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        開陽磷礦區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害成因分析

        2011-11-01 07:10:34貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司鄒啟學(xué)胡先進夏曉勇
        河南科技 2011年24期

        貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 吳 瑾 鄒啟學(xué) 胡先進 夏曉勇

        開陽磷礦區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害成因分析

        貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 吳 瑾 鄒啟學(xué) 胡先進 夏曉勇

        一、礦區(qū)概況

        開陽磷礦是國家最早投資建設(shè)的三大磷礦生產(chǎn)基地之一。建礦以來,該礦已累計生產(chǎn)磷礦石4 000萬t,為國家磷肥、磷化工業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻。

        開陽磷礦分為沙壩土、極樂、兩岔河、馬路坪、牛趕沖、用沙壩6個礦段。礦區(qū)內(nèi)地形切割劇烈,谷深坡陡,氣候潮濕多雨,日暴雨強度大,隨著近年來礦山開采加劇,致使流域內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂縫、不穩(wěn)定斜坡等地質(zhì)災(zāi)害不斷發(fā)生。其中,崩塌是區(qū)內(nèi)分布最廣的地質(zhì)災(zāi)害之一。區(qū)內(nèi)崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育地段一般在礦層出露線之上,直接危害到崩塌體下的村寨居民。此外,還會威脅到各沖溝下游的居民及農(nóng)田耕地,進而威脅到洋水河主河道兩岸的企業(yè)、居民的生命財產(chǎn)安全。因此,分析崩塌地質(zhì)災(zāi)害的成因,為防治地質(zhì)災(zāi)害做準(zhǔn)備是很有必要的。

        二、地質(zhì)成因

        1. 地形地貌。陡峻的斜坡地形是形成崩塌落石的必不可少的條件之一。礦區(qū)地層由板溪群、震旦系、寒武系、二疊系和三疊系組成,由于構(gòu)造、侵蝕、地下水溶蝕等作用,使礦區(qū)形成淺切割侵蝕溶蝕中山地貌類型,為礦區(qū)山體崩塌提供了自然條件。

        2. 斷裂構(gòu)造。

        (1)斷層。崩塌產(chǎn)生的內(nèi)因包括地質(zhì)構(gòu)造作用和巖體本身性質(zhì),斷層帶巖石十分破碎,大小巖石塊體均有,為崩塌落石提供了必要條件。同時,斷層破碎帶常是地下水滲流的通道,使巖層強度降低,從而引起各種規(guī)模不同的崩塌落石。洋水背斜南、北傾伏端斷裂構(gòu)造較為復(fù)雜,背斜兩翼構(gòu)造相對簡單。礦區(qū)構(gòu)造以縱向斷層為主,斜交及橫向斷層次之。對礦層破壞較大的F1~F6縱向斷層,從南端的用沙壩和牛趕沖礦段向北部的沙壩土、極樂和兩岔河礦段斷續(xù)分布,長者大于10 km。其中,F(xiàn)1~F3位于背斜的東盤,F(xiàn)4~F6位于背斜的西盤。區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育是崩塌產(chǎn)生的一個重要原因。

        (2)節(jié)理。一般來講,塊狀、厚層狀的堅硬脆性巖石常形成較陡峻的邊坡,若構(gòu)造節(jié)理和卸荷裂隙發(fā)育且存在臨空面,則極易形成崩塌。磷礦區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育,節(jié)理、裂隙成因復(fù)雜,既有早期構(gòu)造應(yīng)力作用形成的構(gòu)造節(jié)理,也有后期隨著河谷深切作用而形成的卸荷節(jié)理,還有由于采礦活動形成的地裂縫等。走向東西近于直立的一組構(gòu)造節(jié)理與卸荷節(jié)理(與河谷岸近于平行,高角度,傾向谷內(nèi))相互交切,破壞了巖體的完整性,易于產(chǎn)生崩塌、滑坡。

        3. 構(gòu)造破碎帶含水構(gòu)造。充滿裂隙中的水及其流動,對巖體產(chǎn)生靜水壓力和動水壓力,對不穩(wěn)定巖體產(chǎn)生向上的浮托力,甚至使不穩(wěn)定巖體與穩(wěn)定巖體之間的側(cè)向摩擦力減小。巖體中裂隙水壓力會導(dǎo)致弱面上正應(yīng)力的減小,降低抗剪強度。如果巖體中裂隙水壓力大于其法向應(yīng)力,會使巖體破壞。巖體內(nèi)地下水的流動使巖體可溶物質(zhì)溶解,結(jié)構(gòu)面的細顆粒被帶走,產(chǎn)生化學(xué)、機械管涌而使巖體失穩(wěn)。洋水背斜南、北傾伏端斷裂構(gòu)造及背斜東翼斷裂構(gòu)造較為復(fù)雜,以逆斷層為主,斷裂破碎帶一般寬0.10~13.11 m,膠結(jié)緊密,由于斷層上下盤往往是震旦系上統(tǒng)燈影組白云巖,根據(jù)鉆孔抽水試驗滲透系數(shù)K為0.069~0.245 m/d。富水性中等,斷裂帶往往控制巖溶發(fā)育的方向。

