石灰石礦滑坡原因

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論文關(guān)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(chǎn)過程中出現(xiàn)的滑坡情況,分析了滑坡出現(xiàn)的地質(zhì)背景,滑坡機制及原因,并結(jié)合生產(chǎn)實際提出了防治措施,以保證生產(chǎn)的安全。

攀鋼石灰石礦是攀枝花鋼鐵集團(tuán)公司唯一的熔劑原料生產(chǎn)基地,原設(shè)計規(guī)模年產(chǎn)礦石2.5×106t,1984年修改設(shè)計規(guī)模年產(chǎn)2.2×106t,現(xiàn)年產(chǎn)1.0×106t左右,其減小原因是自1980年以來采場先后發(fā)生4次大的滑坡,每次對生產(chǎn)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(dá)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(chǎn)形勢極為嚴(yán)峻,很難保證集團(tuán)公司冶煉的需要。且西部滑體是礦山采場生產(chǎn)的主要運輸通道,風(fēng)、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(chǎn)及生產(chǎn)安全,為此對滑體的滑坡機制及防治措施進(jìn)行研究成為必然。

1滑坡區(qū)工程、水文地質(zhì)條件

1.1滑坡區(qū)工程地質(zhì)特征

根據(jù)滑坡區(qū)工程地質(zhì)勘察資料,走向東西,傾向南的單斜構(gòu)造為礦區(qū)主要構(gòu)造,既控制了礦體的賦存形態(tài),也控制了整個采場的邊坡結(jié)構(gòu)。巖層走向平行于邊坡,產(chǎn)狀為170°~180°∠30°~50°。

1.1.1地層巖性

滑坡區(qū)的巖層自上而下依次為;成份混雜、結(jié)構(gòu)松散、空隙大、透水性強、穩(wěn)定性差的滑坡松散堆積物(Q4);灰白色、微晶~細(xì)晶結(jié)構(gòu)、厚~巨厚層狀構(gòu)造的石灰?guī)r(P1Y5);灰黃~灰褐色、細(xì)晶結(jié)構(gòu)、厚~巨厚層狀構(gòu)造的白云質(zhì)灰?guī)r(P1Y4);灰~深灰色、中厚~厚層構(gòu)造的細(xì)晶灰?guī)r(P1Y2+3);中厚層狀構(gòu)造的黑色鈣質(zhì)頁巖及泥質(zhì)灰?guī)r(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(chǎn)狀情況見圖1。

1.1.2地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)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(jié)理發(fā)育,貫通性好,主要優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面有三組:41°∠64°、52°∠50°、90°∠78°。

1.1.3邊坡巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)

組成邊坡的巖體工程地質(zhì)性質(zhì)分別為:滑坡松散堆積物(Q4),主要為白云巖和石灰?guī)r組成,結(jié)構(gòu)松散、空隙大、透水性強、穩(wěn)固性差;厚層狀石灰?guī)r(P1Y5)為礦區(qū)優(yōu)質(zhì)礦石,層理、裂隙均不發(fā)育;白云質(zhì)石灰?guī)r(P1Y4)致密堅硬,完整性好,其與上、下地層均呈漸變關(guān)系;細(xì)晶灰?guī)r(P1Y2+3)為礦區(qū)的可采礦石層,底部夾有數(shù)層頁巖,層間有粘土,其強度較低,完整性較差;黑色鈣質(zhì)頁巖及泥質(zhì)灰?guī)r(P1Y1)是礦區(qū)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(tài),強度也急劇降低,對邊坡穩(wěn)定性極為不利;燈影組白云巖(zbd2)是該區(qū)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(gòu)成采場邊坡基底的理想地層。

1.2水文地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)水位較低,地下水對邊坡穩(wěn)定性影響較小。但由于滑坡松散物質(zhì)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(chǎn)以來,影響生產(chǎn)的滑坡共發(fā)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(shè)計正常生產(chǎn),在采場東端開挖,揭露細(xì)晶灰?guī)r(P1Y2+3),使細(xì)晶灰?guī)r以上巖體臨空失去了支撐,于是產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)生,滑坡從標(biāo)高1645~1400m垂直高度達(dá)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(fā)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(chǎn)在1544~1532m處進(jìn)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(fā)生1568平臺坡頂線及西北部排洪溝處產(chǎn)生裂縫,其后1580m水平以上發(fā)生褶皺變形,很快產(chǎn)生沿P1L粘土層底面滑動的H3滑坡(如圖2),剪出口標(biāo)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(xù)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(dá)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(jù)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(zhì)圖如圖1、2、3,同時結(jié)合邊坡工程地質(zhì)特征,可得出以下結(jié)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(zhì)體本身的不良工程地質(zhì)條件是邊坡破壞的內(nèi)在因素,同時決定了其破壞模式為簡單或復(fù)合型平面剪切破壞。

