■劉硯青（遼寧省第十地質(zhì)大隊遼寧撫順113008）

撫順東露天礦南幫邊坡穩(wěn)定性初探

■劉硯青
（遼寧省第十地質(zhì)大隊遼寧撫順113008）

在對撫順西露天礦南幫邊坡滑坡現(xiàn)象的分析、研究基礎上，通過類比方法，認為撫順東露天礦南幫邊坡也會出現(xiàn)類似的滑坡。隨著東露天礦開采深度的不斷加大，其南幫邊坡淺層滑坡將會不斷發(fā)生，規(guī)模由小到大，最后會發(fā)展成為類似西露天礦南幫現(xiàn)今的滑坡模式。為了減少撫順東露天礦南幫邊坡滑坡可能造成的損失，需要在可能存在滑坡影響的區(qū)域進行合理規(guī)劃布局，按照危險程度不同，依不同時間順序有序撤出可能受影響的對象，且不得新建任何建筑設施。

西露天礦 東露天礦 南幫邊坡穩(wěn)定性 滑坡模式撫順市

0　引言

撫順煤田已有百余年的開采歷史。煤礦開采給這個以煤炭工業(yè)為基礎發(fā)展起來的特大城市帶來了嚴重的地質(zhì)環(huán)境問題：大范圍地面沉陷、滑坡、崩塌、地裂縫、礦震、環(huán)境污染等，造成了嚴重的經(jīng)濟損失。礦區(qū)內(nèi)最嚴重地質(zhì)災害之一的滑坡，是由露天煤礦開采引發(fā)的。撫順西露天礦南幫局部的滑坡最早發(fā)生于1935年，該礦南幫共發(fā)生滑坡42次，其中：南崩巖區(qū)19次；大鏡面區(qū)9次；楊柏區(qū)6次；西端幫8次。近年來形成的南幫大滑坡體，其南北向縱長約1200～1500m，東西向橫寬約3100m，主滑方向為向北滑移，滑面埋深大于100m，為深層滑坡，估算總體積約3億m3，為巨型滑坡體。頻繁的滑坡已造成礦山基礎設施破壞、地表建筑損壞等直觀可見的破壞性后果，直接經(jīng)濟損失數(shù)以千萬計。東露天礦目前開采的深度較小，其南幫已經(jīng)發(fā)生過局部滑坡，兩個露天煤礦僅有一路之隔，它們的地層條件、構(gòu)造條件及環(huán)境條件都基本相同或相近，那么今天西露天礦南幫邊坡發(fā)生的問題，就可能發(fā)生在明天的東露天礦南幫邊坡。

1　礦區(qū)地質(zhì)及煤田開采概況

1.1礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)位于中朝準地臺（Ⅰ）、膠遼臺?。á?）、鐵嶺—靖宇臺拱（Ⅰ11）、撫順凸起（Ⅰ11～4）的北緣。基底地層由太古界鞍山群的花崗巖片麻巖組成，中生代時期，沿渾河河谷形成了中生代斷陷盆地，并伴隨有強烈火山噴發(fā)活動，沉積了一套晚侏羅—白堊中基性酸性火山熔巖及火山碎屑巖，還伴有較大規(guī)模酸性巖漿侵入活動，新生代古近系受喜馬拉雅構(gòu)造運動的影響，渾河斷裂再次活動，在渾河斷裂帶附近形成了斷陷盆地，并沉積了陸相含煤建造，形成了撫順煤田。

圖1　撫順市區(qū)渾河斷裂帶展布略圖

1.2撫順煤田開采概況

撫順煤田已有百余年的開采歷史。興盛時，有西露天礦、勝利礦、龍鳳礦、老虎臺礦等大型礦山同步開采。隨著煤炭資源儲量的枯竭及保城限采，勝利礦、龍鳳礦相繼閉坑，現(xiàn)在只有老虎臺礦、東露天礦和西露天礦還在生產(chǎn)。

