吳季寰張春山孟華君郭 涵吳坤罡李洪嘉

1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;2.新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081;3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局新構(gòu)造與地殼穩(wěn)定性研究中心,北京 100081;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083;5.遼寧有色勘察研究院有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽(yáng) 110013

0 引言

自1914年撫順西露天礦開(kāi)采至今,其已發(fā)展成為一座東西長(zhǎng)6.6 km、南北寬2.2 km、高差超過(guò)400 m的大型露天礦坑。在西露天礦早期開(kāi)采過(guò)程中,礦坑南幫的大鏡面區(qū)、楊柏區(qū)、西南幫大巖崩區(qū)、西端幫等陸續(xù)發(fā)生多起滑坡事件,對(duì)礦區(qū)正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)造成巨大影響;1980年前后,礦坑靠界開(kāi)采和井田開(kāi)采先后引發(fā)礦坑西北幫、北幫西部、北幫中部發(fā)生一系列滑坡災(zāi)害事件,不僅干擾了礦區(qū)正常生產(chǎn),也對(duì)北幫水泥廠等工業(yè)設(shè)施造成一定程度的損壞(申力等,1999);近10年來(lái),礦坑又先后發(fā)生了南幫巨型滑坡、北幫大型滑坡等數(shù)起滑坡事件。據(jù)統(tǒng)計(jì)(遼寧省第十地質(zhì)大隊(duì),2019;趙研,2021),自1927年礦區(qū)內(nèi)首次發(fā)生滑坡致災(zāi)至今,西露天礦區(qū)已先后發(fā)生地表形變21處,不同規(guī)模的滑坡77處,累計(jì)滑坡體規(guī)模5×108m3,直接威脅撫順石油一廠、撫順發(fā)電廠、千臺(tái)山公園、4座地面泵站、坑內(nèi)作業(yè)人員和設(shè)備以及周邊790戶2370人的生命財(cái)產(chǎn)安全。撫順西露天礦區(qū)內(nèi)高頻次、高風(fēng)險(xiǎn)滑坡災(zāi)害引起學(xué)界廣泛關(guān)注,并先后基于不同角度開(kāi)展了相關(guān)研究,如區(qū)內(nèi)滑坡工程地質(zhì)條件研究(傅冰駿,1990)、區(qū)內(nèi)易滑段穩(wěn)定性研究(何滿潮和霍起元,1986;陳宗基,1989;申力等,2006)、區(qū)內(nèi)滑坡的變形破壞機(jī)理研究(祖國(guó)林等,1993;劉大勇,2009;崔原,2018)、區(qū)內(nèi)滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警研究(佴磊和王日勖,2010;李洪明,2019;王立文,2020)以及礦區(qū)滑坡工程治理研究等(楊天鴻等,2005;申力,2008)。這些研究成果為礦區(qū)正常運(yùn)營(yíng)和地質(zhì)安全提供了有力的技術(shù)支撐。

