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        礦山地質(zhì)災(zāi)害形成條件及發(fā)育規(guī)律研究

        2021-10-30 04:00:26梁倍源
        世界有色金屬 2021年10期
        關(guān)鍵詞:坡體降雨滑坡

        羅 帥,梁倍源

        (浙江省第四地質(zhì)大隊(duì),浙江 紹興 312000)

        礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā),不僅提高人民的生活水平,也帶動(dòng)了地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提高。但礦山開(kāi)發(fā)也面臨一定問(wèn)題,尤其在地質(zhì)環(huán)境方面存在嚴(yán)重的弊端。在礦山開(kāi)發(fā)過(guò)程中,由于一味追求經(jīng)濟(jì)效益,不科學(xué)的開(kāi)采策略以及技術(shù)手段的欠缺,導(dǎo)致礦山周邊地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)被破壞,嚴(yán)重影響周邊居民的生活,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,對(duì)此,需要采取有效的保護(hù)和治理措施,恢復(fù)礦山周邊的地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。為制定高效、有針對(duì)性的治理恢復(fù)措施,需要確定礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成條件以及發(fā)展規(guī)律,了解礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響因素和破壞程度的差異性,提前對(duì)不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警,最大程度地降低地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和破壞力,減少礦山地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的危害[1]。因此,本文對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害形成條件以及發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究,為地質(zhì)防護(hù)和治理提供理論參考。

        1 礦山地質(zhì)災(zāi)害形成條件

        根據(jù)對(duì)以往礦山地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查和研究,可將其形成條件區(qū)分為自然因素和人為因素,多數(shù)情況下,地質(zhì)災(zāi)害是在二者共同作用下形成的,下面對(duì)其進(jìn)行具體說(shuō)明。

        1.1 河流侵蝕作用

        礦山的地層演變與地質(zhì)構(gòu)造的形成,離不開(kāi)河流和坡谷的演變。在河流不斷侵蝕的過(guò)程中,會(huì)誘發(fā)滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)地層運(yùn)動(dòng)時(shí)期,可以將河流侵蝕作用,分為以下三種類(lèi)型:下方侵蝕、側(cè)方侵蝕和溯源侵蝕。在地層向上運(yùn)動(dòng)階段,侵蝕進(jìn)準(zhǔn)面下降,此時(shí)下方侵蝕作用為主導(dǎo);在地層穩(wěn)定階段,側(cè)方侵蝕作用為主導(dǎo);在上述兩個(gè)階段中,均有溯源侵蝕作用對(duì)地層產(chǎn)生影響。側(cè)方侵蝕作用對(duì)坡谷造成強(qiáng)烈的沖擊力,坡體受到?jīng)_擊作用力,當(dāng)所受的沖擊作用力大于坡體抗滑力時(shí),坡體易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象從而導(dǎo)致滑坡災(zāi)害[2]。下方侵蝕作用不斷向下沖刷河道和坡谷,形成的裂隙陡峭且狹窄,易出現(xiàn)崩塌災(zāi)害。溯源侵蝕作用導(dǎo)致河流源頭不斷向礦山中心區(qū)域延伸,切割坡谷平坦區(qū)域地層,切割速度快,進(jìn)而誘發(fā)滑坡災(zāi)害。

