固邊坡，使其達到良好的穩固性，通常這種加固方案適用于坡度和高度都相對較小的礦山邊坡，稱之為回填護坡技術。具體的施工要點如下：①邊坡回填大多采用集配碎石，在填筑碎石之前應該將基層表面存在的雜物徹底清除掉，為了提高新填筑材料的穩固性，需對其實施碾壓夯實的操作；②采用回填護坡的技術時要注意回填材料的透水性，如果其透水性不足，將會增加雨水﹑地下水對邊坡的影響，進而引發滑坡事故。回填材料通常為多種類型混合應用，處于下層的回填材料在透水性上更加優越，上層材料的透水性次之。回填護坡經常和排水孔﹑邊坡排水溝等設施相互配合應用，原因在于這些經過回填夯實的材料并非自然發展而成，其整體性較差，低抵御水力侵蝕的能力不足；③回填后的材料雖然經過了較為充分的碾壓夯實，但如果回填厚度較大，這些回填的材料依然會產生較為顯著的沉降，對于邊坡加固施工而言，沉降量控制是技術要點，回填時應該預留沉降量，根據實踐情況，礦山回填材料的沉降量通常會占到總體厚度的3%。

5 結語

礦山滑坡地質災害與地下水﹑地表徑流﹑邊坡巖土條件﹑加固技術方案﹑加固施工的質量等因素密切相關，其中邊坡加固施工是非常關鍵的一個環節。施工過程中需考慮地下水的沖擊問題，因此需結合礦山邊坡的特點設置排水溝﹑截水溝等設施，利用抗滑樁提高邊坡的穩固性，在坡度較小的礦山邊坡加固施工中還可采用回填護坡等技術方案。