贵州省桐梓县道角煤矿危岩体发育特征及成因分析

徐 建 艾靖博 方生红

（1.贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州 贵阳 550006；2.贵州荣源环保科技有限公司，贵州 贵阳 550006）

1 研究区概况

道角煤矿位于桐梓县城北面的松坎镇东南部，地形以侵蚀、溶蚀组合的脊状山为主，受地层岩性的影响，局部形成陡崖，地形起伏大，切割深。危岩体主要分布于道角煤矿工业广场—后园—白果湾北东侧的陡崖上，陡崖最高高程为1220 m，前缘坡脚最低高程为白果湾一带，标高为1032 m左右，相对高差约188 m，坡度一般为50°～75°，局部地段危岩体为直立或悬挂状，下部地形坡度较缓，一般为5°～20°。陡崖斜坡上沿线可见以往崩塌堆积体分布。

2 危岩体范围、规模及形态

危岩主要发育于斜坡的上部，形成两个陡崖带，即南部陡崖带与北部陡崖带。共调查14处危岩体。南部陡崖带长约1140 m，主体倾向西南，陡崖高差20～180 m，发育8处危岩，即WY01、WY02、WY03、WY04、WY05、WY06、WY07、WY08；北部陡崖带主体倾向南西，长900 m，陡崖高差20～190 m，发育6处危岩，即WY09、WY10、WY11、WY12、WY13、WY14。

通过现场调查及测绘[1-2]，危岩单体的体积20.3～4560 m3之间。危岩体主要由倾向西和南西的两组裂隙控制而形成，变形破坏模式主要为倾倒式、坠落式，少量滑移式。危岩体形态特征以块状、柱状为主，部分危岩体底部发育凹岩腔。危岩体主要危害对象为斜坡区穿过的通村公路、过往行人及车辆、陡崖下方居民住户、道角煤矿工业广场，共威胁居民25户150人，威胁财产估计约4875万元，危害程度为大型。14处危岩体总方量22 462.8 m3，总体规模属于中型。危岩体发育特征详见表1。

表1 危岩体发育特征汇总表

3 危岩体物质组成

危岩体物质成分主要为三叠系夜郎组玉龙山段和二叠系上统长兴组灰岩、泥灰岩，地层产状为125°∠7°。危岩体顶部分布有少量第四系松散层，厚度小于1 m，物质成分主要以残积物、坡积物为主，为粘土，夹碎石、块石，含量10%～15%左右。

斜坡地段以往崩塌堆积物主要为灰岩、泥岩，形状以碎块、块状为主，单块方量一般0.01～2.5 m3，最大者方量达240 m3。

4 危岩体结构特征

危岩体岩性主要为灰色、灰白色灰岩、泥灰岩，风化程度为中风化较坚硬岩类。区内主要发育两组结构面，为硬性结构面。一组为倾向西，产状为200°～270°∠60°～85°，为外倾结构面，倾角与坡角呈小角度斜交，未延伸出临空面，发育密度0.56条/m；另一组为倾向南西，产状为150°～180°∠70°～85°，浅部局部与坡角交切后形成外倾结构面，该组结构面整体与坡角交角较前者大，未延伸出临空面，发育密度0.7条/m。结构面结合一般～差。裂隙面相互交切之后，陡崖区形成危岩为块状、柱状，岩体完整性为较完整。岩体质量等级为Ⅲ类。

5 危岩体变形特征

影响危岩体变形破坏的因素有陡倾裂隙、凹岩腔、溶蚀作用、岩体结构类型等。结合危岩体底部凹岩腔发育情况、后缘陡倾裂隙发育情况和岩体的结构特征，对危岩体变形破坏特征总结性描述如下：

（1）危岩体底部发育凹岩腔

区内有11个危岩体局部发育有凹岩腔，凹岩腔在区内两组主控结构面作用下，下部“软基”风化剥蚀搬运淘空，导致上部“陡岩”在重力作用下拉裂以坠落运动方式而形成。危岩体的底部一旦形成了凹岩腔，就容易导致危岩体因底部直接失去支撑而脱离母岩，形成各种破坏模式的崩塌。部分典型危岩体凹岩腔发育情况如图1。

图1 典型危岩体凹岩腔发育情况

（2）危岩体变形受后缘陡倾裂隙控制

区内主要裂隙控制结构面有两组，一组倾向西，一组倾向南西。经分析，区内大部分危岩单体的形成均受这两组裂隙控制结构面相交切割而形成。

（3）危岩体可能破坏的方式

区内危岩体形态多样，按其形态特征及结构面发育特征、形成原因与变形破坏机理等，区内危岩体破坏类型主要为坠落式、倾倒式破坏。

6 危岩体成因分析

危岩带形成主要原因为地形条件、地层岩性、岩体结构面组合特征、极端气象条件等，具体分析如下：

（1）地形条件

区内自然山体地形中上部为陡立的基岩裸露区，陡崖临空高度一般大于150 m，临空条件好，为崩塌灾害形成提供了良好的地形条件。另外，陡崖高度大、坡度陡，陡崖中下部岩体所受重力荷载大，陡壁上部易于产生卸荷张性裂缝，形成卸荷裂隙带及危岩体，易于倾倒、崩塌或错落。