老虎臺井田位于撫順煤田的中部，該井田西部以礦區(qū)坐標E3450m（～580m水平以上是以F6斷層下盤的煤層交面為界）與西露天礦田、勝利井田相毗連；東部以礦區(qū)坐標E8400m（含五十米老龍井田安全煤柱）與龍鳳井田相鄰；井田上部～350米水平以上歸東露天礦開采。

勝利礦位于撫順煤田的西部，本井田西部以礦區(qū)坐標E80m與深部井相鄰；東部以礦區(qū)坐標E3450m（～580m水平以上是以F6斷層下盤的煤層交面為界）與老虎臺礦毗連；井田上部～400米水平以上歸西露天礦開采。

深部井位于撫順煤田的西部；東隔深勝煤柱（EW0～E80）與勝利礦相鄰；上部與西露天礦以～300米煤柱相隔；深部井上世紀40年代開始開采，70年代初報廢。

2　地質(zhì)環(huán)境條件

2.1氣象水文

2.1.1氣象

礦區(qū)屬北中溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季溫差較大。據(jù)撫順市氣象臺近五年資料，市區(qū)平均氣溫7.1℃，最高氣溫36.5℃，最低氣溫～37.3℃。年平均降水量755.7mm，豐水年和枯水年相差約2倍以上。年內(nèi)降水主要集中在6～9月份，占全年降水量的70～80%，其中7～8月份為降水量最集中的月份，占全年降水量的50%以上。年平均蒸發(fā)量1023.85mm。撫順地區(qū)最大凍土深度1.50m，標準凍土深度為1.20m。

2.1.2水文

撫順煤田東側(cè)有東洲河；南側(cè)由東到西依次是海新河、郎士河、千金河、劉山河（其中郎士河、千金河、劉山河已經(jīng)過人工改道）；西側(cè)有古城子河。

東洲河起源于撫順縣救兵鄉(xiāng)高家村，沿撫順煤田東側(cè)匯入渾河，流域面積524km2，平均流量1.27 m3/s，受季節(jié)性影響較大。

古城河發(fā)源于撫順縣海浪鄉(xiāng)前陡山，沿西露天礦坑西側(cè)匯入渾河。流域面積325.15km2，平均流量0.348m3/s，流速為0.39m/s，河道平均比降4.26‰。

2.2地形地貌

2.2.1地形

區(qū)內(nèi)地形起伏較大，礦坑經(jīng)人工改造形成階梯狀地形，西露天礦坑底最低標高為～309 m，南幫高陡邊坡垂直深度達400～500m，總體坡度在22°左右；東露天礦坑底最低標高為～20 m，南幫邊坡垂直深度可達100m，總體坡度在20°左右。露天礦坑以南為近東西走向排列的低丘陵，地面標高80～230m，相對最大高差102m，自然坡度20°～30°。

2.2.2地貌

2.2.2.1構(gòu)造剝蝕地貌

由地殼抬升與風化剝蝕作用共同形成的丘陵地貌，位于渾河谷地南側(cè)，基巖主要為太古代花崗片麻巖和古近系玄武巖，坡度一般小于30°，山體渾圓，上覆殘坡積層2～4m。

2.2.2.2人工地貌

人工地貌為由露天采礦形成的非自然負地貌—露天礦采坑；由露天礦排棄的廢石形成的非自然正地貌—人工堆積區(qū)。

2.3地層巖性

區(qū)內(nèi)出露地層由老至新主要為：太古代花崗片麻巖；中生界白堊系上統(tǒng)大峪組；新生界古近系古新統(tǒng)老虎臺組、栗子溝組，始新統(tǒng)古城子組、計軍屯組、西露天組；第四系沖洪積層、人工堆積層等。

2.3.1太古界

花崗片麻巖：太古代侵入體構(gòu)成的剛性基底，為弱片麻狀構(gòu)造，地表出露于露天礦坑的南側(cè)，片麻理產(chǎn)狀為320°～323°∠71° ～75°。

