广西恭城福安页岩矿矿山地质灾害评估及其防治措施

贺玲

(桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541004)

矿山地质灾害是人类开采矿山直接诱发的人为地质灾害[1]，主要表现为因地表剥离、地下采空、废石堆积、尾砂排放、地下水疏干等开采活动破坏了地面稳定而产生一系列与采矿活动密切相关的地质灾害，如采空区地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流以及地下水均衡破坏等[2]。发现矿山潜伏重大地质灾害问题，为矿山提供防治地质灾害措施和建议，对防治重大地质灾害具有十分重要的现实意义[3]。我国很多矿山片面追求经济效益、安全管理意识淡化、开采技术及设备落后、民采干扰等，导致矿山开采环境不断恶化，矿山地质灾害问题日趋严重[4]。矿山企业必须按照“边开采、边治理”的原则，对矿山地质灾害进行治理[5]。近年来，各种重大矿山地质灾害明显上升，对国民经济造成了重大损失，并严重威胁矿山周围企事业单位及居民的生产和生活。广西作为矿业发展比较迅速的矿业大省之一，矿山地质灾害问题同样严峻。因此，做好矿山地质灾害防治工作，是全社会亟待解决的问题。

1 矿山基本概况

矿山位于广西恭城县境内，有乡村道路连接至西侧乡级公路，交通较为不便。矿区面积0.062km2，开采标高+183～+175m，可采资源量为40.34万t。页岩矿体长约250m，宽200m，平均厚度约5m，代表性产状115°∠25°。矿山设计生产能力5万t，为一小型矿山。

1.1 气象气候

矿区属亚热带季风气候区，雨量充沛，气候湿热，四季分明。据统计，矿区所处地年平均气温18.8℃，以7—8月气温较高，极端最高气温约38.8℃；雨季集中在3—8月份，最大年降雨量2750.6mm，最小年降雨量1441.2mm，年平均降雨量1937.3mm。

1.2 地形地貌

矿区位于侵蚀剥蚀丘陵地貌区与岩溶峰林地貌过渡带，以北为丘陵及残丘坡地，地形波状起伏，丘陵高程一般在180m左右，负地高程一般在170m左右，地形坡度多小于15°；以东、以西为峰林，峰顶高程一般200～300m，地形陡峻。矿区范围内相对高差约10m，地形坡度约12°，基岩露头较少。

1.3 地质特征

1.3.1 地层岩性特征

矿区所在区域出露的地层由老到新为：早石炭世寺门组灰黑色碳质页岩夹粉砂质页岩、硅质灰岩、石英细砂岩，岩体风化较强烈，风化带岩体为矿区开采矿体；早石炭世黄金组深灰至灰色灰岩；早石炭世罗城组灰、灰黑色灰岩、泥质灰岩或灰岩、硅质灰岩；第四纪含碎石粉质粘土和腐殖土。

1.3.2 地质构造特征

矿区所在区域上属湘中-桂中SN向构造带和广西“山”字型构造前弧东翼外侧，区内历经四堡、加里东、印支、燕山、喜山等多期构造发育阶段，NNE向断裂、褶皱较发育。

矿区受区域地质构造影响小，主要表现为单斜构造，页岩出露区代表性岩层产状115°∠25°，灰岩出露区岩层产状120°∠35°。

1.4 水文地质特征

矿区地下水有碎屑岩基岩裂隙水和碳酸盐岩溶洞裂隙水2种类型。

碎屑岩基岩裂隙水是区内最主要的地下水类型。含水岩组为早石炭世寺门组页岩，水文地质条件简单,不存在富水性强的岩体(带)，区内的页岩、粉砂质页岩均为相对的隔水层，其含水性差，富水性极弱。地下水主要为基岩裂隙水，其主要分布于全—强风化岩带及下覆基岩裂隙中，主要接受大气降水补给，无稳定的地下水位，该类型水在洪水季节短暂存在，水量贫乏，旱季干涸，多以分散流形式排泄于当地冲沟中及地势低洼处。

碳酸盐岩溶洞裂隙水赋存于早石炭世罗城组灰岩、泥质灰岩的溶洞裂隙之中，岩层裂隙不发育，岩溶发育中等，地下水补给、储水条件较好，水量中等。综上所述，水文地质条件简单。

1.5 岩土工程地质条件

根据矿区的岩土体工程地质性质，结合岩性、结构、组合关系、强度等，可划分为基岩岩组和第四系松散土体2大岩土体类型。

1.5.1 软质薄层碳质页岩夹硅质灰岩岩组

主要指矿区场地下伏的早石炭世寺门组深灰—灰黑色薄层炭质页岩、中层状粉砂质页岩、硅质灰岩、石英细砂岩等。该岩组由于受风化作用影响，浅部岩体风化强烈，粘滑感、砂质感强烈。页岩抗压强度10.5～21.8MPa，透水性较差，工程地质性能一般，可作为一般地基的持力层。