（2）地层岩性

地层岩组特点对崩塌发生的规模起到一定的控制作用。区内陡崖底层岩性为粉砂岩、泥质粉砂岩、灰岩、泥灰岩及粘土岩，在边坡上一般呈软硬岩相间互层，厚度不一。灰岩、砂岩因结构面切割往往形成巨大块体，因风化差异性，粘土岩层可风化剥落形成凹岩腔，随着风化的发展，支撑上部硬岩的软岩基础面积越来越小，所承受的压应力则越来越大，软岩外侧还将产生应力集中区，压应力增大除导致软岩层变形的增大外，还可能因超过自身的抗压强度而产生更大塑性变形或破坏。当上部硬岩层在合适的结构面切割、一定的水平力、重心不断外移等条件发展到一定程度时，软硬相间的硬岩层可能突然失稳产生崩塌。

（3）岩体结构面组合

陡崖区岩体多数为层状结构，主要发育两组节理面，产状分别为：200°～270°∠60°～85°、150°～180°∠70°～85°，陡倾的节理面与缓倾的岩层组合有利于崩塌的发育，特别是道角煤矿碳酸盐与碎屑岩相间岩组组成的坡体，凹岩腔在岩体自重作用下拉裂形成岩体坠落式破坏，中厚层状硬质岩体发育区，发生倾倒式破坏。

（4）气象条件

道角煤矿年降雨量大，且降雨期相对集中，雨季的大暴雨或持续降雨大量渗入山体，增加了岩体自重，浸润了裂隙面，加快了危岩体的变形破坏速度。尤其是采空区导致的地裂缝，雨期地表水大量下渗，对山体陡崖稳定极其不利。道角煤矿最高温度可达37.5 ℃，最低温度-6.9 ℃，多年平均相对湿度约80%，年平均降水量1 038.8 mm，最多一年降水量1 335.1 mm，最少一年降水量749.2 mm，最大日降水量173.3 m，夏季降雨量大且蒸发量也大。温差变化和干湿交替非常强烈，温度、湿度、降雨量的剧烈变化使岩体的风化作用更为强烈。

（5）风化、溶蚀、植物生长等因素

陡崖带区域，岩溶溶蚀发育，在陡崖上形成了沟槽，植被多在这些区域生长吸取营养料和水分。陡崖上植被分布面积较广，该区域为溶蚀较强作用发育区。风化、溶蚀、植物生长等大大降低岩体的完整性，利于大规模危岩形成，在形成危岩前期常表现为零星落石、掉块等的发生。

（6）人类工程活动

区内以往私采小煤窑较多，形成的采空区面积较大，加之陡崖南部为道角煤矿开采区域，煤层的开采对上覆山体产生影响。主要表现为：① 煤层开采爆破活动对坡体产生扰动，使得坡体长期受到动荷载影响，造成岩体损伤；② 开采完成后形成大面积采空区，这些采空区未进行有效的支护和处置，使得上覆坡体在重力作用下逐渐沉降变形，改变上覆岩体的原始应力状态，引起整个山体的应力重分布，采空区的顶板在拉应力的作用下出现张拉破坏；同时上覆山体的自重应力使得矿柱处于压应力集中状态，使力学强度不高的煤柱逐渐发生破坏而失效，采空区由最初的小范围顶拱冒落发展到后面的大范围坍陷，并传递至整个山体造成地表出现一系列的变形破坏。

7 结论与建议

（1）道角煤矿危岩体发育于斜坡的上部，形成两个陡崖带，分布有14处危岩体，危岩体总方量22 462.8 m3，规模属于中型。

（2）危岩体主要危害对象为道角煤矿工业广场、通村公路、过往行人及车辆、危岩下方的居民住户，共威胁居民25户150人，威胁财产估计约4875万元，危害程度为大型。

（3）危岩体目前处于欠稳定状态，随着岩石风化、水体渗入、基座软化、溶蚀作用等进一步发展，危岩体与母岩将持续不断变化分离，将发生局部或小面积崩塌、掉块现象，在暴雨、人类工程活动等因素的影响下，极易发生大规模崩塌，应采取工程措施对其进行治理。

（4）建议定期监测危岩体开裂变形情况，并将监测数据及时上报汇总，如发现变形量过大时应即刻上报，并采取临时避让措施。