矿山地质灾害应急勘查与防治分析——以旺金石业采石场西北侧滑坡为例

刘 明, 艾 猛

(湖南省有色地质勘查研究院，湖南 长沙 410000)

我国约有50%的矿石产自于露天矿山[1-2]。随着经济社会需求量的不断增大，矿山的开采也朝着大规模、高强度、大深度发展[3-4]，由此导致的边坡失稳已经成为在矿山开采过程中发生频次最高、对生产安全影响最大的灾害[5-6]。因此，增强矿山地质灾害的应急勘查与防治分析势在必然。本文以旺金石业采石场西北侧的滑坡为例，在分析其破坏模式以及变形机制后，基于当地水文气象条件提出了一种两阶段的应急—治理—监测措施，对于强降雨条件下的矿山地质灾害应急勘查与防治有较强的借鉴意义。

1 项目概况

旺金石业采石场西北侧滑坡(以下简称“旺金滑坡”)位于湖南省长沙市望城区。该边坡于2020年5月在强降雨后开始发生变形，2021年4月8日在强降雨条件下山体开始出现裂缝，滑坡滑动迹象明显，发生了大面积垮塌，滑坡潜在危险性大，若不及时治理，将直接威胁下方矿山生产活动从业人员、流动人员约50人，东侧居民房屋5栋和常住居民12人以及开采切割设备、运输货车、挖掘机、矿区道路、加工生产厂房以及配电线路等，潜在经济损失约2 000万元。该滑坡位于旺金石业有限公司采石场西北侧采场边坡，北侧为湖南省乌山森林公园。地理坐标为：东经112°48′21.46″，北纬28°17′36.48″。矿山有公路直接连接黄桥大道，交通较为便利。旺金滑坡的全景俯瞰图及威胁对象的示意图如图1所示。

该滑坡位于亚热带季风气候区，夏热冬冷，雨量充沛。年均降雨量1 437.4 mm，年最大降雨量为1 824.3 mm(1997年)，年最少降雨量为963.0 mm(1978年)，小时最大降雨量为65.3 mm(1985年5月5日下午3时)；降雨多集中在4—6月，占全年降雨量的50%～60%。当地的常年主导风向为北北东向。含水层由冷家溪群第一岩组板岩裂隙含水层组成，地下水主要赋存于构造裂隙及弱风化带中。据对泉水出露标高及钻孔水位分析，地下水位变动带为100.5～164.2 m，变幅63.7 m，以水平运动为主。

2 滑坡坡面特征及稳定性评价

滑坡平面形态呈圈椅状，前缘宽约200 m，后缘宽约155 m，滑坡面积约15 400 m2，滑体厚6.0～8.0 m，平均厚7.0 m，滑坡体积107 800 m3。滑坡主滑方向为137°，属于浅层中型牵引式土质滑坡。滑坡有4个变形特征区：滑坡左中部为强变形区；滑坡右中部为弱变形区；滑坡左右两侧均有松散剥离表土堆积区。旺金滑坡的勘探线布置(1-1′～C-C′)如图2。在天然施工工况下旺金滑坡处于不稳定的状态。本文基于传递系数法，计算得出滑坡整体稳定系数在0.966～1.055之间。勘察期间根据现场观察，天气良好条件下滑坡前缘局部发生小范围垮塌，故滑坡目前在降雨量较小的条件下处于欠稳定—不稳定状态，符合滑坡现状变形状态。通过反演法以及室内试验分析，旺金滑坡主要岩土体的物理力学指标见表1。

表1 旺金滑坡土体设计参数推荐值表

3 滑坡变形机制

在地形地貌方面，滑坡所处位置属丘陵区，山脉走向NEE—SWW，西部山势较陡，标高一般90～280 m，地形陡，坡度一般为30°～40°。矿山开采未按照开发利用方案实施，未采取自上而下的开采方式，开采过程中未对上部土质边坡做相应有效的支护工程。滑坡体剪出口高程106～116 m，后缘高程为142～162 m，相对高差36～46 m，因而地形有利于形成滑坡。另外，该处地质体主要由含碎石的粉质黏土构成，结构性差，凝聚力小，且在矿坑中汇聚的地表水易下渗，并在下伏的全风化层处汇集，导致滑坡体饱和易形成滑坡。因矿山开采而开挖山体，改变了原始斜坡形态，形成高陡临空面，大大增强了土体的降水入渗能力，破坏了原始边坡的连续性，造成岩土接触带这一软弱带临空。在暴雨条件下，地表水快速下渗，致使土体饱和，自重加大，潜在滑动面处的积水造成土体抗剪强度降低，导致滑坡失稳。

