贵州开阳磷矿区崩塌及其防治

吴 瑾，黄仁雄，邹启学，张 勇

（1.贵州省交通科学研究院有限责任公司，贵州 贵阳 550008；

2.贵州省开阳磷矿集团，贵州 开阳 550302；3.贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003）

0 引言

开阳磷矿［1－2］是国家最早投资建设的三大磷矿生产基地之一，始建于1958年，与云南省的昆阳磷矿和湖北省的襄阳磷矿一起称为“三阳开泰”。“三阳”中，开阳磷矿资源质优量最大。开阳也因此有“中国磷都”之美称。目前，贵州探明磷矿储量，占全国总量的43％。

开阳磷矿区位于贵州省贵阳市以北约86km的金中镇，距开阳县城 29km。矿区地理坐标：东经106°49'57″～ 106°55'33″，北纬 27°8'24″～ 27°10'50″。开阳磷矿分为沙坝土、极乐、两岔河、马路坪、牛赶冲、用沙坝六个矿段。开阳磷矿区所在的上洋水河流域地处复杂的地质构造变形区，断裂构造发育，出露地层岩性软硬相间，差异较大，地形切割剧烈，谷深坡陡；区内气候潮湿多雨，日暴雨强度大，雨、水交替强烈，加之以采矿为主的人类生产活动频繁等因素，致使流域内地质灾害灾种齐全，滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝等地质灾害广泛分布。严重威胁当地人民生命财产的安全及磷矿的正常生产。崩塌是区内分布最广的地质灾害之一。

针对开阳磷矿区山体崩塌给矿区造成的一系列环境地质问题，给矿区居民的生产、生活造成不便，影响矿区公路安全运行，甚至直接威胁着居民的生命财产安全。因此，开阳磷矿区山体崩塌地质灾害防治刻不容缓，本文在对矿区山体崩塌进行地质调查基础之上，统计矿区各矿段山体崩塌的分布特征及危害对象，并分析其地质成因，选取典型崩塌体进行稳定性分析，最后提出矿区山体崩塌的防治对策。

1 矿区地质环境条件

1.1 地形地貌

区内地势南高北低，最高点狼鸡岭高程1713m，最低点为上洋水河与两岔河汇合口，高程722m。流域地形为垄脊槽谷，槽谷宽约3～5km，槽谷两侧脊岭对峙，槽谷内山高坡陡，地形破碎，沟壑发育，沟壑密度达1.4km/km2，相对高差300～500m，地形坡度陡竣，一般在30°～50°。矿区地层由板溪群、震旦系、寒武系、二叠系和三叠系所组成，由于构造、侵蚀、地下水溶蚀等作用的结果，使矿区形成浅切割侵蚀溶蚀中山地貌类型。

1.2 地层岩性

矿区出露地层主要是上元古代板溪群清水江组、震旦系南沱组、陡山沱组、灯影组，寒武系下统牛蹄塘组、明心寺、金顶山组、清虚洞和第四系。

1.3 地质构造与地震

洋水矿区构造复杂，褶皱、断层比较发育。断层以南北向、北西向、北东向三个方向为主，性质各异，组合复杂。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001，1：400 万），区内地震动峰值加速度为 0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅵ度。该区地壳属于稳定性类型。

1.4 采矿工程

矿区内采矿活动主要为磷矿开采、加工和运输等。目前沿洋水背斜两翼开采磷矿的矿山和企业有20余家，沿洋水河谷形成了长10km的磷矿开采区。开阳磷矿的开采方式主要为矿柱采矿法，采用预留矿柱支撑上覆岩层，开采形成大范围的采空区。

2 矿区崩塌基本特征及成因分析

2.1 矿区崩塌基本特征

矿区山体崩塌主要分布在洋水河右岸的罗家沟—龙洞沟—马路坪—雷打崖—瓦罐窑—青菜冲—牛赶冲一线，高程在900～1200m，崩塌物源为震旦系灯影组白云岩组成的陡崖以及下磷矿层的顶板岩层，崩塌物堆积于陡坎下的斜坡地带；左岸崩塌物源主要是石笋口—桐子园一线1230m高程以上陡崖处的灯影组白云岩，以及极乐矿段的矿层出露线以上的白云岩。经调查区域内具有一定规模的崩塌体83处，全部为岩质滑塌型崩塌，其崩塌总方量280×104m3以上，按各矿段汇总（表1～表5）。

