忻州窑矿崩塌滑坡地质灾害防治技术研究与应用

王丽静

1 矿山崩塌滑坡地质灾害形成机理及危害

崩塌和滑坡相伴而生，有相同的触发因素，在一定条件下可以相互诱发、相互转化，发生滑坡式崩塌或崩塌型滑坡[1]。崩塌滑坡主要的影响因素有：地震、降雨和融雪、地表水的冲刷、浸泡、河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷；此外，还有一些人为行为：矿山开采、矿山爆破、采空区塌陷、采空区地面沉陷导致斜坡便陡，都容易引发崩塌滑坡。

矿区崩塌滑坡地质灾害主要发生在道路沿线、工业广场或民用建筑设施附近，常会导致交通中断、建筑物毁坏和人生伤亡等事故，甚至可能会摧毁矿山及其设施，淤埋矿山坑道、伤害矿山人员、造成停工停产，甚至使矿山报废，造成巨大的人员伤亡及经济损失，因此确保矿区边坡稳定，消除崩塌隐患势在必行。

2 矿山崩塌滑坡的探测方法及防治措施

崩塌滑坡的探测方法主要有滑坡表面变形监测和内部变形探测两种方式，其中滑坡体表面监测主要采用地表测绘定位法，在滑坡体周围稳定区域布设一系列基准点，在滑坡体表面均匀布设监测点，以基准点为不动点，监测点为运动点，通过观测监测点坐标同初始坐标的差异来确定监测点的运动状态，该种方法是目前使用最广泛、最有效的外观监测方法[2]。滑坡内部变形探测能够比表层监测更深层次的反映滑坡状态，探测方法有表层物探法、钻探法、内部倾滑监测法等，其中物探法主要采用浅层地震法、高密度电法及地质雷达法进行勘探，可以探测滑坡体内部岩层及表土层的结构特征、松散层分布区域，不稳定因素等情况，为制定针对性治理方案提供可靠依据。

崩塌滑坡的防治措施可分为防止崩塌发生的主动防护和避免造成危害的被动防护两种类型[3]。主动防护包括：削坡、地表排水、控制爆破、加固或支护、做支挡墙、锚固、护面墙等。被动防护包括：拦截（做挡石墙、金属栅栏）、引导（棚洞）、避让（绕道、隧道措施、变更工作位置）等，由于各项措施组合可变性较大，故应坚持“因地制宜，技术先进，经济合理，保护环境”的方针，结合现场实际制定切实有效的治理措施[5]。

3 矿山崩塌滑坡治理区概况

3.1 地形地貌

该崩塌隐患位于忻州窑矿东南部，周边沟谷地形呈“U”字形，边坡坡度多介于30°～82°之间，部分地段边坡接近于直立，边坡上基岩直接出露，风化强烈，坡脚处多见风化掉落的岩块，植被覆盖率低，边坡北方向矿区有一条公路通过，边坡南侧为某矿材料库，局部紧贴边坡。

3.2 矿山崩塌滑坡治理区区域地质概况

该区域位于大同煤田北东部边缘，地处大同向斜北部最低部位，井田总体为一向斜构造形态，一些断层多集中在向斜轴的两翼，地层走向总体为北东，向南稍转北西，地层倾向以向斜轴为中心，东部倾向北西，西部倾向北东，地层倾角井田东部稍大，为10°～15°，井田西部倾角平缓，为1°～3°，在井田的北部向斜的西翼为同期形成的小褶皱区。

3.3 灾害治理区岩土体工程地质特征

根据矿区探井、钻孔揭露及现场地质剖面填图成果，该区地层主要由杂填土、碎石土、砂岩组成，具体描述如下：

杂填土：杂色，稍湿，松散，成份不均，主要为砖块、石块等堆积而成。碎石土：杂色，稍湿，中密，主要由粉土、碎石、块石等组成，直径20 mm～200 mm，其中粉土占比42%，碎石、块石占比为58%。砂岩：灰色，顶部2.0 m～3.0 m 为强风化状态，以下为中-微风化状态，砂质结构，岩层产状64°∠3°，饱和单轴抗压强度平均值为34.87 MPa，属较硬岩。

