矿山地质灾害治理方案研究

杨 可

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.山西省地质勘查局二一四地质队，山西 运城 044000）

1 矿山地质灾害易发的基本情况

矿山地质灾害易发区及其周边多属侵蚀构造丘陵缓坡地貌，地形起伏大、形态复杂，斜坡、冲沟、落水洞、天坑等微地貌交错发育，起伏跌宕、随地而异[1]。

马官镇矿山地质灾害后缘以山坡坡面上部形成的弧形拉裂缝为界，矿山地质灾害右侧边界以基岩岩盖下错区为界；矿山地质灾害左侧边界不明显，以地裂缝延伸末端为界；矿山地质灾害前缘经地质测绘及地质调查，原管沟开挖后，未及时回填，期间连降大雨，致使上部坡体滑动，继而管沟回缩，故矿山地质灾害前缘以原管沟沟壁为界。在平面上呈近“门”字形，立体形态呈“圈椅”状。矿山地质灾害平均纵长148m，后缘宽37m，中部宽79m，前缘宽90m，平均宽约75m，面积10864m2；滑体厚度一般为1.0m～4.0m，平均厚度3.0m，体积约3.25×104m3，从滑体的规模、力学机理和物质组成划分应属小型牵引式浅层岩质顺层矿山地质灾害，矿山地质灾害体相对较为平缓，地形坡角约13°～18°；矿山地质灾害后部地形坡度角约17°～20°（见图1）。

图1 马官镇矿山地质灾害全貌

2 矿山地质灾害的形成原因

矿山地质灾害的形成因素较多，人为因素、自然因素都可以影响矿体的稳定性。而矿区的岩土工程条件、水文地质、地质构造及地形地貌条件是形成矿山地质灾害的自然因素；排水方式的改变或对植被的破坏是诱导地质灾害频发最为常见的人为因素。

导致马官镇地质灾害频发的主要原因：从地质勘查及调查成果来看，导致矿山地质灾害发生的原因主要是地形地貌及地层岩性，该矿体粉质黏土层较厚，下伏基岩坡度较大，管沟开挖在斜坡坡脚形成新的高陡临空面，原斜坡岩体应力平衡状态被打破，后又由于降雨等因素影响，于是管沟内侧之后的斜坡前部岩体开始滑动，后期中、后部斜坡岩体因失去前部岩体的支撑相继被牵引滑动，因此此种类型的灾害为牵引式地质灾害。该斜坡矿石产状315°∠18°,因此判定灾害类型为顺层地质灾害。

3 矿体的稳定性分析

3.1 定性评价

根据调查，矿体被地裂缝及溶蚀沟槽切割成各个分离体，黏性土充填，降雨把黏土冲走后，形成临空面，从而造成矿山后缘区域滑动现象比较明显，现阶段并未造成实质性的危害，但是不排除后期存在的潜在危害。该矿体后缘及坡面均已发生较明显的变形迹象，目前处于不稳定状态。在大的降雨、地震条件下，矿体更加不稳定，威胁经济财产安全。

3.2 定量评价

3.2.1 计算工况的确定

本区为地震多发带，地震烈度为6度区，考虑地震荷载；本区属降雨较强区，考虑暴雨对滑体加载及对滑带软化的影响（采用20年一遇暴雨）。据以上分析结合矿山地质灾害特征及其矿体荷载情况，依据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219-2006），选定以下三种工况计算评价矿体的稳定性[2]。

计算工况如下：①天然工况：仅考虑自重；②暴雨工况：天然+暴雨工况（矿体表层土质松散，岩体分离有利于降水渗入，暴雨情况按滑体土全饱水的不利情况考虑）；③地震工况：自重（天然）+地震（地震烈度6度，考虑水平地震力）。

3.2.2 计算模型

采用勘查确定的滑面来计算，滑面呈折线形，取单位宽度的主滑方向断面，对矿体进行分条，假定每一分块为一刚体，即不考虑块体内部的变形与应力，建立块体间平衡方程，稳定计算采用折线型滑动面计算公式，剩余下滑力计算按传递系数法。计算公式如下：

（1）滑坡稳定系数Kf计算公式如下：

式中：Kf—稳定系数；Wi—第i条块的重量（kN/m）；Ci—第i条块的黏聚力（KPa）；φi—第i条块的内摩擦角（°）；Li—第i条块滑面长度（m）；αi—第i条块滑面倾角（°）；βi—第i条块地下水水力坡度；A—地震加速度（单位：重力加速度g）；φj—第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数（j=i）,即：

（2）滑坡推力计算。

采用传递系数法计算，计算公式如下：

渗透压力平行滑面的分力：

式中：Ks——滑坡推力设计的安全系数；Pi——第i块滑坡剩余下滑力（kN/m）。

3.2.3 计算参数的选取

（1）参数反演。

参数反演根据变形体定性判断的稳定状态，矿体剖面整体进行参数反演，参数反演公式依据《滑坡防治工程勘查规范》（GBT 32864-2016）13.3.1条进行[3]。

参数反演采用以下方法：

（2）经验值根据地区经验取值。

（3）参数取值：通过地质调查和综合分析，对室内试验值采取快剪值。

3.2.4 稳定性计算结果

经计算，将剖面稳定性计算及剩余下滑力成果表1。

表1 矿体稳定性计算成果表

根据计算结果综合判定：在天然状态下处于欠稳定状态；在持续暴雨的影响下处于不稳定状态；在强震影响下处于不稳定状态。

4 矿山地质灾害的治理方案

4.1 修建排水设施

排水不利是影响矿山地质灾害治理的主要原因之一，施工时针对地质灾害易发情况，合理修建排水沟、在沟底设置防渗土布，或利用平水排水法排出地下水，防止地下水沿土石面渗流，此种方法可行性较大，并且节省费用、效果较佳。

4.2 矿体减载

对矿体后缘进行一定面积的削坡，就是对矿体减载。

4.3 修筑挡土墙

马官镇位于省道边，一旦发生滑动，会造成道路破坏或人员生命安全的危害。修筑挡土墙来防止矿体的下落也是比较常见的手段。

4.4 锚索加固或抗滑桩

这是一种对地质灾害体治理的重要手段之一，其抗滑能力大，效果明细，并且锚索或抗滑桩的桩位可根据现场条件灵活设置。

5 结语

本文以马官镇易发矿山地质灾害为例，该研究区距省道较近，发生滑动必然危害性大，因此对其的治理必须一次根治，为了确保道路及人员安全不受到威胁，本文通过对矿山地质灾害的现状分析及研究，提出相关的治理方案，希望对类似工程具有一定的借鉴意义。矿山地质灾害治理工程已于2019年完成，根据其监测资料来看，已处于稳定状态，与矿山地质灾害治理后的稳定性验算相符合，说明本次提出的地质灾害治理方案可行可靠，也达到了其治理效果。