隨著礦界內(nèi)資源逐漸枯竭,撫順市作為東北老工業(yè)基地的能源城市轉(zhuǎn)型升級(jí)需求越來(lái)越迫切,在此背景下,西露天礦開(kāi)始有計(jì)劃、有針對(duì)性地實(shí)施由采轉(zhuǎn)治工作。為此,部分學(xué)者嘗試在西露天礦區(qū)開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)研究(紀(jì)玉石等,2006;李淑艷,2008;劉碩,2018),為礦山災(zāi)害防治和礦坑后續(xù)利用提供依據(jù)?？陀^上,近年來(lái)礦坑內(nèi)大規(guī)模采掘和填埋壓腳導(dǎo)致坑內(nèi)地形發(fā)生巨大變化,新發(fā)滑坡集中在南、北礦幫中部區(qū)域(王立文,2020;呂佳進(jìn),2020),直接威脅對(duì)象也轉(zhuǎn)變?yōu)榫o鄰北幫中部的撫順發(fā)電廠、南幫的千臺(tái)山公園以及周邊居民;礦區(qū)滑坡較以往(以2010年首次發(fā)現(xiàn)南幫千臺(tái)山滑坡時(shí)間為界)呈現(xiàn)出規(guī)模明顯增加、頻率降低、分布更加集中的時(shí)空差異性,這些差異性表明西露天礦區(qū)滑坡易發(fā)性發(fā)生了明顯變化。目前已有研究成果尚未考慮這些變化帶來(lái)的影響,因此評(píng)價(jià)結(jié)果無(wú)法系統(tǒng)反應(yīng)礦區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性的時(shí)空變化特征,導(dǎo)致結(jié)果時(shí)效性、可靠性受限。文章以西露天礦區(qū)工程地質(zhì)條件和采礦工程活動(dòng)的時(shí)空特征為基礎(chǔ),基于改進(jìn)頻率比模型分別開(kāi)展2010年前后礦區(qū)滑坡災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià),對(duì)比分析前后時(shí)期的易發(fā)性變化趨勢(shì),為停采后礦區(qū)選擇重點(diǎn)防治區(qū)、調(diào)整不同區(qū)域的工程治理優(yōu)先級(jí)提供科學(xué)依據(jù)。

1 西露天礦滑坡災(zāi)害孕災(zāi)背景

西露天礦區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)膠遼臺(tái)隆,屬郯廬斷裂東北延主要分支斷裂——“敦化-密山”深大斷裂西南段的渾河斷裂控制區(qū)。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育(圖1),主要控災(zāi)構(gòu)造為北幫右旋兼逆沖性質(zhì)的渾河斷裂主斷層F1、F1A,西端幫、南幫分支正斷層F3、F2、F5,以及北幫西部牽引向斜和北幫中部復(fù)向斜褶曲。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制,礦區(qū)地層以白堊系砂礫巖與古近系玄武巖、凝灰?guī)r、泥巖、頁(yè)巖和煤層,下伏太古代鞍山群花崗質(zhì)片麻巖等巖性為主,其中泥巖、頁(yè)巖和煤層均含有軟弱結(jié)構(gòu)面,礦區(qū)巖層具有南幫、東北幫向北傾,西北幫地層倒轉(zhuǎn)的產(chǎn)狀特征,形成了礦區(qū)內(nèi)南幫順向坡、東北幫逆向坡,北幫中西部順逆兼具的坡體結(jié)構(gòu)特征。據(jù)北幫地區(qū)鉆孔資料揭示,礦幫巖體受歷史構(gòu)造面切割較為破碎,百米深度內(nèi)圍巖巖體質(zhì)量為Ⅲ—Ⅴ級(jí),為礦區(qū)滑坡提供有利介質(zhì)條件。同時(shí),由于礦幫主體為基巖邊坡,坡體巖層斷裂、節(jié)理、裂隙發(fā)育、基巖風(fēng)化強(qiáng)烈,形成儲(chǔ)水、導(dǎo)水構(gòu)造,利于地下水存儲(chǔ)運(yùn)移,且礦區(qū)周邊分布渾河、古城子河和南花園水泡子,補(bǔ)給源充足,坡體長(zhǎng)期濕水浸潤(rùn),強(qiáng)度不足,促使邊坡變形失穩(wěn)。復(fù)雜多變的坡體結(jié)構(gòu)、破碎軟弱的邊坡巖土體和持續(xù)的地下水滲流成為西露天礦區(qū)滑坡的主控因素。

圖1 西露天礦區(qū)孕災(zāi)地質(zhì)背景Fig.1 Disaster-bearing geological background of the West open-pit mining area. (a) Structural distribution. (b) Geological conditions.

