云南富源县老厂镇拖竹东坡崩塌群特征及成因分析

赵瑞刚 ，柴 楚，马一奇，邹石林

(中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心，云南昆明650000)

富源县境内约25%的国土面积为赋煤区域[1]。老厂镇拖竹地区受煤矿开采的影响崩塌地质灾害频发，严重威胁矿山及周边群众生产生活安全。研究其形成原因，为地质灾害综合治理提供参考依据势在必行。以往对崩塌的研究较多[2-11]，主要针对单个崩塌开展研究，多为崩塌体的外形特征、规模、堆积体形态、威胁对象及形成机理。老厂拖竹地区崩塌群地质灾害研究未见文献报道。本文对老厂镇拖竹地区崩塌群特征、斜坡失稳模式、危岩体稳定性、发展趋势及影响因素、成因机理进行分析，可为开展综合治理提供基础依据。

1 地质环境背景

1.1 地形地貌及气候特征

崩塌群位于富源老厂镇拖竹村东坡一带，沿南西向延伸分布3个煤矿矿山，属构造剥蚀侵蚀的低-中山地貌，山脉呈北东向延伸，坡体总体倾向北西，地形切割剧烈，海拔高程1711m～2311m。最高点位于区内中部分水岭上，海拔标高2311.10m，最低点在东南部补米河河床，海拔标高1710.7m，区内最低侵蚀基准面，相对高差约600m，地形中部、南部高，东、西、北部低，山岭总体走向与地质构造线大体平行，地形坡度0°～85°，崩塌频发地段以70°～85°陡坡为主。位于荣家河东部，出露地层倾向与山坡坡向多为顺向-斜交。

区内属温带高原季风气候，全年气温变化较大，最高气温34.9℃，最低气温-14.1℃，年平均气温13.8℃，雨季多集中在5月至10月，年均降雨量1081.mm。小型地表水系发育，由多条山间溪流汇集而成，雨季流量约1.02L/s～15.17L/s ，旱季流量约0.35L/s～1.15L/s，降雨后流量变大。

1.2 地层岩性

区内出露第四系(Q)残坡积、冲积、碎石和粉质粘土等；三叠系下统永宁镇组二段(T1y2)黄绿、灰色薄层状粉砂质泥岩、粉砂岩夹薄层状灰岩，永宁镇组一段(T1y1)青灰色薄-中厚层状泥晶-细晶灰岩，飞仙关组二段(T1f2)紫红、灰绿色薄-中层状细砂岩、泥质粉砂岩互层，飞仙关组一段(T1f1)黄绿、灰绿色薄-中层状细砂岩、细砂岩夹少量泥岩；二叠系上统龙潭组二段(P2l2)灰黄色薄层状粉砂岩、泥岩夹煤层，龙潭组一段(P2l1)灰色薄层状粉砂岩、灰岩夹煤层，二叠系下统茅口组(P1m)浅灰色厚层状、块状灰岩。

崩源区为飞仙关组一段细砂岩夹泥岩，岩石风化强烈，具球形风化，泥岩较破碎，呈碎裂状。下部为煤矿井田区，主要通过坑道开采龙潭组煤层，产状与地层产状一致，可采煤层11层，可采厚度1.15m～4.19m，采空区埋深相对较大，标高2100m～1600m。工程岩组为软弱-半坚硬层状砂质泥岩岩组，岩层产状315°∠ 27°，斜坡坡向303°∠75°，斜坡类型为顺向斜坡。图1。

1.3 地质构造

区内大地构造属于扬子准地台，滇东台褶带，曲靖台褶束与华南褶皱系，滇东南褶皱带，罗平-师宗褶段束接触过渡区，以弥勒-师宗断裂为界，区域构造有北部曲靖台褶束，南部罗平-师宗断褶束。

崩塌群区夹于弥勒-师宗断裂与富村断裂之间，为一系列背斜、向斜及断裂组成，其中以老厂背斜为主体构造。断层多发育在老厂背斜附近，受区域构造影响，构造线以北东向为主，因构造复合作用，北部弧形构造明显，中部多为北东向，中南部及南部常见东西向，上厂煤矿则处在老厂背斜东北端的转弯部位处。