1.5.2 第四系松散土体

为碎屑岩风化堆积而成的粉质粘土，零星分布于垄岗、缓坡之上或山间凹地、坡脚地势平坦处。该岩组为不均匀结构，厚度0.5～2m不等。据附近工程勘察资料及现场调查，该类土层一般为可塑状至软可塑状，强度中等，其容许承载力特征值在150～160kPa左右，属中等压缩性土。总体上，矿区岩土体工程地质条件较差。

2 矿山地质灾害现状评估

野外调查发现，矿区内发生滑坡1处。该滑坡位于矿区西部，发生在废渣场的南西侧土渣边坡上。由于前期矿山生产，废渣场的土渣堆积边坡宽约90m，高2～3.5m，坡角30°～60°。边坡上的土渣、砖料在降雨、重力等因素作用下向下滑动而成，滑坡体斜长2～2.5m，宽5m，厚0.3～0.8m，体积约10m3，为小型土质滑坡。滑坡体大部分保留，可见滑坡台阶，台阶宽约0.4m，滑坡在平面上呈扇形，后缘陡壁高0.3～0.6m，主滑方向120°，滑坡体主要由废渣场上的土渣、砖料组成，结构为松散。目前显示该滑坡暂处于稳定状态，并未采取任何防护措施，没有造成人员伤亡和财产损失。滑坡主要危害矿区中废渣场东侧的矿山公路，鉴于其规模不大，危害程度小，危险性小，目前矿山未对该滑坡进行任何防治措施。

3 矿山地质灾害预测评估

3.1 地质灾害危险性预测评估

3.1.1 露天采场危险性预测评估

矿山在开采过程中，将在矿区的北、西、北东和南东侧将形成工作帮边坡PN，PW，PNE和PSE。为验证最终边坡的稳定性，选用瑞典条分法对其进行稳定性验算，计算分别在天然、饱和工况状态下进行(图1-图4)，矿区岩土体主要计算参数如表1。

表1 矿区岩土体力学性质指标

注：数据来源于工程地质手册第四版

图1 PN，PW边坡天然状态稳定性计算结果图

图2 PNE，PSE边坡天然状态稳定性计算结果图

由图1—图4计算结果可知，最终边坡PN与PW，PNE与PSE在饱和工况条件下的安全系数分别为2.298和1.271，说明最终边坡在饱和工况条件下处于稳定状态。但是，根据矿区粘土的力学性质可知，该层粘土具有一定的胀缩性，遇水易膨胀崩解成泥状、糊状，失水易开裂。由于矿体具有上述性质，力学性质与普通土体不一样，如若露天采场排水措施不畅、遭遇连续大强度降雨或是长时间受烈日曝晒等，都会改变边坡岩土体的力学性质，如在施工中不引起重视，便可能引起滑坡、崩塌等地质灾害。

上述边坡及岩块在采矿爆破、机械震(振)动、突降暴雨等人为或外界条件以及重力作用下易产生岩块崩塌、滑坡地质灾害，主要危害采场内的作业人员(5～18人)、运输车辆和机器设备等。由于该矿山开采规模较小，因此所产生的崩塌、滑坡应以小型为主(崩、滑体积<500m3)，落距<8m。预测露天采场建设可能引发崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度中等，危险性中等。

3.1.2 堆土场废渣场危险性的预测评估

堆土场位于制砖系统南、西周围，在其南、西向临坡一侧形成宽约300m，高2～5m，坡角约30°～60°的堆土边坡，边坡体主要由开挖出的红粘土及少量的腐植土堆放组成，稳定性较差，边坡底部没有任何工程措施；废渣场位于晒砖坪西侧，在其东、南向临坡一侧形成宽约90m，高1.5～3.5m，坡角约30°～60°的堆土边坡，边坡体主要由矿山生产形成的废土渣、砖料堆放组成，稳定性较差，边坡底部没有任何工程措施，上述边坡在大、暴雨等恶劣天气以及重力作用下易产生崩塌、滑坡地质灾害，主要危害制砖系统、晒砖坪。鉴于堆土场、废渣场建在平地上，且形成的边坡较低。预测堆土场引发崩塌、滑坡的可能性中等，危害程度小，危险性小。

图3 PN，PW边坡天然状态稳定性计算结果图

图4 PNE，PSE边坡天然状态稳定性计算结果图

3.2 预测评估采矿活动可能加剧的地质灾害

矿区已发生的滑坡现状条件下暂处于稳定状态，但尚未进行治理及任何防护措施，在后续采矿活动中，由于持续降雨(尤其是暴雨)及其重力作用等因素影响下会使其危害进一步加剧，规模进一步扩大，对即矿山公路形成危害。预测该滑坡加剧的可能性中等，危害程度小，危险性小。