近年來(lái),礦區(qū)滑坡發(fā)生的頻率、規(guī)模、空間位置等較以往有了較大變化。自2010年礦區(qū)南幫千臺(tái)山滑坡發(fā)生至今,坑內(nèi)共發(fā)生滑坡4次,方量約4×108m3(崔原,2018),以大型、巨型滑坡為主,集中分布于南北幫中部地區(qū)?；掳l(fā)育的位置、規(guī)模較歷史滑坡分布明顯不同,究其原因?yàn)榻甑V坑內(nèi)地形變化巨大,西部填埋,起到壓坡腳作用,西部邊坡穩(wěn)定性提高;東部挖方,穩(wěn)定性降低,導(dǎo)致滑坡聚集區(qū)呈現(xiàn)向中部遷移態(tài)勢(shì),如圖2。因此文中以2010年為時(shí)間節(jié)點(diǎn),將西露天礦滑坡歷史分為兩階段:第一階段為2010年前,以中小滑坡為主,主要分布在礦區(qū)西南、西北部,少量分布于北幫中部和南幫東部;第二階段為2010年后,以大型、巨型滑坡為主,集中在礦區(qū)南、北幫中部。對(duì)比分析兩個(gè)階段礦區(qū)滑坡的時(shí)空分布特征,評(píng)價(jià)其易發(fā)性的變化,為礦坑地質(zhì)災(zāi)害防治提供依據(jù)。

圖2 礦區(qū)滑坡分布變化Fig.2 Distribution changes of landslides in the mining area. (a) Changes of pit topography and spatial distribution of landslides. (b) Diagram showing landslides occurred over time in the mining district.

2 西露天礦滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)體系

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)——致災(zāi)因子

綜合考慮研究區(qū)內(nèi)滑坡形成機(jī)理,遵循獨(dú)立、可信、可獲取原則,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在經(jīng)相關(guān)性分析后,歸納為兩類七項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(1)工程地質(zhì)條件:地形地貌,地質(zhì)構(gòu)造,坡體結(jié)構(gòu),工程巖組,水文地質(zhì)。

(2)采礦工程擾動(dòng):露天開(kāi)采,井工開(kāi)采。

2.1.1 地形地貌

研究區(qū)屬于人工負(fù)地貌:露天礦坑,境界由人工邊坡環(huán)繞組成,除崩滑改造外,整體具有人工設(shè)計(jì)、幾何規(guī)整的特點(diǎn)。從地形角度考慮,坡度、坡高是斜坡內(nèi)部應(yīng)力分布和斜坡變形破壞的主要影響因素(張倬元等,2009),且通常與斜坡災(zāi)害發(fā)育呈正相關(guān)性。研究區(qū)內(nèi)坡角范圍0° ～57°,邊坡最大高差約450 m,但由于兩因子相關(guān)性系數(shù)達(dá)0.73,顯著相關(guān)。因此文中引入坡形值將二者整合,定義為坡高與坡角的乘積,如公式(1):

公式中:PX代表坡形值,h代表坡高,φ代表坡度。

礦區(qū)坡形值介于0～310.81,可依據(jù)表1(吳丹等,2012;劉東燕等,2013)將礦區(qū)邊坡劃分為高陡坡、過(guò)渡坡、低緩坡三級(jí),如圖3a。

表1 坡形劃分依據(jù)Table 1 Basis for slope shape classification

2.1.2 地質(zhì)構(gòu)造

西露天礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造十分發(fā)育,由受多期次歷史地質(zhì)作用逐漸形成的北東東向渾河斷裂帶、斷裂活動(dòng)伴生形成的倒轉(zhuǎn)向斜和復(fù)式褶曲共同組成的礦區(qū)構(gòu)造系統(tǒng),直接控制了礦區(qū)地層建造和坡體結(jié)構(gòu),間接控制了滑坡發(fā)育的介質(zhì)條件,進(jìn)而影響礦區(qū)滑坡的發(fā)育。如北幫主向斜、復(fù)褶皺和斷層 F1基本控制了北幫邊坡的巖性組合和坡體結(jié)構(gòu),導(dǎo)致北幫不同地段滑坡發(fā)育情況呈巨大差異。同時(shí),斷裂具有對(duì)周圍的巖石構(gòu)造定向化作用和巖體強(qiáng)度削弱效應(yīng),結(jié)合西露天礦開(kāi)采改變地表淺部局地應(yīng)力環(huán)境,導(dǎo)致渾河斷裂淺表發(fā)生活化,促使早期形成的處于擠壓閉合狀態(tài)的密集節(jié)理面、片理面等軟弱面逐漸張開(kāi),成為地裂縫、沉陷帶和滑坡等災(zāi)害的位移陡變帶,控制滑坡災(zāi)害變形擴(kuò)張的邊界。礦區(qū)構(gòu)造影響帶見(jiàn)圖3b。