        4. 地層巖性。巖性對巖質(zhì)邊坡的崩塌具有明顯控制作用。沉積巖容易出現(xiàn)夾層情況,常發(fā)生崩塌。變質(zhì)巖常把巖體切割成大小不等的巖塊,經(jīng)常發(fā)生規(guī)模不等的崩塌落石。礦層露頭一帶白云巖高陡邊坡因受節(jié)理、裂隙及采礦的影響,常發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,對礦床開采有一定影響。在洋水河谷內(nèi)除震旦系燈影組為厚層白云巖外,全部為泥巖、頁巖和板巖等軟弱巖石。震旦系燈影組厚層白云巖中發(fā)育兩組垂直節(jié)理,河谷兩岸尚見卸荷裂隙,在陡峻的河谷地帶極易產(chǎn)生崩塌。

        三、工程活動

        礦區(qū)內(nèi)人類工程活動主要表現(xiàn)為磷礦開采、加工和運輸?shù)?。目前沿洋水背斜兩翼開采磷礦的礦山和企業(yè)有20余家,沿洋水河谷形成了長于10 km的磷礦開采區(qū)。礦區(qū)內(nèi)人類工程活動已經(jīng)對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的影響和破壞,礦區(qū)內(nèi)影響和破壞地質(zhì)環(huán)境的人類工程活動強烈。

        礦山開采導(dǎo)致應(yīng)力的釋放且可能產(chǎn)生卸荷裂隙,爆破會誘發(fā)崩塌。巖體的卸荷不僅導(dǎo)致巖體內(nèi)的應(yīng)力重新分配,對巖體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)面也有較大影響。當(dāng)開采面積達到一定范圍之后,起始于采場附近巖體的移動和破壞將擴展到地表,引起地表變形,導(dǎo)致位于移動巖體內(nèi)的井巷、峒室等以及位于開采影響范圍內(nèi)地表的建筑物等改變其原有狀態(tài),甚至被破壞,稱之為采動損害。

        巖土體是一種十分復(fù)雜的特殊介質(zhì),它由多種不同性質(zhì)的巖層組合而成,構(gòu)造地質(zhì)作用使其產(chǎn)生大量不連續(xù)結(jié)構(gòu)面。由于工程采礦作用,地下開采會引起巖體應(yīng)力變化,并傳播至巖體頂部及地表,形成冒落帶、斷裂帶。當(dāng)開采范圍較小、磷礦層埋深大時,開采沉陷范圍就小;反之,開采沉陷波及的范圍就會引起地表移動。

        開陽磷礦區(qū)極樂礦段龍井灣崩塌地質(zhì)災(zāi)害的研究文獻解釋了發(fā)生崩塌的工程原因。文獻中采用概率積分法進行地表移動和變形分析,利用極樂礦段890平巷(高程)及采空區(qū)的地質(zhì)條件及參數(shù),計算出極樂礦段采空區(qū)移動變形值,計算結(jié)果見表1。

        表1 極樂礦段采空區(qū)移動變形值計算結(jié)果

        由表1可知,磷礦層的開采將使其上方相應(yīng)的地表發(fā)生一定的變形與移動,特別是斜坡地段水平變形值最大,導(dǎo)致斜坡卸荷裂隙發(fā)育,引發(fā)崩塌。

        四、結(jié)論

        綜上,礦區(qū)山體崩塌形成的主要原因是開采4~6 m厚的陡山沱磷塊巖礦層并沿礦層延伸方向開拓巷道進行回采,形成較大采空區(qū),同時采掘放炮破壞了巖體的完整性,節(jié)理裂隙進一步擴張,巖體強度降低,導(dǎo)致采空區(qū)頂板冒頂垮塌;而頻繁爆破震動的應(yīng)力傳遞及破壞,又使一側(cè)臨空的陡峻山體、緩坡臺地及山頂?shù)陌自茙r塊體產(chǎn)生較大的卸荷張裂隙。長期的自然和人為活動綜合作用,形成了崩塌危巖體或崩塌災(zāi)害。當(dāng)前,開陽磷礦區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治已經(jīng)刻不容緩,而分析崩塌地質(zhì)災(zāi)害的成因為其防治提供了前提條件。

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