3.3 预测评估矿山本身可能遭受的地质灾害

矿山本身可能遭受的地质灾害主要有崩塌、滑坡和地(路)基不均匀沉降。

3.3.1 崩塌滑坡

矿山后续开采生产最终在矿区采场的北、西、北东和南东侧将会形成一系列高5m，坡面角45°的开采台阶及最终边坡角不大于35°的最终边坡，边坡上岩体风化较强烈、裂隙较为发育，均属潜在不稳定边坡。另外，由于矿区周围的堆土场会在后续生产过程中持续堆放土料，堆土量也将继续增加，边坡上的土料结构较为松散，属于潜在不稳定边坡。上述2个因素在矿山生产时机械震(振)动、突降暴雨以及重力作用等人为或外界条件影响下，较易产生崩塌、滑坡等地质灾害，主要危及采场和制砖系统中的作业的人员(5～18人)以及机械设备。预测露天采场和制砖系统及其附近遭受崩塌、滑坡的可能性中等、危害程度中等，危险性中等。

3.3.2 地(路)基不均匀沉降

预测建设工程本身可能遭受地(路)基不均匀沉降地质灾害主要在轮窑、烟囱、制砖系统以及生活区等区段。在上述区段由于修建建筑物平整场地，需进行厚度不等的填、挖方，其中填方厚度约0.5～4.0m，如填方时不将原场地表层腐植土等不良土体清除，并对填土层进行分层辗压夯实，将可能导致在填土较厚地段产生地(路)基不均匀沉降。地(路)基不均匀沉降会使地面构、建筑物产生破坏变形，从而影响其安全和使用性能。由于该类型地质灾害具渐变性，且填、挖方高度不是很大，预测矿山本身遭受地(路)基不均匀沉降地质灾害的可能性中等，危害程度小，危险性小。

4 矿山地质灾害防治工程措施

根据上述矿山存在的地质灾害类型及其特点，分别制定相应的工程措施。

4.1 崩塌滑坡防治工程措施

崩塌、滑坡主要发生在露天采场边坡及废渣堆放边坡，因此，主要采用支挡工程，同时配合排水工程和植被恢复工程等次要治理工程。

(1)挡护工程。在堆土场北西侧近制砖系统出口处和废渣场西侧边坡下修建挡土墙进行挡护工程；挡土墙采用M7.5浆砌石重力式结构，设计长度共120m，高度1m，顶宽0.8m，底宽1.5m。

(2)排水工程。根据矿区地表地形在露天采场境界外围和内侧以及采场的开采平台，进行挖掘截排水沟，采用只挖形式布设梯形截排水沟，并对其进行夯实。截排水沟长约1900m，底宽1m，沟深1m，截面面积1.25m2。

(3)植被恢复工程。对采场台阶采用上爬下挂的植被恢复形式，在台阶边缘种植爬山虎，并播撒草籽；对堆土场和废渣场播撒草籽，以防止水土流失。

4.2 地(路)基不均匀沉降

矿区内需人工平整场地地段，在填土前应尽量清除地表软弱土层，并对其分层碾压夯实，以防止地(路)基不均匀沉降的发生及造成建筑物变形，发生安全隐患事故；施工时应避免遭受较急剧的天气，如大、暴雨天气影响，严格做好地表水的防渗排泄工作，严禁地表水直接向地面填土渗漏，以免地表水下渗引起填土强度降低及携带填土颗粒迁移而引发地(路)基不均匀沉降。

5 结语

发现矿山潜伏重大地质灾害问题，为矿山提供防治地质灾害措施和建议，对防治重大地质灾害具有十分重要的现实意义[2]。我国很多矿山片面追求经济效益、安全管理意识淡化、开采技术及设备落后、民采干扰等，导致矿山开采环境不断恶化，矿山地质灾害问题日趋严重[4]。矿山企业必须按照“边开采、边治理”的原则，对矿山地质灾害进行治理[5]。该文以广西某页岩矿山为例，提出了该类矿山的地质灾害评估及防治措施的基本思路和方法，对矿山地质灾害进行了分类的现状和预测评估，并根据这些地质灾害的特点，提出了对应的挡护工程、排水工程和植被恢复工程等措施，进而达到消除或减轻地质灾害安全隐患的目的。

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[5] 贾德旺，吕宝平，贺汉庭，等.济宁市嘉祥县石灰岩矿山地质环境评价和管理[J].山东国土资源，2006，22(5)：54-57.