露采礦山地質災害評估的幾個要點

陳均亮，莊海俊

(西南有色昆明勘測設計(院)股份有限公司，云南昆明650051)

    云南屬多山的地區，礦產資源較豐富，伴隨西部大開發的大趨勢．近年新建礦山較多。據國土資源廳《關于加強地質災害危險性評估工作的通知》及暫行管理辦法的規定：“礦山企業申請新立、延續、轉讓、變更采礦權需依法進行地質災害危險性評估工作”。以下據筆者近期作為項目技術負責人的幾個石灰巖礦礦山地災評估的經驗，按工作階段簡要敘述礦山地災評估的幾點經驗。

1.野外調查及資料收集

    礦山地災評估野外調查的基本內容包括礦區(評估區)地形地貌、植被狀況、地層巖性、構造、水文地質、工程地質、環境地質、災害地質條件、人類經濟工程活動狀況等。在查明上述因素后尚應根據礦山類型及開發利用方案，確定具體礦山項目的調查重點。如對石灰巖礦山f云南省主要礦山類型)，則調查重點尚應包括礦區的地表巖溶發育形態；露采礦山的兩大工程采場及渣場的工程、水文地質條件亦屬重點，此內容與礦山開采誘發地質災害的可能性及危險性有直接關系。

    露采礦山地災評估需要收集以下方面的內容：氣象水文、地震及區域地殼穩定性、區域地質、區域水文地質、礦山環評、水保、勘探報告及開發利用方案等。其中礦山勘探報告及。開發利用方案不能缺少。礦山勘探報告可準確地提供礦區地層巖性、結構面參數、地下巖溶發育情況：開發利用方案的開采工藝、開采參數（最大邊坡高度、角度)與礦山開采誘發地質災害的危險性直接相關。

2.評估報告編制

    評估報告的編制應在野外調查清楚及資料收集齊全的基礎上進行。評估報告“前言”中，評估范圍要自礦區延伸至分水嶺或爆破安全界線，礦山地災評估級別一般較高（因山區地質環境條件大都較復雜)。“地質環境條件”，本章的重點內容是巖體工程地質特征(巖層產狀、節理)及礦區水文、工程地質條件，此方面內容不但決定了礦區地質環境條件復雜程度、礦山地災評估級別，同時也與礦山開發誘發地質災害的危險性息息相關。“礦床地質特征及開發利用”的重點內容是采礦工程設施布置及開采方案，采礦工程設施主要為采場與渣場：開采參數包括露采最終邊坡高度、邊坡角及廢石堆放量等。“現狀評估”主要針對已有地質災害進行評價，云南省石灰巖礦山的主要現狀災害類型為滑坡、崩塌，但規模一般不大，對礦山開采影響有限。

    “預測評估”部分是露采礦山地災評估報告的重點內容，主要評述礦山建設誘發或加劇地質災害的可能性．據此，需充分分析露采礦山的兩大工程——采場與渣場建設時誘發或遭受地質災害的可能性，即采場建設時形成的邊坡穩定性分析、堆渣誘發泥石流的可能性評價是重點。

    以下以富民縣某石灰巖礦山為例，介紹采場建設時形成的邊坡穩定性分析、堆渣誘發泥石流的可能性評價的基本方法。

    2.1礦坑邊坡穩定性分析

    該礦山為l20萬噸級的大型礦山．評估級別為一級，據開發利用方案，礦山開采臺段高度l5m，分l7個臺段，開采標高l780～2020m．礦山開采將形成最大高度達240m的礦坑最終邊坡，按其坡向的不同，分為BPl、 BP2、BP3及BP4共4個邊坡，各邊坡的結構特征見表1。

表1  礦坑邊坡結構特征一覽表

    最終邊坡穩定性評價包括坡面形態與主要結構面(層面、節理)幾何關系的組合特征以及構成邊坡巖體的穩固性。邊坡穩定性系數須≥最小安全系數(1．30)。邊坡主要為可溶鹽巖構成的巖質邊坡，宜用定性——半定量的赤平極射投影法和半定量——定量的巖體極限平衡法對邊坡穩定性進行綜合評價。