2.3.2中生界

白堊系上統(tǒng)大峪組：不整合于太古界片麻巖之上，被新生界老虎臺組不整合覆蓋。巖性由上至下分為：暗綠色及暗紫色砂質(zhì)頁巖、雜色凝灰質(zhì)砂巖、礫巖。

2.3.3新生界古近系

老虎臺組：該層與下伏太古界花崗質(zhì)片麻巖呈角度不整合接觸，主要巖性為玄武巖，老虎臺組由上至下分三個層次，玄武巖層、玄武巖夾煤層(第三層煤)及玄武巖夾凝灰?guī)r層，產(chǎn)狀335°～25° ∠23°～48°，厚度3.52～136.37m，平均89.67m。

栗子溝組：該層與下伏老虎臺組呈平行不整合接觸。厚度6.90m～115.86m，層厚0.8～20.60m。以淺灰綠至暗綠色凝灰?guī)r為主，

古城子組：為撫順煤田的主要開采煤層，與下伏栗子溝組、上覆計軍屯組均為整合接觸。厚度0.5～195m，為盆地沼澤相沉積。

計軍屯組：該組為煤層頂板，與上下地層均為整合接觸，巖性為一套淺褐、暗褐色中至薄層狀油頁巖。厚度25.81～362.350m，為深湖相沉積。

西露天組：與上下地層為整合接觸。巖性為綠色塊狀泥巖，夾薄—中厚層褐色頁巖和淺綠色泥灰?guī)r，以互層出現(xiàn)，韻律清楚。厚度102.1～600m。平均421.56m。為湖相沉積。

2.3.4新生界—第四系

第四系全新統(tǒng)沖洪積層形成時代為全新世。主要巖性為中細砂、粉質(zhì)粘土及礫石等組成，層厚5.20～8.90m，成因為沖洪積。

千臺山南坡廣泛分布一層雜填土～素填土層，雜色，由粘性土、煤矸石、頁巖碎屑、砂土等組成。層厚約1.0～50.0m，成因為人工堆積，堆積年代開始于二十世紀早期直至近期。

2.4地質(zhì)構(gòu)造

2.4.1褶皺構(gòu)造

撫順煤田東西長約18千米，南北寬約2千米，總體上是一個向斜構(gòu)造。向斜北翼因受斷層切割而不完整，南翼則相對完整。

2.4.2斷裂構(gòu)造

在含煤地層形成后，地殼受到近于南北方向的擠壓力，因此在東西方向相應的產(chǎn)生張力，即沿垂直應力橢圓的長軸方向使巖石破裂，產(chǎn)生了南北方向的橫切地層的正斷層，以后由于作用力的繼續(xù)，在應變橢球體內(nèi)部產(chǎn)生了北西、南東方向的剪切力，形成斜交正斷層。

渾河斷裂：渾河斷裂帶主干斷裂F1A、F1位于西露天礦界北側(cè)，為壓扭性北傾逆斷層。渾河斷裂形成于太古代晚期，古新世早期活動強烈，自晚更新世以來處于相對穩(wěn)定期。

南北向正斷層：在礦區(qū)向斜南翼，礦區(qū)編號的斷層由西到東依次為：F5、F6、F7、F7～1、F8、F9、F10和F11。南幫以往滑坡體的兩側(cè)邊界都是一些南北向的小斷層，落差大小不一，有的只有1～2m，這些小橫斷層與礦區(qū)編號的斷層存在伴生關(guān)系。

2.5水文地質(zhì)特征

露天礦區(qū)域內(nèi)下部已經(jīng)形成新老斜、豎井數(shù)十條，淺部舊巷縱橫交錯，遍布全區(qū)，這些淺層舊井巷大多與井筒直接或間接連通?？酉掠克艽髿饨邓屯笣B條件的制約。