3.4 边坡破坏模式分析及稳定性定性分析

在目前地质环境条件下，治理区下部岩质边坡处于欠稳定状态；在暴雨或地震作用下，治理区岩质边坡处于不稳定状态，因此，应根据稳定性分析及边坡破坏模式对治理区边坡采取治理防护措施，以确保治理区边坡稳定，消除不稳定边坡对坡下建筑物的安全威胁。

4 滑坡崩塌治理区治理方法研究

根据勘查成果，在查明治理区岩土体工程地质特征、地形地貌、稳定现状等的基础上，结合边坡稳定性计算结果，认为治理区内边坡安全系数小于规范要求，应采取治理措施以消除不稳定边坡地质灾害隐患。该边坡表土层松散，成分不均，且植被较少，深部砂岩层顶部风化较强，综合考虑边坡稳定性及破坏模式，对上覆表土层进行清理平整，对下部岩质边坡采用挂网喷锚进行支护，并辅以截水沟措施进行综合治理。

4.1 整坡工程

治理区泥岩和砂岩以厚层状或交互层状分布于斜坡表面，由于两种岩石风化程度不同，造成斜坡表面有局部隆起和局部凹陷。斜坡顶部由于受雨水冲刷的影响，形成了局部凹陷和边界缺失。在锚杆施工布设前，要用风镐清理岩面，消除凸隆部位，对斜坡顶部凹陷和缺失进行修补。

坡体顶部边线块石砌筑，在风化岩体顶部，沿边线挖掉深0.5 m，宽0.5 m 的风化岩，将底面和侧面夯实，用200 mm～300 mm 块石砌筑边墙，边墙顶面与自然底面高度一致，墙体与风化岩表面坡度一致；块石砌筑采用M20 水泥砂浆，配合比应为1:1:0.45（水泥：砂：水），块石摆放要紧密，缝隙要注满水泥砂浆，边线全部采用块石砌筑，块石砌筑深度和宽度都为0.5 m。

4.2 护坡工程

治理区斜坡坡体为易风化泥岩、砂岩，设计对坡体设置挂网喷浆进行护坡，为提高挂网护坡的稳定性，再布设锚杆。

挂网采用Q235φ6 mm 钢筋，钢筋网尺寸300 mm×300 mm，网格状布设，网格节点与锚杆间用纯铁线14#线（直径2 mm）绑扎。

锚杆采用方型布设，锚杆长度分2 种，全风化-强风化泥岩层采用锚杆长度为5 m，中风化砂岩层采用锚杆长度为2 m，一端抹斜切割角度为30%，另一端平截，单根锚杆嵌固整体抗拔力设计值为4 kN，尺寸间距为1.2 m×1.2 m，钻孔与斜坡坡面中垂线夹角5°，成孔孔径为80 mm，锚杆主筋为φ20mm螺纹钢，与挂网十字搭接处连接牢固，孔内采用M10水泥砂浆在2～3个大气压下全粘结压力灌注。

喷射混凝土强度等级采用C20 混凝土，抗压强度10 MPa，水泥选用硅酸盐425 号水泥，砂为河砂中粗砂，含水率<5%，粒料用坚硬新鲜碎石，粒径小于12 mm。喷射采用湿法喷射，混凝土配合比宜采用（重量比）1:0.63:2.5:4.1（水泥：水：砂：碎石）按地面护坡喷射混凝土200 mm计。

图1 工程布置

4.3 截水沟工程

截水沟设置于坡顶已建挡土墙北侧12 m，过水断面为梯形，口宽1 400 mm，底宽700 mm，深700 mm，厚300 mm，由M10 浆砌片石砌筑，横向截水沟沟底坡率1.5%，每隔15 m设一道变形缝，缝宽30 mm，缝中填沥青麻筋、沥青木板或其它有弹性的防水材料，使用1:3水泥砂浆勾缝。共修建排水沟133 m。

5 结论

本文利用已有的资料，开展矿山环境地质分析（包括周边环境和人文环境调查）；利用先进的地质勘查技术及边坡稳定性检测、评估技术，确定治理方向和总体方案，从根本上解决忻州窑矿的崩塌地质灾害现状。通过对治理区进行削坡、护坡和排水沟等综合治理方法，有效的消除了该地区崩塌滑坡地质灾害隐患，避免地质灾害对忻州窑矿区内及周边的群众构成的潜在威胁，同时改善整个矿区的环境，促进矿区社会、经济发展。