某露天矿山地质环境特征及地质灾害预测分析

苟 聪，范 尧，魏 军，王宏波，欧阳友和

（1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100）

某露天矿山地质环境特征及地质灾害预测分析

苟 聪1，范 尧2，魏 军2，王宏波2，欧阳友和2

（1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.中国建筑材料工业地质勘查中心山东总队，山东 济南 250100）

采矿引起的一系列矿山环境问题不仅威胁到人们生命财产安全，而且严重影响和制约着经济的发展，也引发了一系列社会问题和矛盾。鉴于此，笔者针对矿山地质环境特征与地质灾害进行预测分析，旨在为我国矿山地质的勘察工作提供借鉴，为政府部门对进行矿山地质恢复治理工作及矿产资源合理开发利用规划提供科学依据，具有重要的理论意义和实用价值。

露天矿山；矿山地质环境；地质灾害

某矿山为冶金用白云岩矿山，中型山坡露天矿，矿区分为南北两侧两个预采区，整个矿区东西长约2.3km，南北宽约1.5km，海拔最低147m、最高311m，开采矿体标高约+297.10～+180.00m。矿区顺岩层倾向的斜坡平缓，坡角一般15～25°，逆岩层倾向坡角一般20～40°。地层由第四系松散堆积层和奥陶系三山子组、马家沟群，寒武系炒米店组、崮山组等组成。矿床底板为寒武系炒米店组豹皮状灰岩，矿层为三山子组c段，岩性以浅灰色中、厚层细晶白云岩为主，厚度约40～60m，详见图1。

1 矿床地质特征

1.1 地质概况

图1 矿区水文地质略图

矿区为断块凸起的单斜构造区，岩层倾向40°，倾角15°，矿区构造发育，发育正断层F1，走向130～150°，倾向南西，倾角80°。矿区地层岩体结构面主要分级为Ⅳ级，裂隙分为两组：①组：走向30～70°，倾向北西，倾角70～85°；②组：走向130

～170°，倾向南西，倾角60～85°。根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，矿区在50年超越概率为10%条件下的地震动峰值加速度为0.10g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。矿区无新构造活动迹象，矿区稳定性好，但区域新构造运动表现比较强烈，有历史记载的几次地震均影响到本区。

1.2 地质环境特征

1.2.1 水文地质

矿体高于基准侵蚀面(标高为+147.70m)，区内无地表水体，地下水补给主要来源于大气降水。矿区岩溶发育，主要沿层面溶蚀发育而成。地下水类型分为松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水。松散岩类孔隙水含水层厚度不超过10m，一般1～2m。碳酸盐岩类裂隙岩溶水赋存于寒武系、奥陶系等地层岩组，富水性弱，其中深层裂隙岩溶水化学类型为HCO3-Ca·Mg型，pH值7.16～7.61，矿化度361.38～485.55mg /L。含水岩组风化带厚度及裂隙发育不均匀，造成地下水无面状分布规律，水位埋深不一，地下水运动方向与地形及岩层倾斜方向基本一致，流向为北北东(见图2)。

图2 矿区水文循环剖面(A-B)示意图

1.2.2 工程地质

矿区岩层划分为两个工程地质岩组，第一岩组为第四系松散堆积层，由冲洪积层组成，岩性为灰黄—棕黄色亚粘土、含粘土粉砂，分布范围及厚度均较小；第二岩组为矿层(体)和矿体底板的坚硬半坚硬岩组。矿体底板为寒武系炒米店组豹皮状灰岩，矿层为三山子组c段，岩性以浅灰色中、厚层细晶白云岩为主。断层F1距离开采区较远，对矿区安全开采影响较小。

1.2.3 环境地质

矿区多基岩裸露，植被相对稀疏多为松树，矿山的开采对土地、植被产生一定的影响；采矿可产生局部地表变形，对地质地貌景观会产生一定的破坏和影响；矿山排水不会引起大面积地面塌陷、沉降、开裂等现象；对地表水、地下水环境的影响小；本矿床矿石和废石化学成分基本稳定，在开采过程中，将人为产生一定量的粉尘，对矿区附近居民生活产生影响有限。

