關(guān)于廢棄露天礦山邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理方案研究

陶 蓉

（運(yùn)城職業(yè)技術(shù)大學(xué)，山西 運(yùn)城 044100）

礦山露天邊坡山體發(fā)生自然地質(zhì)災(zāi)害主要原因是由于人類在從事工礦業(yè)中的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)所自然造成的一種突發(fā)性的地質(zhì)自然災(zāi)害,常見的就是礦山邊坡山體發(fā)生自然地質(zhì)災(zāi)害，主要形成類型包括有露天邊坡礦或山體發(fā)生滑坡、崩塌和礦山邊坡泥石流等,據(jù)國(guó)家相關(guān)礦業(yè)歷史事件資料庫(kù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)每年因礦山或者露天邊坡礦山發(fā)生自然地質(zhì)災(zāi)害等所造成的直接性或社會(huì)性的經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)數(shù)百億元。近年來,大量新建露天采石礦山，特別是小型露天采石場(chǎng),或由于礦山開采周期結(jié)束被關(guān)閉,或由于礦山開采不規(guī)范被依法責(zé)令關(guān)閉[1]。而由于礦山前期準(zhǔn)備施工安全生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)、后期施工遺留下的一些屬于露天式非法開采的礦坑,不僅嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐V的自然地質(zhì)環(huán)境,而且往往同時(shí)間還存在高聳的陡坡和高山邊坡等等各種地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害性的安全隱患,對(duì)整個(gè)采礦山及其工礦周邊崗位工作人員的一切人身和生命財(cái)產(chǎn)安全往往造成了一種嚴(yán)重的威脅，是目前我國(guó)礦山邊坡礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理技術(shù)工程設(shè)計(jì)中普遍存在的重大難題之一。

1 廢棄露天礦山邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理存在的問題

露天廢棄的礦山,有些煤礦老坡面均為一面坡,各開采治理水平面位置可能所采用的條帶道路寬度大小不等,同一治理水平也可能存在各個(gè)治理位置條帶寬度大小不一的道路情況,因此各地的開采治理水平面均無法合理布置可供運(yùn)輸用的道路進(jìn)行治理開拓。在安全治理礦山過程中極易發(fā)生重大物體嚴(yán)重打擊、高處山體墜落、邊坡山體坍塌等重大安全事故。因此,在道路治理工作過程中會(huì)容易受到各種地形的自然限制或外力影響,造成治理作業(yè)場(chǎng)地平臺(tái)面積過小、工作場(chǎng)地邊坡處的坡度偏大、運(yùn)輸中的道路管線布置及設(shè)施建設(shè)困難等特殊情況,治理工作過程中企業(yè)應(yīng)及時(shí)實(shí)施相應(yīng)的安全防護(hù)措施來彌補(bǔ)以上不安全影響因素。同時(shí)建設(shè)項(xiàng)目管理應(yīng)嚴(yán)格按照"采剝并舉、剝離先行"及按照分層治理實(shí)施方案和資源開采工程設(shè)計(jì)方案要求的自上而下有序開采的管理原則有序進(jìn)行分層治理有序開采,邊坡線在臺(tái)階高度、平臺(tái)邊坡寬度、臺(tái)階最高坡度平面角、最終臺(tái)階坡度平面角等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)上均可因地制宜,合理安排確定各項(xiàng)開采技術(shù)參數(shù)。

2 廢棄露天礦山發(fā)生邊坡現(xiàn)象的影響因素

2.1 廢棄露天礦山"結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)面"因素

露天礦邊坡上的巖石主要為變質(zhì)沉積巖、花崗巖等,沉積巖中一般具備較多的變質(zhì)斷層裂隙斷裂帶及軟弱邊坡巖層,而軟弱邊坡巖層由于內(nèi)部具備較多的粘土質(zhì),因此其巖層結(jié)構(gòu)和表面比較軟弱。當(dāng)邊坡遇到大量雨水時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)雨水軟化流變現(xiàn)象,產(chǎn)生不可塑性流變狀態(tài),具備顯著的雨水流變侵蝕特性?；◢弾r中儲(chǔ)量規(guī)模較大的巖層裂隙也是軟弱面之一,這些軟弱巖層結(jié)構(gòu)面裂隙可與露天邊坡巖石結(jié)構(gòu)的表面裂隙進(jìn)行直接組合,進(jìn)而直接形成不同破壞程度的露天邊坡巖石破壞面。通過以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知,軟弱邊坡結(jié)構(gòu)在大面積所出現(xiàn)的水流變性的特性,是煤礦露天開采造成邊坡結(jié)構(gòu)破壞、滑坡現(xiàn)象產(chǎn)生的一個(gè)根本原因。