        1.2 降雨作用

        降雨作用對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的形成具有重大影響,其作用機(jī)理主要為以下幾種類(lèi)型。首先,降雨增加坡體重量,在降雨量高的區(qū)域,容易出現(xiàn)滑坡災(zāi)害。降雨量減少了坡體自身的力學(xué)強(qiáng)度,承重能力和抗滑能力下降,隨降雨量的滲入,坡體滑落的概率增加。其次,礦山地層中常發(fā)育節(jié)理和裂隙等結(jié)構(gòu),為礦產(chǎn)資源提供富集空間和流動(dòng)通道,同時(shí)也為降雨滲入礦山地層提供通道,并經(jīng)由此過(guò)程形成地下水。隨著降雨滲透作用,雨水與地下水產(chǎn)生水動(dòng)力壓力,并作用于坡體與圍巖裂隙,當(dāng)裂隙貫穿量過(guò)大時(shí),出現(xiàn)滑坡災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增大。然后,雨水滲透進(jìn)地表,進(jìn)一步軟化泥化夾層等軟弱結(jié)構(gòu)層,導(dǎo)致坡體和圍巖的穩(wěn)定性下降,加劇堆積層滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。最后,經(jīng)過(guò)降雨補(bǔ)給作用,礦山地區(qū)地下水達(dá)到新的平衡,地下水通過(guò)遷移作用,形成不穩(wěn)定飽和帶,降雨量過(guò)大時(shí),不穩(wěn)定飽和帶含水量增大,易形成泥石流災(zāi)害。

        1.3 凍融作用

        在水文地質(zhì)影響因素中,凍融作用對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的形成具有周期性影響?,F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn),礦山地區(qū)溫度回升時(shí),有可能出現(xiàn)黃土災(zāi)害。其原因在于,溫度較低的階段,液態(tài)水會(huì)以固態(tài)冰的狀態(tài)長(zhǎng)期賦存于礦山地層中,由于凍結(jié)作用使礦山坡體和圍巖的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,坡體和圍巖體積膨脹變大,節(jié)理和裂隙等地質(zhì)結(jié)構(gòu)擴(kuò)張。隨溫度升高,固態(tài)冰熔化為液態(tài)水狀態(tài),固態(tài)時(shí)期形成的裂隙通道,加速了液態(tài)水滲透,同時(shí)破壞了原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),使坡體和圍巖強(qiáng)度降低,增大黃土災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

        1.4 地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

        礦山地區(qū)資源的形成與富集離不開(kāi)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng),一些幅度巨大的構(gòu)造活動(dòng)具有繼承性的表現(xiàn)。從宏觀構(gòu)造格局上看,地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在礦山地區(qū)形成隆起單元和斷陷單元,礦產(chǎn)資源多形成于斷陷單元包圍的區(qū)域。從演化時(shí)間上看,地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)一般較為緩慢,這一類(lèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害形成的影響較小。但差異性升降運(yùn)動(dòng)和地震動(dòng)力荷載是形成地質(zhì)災(zāi)害的主要原因。

        斷裂帶附近地層具有巨大的落差,為滑坡和崩塌等災(zāi)害發(fā)育提供了結(jié)構(gòu)空間。地震產(chǎn)生動(dòng)力荷載,驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)松散的坡體和圍巖滑落,粉粒級(jí)顆粒在達(dá)到飽和含水量后,在地震動(dòng)力作用下,易在地下淺水位和隔水層滑動(dòng),進(jìn)而形成滑坡災(zāi)害。

        1.5 礦山工程建設(shè)與開(kāi)采

        除了上述自然因素外,人類(lèi)活動(dòng)也是地質(zhì)災(zāi)害形成的主要原因,具體包括礦山工程建設(shè)與礦山開(kāi)采等。礦山坡腳開(kāi)挖卸載和坡頂承重堆積等活動(dòng),是工程建設(shè)形成地質(zhì)災(zāi)害的主要形式。

        礦山工程受到礦區(qū)地形條件的限制,通常在斜坡和兩側(cè)坡谷搭建房屋,并且礦山工程使用大型設(shè)施設(shè)備,體積和重量都較大,在一定程度上增加了坡體的重量[3]。在礦產(chǎn)資源持續(xù)開(kāi)采的過(guò)程中,礦山內(nèi)部形成臨空面和采空區(qū),破壞礦山內(nèi)部的原始應(yīng)力平衡,使應(yīng)力分布嚴(yán)重不均勻。在此條件下,受到外力作用、持續(xù)降雨和地表水滲透的影響,容易形成崩塌、滑坡和泥石流等災(zāi)害。除此之外,為保障礦山工程的持續(xù)進(jìn)行,還需要建設(shè)運(yùn)輸?shù)V山資源的交通道路,其路線(xiàn)一般按河岸和坡谷走向進(jìn)行規(guī)劃。為形成運(yùn)輸通道,需要挖掘坡體和坡腳,形成高陡邊坡具有不穩(wěn)定性,有潛在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。尾礦區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)松散,形成大量人工邊坡,支護(hù)措施較少,不利于斜坡的穩(wěn)定性。