4 分期治理工程方案

根据勘查成果和前面的分析，结合滑坡的破坏模式，拟采用弃土清运+截排水沟+格构锚杆+抗滑桩+预应力锚索框架梁的多维手段对该滑坡进行治理。然而，开展滑坡防治工作时正值汛期，降雨量偏大，并且滑坡体目前处于强变形阶段，为确保施工安全，减少次生灾害发生的概率，本项目将滑坡治理工程分为两期实施。一期治理工程总体布置如下：(1)清运滑坡左右边界两处的松散堆积体，并做好相关防护工作，避免形成二次灾害；(2)在滑坡后缘的稳定区域内修筑一道截水沟，同时，对平台进行削坡并修筑排水沟，截水沟与已有排水沟顺接，形成完整的排水系统；(3)在滑坡区周围设置位移监测系统。二期治理工程总体布置如下：(1)根据滑坡的基本特征采取分段治理，滑坡体ab段利用现有平台采取分级削坡，坡脚修建抗滑桩。滑坡体bc段利用现有平台采取分级削坡+预应力锚索框架梁进行支护，坡脚修建抗滑桩；滑坡体cd段利用现有平台采取分级削坡+预应力锚索框架梁+格构锚杆进行支护，坡脚修建抗滑桩；滑坡体de段利用现有平台采取分级削坡+预应力锚索框架梁进行支护，坡脚修建抗滑桩；滑坡体ef段采取分级削坡，坡脚修建抗滑桩；(2)为了美化环境，对格构内土质坡面采取铺种马尼拉草皮进行植被恢复，对削坡后的缓坡采取撒播混合灌草种子进行植被恢复。(3)建立滑坡监测系统。针对以上设计，旺金滑坡治理的工程施工布置图如图2所示。

图2 旺金滑坡勘探线及工程布置

4.1 弃土清运工程

矿山开采剥离表土堆积，且未采取任何支挡防护措施。为避免对滑坡体形成加载，影响滑坡的稳定，应对滑坡左右边界两处松散堆积体进行清运。弃土应运至正规弃土消纳场，并做好相关防护工作，避免形成二次灾害。

4.2 截排水沟工程

截排水沟开挖采用人工撬挖，人工浇注混凝土，砼用搅拌机拌和。工程布置如下：在滑坡坡顶外围设置截水沟，为排除滑坡体内地表汇水，在平台及截水沟出口布置排水沟，排水沟出口汇入已有排水沟、池塘。截排水沟的结构设计应综合考虑地表汇水流量、排水沟水力计算结果以及断面情况。

4.3 格构锚杆工程

削坡采用机械施工，开挖基本成型后采用人工平整至设计坡比，然后依次进行格构梁现场支模，钢筋制作安装，浇注商品混凝土，锚杆采用风钻或潜孔钻机钻孔，人工安装锚杆、中压灌浆泵灌浆的方法施工。工程布置如下：根据滑坡的基本特征及稳定性情况采取分段治理；为了美化环境和防止水土流失，在格构内采取铺种马尼拉草皮进行植被恢复，从而达到保护边坡坡面的目的。

4.4 预应力锚索框架梁工程

削坡采用机械施工，开挖基本成型后采用人工平整至设计坡比，格构梁现场支模，钢筋制作安装，人工浇注砌混凝土，砼用搅拌机拌和。锚索采用风钻或潜孔钻机钻孔，人工安装锚索、中压灌浆泵灌浆的方法施工。植草采用人工铺种马尼拉草皮。根据滑坡的基本特征及稳定性情况采取分段治理，在削坡平台下坡面分段布置预应力锚索，以阻止桩前滑体下滑。

4.5 施工后监测工程

为了保证滑坡在工程施工过程以及运行过程中的安全，须对滑坡进行支挡结构的水平、垂直位移，坡体的位移监测，以分析其变形趋势、运行状态的稳定性与危险性，及时做出实时预报预警。

5 结论

(1)旺金滑坡主要是由于矿山矿业活动开挖山体形成露采坑，随着开采的土方量不断增大，导致土体的入渗能力增强。同时，施工过程中对坡脚的开挖使得原始边坡失稳程度增大。在汛期连续的强降雨条件下，旺金采石场西北侧边坡最终发生滑坡。

(2)鉴于滑坡防治时期正值汛期，同时降雨量偏大，为了防止次生灾害的发生，推荐采用两阶段的防治方案，其中一期应急治理工程包含弃土清运工程、截排水沟工程及坡体监测工程；二期治理工程实施格构锚杆工程、抗滑桩工程、预应力锚索框架梁工程及对治理工程的监测。