(2)邊坡設(shè)計不當(dāng),設(shè)計部門沒有認(rèn)識到邊坡存在的不利條件,在邊坡設(shè)計中忽略了邊坡工程地質(zhì)特征及邊坡穩(wěn)定性在生產(chǎn)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(wěn)定坡體留在固定幫軟弱層之上,在生產(chǎn)中一旦下部靠幫開挖就減少了保護(hù)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(dāng)加劇了邊坡的失穩(wěn),同時也是一個誘發(fā)因素。爆破是采礦生產(chǎn)不可缺少的環(huán)節(jié),邊坡在爆破動力作用下,巖體受到反復(fù)拉伸、壓縮、剪切,原有裂隙進(jìn)一步擴展,同時又產(chǎn)生了新的節(jié)理、裂隙,使巖體強度再次降低,因而大大降低了邊坡的穩(wěn)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(tǒng)一滑面,經(jīng)計算,靠幫爆破在裝藥1t的情況下,使整體邊坡穩(wěn)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(fù)活起促進(jìn)作用,對固定邊坡的影響較小,因本區(qū)地下水位低,所以地下水對邊坡穩(wěn)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(chǎn)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(fēng)化營力作用下,已形成的邊坡隨著開挖卸荷也將產(chǎn)生時效變形,在重力作用下,出現(xiàn)異常,如坡頂張裂隙的出現(xiàn)并逐漸擴大等現(xiàn)象,隨著時間的推移不可避免地會產(chǎn)生破壞。

(6)根據(jù)以上分析及滑坡體結(jié)構(gòu)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(chǎn)構(gòu)成極大威脅,生產(chǎn)中必須采取措施保證生產(chǎn)安全。

3防治措施

滑坡是一種常見的山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害,也是一種與人類有著密切關(guān)系的自然現(xiàn)象,而人類工程活動又促成、加劇了滑坡的發(fā)生和發(fā)展,人們在與這種地質(zhì)災(zāi)害較量中已總結(jié)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”、“?！钡拇胧?“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;“保”就是采取加固的措施,如上部卸荷,坡腳加大保護(hù)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(xiàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于其所采出的礦石價值。在研究中,為最大限度、經(jīng)濟合理地利用礦產(chǎn)資源,在礦山生產(chǎn)中采取以下防治措施:

(1)在修改設(shè)計中,對西部滑體留一定距離的安全區(qū),不宜再在滑體下部或緊靠滑體處開挖采礦。

(2)加強監(jiān)測,通過有效地對滑體實施監(jiān)測,建立恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)測系統(tǒng),及時分析掌握動態(tài),以指導(dǎo)生產(chǎn)。因為斜坡的失穩(wěn)破壞一般都不是突然發(fā)生的,破壞前都有相當(dāng)長時期的變形期,有些變形跡象便可作為邊坡即將失穩(wěn)的信號,為了很好地掌握這些變形跡象,就必須對滑體進(jìn)行監(jiān)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(jiān)測掌握變形以贏得時間采取措施。總之,監(jiān)測是邊坡穩(wěn)定與否的監(jiān)視窗口,是采取工程措施的依據(jù),特別是對石灰石礦這種特殊的地質(zhì)條件及已有滑坡的情況下,又對礦山生產(chǎn)具有如此的重要性,滑坡監(jiān)測更具有其現(xiàn)實意義,對于預(yù)防滑坡的偶然發(fā)生至關(guān)重要。

(3)完善地表排水泄洪措施,地表水的入滲對滑體的復(fù)活起到促進(jìn)作用,所以通過有效的將滑體以外的大氣降水所產(chǎn)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(wěn)定性有積極作用。

(4)采取控制爆破技術(shù),在生產(chǎn)過程中特別是在靠近滑體部位爆破時一定采取預(yù)裂爆破技術(shù),嚴(yán)格控制和減少最大段藥量。

(5)配合監(jiān)測的同時應(yīng)加強宏觀觀測,特別是雨季期間或生產(chǎn)大爆破之后,除加強監(jiān)測次數(shù)外,派專人對滑體進(jìn)行宏觀觀測對掌握滑坡動態(tài)具有重要意義。

4結(jié)論

通過對石灰石礦滑體產(chǎn)生的地質(zhì)背景、滑坡過程、原因分析研究,并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的防治措施,對保證生產(chǎn)安全起到了極大作用。特別是對滑體監(jiān)測的實施,對掌握滑體的變形情況,在生產(chǎn)中變被動為主動的指導(dǎo)生產(chǎn),產(chǎn)生了巨大的社會效益。