2.1.3 坡體結(jié)構(gòu)

坡體結(jié)構(gòu)是影響斜坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素,由礦坑邊坡坡向和地層產(chǎn)狀共同控制。受渾河斷裂牽引褶皺影響,北幫西部主向斜控制地層,呈軸跡北東向,軸面傾北西的斜臥閉合向斜式展布,北幫中部復(fù)褶皺控制地層產(chǎn)狀呈拖曳揉皺狀;礦區(qū)其余部分地層受控于渾河斷裂,整體傾向北北西。將地層產(chǎn)狀與直觀的邊坡坡向組合,主要斜坡坡體結(jié)構(gòu)包括順向坡、反向坡、斜切坡、主向斜控制坡和復(fù)褶皺控制坡,如圖3c(申力等,1999;李愛(ài)華等,2010;崔原,2018;高安琪等,2021)。

2.1.4 水文地質(zhì)

礦區(qū)地下水主要為沖洪積層潛水和基巖裂隙水。上層潛水蘊(yùn)藏于渾河河谷平原內(nèi)沖洪積層,接受大氣降水和周邊地表水系的定水頭補(bǔ)給,渾河以2 ‰的水力坡度自北向南往西露天礦方向徑流,是北幫第四系孔隙潛水層主要補(bǔ)給源。西露天礦南幫地下水補(bǔ)給以大氣降水滲入為主,同時(shí)接受南花園水泡子滲流補(bǔ)給。礦區(qū)水文地質(zhì)條件同時(shí)受人類工程活動(dòng)制約,開(kāi)采階段,礦區(qū)為保證邊坡安全對(duì)礦幫長(zhǎng)期疏干排水,周邊地下水以8%～15%水力坡降向礦坑徑流,形成局部人工流場(chǎng)(郝喆等,2020;鄧焱等,2021);停采階段,隨著疏干工程逐漸失效,地下水水位勢(shì)必上升,邊坡巖體含水量增加,強(qiáng)度降低,將加速邊坡失穩(wěn)破壞。綜合近年礦區(qū)地下水位和地形變化,按圖3d進(jìn)行分區(qū)。

2.1.5 工程巖組

礦區(qū)內(nèi)地層巖性主要包含白堊系砂礫巖與古近系玄武巖、凝灰?guī)r、頁(yè)巖和煤層,下伏太古代鞍山群花崗質(zhì)片麻巖(圖1)。依據(jù)巖石力學(xué)參數(shù)可將礦區(qū)巖土體劃分為軟巖、較硬巖和硬巖三個(gè)工程巖組(表2)。其中泥頁(yè)巖、油母頁(yè)巖和煤層屬軟巖組,砂礫巖屬較硬巖組,凝灰?guī)r及玄武巖屬硬巖組(圖3e)。

表2 礦坑及鄰區(qū)巖體強(qiáng)度Table 2 Rock mass strength of the mine pit and adjacent area

2.1.6 露天開(kāi)采

露天開(kāi)采一方面形成了高達(dá)400多米的人工高陡邊坡,是滑坡體孕育和賦存的環(huán)境;另一方面,相對(duì)于漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史時(shí)期的地應(yīng)力累積,露天開(kāi)采相當(dāng)于短歷時(shí)應(yīng)力釋放,會(huì)導(dǎo)致邊坡應(yīng)力重分布、突然性坡腳應(yīng)力集中、斜坡應(yīng)力釋放和卸荷回彈,邊坡表層巖層由于應(yīng)力釋放風(fēng)化,這些變化都不利于邊坡穩(wěn)定。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)(遼寧省第十地質(zhì)大隊(duì),2019),礦區(qū)內(nèi)采礦挖角直接誘發(fā)的歷史滑達(dá)39次。根據(jù)近年地形變化,按圖3f進(jìn)行分區(qū)。