露天礦坑的南幫地下水埋深較大，主要為基巖裂隙水，含水層巖性為凝灰?guī)r和玄武巖層。天然條件下地下水接受大氣降水補給，排泄以蒸發(fā)、地下側(cè)向徑流為主。由于露天開采，礦坑疏干，大量排泄地下水，地下水位下降，在礦坑周圍形成了一定范圍的地下水向礦坑徑流的人工流場。

凝灰?guī)r含水層：厚度30～120m，因含蒙脫石而吸水性強導水性差，大氣降水為主要補給源。

玄武巖含水層：平均厚度90m，屬裂隙含水層。為露天礦南幫地下水的主要含水層位，主要接受大氣降水補給。

枯水期地下水位略有下降，凍融期地下水位略有上升。

2.6工程地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)有兩個巖土工程地質(zhì)單元，上部為第四系松散層工程地質(zhì)單元，下伏基巖層工程地質(zhì)單元，自上而下分述如下：

2.6.1四系松散層工程地質(zhì)單元

上部為雜填土、素填土層：在露天采坑的南側(cè)部分地區(qū)堆積有巨厚的人工堆積層，最最厚可達50m。以煤矸石、玄武巖碎石、頁巖碎片為主，松散狀～稍密，厚度變化較大，厚1.0～50m不等。

下部為第四系松散層：由中細砂，粉質(zhì)粘土及礫石等組成，層厚0.20～8.90m。

2.6.2基巖層工程地質(zhì)單元

（1）強風化玄武巖：抗壓強度在500～2000kg/cm2之間。節(jié)理發(fā)育，有些地方柱狀節(jié)理非常典型。由于巖性脆，易破裂成碎塊。

（2）破碎帶：各階段勘查鉆孔揭示玄武巖層中，上部玄武巖一般都較完整，而中部的玄武巖夾煤線層、下部的玄武巖夾凝灰?guī)r層以及玄武巖與片麻巖不整合接觸部位的古風化殼多有破碎帶和泥化夾層出現(xiàn)。

經(jīng)調(diào)查，西露天礦南幫整體邊坡角在19°～27°左右；巖樣測試區(qū)內(nèi)新鮮巖石天然狀態(tài)下的內(nèi)摩擦角為36.7°～38.2°，內(nèi)摩擦角大于邊坡角，加之新鮮巖石受水作用影響較小，因而新鮮巖石一般較穩(wěn)定；破碎帶內(nèi)天然狀態(tài)下的內(nèi)摩擦角為21.6°～27.3°，內(nèi)摩擦角小于或接近邊坡角，破碎帶在飽水狀態(tài)下強度降低，其內(nèi)摩擦角也隨之減小，因而，破碎帶一般不穩(wěn)定，易發(fā)生滑移。

（3）花崗片麻巖：上部風化殼一般呈鐵銹紅色，局部泥質(zhì)充填，巖芯強度低、易碎，高嶺土化發(fā)育，干抗壓強度為19.5Mpa；中等風化巖石一般呈肉紅色，中粗粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造。

3　西露天礦南幫邊坡巨型滑坡的形成與發(fā)展

依據(jù)遼寧省第十地質(zhì)大隊編制的《撫順市西露天礦南幫滑坡地質(zhì)災害變形監(jiān)測階段性報告》（2012年～2014年），千臺山地裂縫最早發(fā)現(xiàn)于2010年8月，其長度約50m，寬度2～20cm，總體走向近東西。1個月后，地裂縫東西延長已增至約350m，裂縫最大寬度30cm，最大沉降量24cm，影響范圍南北寬約160m，面積約0.05km2。2012年2月，千臺山地裂縫(滑坡后緣地裂縫)分為南北兩條，二者相距100～150m，總體呈東西向弧形展布，總長3090m，屬特大型地裂縫。兩條裂縫均持續(xù)垂直錯落和水平張裂，2010年～2012年期間，變形速率從最初的0.3mm/d，加大至2011年的1mm/d，再至2012年的3～8mm/d。至2013年3月時，水平位移速率達4.49～11.8mm/d，且呈加速趨勢。2013年汛期，受“8.16”強降水過程影響，最大位移量達到130mm/d，后期有所回落，在9月中旬再次出現(xiàn)加速過程直至2014年凍融期，最大位移速200mm/d，其后速率在5月進入枯水期時開始回落，水平速率80～110mm/d，在2014年汛期又重新加速，最高達到160mm/d，后呈波動狀態(tài)依次緩慢遞減。