2.2 廢棄露天礦山"巖性"因素

通常這種地形情況下,巖石的相對(duì)密度縱向波和橫波波速一般較大、容重,其在流體力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度一般較高,則對(duì)維持巖石整體邊坡和表面的穩(wěn)定越有利;但是剛好相反的,若由于這些巖石本身可能具備較強(qiáng)的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)吸水性及好的化學(xué)可溶性,則相對(duì)濕度一般比較大,缺乏好的化學(xué)抗凍性,且由于巖石邊坡可能本身會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較強(qiáng)的軟化性,則對(duì)維持巖石整體邊坡和表面的穩(wěn)定就比較有利，也可能會(huì)對(duì)其造成嚴(yán)重的不良影響。礦物不同,其所自身沒有具備的天然吸水性和強(qiáng)度也不相同[2]。比如說具有生長(zhǎng)巖和石英等不同類型的天然礦物,其自有可以通過天然礦物學(xué)和風(fēng)化學(xué)的過程直接進(jìn)行天然礦物質(zhì)的分解,生成次生石和生長(zhǎng)粘土石等不同類型的天然礦物,從而也就大大降低了其天然礦物性和吸水性的強(qiáng)度,極易導(dǎo)致滑坡,而且由這種蒙脫石礦物組成的次生礦物由于自身具備較強(qiáng)的天然礦物性和吸水性,因此其自身礦物質(zhì)的透水性比較差,同樣也就會(huì)有可能直接引發(fā)滑坡的現(xiàn)象。

2.3 廢棄露天礦山"氣象"因素

水是直接影響礦區(qū)邊坡地質(zhì)穩(wěn)定性的重要影響因素。據(jù)目前我國(guó)相關(guān)礦物科學(xué)技術(shù)資料分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),露天礦滑坡現(xiàn)象的產(chǎn)生大多在我國(guó)全年雨水多的季節(jié),這主要部分是因?yàn)檫吰律系淖冑|(zhì)巖層中通常都會(huì)存在一些數(shù)量相對(duì)較多的大型變質(zhì)粘性巖和變質(zhì)土巖,這些粘性土巖遭到大量濕潤(rùn)雨水的嚴(yán)重侵蝕后常常會(huì)逐漸出現(xiàn)一膨脹的狀態(tài),在很大程度上也會(huì)降低露天礦物活動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)由于大地重力場(chǎng)的作用,邊坡極易出現(xiàn)自由滑動(dòng),對(duì)部分邊坡地層巖體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的重力影響，可能會(huì)促使其內(nèi)部出現(xiàn)動(dòng)壓,最終可能引發(fā)邊坡巖體崩潰，導(dǎo)致巖體滑坡。在這些氣象影響因素中,降雨強(qiáng)度影響等因素往往能夠直接影響到礦山內(nèi)部邊坡地質(zhì)形變嚴(yán)重程度。

2.4 廢棄露天礦山"構(gòu)造應(yīng)力"因素

露天礦床和邊坡上的巖體本身不僅要分別承受自重運(yùn)動(dòng)應(yīng)力,同時(shí)還要分別承受不同地質(zhì)巖體構(gòu)造所運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的巖體震動(dòng)侵蝕應(yīng)力、水流動(dòng)應(yīng)力及巖體殘余物質(zhì)應(yīng)力等。由利用露天礦床在邊坡上的巖體深度自重運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的平均鉛直水平應(yīng)力,其巖體重量與利用相同巖體面積覆蓋的巖層所自重產(chǎn)生的巖體重量相一致,平均水平鉛直應(yīng)力通常隨著巖體深度的不斷變化而發(fā)生變化,當(dāng)巖體深度不斷變化增加時(shí),平均水平鉛直應(yīng)力也不斷隨之增加,甚至我們可以得到大于平均鉛直水平應(yīng)力的量值[3]。構(gòu)造中的應(yīng)力對(duì)局部露天礦巖體邊坡上的巖體裂縫產(chǎn)生一定的應(yīng)力推動(dòng)抑制作用,使其不斷向局部采空區(qū)發(fā)生變形,從而不斷擴(kuò)大既有的巖體裂縫,同時(shí)它還可以不斷產(chǎn)生新的巖體裂縫,使局部露天礦巖體邊坡上的巖體應(yīng)力強(qiáng)度不斷得到降低,影響局部露天礦巖體邊坡的地質(zhì)穩(wěn)定性,容易造成巖體滑坡。