表1 沙坝土矿段崩塌体（带）灾害汇总表Table1 CollapsesdisasterinShabatuminingareasummarysheet

表2 马路坪矿段崩塌体（带）灾害汇总表Table2 CollapsesdisasterinMalupingminingareasummarysheet

表3 牛赶冲矿段崩塌体（带）灾害汇总表Table3 CollapsesdisasterinNiuganchongminingareasummarysheet

2.2 矿区崩塌成因分析

矿区山体崩塌形成原因主要系开采4～6m厚的陡山沱磷块岩矿层并顺矿层延伸方向开拓巷道进行回采，形成较大采空区［1］，同时采掘放炮破坏了岩体的完整性，节理裂隙进一步扩张，岩体强度降低，导致采空区顶板冒顶跨塌，频繁爆破震动的应力传递及破坏，使一侧临空的陡峻的山体、缓坡台地或山顶的白云岩块体产生较大的卸荷张裂隙，长期的自然和人为活动综合作用，形成了崩塌危岩体或崩塌灾害。

表4 极乐矿段崩塌体（带）灾害汇总表Table4 CollapsesdisasterinJileminingareasummarysheet

表5 用沙坝矿段崩塌体（带）灾害汇总表Table5 CollapsesdisasterinYongshabaminingareasummarysheet

3 典型崩塌体稳定性分析

红岩沟BT－23崩塌体位于矿区马路坪矿段红岩沟西南侧，山体下部约一百三十米为磷矿采空区，为磷矿开采形成的岩质崩塌体（图1），边坡坡度近乎直立，坡长78m，坡高30～47m，基岩为震旦系灯影组厚层白云岩，基岩发育两组垂直节理，岩体产状为30°∠68°，边坡坡面产状 300°∠86°。此处基岩较破碎，节理裂隙较发育，主要发育有三组节理裂隙，分别为 270°∠82°、70°∠62°、251°∠79°，节理裂隙将岩体切割成不规则块体，属中型岩质崩塌。坡体下方为红岩沟水沟、耕地数亩。

结合坡面、岩层产状，节理结构面组合分析，经过赤平投影后，解得各组裂隙相交棱线与坡面和坡度的关系，判别斜坡的稳定性，结果如图2。

图1 红岩沟BT－23崩塌体Fig.1 NO.23RockfallinHongyangulley

坡面与裂隙1组合交棱线倾向234°，倾角80°，交线倾向与坡面倾向一致，倾角小于坡面倾角，为不稳定结构；坡面与裂隙2组合交棱线倾向25°，倾角53°，交线倾向与坡面倾向相反，倾角小于坡面倾角，为稳定结构；坡面与岩层产状组合交棱线倾向30°，交线倾向与坡面倾向相反，为稳定结构；坡面与裂隙3组合交棱线倾向230°，倾角78°，交线倾向与坡面倾向一致，倾角小于坡面倾角，为不稳定结构；裂隙1与裂隙2组合交棱线倾向356°，倾角27°，交线倾向与坡面倾向一致，倾角小于坡面倾角，为不稳定结构；岩层产状与裂隙1组合交棱线倾向182°，倾角13°，交线倾向与坡面倾向不一致，倾角小于坡面倾角，为稳定结构；裂隙1和裂隙3组合交棱线倾向217°，倾角77°，交线倾向与坡面倾向一致，倾角小于坡面倾角，为不稳定结构；裂隙2与岩层产状组合交棱线倾向145°，倾角27°，交线倾向与坡面倾向不一致，倾角小于坡面倾角，为稳定结构；裂隙2和裂隙3组合交棱线倾向341°，交线倾向与坡面倾向一致，为不稳定结构；裂隙3与岩层产状组合交棱线倾向165°，倾角20°，交线倾向与坡面倾向不一致，倾角小于坡面倾角，为稳定结构。综上所述，该崩塌体总体为不稳定。

图2 红岩沟BT－23崩塌赤平投影图Fig.2 NO.23RockfallinHongYangouplane stereographicprojectionchat

4 矿区崩塌防治工程

4.1 生态移民工程

针对第二节各矿段崩塌体分布特征及危害对象统计列表：序号7号沙坝土（崩塌体3个）、17号长燕沟（崩塌体3个）、21号孔家寨东（崩塌体2个）、26号张家寨（崩塌体2个）、34号流沙沟（崩塌体1个）威胁生命财产安全的邓家坪、孔家寨、张家寨、村民目前开阳县政府及开磷集团已经作移民搬迁规划和资金筹措。

