石灰石礦滑坡原因
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論文關鍵詞:滑坡滑坡原因防治措施
論文摘要:針對攀鋼石灰石礦生產過程中出現的滑坡情況,分析了滑坡出現的地質背景,滑坡機制及原因,并結合生產實際提出了防治措施,以保證生產的安全。
攀鋼石灰石礦是攀枝花鋼鐵集團公司唯一的熔劑原料生產基地,原設計規模年產礦石2.5×106t,1984年修改設計規模年產2.2×106t,現年產1.0×106t左右,其減小原因是自1980年以來采場先后發生4次大的滑坡,每次對生產都造成極大的影響,其中采場西部最后一次滑坡,滑體總量達1.9×107t,覆蓋采場面積50%,使采場工作線長度由1200m縮短到540m,生產形勢極為嚴峻,很難保證集團公司冶煉的需要。且西部滑體是礦山采場生產的主要運輸通道,風、水、電全部通過滑體,滑體的存在隨時威脅著礦山的生命財產及生產安全,為此對滑體的滑坡機制及防治措施進行研究成為必然。
1滑坡區工程、水文地質條件
1.1滑坡區工程地質特征
根據滑坡區工程地質勘察資料,走向東西,傾向南的單斜構造為礦區主要構造,既控制了礦體的賦存形態,也控制了整個采場的邊坡結構。巖層走向平行于邊坡,產狀為170°~180°∠30°~50°。
1.1.1地層巖性
滑坡區的巖層自上而下依次為;成份混雜、結構松散、空隙大、透水性強、穩定性差的滑坡松散堆積物(Q4);灰白色、微晶~細晶結構、厚~巨厚層狀構造的石灰巖(P1Y5);灰黃~灰褐色、細晶結構、厚~巨厚層狀構造的白云質灰巖(P1Y4);灰~深灰色、中厚~厚層構造的細晶灰巖(P1Y2+3);中厚層狀構造的黑色鈣質頁巖及泥質灰巖(P1Y1);黑色梁山煤組粘土巖(P1L);震旦系燈影組白云巖(zbd2),各巖層的產狀情況見圖1。
1.1.2地質構造
滑坡區揭露斷層7條,可分為近南北向、北東向、東西向三組,與邊坡走向斜交或近于直交;節理發育,貫通性好,主要優勢結構面有三組:41°∠64°、52°∠50°、90°∠78°。
1.1.3邊坡巖體的工程地質性質
組成邊坡的巖體工程地質性質分別為:滑坡松散堆積物(Q4),主要為白云巖和石灰巖組成,結構松散、空隙大、透水性強、穩固性差;厚層狀石灰巖(P1Y5)為礦區優質礦石,層理、裂隙均不發育;白云質石灰巖(P1Y4)致密堅硬,完整性好,其與上、下地層均呈漸變關系;細晶灰巖(P1Y2+3)為礦區的可采礦石層,底部夾有數層頁巖,層間有粘土,其強度較低,完整性較差;黑色鈣質頁巖及泥質灰巖(P1Y1)是礦區軟弱夾層之一;梁山煤組(P1L)強度最低,完整性較差,是邊坡中主要的軟弱夾層,特別是其中的粘土層,干燥時尚有一定強度,浸水后即成塑態,強度也急劇降低,對邊坡穩定性極為不利;燈影組白云巖(zbd2)是該區出露的最古老地層,巖層致密堅硬,層面間距大,巖體完整性明顯較好,是構成采場邊坡基底的理想地層。
1.2水文地質條件
研究區內水位較低,地下水對邊坡穩定性影響較小。但由于滑坡松散物質雜亂堆積于邊坡上,在滑坡后緣地表上形成的相對低洼處具有蓄水功能,而邊坡體下部的粘土層不透水,為邊坡的相對隔水層。
2滑坡機制及成因分析