1.4 水文地质特征

区内出露二叠系龙潭组(P3c)、三叠系飞仙关组(T1f)碎屑岩。外围广泛分布茅口组(P1m)灰岩和永宁镇(T1y)组灰岩建造，碎屑岩裂隙含水层富水性较弱，渗透性较弱，地下水补给、径流条件差，外围岩溶含水层富水性强，地下水补给、径流条件较好，对矿区水文地质条件有间接影响(图2)。

各裂隙含水层受地形地貌控制，风化裂隙发育深度有限，大气降水入渗大多未经深部循环便以下降泉的形式排泄出地表，具有雨季补给常年排泄的特点；泉水最小值出现在雨季来临前3月至5月，最大值出现在7月至9月，形成了既是补给区又是排泄区的特点。

2 崩塌群特征

2.1 崩塌群分布

崩塌群位于拖竹村东侧陡坡一带，呈北东-南西向条带状断续分布，长约5000m陡坡上，山脊走向与荣家河走向大致相同，共分布9个崩塌体。平面形态多数呈扇形，堆积体形态呈近长条形，崩塌方向280°～303°(图1)，其规模以中型为主(表1)。典型的上厂煤矿崩塌体呈陡崖，堆积区平面形态呈手掌状，向303°方向延伸。崩塌陡崖后缘海拔约2100m，陡崖坡脚海拔约1930m，相对高差约170m。堆积区位于陡崖下部，海拔高程1836m～1930m。

表1 崩塌体规模统计表

2.2 结构特征

在野外调查的基础上结合无人机航拍影像，崩塌总体上可分为主崩塌区和崩塌影响区两大部分，上厂煤矿崩塌：(1)主崩塌区分为崩塌源区(A区)、下落铲刮区(B区)、流通停积区(C区)(图3)；(2)崩塌影响区为崩塌发生时，受牵引和拖拽作用的影响，在崩塌源区两侧和后部形成了一系列的欠稳定岩体和区域。

图3 上厂煤矿崩塌形态特征

(1)崩塌体

崩塌体发育于上厂煤矿南东侧约300m陡崖处。崩塌带长140m，高100m，主崩方向297°，平面形态呈围椅形。崩塌源区(A)位于陡崖顶部，坡度70°～75°，高25m～30m，卸荷深平均4.5m。流通停积区(C)位于陡崖下部，高约80m，坡面长约107m，宽约135m。

危岩体由三叠系飞仙关组(T1f1)细砂岩、泥质粉砂岩和泥岩组成，岩石风化强烈，全风化基岩厚度约30cm。泥岩较破碎，呈碎片状，砂岩发育3组节理：J1：产状151°∠78°，间距5cm～10cm，张开度约2cm，深度约15cm，泥质充填；J2：产状110°∠79°，间距5cm～15cm ，张开度约1cm，深度约10cm，泥质充填；J3：产状69°∠70°，间距5cm～30cm，张开度约5mm，深度约8cm，无充填。调查中采集T1f1细砂岩、泥质粉砂岩、泥岩和P2l泥岩、粉砂岩岩石工程力学样品进行抗压强度分析(表2)。根据岩石单轴饱和抗压强度：硬质岩石(≥30MPa)和软质岩石(<30MPa)划分岩石强度，本区泥质粉砂岩、细砂岩、粉砂岩均为硬质岩，泥岩为软质岩，从上至下形成软硬层状结构工程岩组。

(2)堆积体

岩体自身重力作用和地形的影响下，崩积物沿坡面呈上陡下缓分布堆积(图4)，高程2180m～2030m，堆积体坡面长300m，宽135m。堆积物分上、中、下三部分，上部主要为泥岩风化产物，较破碎，呈碎裂状均匀分布，孔隙少，粒径约1cm，遇水易崩解至软化，稳定性差，降雨时易沿坡体滑落形成坡面泥石流；中部多为碎块状细砂岩和少量泥岩，砾径5m～20cm，结构松散杂乱，稳定性差，受到冲击时易滑动，易形成二次崩塌；下部地形由陡变缓，细砂岩块体较为集中，块径约70cm×40cm×20cm，较稳定，目前处于自然安息状态。