2 矿山开发与地质灾害

矿山开发对边坡稳定性和岩体完整性有较大影响。炒米店组地层为矿层底板顶面，稳固性好，岩体不利结构面对矿山开采无影响；矿层岩体开采时，软弱结构面由于抗风化能力相对较弱，在上部厚大岩体自重(人工荷载)作用下，底部较弱结构面将产生压缩碎裂变形，从而导致上部岩体发生位移，在陡倾拉裂缝扩展与层面的组合切割下，单层岩体逐步向下蠕变，持续发展上部岩体重心外移，若遇强暴雨、地震将产生较大的水平力，受构造裂隙切割的岩体将产生崩塌、滑落。矿山开采产生废石及弃渣随意堆放，在暴雨等不利工况下会引发坡面泥石流等地质灾害。

2.1 泥石流

矿区地表水的汇水面积约4km2，地表坡角15～25°，地表植被发育稀疏，基岩大面积裸露，地表碎屑(土、石)物源堆积体不发育，且地表汇水面积有限，不具备发生坡面泥石流的环境地质条件，但是局部地段坡面汇流源短流急，在大暴雨或特大暴雨的激发下，凹型坡内的采矿废渣饱水后会形成泥石流沿沟道而下，威胁矿山的安全生产与正常运行。

2.2 崩塌

矿区内崩塌主要集中在两处人工开采边坡处，由于历史原因开采石料，现已形成高陡边坡，其边坡特征详见表1。现以B2边坡为例，进行边坡稳定性分析预测(见图3)，岩性为豹皮状灰岩，属节理裂隙崩塌类型。由图3分析可知：边坡结构为逆向坡，岩体L1组裂隙与坡面成小角度斜交，L2组裂隙与坡面成大角度斜交，裂隙与层面互相交叉切割，两组节理裂隙的组合交线也以反倾坡内为主，因此边坡整体稳定。但是L1组裂隙与层面的组合交线倾向于坡外，倾角较大且小于坡角，为不稳定结构面，岩体可能沿外倾结构面和组合面产生松动或发生掉块，现场调查的刀砍状凹岩腔就是这样形成的。由于边坡较高较陡，同时受节理裂隙L1与不利组合结构面的控制，在地表表部植被破坏及大气降水沿节理、裂隙面的渗流影响作用下，上部危岩体有沿不利组合面向下发生倾倒、坠落的可能。现场调查该地段边坡裂隙间距较小(d =0.5～2.0m)，裂隙结构面组合较差，岩体被裂隙组合切割，在地震、暴雨等外力作用下该地段岩体将可能发生崩塌。

表1 人工采石边坡工程地质条件现状评价表

图3 B2边坡裂隙赤平投影图

2.3 不稳定边坡

矿区山体南坡坡度较陡，边坡结构属于逆向坡，山体表面多分布卸荷岩体和滚石；北坡坡度较缓，边坡结构属于顺向坡，边坡稳定性问题主要为临空卸荷引起的变形破坏，通过对边坡结构和构造岩体分级分为如下几种失稳类型：滑移式、坠落式、倾倒式。其失稳变形破坏结构示意图见图4～图6(图4a岩体后缘有陡倾裂隙，图4b岩体后缘无陡倾裂隙；图5a岩体重心在支点外侧，图5b岩体重心在支点内侧；图6a后缘岩体抗拉强度控制，图6b底部岩体抗拉强度控制)。因此，矿山开采时应避免地质灾害的发生，针对不稳定边坡及时进行必要的支护等处理措施。开采边坡稳定性预测分析详见表2。

