露天非法開采礦山棄渣地質(zhì)災(zāi)害危險性評估

張 赫 王全濤 張國春

(核工業(yè)二九〇研究所)

露天非法開采礦山棄渣地質(zhì)災(zāi)害危險性評估

張 赫 王全濤 張國春

(核工業(yè)二九〇研究所)

以韶關(guān)市某露天非法開采鈉長石礦為例，結(jié)合該礦山地質(zhì)環(huán)境背景，采用定性與定量相結(jié)合的方法，對其棄渣邊坡進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害危險性的現(xiàn)狀評估、預(yù)測評估及綜合評估，并從宏觀上提出了防治措施，為類似礦山提供參考。

非法開采 露天礦山 棄渣 地質(zhì)災(zāi)害評估

韶關(guān)市位于廣東省北部地區(qū)，擁有豐富的礦產(chǎn)資源，在“三打兩建”專項行動中查封了各類非法開采礦山逾百座，其中露天礦山的開采礦種以石料、高嶺土、稀土等非金屬礦產(chǎn)為主。由于該類露天礦山屬無證非法開采礦山，既無相應(yīng)的技術(shù)資料指導(dǎo)開采，又缺乏相應(yīng)的管理部門進(jìn)行監(jiān)管，使得大量棄渣隨意堆放，嚴(yán)重破壞了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，也為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生埋下了隱患[1-5]。為有效規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害威脅，本研究以韶關(guān)市某露天非法開采鈉長石礦為例，對該礦山棄渣可能遭受地質(zhì)災(zāi)害的危險性進(jìn)行評估，并對地質(zhì)災(zāi)害防治措施進(jìn)行探討。

1 礦山地質(zhì)概況

(1)地形地貌。韶關(guān)市某鈉長石礦位于低山丘陵地貌區(qū)，山頂呈渾圓狀，周邊區(qū)域相對高差50～100 m，山坡自然坡度25°～30°，沿山脊兩側(cè)發(fā)育小沖溝，溝谷呈“V”或“U”形分布，溝谷切割深度20～50 m。由于該礦山屬露天非法開采礦山，以短期獲利為目的，使得開采過程中產(chǎn)生的棄渣隨意堆放，棄渣多沿開采平臺外緣順坡堆放，甚至部分棄渣仍堆放于開采平臺兩側(cè)的溝谷，棄渣依地形呈扇狀分布，形成坡度20°～40°、堆高5～10 m的棄渣邊坡。

(3)工程地質(zhì)條件。棄渣邊坡巖性復(fù)雜，質(zhì)松散，穩(wěn)固性一般，為松散工程地質(zhì)巖組，粒徑大小不一，大部分為0.5～5 cm砂礫和碎石，局部可見直徑達(dá)2 m的孤石。棄渣邊坡表面未見植被發(fā)育，局部發(fā)現(xiàn)水土流失現(xiàn)象。

(4)水文地質(zhì)條件。棄渣邊坡屬松散巖類孔隙水含水層，現(xiàn)場未見地下水出露，其含水性弱，水量貧乏。大氣降雨是松散巖類孔隙水的主要補(bǔ)給來源，在地勢低凹處還接受基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，地下水徑流方向依地勢由高往低徑流，徑流途徑短，水力坡度大，地下水流向與坡向接近一致，雨季地下水大部分排泄于溝谷中。韶關(guān)市地處南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，高溫多雨，年均降雨量約2 000 mm，降雨主要集中于4—8月份。該礦山采用山坡型露天開采方式，地形條件有利于大氣降水及開采區(qū)積水的自然排泄。由于采場范圍及上部山坡大體為一個相對獨立的水文地質(zhì)單元，一般來說，礦區(qū)地面徑流較小，可沿山坡自然排泄，但遇強(qiáng)降雨天氣時，地表徑流驟增，易引發(fā)棄土邊坡滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

(5)主要地質(zhì)災(zāi)害。棄渣邊坡大量分布于沿開采平臺外緣順坡處和開采平臺兩側(cè)的溝谷，整個礦山屬山坡型露天開采礦山，流域上游位置多處地勢較陡，地形切割較強(qiáng)烈，山坡自然坡度25°～30°，沿山脊兩側(cè)發(fā)育小沖溝，具有“V”或“U”形地貌特征，流域的形狀便于匯集水流，具備發(fā)生滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害的地形條件。棄渣邊坡堆積物多為巖土混合物，以土質(zhì)為主，疏松軟弱，加之韶關(guān)地區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，高溫多雨，降雨集中，在連續(xù)強(qiáng)降雨的作用下，土體易吸水飽和，因抗剪強(qiáng)度下降易產(chǎn)生滑坡，短時間內(nèi)若有大量雨水匯集，極易形成泥石流。