2.1歷次滑坡概況
石灰石礦自投產以來,影響生產的滑坡共發生四次,歷次滑坡過程如下:
(1)H1滑坡:1980年11月18日,采場按設計正常生產,在采場東端開挖,揭露細晶灰巖(P1Y2+3),使細晶灰巖以上巖體臨空失去了支撐,于是產生了沿P1Y2+3層間軟弱面滑動的滑坡量為36.4×104t的滑坡(代號為H1),已全部清除。
(2)H2滑坡:1981年6月10日15時50分,采場西端(即現滑體所在處)1400水平開拓采用硐室爆破,最大段藥量90t,采用秒差雷管起爆,在5h之后,滑坡產生,滑坡從標高1645~1400m垂直高度達250m左右,東西寬200m,滑動量在1.0×107t左右;滑坡在1500m水平以上沿梁山組(P1L)軟弱夾層頂面滑動,在1500m處剪出,再沿P1Y2+3層間弱面下滑至1400m處剪斷巖體而滑出,如圖1。
(3)H3滑坡:H2滑坡發生后,1580m以上已無滑坡堆積物,為原始地形,為處理H2滑坡,采礦生產在1544~1532m處進行臺階靠幫爆破。1988年10月13日,在采場西北幫境界外1670m的陡崖上兩塊巨大巖石突然崩塌掉在1544水平臺上,同時發生1568平臺坡頂線及西北部排洪溝處產生裂縫,其后1580m水平以上發生褶皺變形,很快產生沿P1L粘土層底面滑動的H3滑坡(如圖2),剪出口標高在1520~1530m,新滑坡量3.5×106t。
(4)H4滑坡:H3滑坡后,在1440m處形成一滑坡堆積大平臺。1991年9月20日,在連續5日中、小雨后,雨水滲入滑體粘土夾砂石中來不及排出形成夾載大量砂石的泥石流,自上而下沖刷,并堆積于1440大平臺上,在滑體超過承載極限后再次沿滑坡堆積物與基巖之間接觸面下滑,使原滑坡向下推移了200多米,滑坡堆積物面積達0.35km2,滑坡總量1.9×107t(如圖3)。
2.2滑坡機制及成因分析
H2、H3、H4幾乎是同一地段沿不同滑面滑動的三次滑坡。根據其滑坡情況,在同一剖面位置截出前后三次滑坡的地形地質圖如圖1、2、3,同時結合邊坡工程地質特征,可得出以下結論:
(1)組成邊坡的巖層順坡,且傾角緩,并有多層軟弱夾層,H1、H2、H3滑坡都是沿軟弱夾層滑動,說明組成邊坡的地形地質體本身的不良工程地質條件是邊坡破壞的內在因素,同時決定了其破壞模式為簡單或復合型平面剪切破壞。
(2)邊坡設計不當,設計部門沒有認識到邊坡存在的不利條件,在邊坡設計中忽略了邊坡工程地質特征及邊坡穩定性在生產中的重要性,人為地在開采過程中在采礦水平以上形成一個不穩定坡體留在固定幫軟弱層之上,在生產中一旦下部靠幫開挖就減少了保護層厚度,或使軟弱層之上的巖體臨空,降低了滑坡坡腳的抗滑力,滑坡自然就形成了。
(3)爆破方法不當加劇了邊坡的失穩,同時也是一個誘發因素。爆破是采礦生產不可缺少的環節,邊坡在爆破動力作用下,巖體受到反復拉伸、壓縮、剪切,原有裂隙進一步擴展,同時又產生了新的節理、裂隙,使巖體強度再次降低,因而大大降低了邊坡的穩定性。H1、H2、H3滑坡特別是H2滑坡的形成,硐室爆破使坡腳巖體破碎,從而與軟弱面貫通形成統一滑面,經計算,靠幫爆破在裝藥1t的情況下,使整體邊坡穩定性降低8%~12%。