2.1.7 井工開(kāi)采

西露天礦井工開(kāi)采全部位于北幫邊坡下部,其主要影響是導(dǎo)致渾河斷裂淺部活化和北幫邊坡巖體質(zhì)量降低,進(jìn)而引起邊坡變形失穩(wěn)。井工開(kāi)采一方面加劇了北幫邊坡內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整,使得應(yīng)力環(huán)境更加復(fù)雜;另一方面,施工方式和采空區(qū)分布導(dǎo)致邊坡內(nèi)部塑性變形不同程度擴(kuò)張,破壞了邊坡內(nèi)部巖體結(jié)構(gòu)的完整性,不利于北幫邊坡穩(wěn)定。據(jù)野外實(shí)測(cè),在礦區(qū)北側(cè)電廠誘發(fā)北東東向地裂縫14條,可推知在更靠近地下采空區(qū)的北幫坡體內(nèi)部亦存在多處因井工開(kāi)采而張開(kāi)的結(jié)構(gòu)面。據(jù)采空分布,按圖3g分區(qū)。

圖3 礦區(qū)滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)因子Fig.3 Factors in landslide susceptibility evaluation in the influence zone of open pit mining in the mining area. (a) Topography. (b) Structure-influenced zone. (c) Slope structure (modified after Shen et al., 1999;> Li et al., 2010;> Cui, 2018;> Gao et al., 2020). (d) Underground water depth. (e) Engineering rock group. (f) Open-pit mining influenced zone. (g) Underground mining influenced zone.F1, F1A-Main fault of the Hunhe Fault;> F1-1-No.1 brunch fault of the Hunhe Fault;> F1-2-No.2 brunch fault of the Hunhe Fault;> F1-3-No.3 brunch fault of the Hunhe Fault.

2.2 評(píng)價(jià)模型——改進(jìn)頻率比

頻率比模型 (Frequency Ratio,FR)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)方面,其原理是通過(guò)對(duì)災(zāi)害與某一地質(zhì)環(huán)境因子類型或等級(jí)的災(zāi)害覆蓋關(guān)系分析獲取相應(yīng)單一因子頻率比值,以單位面積內(nèi)累計(jì)因子頻率比為檢驗(yàn)該區(qū)災(zāi)害易發(fā)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(仉義星等,2019)。這種模型優(yōu)點(diǎn)在于能夠客觀真實(shí)地反映致災(zāi)因子的空間變異性與災(zāi)害事件之間的敏感關(guān)系,但具有統(tǒng)計(jì)模型的明顯缺陷,即忽略各因子對(duì)災(zāi)害發(fā)生影響程度的差異性(王雪輝等,2019;周靜靜等,2019;王昌明等,2019;萬(wàn)佳威等,2020)。為增加評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性,現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)頻率比模型進(jìn)行優(yōu)化,提出改進(jìn)頻率比模型 (Improved Frequency Ratio,IFR):

公式中:i代表第i項(xiàng)致災(zāi)因子,j代表某因子內(nèi)第j級(jí)或類,m代表評(píng)價(jià)因子總數(shù),n代表某因子可細(xì)分的級(jí)別數(shù)或類別數(shù)。FijR代表第i項(xiàng)致災(zāi)因子內(nèi)第j級(jí)或類的傳統(tǒng)災(zāi)害頻率比,P(Landslide)代表研究區(qū)內(nèi)歷史滑坡覆蓋率,在單次評(píng)價(jià)中為定值,P(Landslide｜Factorij)代表第i項(xiàng)致災(zāi)因子內(nèi)第j級(jí)或類分布區(qū)的歷史滑坡覆蓋率。Cvi代表第i項(xiàng)致災(zāi)因子內(nèi)各級(jí)或類的頻率比變異系數(shù)。IFR代表滑坡易發(fā)性指數(shù),是特定位置處各因子的加權(quán)頻率比之和。