2 地質(zhì)災(zāi)害危險性評估

2.1 現(xiàn)狀評估

2.1.1 定性評估

對棄渣邊坡的地質(zhì)災(zāi)害危險性進(jìn)行定性評估，主要通過野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，充分了解棄渣邊坡的分布情況、自然地理位置、規(guī)模、表面特征、組成物質(zhì)類型、運動特征、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣象及水文地質(zhì)特征及人類經(jīng)濟(jì)工程活動情況，以定性判斷為主要方法并結(jié)合相關(guān)規(guī)范，對照評估指標(biāo)進(jìn)行評估，確定其危險性。選取該鈉長石礦一處棄渣邊坡進(jìn)行定性評估，該邊坡體坡頂橫向?qū)?0 m，縱向坡長140 m，坡底寬約40 m，坡角20°～30°，沿開采平臺外緣呈扇狀分布。邊坡體由黏土、砂礫及碎石組成，砂石粒徑多為0.5～10 cm，局部有約1 m的完整巖石。棄渣體厚度分布不均，總體呈中間厚、上下兩側(cè)薄的形態(tài)，上下緣厚0～3 m，中間較厚，達(dá)5～10 m。在該邊坡中上部發(fā)現(xiàn)多條拉張裂縫，在局部堆積體較陡的區(qū)域有坍塌現(xiàn)象。對照相關(guān)規(guī)范中滑坡和泥石流地質(zhì)災(zāi)害的評價指標(biāo)，判斷其為基本穩(wěn)定狀態(tài)，現(xiàn)狀評估危險性屬中等。

2.1.2 定量評估

定量評估是根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的類型和特征，建立形成機(jī)理的相關(guān)模型，選取合適的巖土參數(shù)和計算方法，通過定量計算對地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)狀穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢進(jìn)行評估。選取該鈉長石礦一處棄渣邊坡進(jìn)行定量評估，土體的物理力學(xué)參數(shù)主要采用工程類比法，與同類型巖土體進(jìn)行比較，確定該棄渣邊坡天然容重20 kN/m3、內(nèi)聚力6.0 kPa、內(nèi)摩擦角30°。根據(jù)棄渣邊坡的基本地質(zhì)特征，對其進(jìn)行建模并采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行了計算，得出天然狀態(tài)下該棄渣邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.098，屬基本穩(wěn)定狀態(tài)。

綜合定性評估和定量穩(wěn)定性計算結(jié)果，認(rèn)為該鈉長石礦棄渣邊坡發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的危險性屬中等。

2.2 預(yù)測評估

2.2.1 定性評估

棄渣邊坡堆積物疏松軟弱，在未來遭遇連續(xù)極端降雨等不利條件下，該鈉長石礦棄渣邊坡土體易吸水飽和，坡頂變形可能加大，并發(fā)生局部或整體失穩(wěn)，由于抗剪強(qiáng)度下降易產(chǎn)生滑坡，若短時間內(nèi)有大量雨水匯集，極易發(fā)生泥石流，從而對礦山下部的房屋、道路和農(nóng)田造成威脅。考慮到一旦發(fā)生滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害將會對人民生命財產(chǎn)造成較大損失，因而定性預(yù)測其潛在的危險性大。

2.2.2 定量評估

由于棄渣邊坡堆積物疏松軟弱，滲透性較好，連續(xù)極端降雨易對目前滑面產(chǎn)生較大的削弱作用。按極端氣象條件取值，該棄渣邊坡內(nèi)摩擦角取30°，采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計算，得出穩(wěn)定系數(shù)為0.915，屬不穩(wěn)定狀態(tài)，判定其潛在的危險性大。

綜合定性評估和定量穩(wěn)定性計算結(jié)果，認(rèn)為該鈉長石礦棄渣邊坡發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的危險性大。

2.3 綜合評估

地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合評估是根據(jù)現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估的結(jié)果，綜合評估地質(zhì)災(zāi)害的危險程度?，F(xiàn)狀評估棄渣邊坡發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的危險性屬中等，預(yù)測評估棄渣邊坡發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的危險性大。結(jié)合評估地區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景，綜合分析后認(rèn)為該鈉長石礦棄渣邊坡地質(zhì)災(zāi)害危險性大。根據(jù)適宜性原則，該鈉長石礦棄渣邊坡場地適宜性差，應(yīng)為地質(zhì)災(zāi)害的重點防治區(qū)。

3 措 施

(1)工程措施。集中堆放礦山剝離的表土、廢石，在堆放場所下方修筑擋土壩，在堆放場所上方開挖截水溝，將雨水引排至堆放場地外圍。

(2)植物措施。在棄渣集中堆放場所和兩側(cè)斜坡進(jìn)行植被綠化，可起到固坡和防止雨水對堆放場所表面侵蝕和沖刷的作用。

[1] 劉傳正.論滑坡穩(wěn)定性評價的幾個關(guān)鍵問題[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，1996(3)：55-58.

[2] 王 燦，任 元.駐信高速公路棄渣場的治理[J].中國水土保持，2002(11)：34-36.

[3] 史春華，王 瓊.廢棄采石場植被生態(tài)恢復(fù)探討[J].中國園藝文摘，2009(4)：65-67.

[4] 陳昌彥，朱志剛，王維理.廢棄礦山植被恢復(fù)工程地質(zhì)災(zāi)害危險性評估關(guān)鍵問題分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，201l，22(2)：76-81.

[5] 王維理，陳昌彥.廢棄礦山植被恢復(fù)工程中棄渣邊坡地質(zhì)災(zāi)害危險性評估[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2013(3)：17-20．

2015-07-24)

張 赫(1983—)，男，工程師，471000 廣東省韶關(guān)市武江區(qū)武江科技工業(yè)園廣前路18號。