    赤平極射投影法：該方法是根據結構面與邊坡的組合關系，通過赤平極射投影圖進行穩定性分析，是定性及半定量評價巖質人工邊坡穩定性的有效方法。BP1：層面D、J1、 J2與邊坡均不屬不穩定結構，即層面、J1、 J2上對邊坡無單獨控制作用；J1與J2、J2與層面的交點位于邊坡投影弧的對側(下圖)，即組合交線的傾向與邊坡傾向相反，沒有發生順層滑坡的可能性，屬穩定結構；J1與層面的交線產狀143°∠6°，與邊坡坡向同向，但組合交線傾角小于發生異向雙平面滑動的最小傾角(40°、30°)，一般不會發生楔形滑動。該邊坡與各結構面的組合關系屬穩定結構，邊坡穩定。按以上方法，BP2受J2控制該邊坡可能發生平面滑動，邊坡不穩定；BB與BP4邊坡均屬穩定一基本穩定。

    巖體極限平衡法：該方法是采用剛體極限平衡原理，對巖體邊坡穩定性進行計算，對巖體最終邊坡進行評價的一種半定量——定量的方法。據投影結果，除BP2外，其余邊坡均無明確的滑動結構面，據此假設各邊坡可能發生平面滑動的前提下，對其進行試算，求得最小穩定系數，確定邊坡的穩定性。而BP2邊坡則單獨計算結構面擰制的坡體穩定性。

    投影結果為穩定一基本穩定邊坡．由于坡體內無確定的可能滑動面，故假設邊坡可能破壞形式為平面滑動．通過試算分別確定最小穩定系數(Kmin)來判定邊坡的穩定性。按最不利組合考慮，選結構面最不利組合，開挖高度達210m的BP4順層邊坡為例進行計算，建立估算公式如下：

    K：邊坡穩定性系數(無量綱)；

    Cm：邊坡可能滑動面可被利用的粘聚力(kPa)：

    Φm：邊坡可能滑動面可被利用的內摩擦角(°)：

    β ：露采礦坑邊坡角(°)；

    α：可能滑動面傾角（°)：

    H：露采礦坑邊坡高度（m)：

    Υ：可能滑動體平均重力密度(kN／m³)。

    BP4穩定性計算結果如下表。

圖1 BP。邊坡赤平投影圖

    經估算最小穩定系數Kmin為1.74>1.30，屬穩定邊坡，據此分析BP1、BP2最終邊坡亦為穩定邊坡。

    投影結果為不穩定邊坡BP，：具可能滑動面，現假設BP2可能破壞形式為平面滑動，以節理面J2為滑動面進行估算；采用式l計算得：BP2穩定系數K=1.95，>1.30，亦處于穩定狀態。計算結果見表3。

    據赤平極射投影分析及巖體極限平衡法估算結果，結合礦區自然邊坡調查，該礦床露采礦坑各向邊坡在對應的坡高、坡角條件下，總體穩定性較好，最終邊坡形成后不會產生大規模邊坡失穩。

表2  BB穩定性計算結果表

注：估算公式及取值方法均據《采礦手冊(地質卷)》。

    2.2堆渣誘發泥石流的可能性

    礦山廢石場占地面積9.13ha．布置于礦區西側，先開采礦坑作為后期廢石場，預計最大廢渣堆放量為2460萬噸，廢石堆放高度20～30m，堆渣本身穩定性較差．產生滑坡的危險性中等。廢石場布置于沖溝源頭區，該沖溝長約1000m。寬l5～30m．深10～20m，縱坡降17％，匯水面積15575m²沖溝橫剖面呈“V”字型，溝岸地形坡度一般為25°～40°，局部地段較陡。兩岸出露地層以白云質灰巖為主，局部少量粘性土，沖溝兩岸天然植被少量發育．沖溝所經之處及沖溝口無泥石流跡象，現狀條件下溝岸較穩定。在暴雨時，洪水沖刷廢渣進入沖溝，可能形成泥石流，經對該沖溝進行數量化綜合評判，該溝發生泥石流的易發程度等級為易發，即可能性較大，規模小——中等，地質災害危險性中等。

    根據采場最終邊坡的穩定性及堆渣誘發泥石流的可能性，劃分地質災害危險性等級，據此再確定地質災害防治措施。

3.結論

    露采礦山建設有兩大工程——采場與渣場，礦山地災評估的重點是預測評價采坑最終邊坡穩定性、堆渣誘發泥石流的可能性。采坑最終邊坡穩定性評價的主要方法有赤平極射投影法和巖體極限平衡法；根據渣場工程地質條件及相關參數數量化評判堆渣誘發泥石流的可能性。

表3  BP，穩定性計算結果

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)