3 廢棄露天礦山以及邊坡礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害綜合治理實(shí)施方案

3.1 自然坡率法

自然坡率法無需對(duì)同時(shí)處于邊坡的結(jié)構(gòu)自身整體進(jìn)行任何坡度加固或者優(yōu)化調(diào)整處理,使得整個(gè)邊坡整體能夠同時(shí)擁有較好的邊坡性和穩(wěn)定度,這種有效率的治理邊坡法的方法又被專家稱之為自然坡率有效治理的方法即自然坡率法。采用此種新型邊坡地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害綜合治理相關(guān)技術(shù)解決方法,具有較為明顯的技術(shù)實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)相對(duì)應(yīng)的施工處理過程也較為方便,如果目前情況是正在繼續(xù)施工中或者具體條件上允許,則我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)盡可能多地考慮采用此種邊坡地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害綜合治理相關(guān)技術(shù)解決方法。坡率的定值取法應(yīng)當(dāng)根據(jù)以往的設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),依據(jù)不同工程設(shè)計(jì)采用類比的坡率設(shè)計(jì)定值方法。但是有些邊坡在根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行滑坡率和確定數(shù)值的計(jì)算處理過程中,需要同時(shí)運(yùn)用采取邊坡率的穩(wěn)定性和數(shù)值計(jì)算分析的計(jì)算處理方法等技術(shù)來對(duì)其加以精確確定計(jì)算。例如,具有內(nèi)向外傾軟質(zhì)巖結(jié)構(gòu)的地面層的一些山體邊坡、土質(zhì)相對(duì)軟的一些邊坡、在山體坡頂?shù)奈恢每赡艽嬖谙鄬?duì)大的重力載荷的一些邊坡等。

3.2 擋土墻治理技術(shù)

在邊坡地質(zhì)災(zāi)害專用邊坡基層治理的基礎(chǔ)工作進(jìn)行過程中,針對(duì)巖土墻邊坡基層一些松散的由地質(zhì)巖石和復(fù)雜地質(zhì)土方等不同方面構(gòu)成的滑體,即可有效率地利用邊坡?lián)跬翂Ｓ眠吰禄鶎又卫砑夹g(shù)系統(tǒng)該項(xiàng)技術(shù)對(duì)其滑體進(jìn)行基層邊坡硬化處理。同時(shí),在綜合治理的技術(shù)實(shí)施工作過程中,為了達(dá)到擋土墻綜合治理結(jié)構(gòu)技術(shù)實(shí)施治理的一定技術(shù)效果,需將不同類型擋土墻治理技術(shù)實(shí)施設(shè)置在不同邊坡中部或者邊緣,將懸臂式、重力式等邊坡結(jié)構(gòu)治理技術(shù)進(jìn)行互相輔助結(jié)合,進(jìn)而可以達(dá)到邊坡綜合治理的主要目的。

3.3 設(shè)立一個(gè)良好的礦山廢棄風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估管理系統(tǒng)

由于露天廢棄礦山仍然存在著很多風(fēng)險(xiǎn),所以我們認(rèn)為有必要通過研究建立一個(gè)良好的大型露天廢棄礦山風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制管理信息系統(tǒng),對(duì)大型露天廢棄礦山未來可能存在的各種主要治理風(fēng)險(xiǎn)影響因素對(duì)其進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)準(zhǔn)確的治理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,同時(shí)對(duì)于一些治理風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)不同的露天廢棄礦山也就同樣需要及時(shí)通過采取不同的正確治理措施方式對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估治理。

3.4 引進(jìn)先進(jìn)的防護(hù)措施

隨著我國(guó)科學(xué)治理技術(shù)的不斷發(fā)展,許多發(fā)達(dá)國(guó)家在用于治理露天廢棄地質(zhì)礦山上都已經(jīng)有了自己獨(dú)特的治理技術(shù),可以將一些好的治理技術(shù)引進(jìn)我國(guó),再加上當(dāng)前我國(guó)治理露天廢棄地質(zhì)礦山的治理方式,對(duì)我國(guó)露天治理廢棄地質(zhì)礦山情況進(jìn)行一個(gè)全面的治理,從而實(shí)現(xiàn)不僅在技術(shù)上有效治理,更能在治理環(huán)境上有效治理廢棄礦山的這一目的,推動(dòng)我國(guó)治理廢棄礦山的發(fā)展速度,同時(shí)為促進(jìn)我國(guó)企業(yè)研發(fā)和推出更好的用于治理露天廢棄地質(zhì)礦山的治理技術(shù)方法提供許多可廣泛借鑒的技術(shù)依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

在人類社會(huì)繼續(xù)向前進(jìn)步發(fā)展的同時(shí),也必須要更加注重對(duì)于露天廢棄礦山的綜合治理和安全問題的防護(hù),從而努力實(shí)現(xiàn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)與環(huán)保一起向前發(fā)展的遠(yuǎn)大目標(biāo),為我們的后代子孫創(chuàng)造一個(gè)更好的生活以及工作環(huán)境,同時(shí)對(duì)于露天廢棄礦山的綜合治理也大大減小了這些廢棄天然礦山對(duì)人們身體的直接危害,降低了其安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù),為國(guó)家生態(tài)文明發(fā)展建設(shè)提供了良好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。