照片1千臺賓館南側(cè)地裂縫(2013.5.9)

照片2回填后繼續(xù)下滑陡坎高約15.8m(2014.3.11)

根據(jù)地表變形跡象及監(jiān)測結(jié)果分析判斷：南幫坡體具有典型的滑坡特征，為特大型滑坡體，且處于持續(xù)變形滑移階段。

截至2014年10月，滑坡體南北向縱長約1200～1500m，東西向橫寬約3100m，主滑方向為向北滑移，滑面埋深大于100m，為深層滑坡，估算總體積約3億m3，為巨型滑坡體?；麦w有兩個滑面，一是古風化殼，在玄武巖層與片麻巖的不整合接觸部位；一是玄武巖層內(nèi)的軟弱夾層?；麦w后緣拉張裂縫影響范圍及變化程度均在持續(xù)增大，已形成后緣凹陷洼地；滑坡體表面裂縫逐步明顯相互連接，開裂強度加大、加深，并伴有錯落下沉；東部邊界以F5斷層為界，西部邊界從頁巖廠東側(cè)～汽采隊～西部坑底一線，地表裂縫逐步明顯；前緣隆起突出且基本與北幫坑底相連。

滑坡變形體前緣位于西露天礦坑底部，后緣地裂縫北距西露天礦礦坑南幫邊緣約280～460m，南距居民居住地千臺社區(qū)、東立社區(qū)60～100m，邊坡高差400～500m?；麦w影響區(qū)涉及多家企業(yè)及居民，威脅對象眾多，威脅資產(chǎn)巨大。

4　東露天礦南幫邊坡穩(wěn)h定性分析

東露天礦與西露天礦之間有南昌路相隔，西露天礦設計開采最低標高為～400m，東露天礦設計開采最低標高為～390m，它們的地層條件、構(gòu)造條件及環(huán)境條件等都基本相同或相近，只是西露天礦目前開采的深度較大（坑底標高為～270～～360m）,東露天礦目前開采的深度較?。拥讟烁邽?40～～20m）。兩者完全可以通過類比法進行相關(guān)的預測，今天西露天礦南幫邊坡發(fā)生的問題，就可能發(fā)生在明天的東露天礦南幫邊坡。隨著其開采深度的不斷加大，南幫邊坡滑坡問題將不斷發(fā)生，規(guī)模由小到大，最后會發(fā)展成為類似西露天礦南幫現(xiàn)今的滑坡規(guī)模。

5　結(jié)語

南幫滑坡是由露天煤礦開采引起的，但其危害對象不僅是露天煤礦本身，還有后緣附近的企事業(yè)單位和居民。根據(jù)西露天礦南幫邊坡滑坡體的影響范圍，可以預測出東露天礦南幫邊坡的危險范圍，在此范圍內(nèi)進行合理規(guī)劃布局，按照危險程度不同，依不同時間順序有序撤出可能受影響的對象，且不得新建任何建筑設施?；碌刭|(zhì)災害所帶來的城市地質(zhì)環(huán)境效應問題應該引起城市規(guī)劃和管理部門的高度重視。

[1]洪友崇等，遼寧撫順煤田地層及其古生物群研究，北京：科學出版社，1980.

[2]杜東菊，渾河斷裂帶的地質(zhì)特征及活動特征分析，遼寧地質(zhì)學報，1985（1），28～35.

[3]北京科技大學、撫順地震局等，撫順老虎臺礦開采引發(fā)礦震的研究報告，2002.

F407.1[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～96～3

劉硯青（1965～），男，高級工程師，研究方向為煤田地質(zhì)勘探。