相較FR,IFR引入變異系數(shù)反映因子間致災(zāi)差異性。變異系數(shù)作為概率分布離散程度的歸一化量度,具有突出樣本數(shù)據(jù)內(nèi)部差異的性質(zhì),而各因子內(nèi)部不同等級(jí)或類型的差異程度是決定該因子對(duì)災(zāi)害發(fā)生貢獻(xiàn)程度的關(guān)鍵,因此取均一化處理后的各因子內(nèi)部不同等級(jí)或類型頻率比的變異系數(shù)進(jìn)行因子賦權(quán)以彌補(bǔ)FR的不足。

3 西露天礦滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)與時(shí)空特征分析

3.1 不同時(shí)期的西露天礦滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)結(jié)果

由于2010年前后礦區(qū)滑坡的分布、規(guī)模差異巨大,將礦區(qū)滑坡史分為前后兩階段。根據(jù)兩期滑坡災(zāi)害數(shù)據(jù),文中選擇了上述7項(xiàng)致災(zāi)因子,基于改進(jìn)頻率比模型分別計(jì)算西露天礦區(qū)不同時(shí)期的滑坡災(zāi)害改進(jìn)頻率比,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同期次致災(zāi)因子各類別的改進(jìn)頻率比Table 3 Improved Frequency Ratio of disaster-triggering factors in different periods

綜合分析致災(zāi)因子累計(jì)頻率比和頻率比排序,可知礦區(qū)內(nèi)最主要滑坡致災(zāi)因素為坡體結(jié)構(gòu)、工程巖組和地下水埋深。通過(guò)多因子疊加計(jì)算,可得礦區(qū)內(nèi)2010年前滑坡IFR介于[0,14.38],取自然間斷點(diǎn):5.31、8.28、11.24。2010年后滑坡頻率比介于 [0,14.23],取間斷點(diǎn):5.08、7.28、10.10。兩期IFR分段協(xié)調(diào)性高于87.8%,因子權(quán)重與自然間斷點(diǎn)取值合理,具有可對(duì)比性。評(píng)價(jià)結(jié)果如圖4a、4b,對(duì)比2010年前后的滑坡易發(fā)性分布見(jiàn)表4。

圖4 礦區(qū)滑坡易發(fā)性變化對(duì)比Fig.4 Changes of landslide susceptibility in the mining area. (a) Landslide susceptibility zoning prior to 2010. (b) Landslide susceptibility zoning after 2010. (c) Change of landslide susceptibility. (d) Numerical model. (e) Contour map of deformation rate under natural conditions. (f) Contour map of displacement in the north side under natural conditions.

表4 2010年前后礦區(qū)滑坡易發(fā)性對(duì)比Table 4 Comparison of landslide susceptibility in the mining area around 2010

3.2 討論與分析

(1)通過(guò)2010年前后的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比(表4)可知,礦區(qū)內(nèi)不同區(qū)段的滑坡易發(fā)性存在不同程度的增減,(圖4c):礦區(qū)西北幫全區(qū)易發(fā)性大幅降低,約占礦區(qū)面積17.59%;礦區(qū)東部環(huán)邊界50～500 m處易發(fā)性輕微降低,約占21.24%;礦區(qū)北幫中段與南幫中、西段頂端滑坡易發(fā)性增加,約占23.26%;其余地區(qū)易發(fā)性程度不變,約占37.91%。

(2)2010年前后礦區(qū)滑坡易發(fā)性變化的原因分析如下。易發(fā)性降低區(qū),西端幫歷史滑坡發(fā)育,經(jīng)近十年填埋壓腳等工程治理后,該區(qū)域邊坡高差由280 m縮減為80 m,滑坡發(fā)育的地形條件明顯改善,邊坡穩(wěn)定性大幅提高。礦坑?xùn)|幫“U”型環(huán)邊界區(qū)域易發(fā)性輕微降低與近年西露天礦采掘向礦坑中部轉(zhuǎn)移有關(guān),受人工擾動(dòng)明顯減少,邊坡應(yīng)力重分布,達(dá)到新的平衡,因此2010年后少有滑坡發(fā)生。