4.2 井下充填采矿

中南大学与开磷集团矿业总公司研究开阳磷矿区采用中深孔落矿嗣后胶结充填采矿工艺［2］。充填采矿法具有增加磷矿回采率，减少矿石消耗，延长矿山寿命；减少采矿废渣产生量，减少废渣、磷石膏对地表的污染；降低地表变形量、地裂缝、塌陷、崩塌等地质灾害的发生，是预防地质灾害产生的重要手段。

4.3 锚固工程

锚固技术［3］是指采用普通（或预应力）锚杆、锚索、锚钉进行危岩治理的技术类型包括预应力锚杆、非预应力锚杆、自钻式预应力锚杆及预应力锚索。

针对第二节各矿段崩塌体分布特征及危害对象统计列表：BT—5、6枫香坪，威胁洋水河、矿区公路、田土；BT—7、8陈家洞沟，威胁矿区公路、田土；BT—10、11、12 沙坝土，威胁田土、小路、火车站；BT—65 ～70后山，威胁矿区公路、房屋、耕地。以上崩塌体均采用锚固工程防护，以保证受威胁的矿区公路、河流、小路以及火车站等的安全。本文选取矿区龙井湾BT—65后山崩塌体进行锚固工程设计见图3。危岩采用预应力锚索加固，裂隙采用M20砂浆充填，使得危岩与基岩形成整体。

4.4 防护工程

SNS被动防护系统［4］是一种能拦截崩落的岩块、以具有足够高的强度和柔性的钢绳网为主体的金属柔性栅栏式被动拦石网。整个系统由钢绳网、减压环、支撑绳、钢柱和拉锚5个主要部分构成。与传统的拦截式刚性建筑物的主要差别在于系统的柔性和强度足以吸收和分散崩岩能量并使系统受到的损伤最小。该系统既可有效防止崩塌灾害，又可以最大限度地维持原始地貌和植被，保护自然生态环境。

针对第二节各矿段崩塌体分布特征及危害对象统计列表：BT—1、2新坡磷矿，威胁洋水河；BT—4老街东洋水河东岸，威胁洋水河及西侧小路；BT—48、49黄泥沟，威胁黄泥沟、洋水河；BT—56、57、58、59茶园坡北两岔河北、南，威胁两岔河；BT—52～55石笋口，威胁矿区公路。以上崩塌体均采用SNS被动防护网防护，以保证受威胁的矿区公路、河流、小路等的安全。

图3 后山BT—65崩塌体锚固治理简图Fig.3 NO.65collapseinHoushan anchoragetreatmentsimplifieddiagram

4.5 危岩清除爆破工程

采用切割爆破［5］处理孤石、危岩是一种先进的施工方法。因为它能通过各药包的联合爆切作用，把单个的、体积较大的孤石、危岩或孤石（危岩）群予以全部或局部地粉碎，且向外飞散的岩块较小，不易砸坏设备，因此适合于开阳磷矿区山体崩塌危岩清除施工。

针对第二节各矿段崩塌体分布特征及危害对象统计列表，危害树林耕地崩塌体（带）：BT—3大沙厂西、BT—9淘沙沟、BT—13～15罗家沟、BT—16，17陈家沟、BT—18～20龙洞沟、BT—21马路沟、BT—22，23红岩沟、BT—24～26赵家沟、BT—27～29猴儿沟、BT—30～34青菜冲、BT—35，36牛赶冲、BT—40～45熊家沟、BT—46，47熊家田、BT—60董家坡西侧、BT—61斑鸠井东、BT—64大坡南东、BT—71，72方家田东、BT—73白泥姥、BT—74～79小屯坡、BT—80～82银厂坡。以上崩塌体均采用切割爆破清除危岩，以保证受威胁的树林及耕地的安全。

5 结语

开阳磷矿区山体崩塌主要系地下磷矿开采引起，因此防治的根本在于改进磷矿开采方法，推荐采用井下充填采矿，才能遏制区内崩塌的进一步发展；危害生命财产的崩塌体，优选生态移民工程；危害矿山公路、小路、河流等的危岩体，选取锚固与防护工程；危害耕地、树林的山体崩塌，采用切割爆破清除危岩体。结合矿区实际，科学规划，分类治理，确保矿区生命财产安全，改善地质生态环境、矿区工业建设、促进该地区磷矿资源的可持续开采和利用都具有重要意义。

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