图4 滑移式危岩稳定性预测分析图

图5 坠落式危岩稳定性预测分析图

图6 倾到式危岩稳定性预测分析图

表2 边坡稳定性预测评价

3 地质灾害综合分析与防治

该矿山开发建设过程中边坡整体稳定，局部稳定性较差，在地震、暴雨等外界条件的诱发作用下，仍存在产生边坡失稳的可能，这也是矿山开采必须研究

的问题。此外，由于矿区地层软弱结构面发育，开采时边坡浅层滑坡发生可能性较大。矿山露天开采时将面临的主要问题是采场局部崩塌，主要是由于矿山开采形成的直立边坡，在不利结构面组合切割下致使岩体崩塌发生，危及边坡底部的作业人员。矿山开采后随着废石土量增大，沿坡谷堆放容易引发坡面泥石流等灾害。对此提出矿山建设地质灾害防治措施如下：

(1) 在废石堆周围设置匹配的可排水挡墙、挡坝，以及适当断面的截洪沟道及尾矿库，以免废石堆临空界面活化发生地质灾害和洪涝灾害。

(2) 开挖矿体使围岩应力重分布，岩体稳定性降低，应避免地质灾害的发生，针对不稳定斜坡应进行必要的支护等处理措施。

(3) 在自然地形、地貌等不同破坏程度的区域采用植树种草及生物篱、生物谷坊等生物工程，以达到尽快覆盖、固定裸露土体，抑制泥石流发生的作用。

4 结语

矿山地质灾害的发生大多是由于盲目无序的采矿方法造成的，在开采矿产资源的同时，要科学合理分析矿山地质环境特征，对地质灾害的发生做出预测分析；在矿山的开采过程中加强监测与预警，积极的用科学的方法和手段来防止和避免矿山地质灾害的发生，也只有真正做到合理科学的开采矿山资源；在遇到地质灾害时才能够积极稳妥的处理，才能实现矿业的可持续快速发展。

[1]房佩贤，卫中鼎，廖资生，等.专门水文地质学[M].北京：地质出版社，1987.

[2]BISHOP A W, MORGENSTERN N. Stability coefficient for earth slopes[J]. Geotechnique, 1960, 10(4): 164-169.

[3]MARA S, VLAD S N, Natrual and technological risk management by private insurance in Romania including mining related disasters[C]//19th International Mine Water Conference, 2009. South Africa: 967-974.

[4]李世海，李晓，刘晓宇.工程地质力学及其应用中的若干问题[J].岩石力学与工程学报，2006(6)：1125-1140.

[5]张至刚.边坡稳定性分析技术在我国金属露天矿山中的应用[J].云南冶金，1999(6)：8-11.

[6]TROFIMOV V T, ZILING D G. Geoecology, ecological geology and engineering geology; relationship of contents, subjects, objects, and problems[J]. Geoekologiya: Inzhenernaya Geologiya. Gidrogeologiya. Geokriologiya, 1996(6): 43-54.

[7]范尧.山东省饰面石材资源评价标准及其开发建议[J].江西建材，2014(11)：03-04.

[8]肖和平，潘芳喜.地质灾害与防御[M].北京：地震出版社，2000.

[9]武强，刘伏昌，李铎.矿山环境研究理论与实践[M].北京：地质出版社，2005.

[10]YU X Y. Studying theory of displacement and deformation in the mountain areas under the influence of underground exploitation[D]. Dissertation. Kracow (in Poland): AGH University of Science and Technology, 1999, 10(1):2-3.

[11]黄润秋.地质环境评价与地质灾害管理[M].北京：科学出版社，2008：254-255.

[12]周爱国，蔡鹤生.地质环境质量评价理论与应用[M].北京：中国地质大学出版社，1994.

Geological Environment Character and Prediction Analyses of Geological Disasters of One Reveal Mine

GOU Cong1, FAN Yao2, WEI Jun2, WANG Hong-bo2, OUYANG You-he2
(1. Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; 2. Shandong Building Materials Geological Exploration Center, Jinan 250100, China)

A series of mining-induced environmental problems threaten the lives and property of people, and seriously affect and constrain the development of economy. In view of this, the author for geological environment character and geological disasters prediction analysis can provide reference for our mine geological survey work and provide scientific basis for the government carry the case of protecting and treating mining geo-environment, and rational exploit mining resources, so the research is of great actual meaning and theory value.

reveal mine; mining geo-environment; geological disaster

TU142

A

1007-9386(2015)02-0059-04

2014-09-05