易發(fā)性增加區(qū),礦坑北幫坡體結(jié)構(gòu)可分為西部主向斜控制坡、中部復(fù)褶皺控制坡和東部反傾坡,中西兩段為易滑坡體結(jié)構(gòu)。但北幫西段在進(jìn)行了坡腳填埋等工程治理后,坡度大大變緩,不利于滑坡發(fā)育。中段尚未全部完成削坡和壓坡腳工作,存在高達(dá)350 m的邊坡,坡度由上至下為33°～38°,是復(fù)褶皺結(jié)構(gòu)的泥頁(yè)巖凸型高邊坡,不利于邊坡穩(wěn)定。這點(diǎn)可從兩方面證明:①近年滑坡實(shí)例表明,中部區(qū)域曾于2014年、2015年和2016年接連發(fā)生3起坡體垮塌事件,規(guī)模分別為3.4×104m3、69×104m3和313.6×104m3,呈遞增趨勢(shì);②綜合考慮巖土體物理力學(xué)參數(shù)(表1)、地下水(圖3d)以及邊界位移條件影響,通過(guò)建立礦區(qū)數(shù)值模型開(kāi)展現(xiàn)狀下的模擬分析,揭示了當(dāng)前礦區(qū)內(nèi)變形速率、位移峰值均分布于礦坑北幫中部(圖4d—4f)。所以中部邊坡的滑坡易發(fā)性相對(duì)最高。此外,礦坑南幫的中、西段頂部滑坡易發(fā)性增加。南幫巨型滑坡發(fā)生后,滑坡后緣形成了沿東西向展布“Y”型拉陷槽(長(zhǎng)約1.8 km,高差大于30 m,寬50 m以上),槽體兩側(cè)地形起伏加劇,匯水能力進(jìn)一步增強(qiáng),有利于南幫滑坡持續(xù)蠕滑,為拉陷槽南側(cè)坡面發(fā)育小型滑坡提供了地形條件。

4 結(jié)論與建議

(1)基于改進(jìn)頻率比模型對(duì)礦區(qū)工程地質(zhì)條件和采空工程擾動(dòng)兩大類致災(zāi)因子進(jìn)行分析,最利于礦區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)生的具體因子主要是坡體結(jié)構(gòu)、工程巖組和水文地質(zhì)條件。

(2)2010年以后西露天礦區(qū)滑坡易發(fā)程度分為高、較高、較低和低易發(fā)4級(jí),高易發(fā)區(qū)占礦區(qū)面積25.87%,較高易發(fā)區(qū)占比34.06%,兩區(qū)范圍較2010年以前減少1.294 km2,減少原因主要是填埋壓腳、疏干減排等工程治理措施和露天采煤向礦坑中部轉(zhuǎn)移,人工擾動(dòng)減少,分別使得礦坑北幫西部和南幫東部滑坡易發(fā)性降低。礦區(qū)較低易發(fā)區(qū)占比1.16%,低易發(fā)區(qū)占比38.91%,與2010年之前對(duì)比,低、較低易發(fā)區(qū)相應(yīng)增加,增加的部分由高、較高易發(fā)區(qū)轉(zhuǎn)化而來(lái),當(dāng)前主要分布于礦區(qū)北幫東西部以及礦區(qū)東西端幫。

(3)對(duì)比兩個(gè)時(shí)間段的礦區(qū)滑坡易發(fā)性,礦坑北幫中段與南幫中西段頂部滑坡易發(fā)性增加,尤其是北幫中段地區(qū)在當(dāng)前閉坑階段或后期礦區(qū)改造階段應(yīng)加大監(jiān)測(cè)與工程治理措施的力度;西北幫全區(qū)滑坡易發(fā)性大幅降低,維持監(jiān)測(cè)與邊坡疏水等基本措施即可;東部環(huán)礦區(qū)境界50～500 m處滑坡易發(fā)性輕微降低,在保證安全的同時(shí),可適當(dāng)減少治理投入。