        2 礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

        2.1 地質(zhì)災(zāi)害的空間展布規(guī)律

        根據(jù)搜集的野外地質(zhì)調(diào)查資料,可以看出地質(zhì)災(zāi)害在空間上,具有明顯的分布特征和規(guī)律,通常情況下,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在河流帶線(xiàn)狀區(qū)域和斷裂帶分段區(qū)域內(nèi),并且在河流上、中、下游的分布情況不同。在河流上游區(qū)域,地塊隆起明顯,河谷下切作用強(qiáng)烈,發(fā)育有大型堆積體和滑坡帶,地質(zhì)災(zāi)害整體以滑動(dòng)變形為主。河流中游區(qū)域,地形以高山、峽谷和盆地為主,呈階地式形狀發(fā)展,地質(zhì)災(zāi)害的形成與人類(lèi)工程活動(dòng)密切相關(guān),主要發(fā)生斷裂和崩塌等災(zāi)害。河流下游區(qū)域,地層相對(duì)高差較小,一般出現(xiàn)小規(guī)模的滑坡災(zāi)害。經(jīng)統(tǒng)計(jì),大型地質(zhì)災(zāi)害集中巖河流發(fā)育,造成這種現(xiàn)象的原因在于河流臨空面為地層變形和運(yùn)動(dòng)提供了空間。特別在強(qiáng)烈抬升區(qū),受到流體快速下切作用的影響,坡體和圍巖向臨空面回彈,當(dāng)應(yīng)力超過(guò)巖體抗拉強(qiáng)度時(shí),礦上坡體內(nèi)部出現(xiàn)拉張裂隙,導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)。斷裂帶為地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了移動(dòng)空間,隨著與斷裂帶距離的增大,地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的次數(shù)和規(guī)模都逐漸減少。

        由上述分析可知,地質(zhì)災(zāi)害在空間上與距河流和斷裂帶的距離有關(guān),坡度和起伏度高的區(qū)域,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻率相對(duì)較高。

        2.2 地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間展布規(guī)律

        為研究地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間展布特征和規(guī)律,以某礦區(qū)為研究對(duì)象,統(tǒng)計(jì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)和時(shí)間,如圖1所示。

        圖1 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)間分布圖

        根據(jù)圖1可知,礦山地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)出明顯的時(shí)間分布規(guī)律。地質(zhì)災(zāi)害主要集中發(fā)生在2016年7~12月份,這是由于7~8月份為該地區(qū)的主汛期,持續(xù)性降雨和強(qiáng)降雨較多。通過(guò)上文對(duì)地質(zhì)災(zāi)害形成條件的研究可知,河流侵蝕作用和降雨作用是產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的主要因素,因此,在2016年7~12月份,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)最多,顯著高于其他年份。在2015年和2017年的1~6月份,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)也較少。綜合上述分析,地質(zhì)災(zāi)害在空間和時(shí)間分布上均具有一定規(guī)律性,根據(jù)不同階段特征,可采取有針對(duì)性多措施對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防和治理。

        3 結(jié)語(yǔ)

        本文主要研究了礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成條件和發(fā)育規(guī)律,為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防和治理提供參考依據(jù)。本文研究雖然取得一定成果,但還存在不足之處,后續(xù)可進(jìn)行更加深入的研究。由于礦山地質(zhì)條件復(fù)雜多變,為準(zhǔn)確分析其發(fā)育過(guò)程和特征,需要建立準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)體系和模型,未來(lái)可對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)較多的區(qū)域,建立災(zāi)害預(yù)警和評(píng)估模型,得到準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果,提升礦山工程安全性。

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