(4)水的作用不可忽視,從前幾次滑坡看,大氣降水對滑坡的復活起促進作用,對固定邊坡的影響較小,因本區地下水位低,所以地下水對邊坡穩定性沒有影響,而大氣降水的入滲對滑體松散堆積物的軟化,將大大降低其強度,在這種地表水入滲到一定程度來不及排泄時,就極易產生滑坡或泥石流,H4滑坡就是這樣形成的。
(5)在以上諸因素及風化營力作用下,已形成的邊坡隨著開挖卸荷也將產生時效變形,在重力作用下,出現異常,如坡頂張裂隙的出現并逐漸擴大等現象,隨著時間的推移不可避免地會產生破壞。
(6)根據以上分析及滑坡體結構來看,整個滑體仍然具有以下潛在滑動面:滑體堆積物與基巖之間、P1Y2+3層間軟弱夾層、層理面及P1L層。這些潛在滑面對生產構成極大威脅,生產中必須采取措施保證生產安全。
3防治措施
滑坡是一種常見的山區地質災害,也是一種與人類有著密切關系的自然現象,而人類工程活動又促成、加劇了滑坡的發生和發展,人們在與這種地質災害較量中已總結出了一套有效的工程辦法。那就是在工程活動中,針對不同具體情況分別采取“避”、“清”、“保”的措施,“避”就是在工程選址時避開有滑坡的地段;“清”就是在不能避開的情況下,清除滑體及潛在滑體;“?！本褪遣扇〖庸痰拇胧?如上部卸荷,坡腳加大保護層及噴、錨、灌漿等方法,以保證安全。而石灰石礦本身的特殊性決定了不可能采取以上措施,因為必須要采礦,不可能避開;全部清除滑體不現實,這涉及到排土場容積等一系列問題;“?！备鼘嵤┎涣?因這么大滑體本身及潛在多層滑面存在的實際,其工程投資遠遠高于其所采出的礦石價值。在研究中,為最大限度、經濟合理地利用礦產資源,在礦山生產中采取以下防治措施:
(1)在修改設計中,對西部滑體留一定距離的安全區,不宜再在滑體下部或緊靠滑體處開挖采礦。
(2)加強監測,通過有效地對滑體實施監測,建立恰當的監測系統,及時分析掌握動態,以指導生產。因為斜坡的失穩破壞一般都不是突然發生的,破壞前都有相當長時期的變形期,有些變形跡象便可作為邊坡即將失穩的信號,為了很好地掌握這些變形跡象,就必須對滑體進行監測。變形和破壞往往又是一個漸變過程,有的有變形無破壞,有的從變形到破壞。通過監測掌握變形以贏得時間采取措施。總之,監測是邊坡穩定與否的監視窗口,是采取工程措施的依據,特別是對石灰石礦這種特殊的地質條件及已有滑坡的情況下,又對礦山生產具有如此的重要性,滑坡監測更具有其現實意義,對于預防滑坡的偶然發生至關重要。
(3)完善地表排水泄洪措施,地表水的入滲對滑體的復活起到促進作用,所以通過有效的將滑體以外的大氣降水所產生的地表水排泄掉,防止對滑體的沖擊,對保證已存在的滑體的穩定性有積極作用。
(4)采取控制爆破技術,在生產過程中特別是在靠近滑體部位爆破時一定采取預裂爆破技術,嚴格控制和減少最大段藥量。
(5)配合監測的同時應加強宏觀觀測,特別是雨季期間或生產大爆破之后,除加強監測次數外,派專人對滑體進行宏觀觀測對掌握滑坡動態具有重要意義。
4結論
通過對石灰石礦滑體產生的地質背景、滑坡過程、原因分析研究,并在此基礎上提出了相應的防治措施,對保證生產安全起到了極大作用。特別是對滑體監測的實施,對掌握滑體的變形情況,在生產中變被動為主動的指導生產,產生了巨大的社會效益。