图4 上厂煤矿崩塌剖面图

表2 岩石工程力学样品分析表

2.3 失稳型式

危岩带位于高陡的顺向斜坡处，临空面近于直立，上部为坚硬的细砂岩夹较软的泥岩，下部为较软的泥岩夹煤层，加之坚硬-软弱层状结构砂质泥岩岩组，整体上上硬下软岩体结构。岩体节理裂隙发育，碎裂结构，上部砂岩发生拉裂破坏，同时下部软弱岩体在上部硬质岩的重力作用下发生塑性流动，岩体向临空的方向挤出，形成塑流-拉裂作用，在这种作用下，上部的卸荷裂隙在拉力作用下进一步向下扩展，形成较大的卸荷裂隙，产生拉裂式破坏失稳；由于地形坡度大于55°，易沿结构面倾向产生临空面，岩层在剪切力作用下，形成倾倒式破坏失稳，导致岩体最终脱离母岩剥落发生崩塌破坏，形成以卸荷-拉裂-滑移式的破坏模式。

2.4 稳定性及发展趋势分析

结合岩体的节理面、层理面和坡面，采用赤平投影分析法对斜坡稳定性进行分析(图5)。从图中得出：①岩层面与坡面关系为外倾，且岩层倾角小于坡面倾角，则斜坡不稳定，②节理1、节理2与坡面斜交，且夹角小于40°，则斜坡不稳定，③节理1、节理2与岩层面斜交，且夹角小于40°，则斜坡不稳定。受自身重力、地形条件、风化、降雨、采煤等诱发因素的影响，岩体结构稳定性差，斜坡极易失稳产生崩塌，属于高易发崩塌群。

图5 岩体结构稳定性赤平投影分析图

3 成因分析

3.1 控制因素

(1)地形地貌：陡峻地形是崩塌形成的必要条件。崩塌区处于高陡的山体斜坡地段，陡坡高度大于30m，坡度多大于55°，坡面不平整，呈上陡下缓的形态。斜坡具有较大的临空面，岩体相对破碎，为斜坡失稳提供了前提条件，有利于崩塌等斜坡失稳灾害发生。

(2)地质构造与岩体结构：软硬相间岩组下部风化剥蚀强烈，上部岩块沿节理裂隙面的切割形成众多的松动块石，部分在重力作用下掉落，形成陡崖。节理裂隙发育，将岩体切割成碎块体，在重力和外界因素的作用下掉落。

(3)风化、降雨：降水是导致崩塌发生的最活跃因素。区内降雨量丰富，雨季多暴雨或持续强降雨，降水渗入坡体，增加坡体重量，节理裂隙内静水压力在短时间内增高，降低岩土的抗剪强度。风化作用使岩体风化带厚度变大，力学强度低，加剧了岩体碎裂程度，使岩体间连结力进一步降低，在降水作用下有利于岩体失稳破坏形成崩塌。

3.2 诱发因素：

人类工程活动，特别是采煤活动是采煤沉陷区地质灾害发生的主要诱因。采煤后形成大量采空区，当采空区的围岩强度不足以抵抗上覆岩体重力时，顶板岩层内部形成的拉张应力超过岩层抗拉强度时，使采空区变形，诱发地面沉降，受地表移动变形的影响，在陡坡地段极易形成拉张裂隙，使岩体稳定性进一步变差，加剧岩体破坏程度诱发崩塌的形成。

4 防治措施建议

针对崩塌群的特征、危害现状，提出如下防治措施建议：(1)加强矿山开采监管力度，规范矿山开采行为；(2)煤矿大面积开采时采取预留足够的安全煤柱，或采取充填式开采，减小地面沉降的可能性；(3)开采时尽量减小爆破对地面的振动影响；(4)对危害大的危岩带应采用锚固和主动防护网进行治理，在崩塌堆积体下方可采用挡石墙防护。局部堆积体边缘修建排水沟，防止雨季堆积物受雨水冲刷形成坡面泥石流灾害。(5)加强专业监测和群测群防，对崩塌灾害区域进行生态环境的评估和监测，以便发现险情时及时进行预警。加强防灾减灾科普宣传，提高居民防灾意识。

5 结论

(1)崩塌群整体呈北东-南西向分布，类型为拉裂-滑移式崩塌，规模以中型为主。

(2)崩塌群区斜坡为顺向上硬下软型高陡的自然岩质斜坡，上层砂岩相对坚硬，下层泥岩和煤层相对软弱。

(3)斜坡失稳形式为卸荷-拉裂-滑移(坠落)，危岩体总体不稳定，周边长期采煤易诱发崩塌的发生。

(4)区内崩塌地质灾害的发生，受地形地貌、岩体结构、风化、降雨等自然因素控制，人类工程活动特别是采煤活动形成的采空区是主要诱发因素。