張 博

（山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 太原 030024）

近幾年來，地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，突發(fā)性重大災(zāi)害造成重大傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。為了減少露天礦地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，以武鄉(xiāng)縣為例，統(tǒng)計(jì)分析了該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要控制因素、發(fā)展規(guī)律、發(fā)展趨勢(shì)及可能造成的危害。對(duì)前人防災(zāi)規(guī)劃的效果進(jìn)行了科學(xué)的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，提出了相應(yīng)的防災(zāi)對(duì)策與建議，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和地方政府防災(zāi)減災(zāi)提供了參考依據(jù)。

1 概況

此次研究主要以武鄉(xiāng)縣為例，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主控因素與發(fā)育規(guī)律分析。當(dāng)前，地下礦產(chǎn)資源的開采力度越來越大，一些大規(guī)模的公路建設(shè)等也越來越多，并且周圍的地質(zhì)環(huán)境條件也非常的復(fù)雜，這些因素的共同作用下，導(dǎo)致了大量的地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)其主要控制因素及發(fā)展規(guī)律的研究具有重要意義。根據(jù)城市地質(zhì)環(huán)境條件，對(duì)露天礦地質(zhì)災(zāi)害主要影響因素及發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)分析。

2 露天礦地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主控因素

2.1 氣象及河流

地勢(shì)復(fù)雜，加上地理上的相對(duì)高差及許多自然因素，造成不同海拔高度的溫度差異。

2.2 地形與地貌

武鄉(xiāng)縣橫跨太行山和太岳山，從東北到西南蜿蜒，從西北到西南太岳山。地上是馬鞍形的，東西各一，中間低一點(diǎn)。城市東部大部分地區(qū)海拔均在1400m以上，最高處為2008年的高度。西部海拔約1300m，最高處為金山，海拔1809m[1]。南北向的山脈大多位于海拔1000m至1300m之間。武鄉(xiāng)縣按形態(tài)和成因類型可分為五個(gè)主要區(qū)域。中山區(qū)人口密度較高，面積415.12平方公里，占全區(qū)總面積的25.69%。低丘緩坡地面積301.67平方公里，占總面積的18.67%；黃土丘陵面積819.75平方公里，占總面積的50.73%；坡地面積79.18平方公里，占總面積的4.9%。該區(qū)域的面積是1.83%，梯田面積是29.62平方公里。

2.3 地層巖性與構(gòu)造

該區(qū)域中石炭世的紅水鎮(zhèn)莫奎鄉(xiāng)、上三疊統(tǒng)西部為二疊統(tǒng)上三疊統(tǒng)碎屑巖層。新生代松散層覆蓋廣泛，基巖分布于深谷盆地和山地盆地。太行山與太岳山之間的武鄉(xiāng)縣，位于沁水坡面，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。位于武鄉(xiāng)縣鳳洲鎮(zhèn)西部，沁水向斜中軸線。軸傾角10°～25°，機(jī)翼傾斜。沿主構(gòu)造線方向形成一組5°～10°傾角之間的波形擠壓褶皺，從縣城西北部到二郎塘，正斷層間分布著斷層，形成護(hù)城河或屏障。

2.4 人類活動(dòng)

而武鄉(xiāng)縣的人類活動(dòng)主要有住房建設(shè)、公路建設(shè)和煤礦建設(shè)，是武鄉(xiāng)縣發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的主要原因。

2.5 邊坡不穩(wěn)定性

（1）破壞邊坡時(shí)不連續(xù)面的作用，巖石結(jié)構(gòu)面的傾角不同，其穩(wěn)定性也有很大差異，尤其當(dāng)結(jié)構(gòu)面傾角在30°～70°左右時(shí)，更容易發(fā)生滑坡。

（2）因邊坡為幾何形狀，應(yīng)力分布具有連續(xù)性。在邊坡底部或下部軟弱層頂部，當(dāng)軟弱結(jié)構(gòu)面被破壞時(shí)，原邊坡的應(yīng)力平衡將失去，從而產(chǎn)生滑坡。

（3）巖土力學(xué)性質(zhì)的改變導(dǎo)致了坡面強(qiáng)度的改變，風(fēng)的侵蝕降低了坡面的強(qiáng)度，穩(wěn)定性和變形破壞，隨風(fēng)化程度加深，邊坡穩(wěn)定性變差，邊坡穩(wěn)定角度減小。

（4）相關(guān)區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力、地震與地下水壓力等的因素都會(huì)對(duì)邊坡施加荷載，這就導(dǎo)致其承載力增大。露天煤礦滑坡是一種重力等外力作用下沿軟面滑移的地質(zhì)現(xiàn)象，隨著露天礦開挖及深部分布的改變，巖體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)不斷調(diào)整，坡應(yīng)力集中。

3 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

3.1 地質(zhì)災(zāi)害空間發(fā)育規(guī)律

武鄉(xiāng)縣地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)格受地質(zhì)環(huán)境主控因子控制，其發(fā)展規(guī)律具有明顯的空間規(guī)律性[2]，詳情如下。公路沿線呈條帶分布，因武鄉(xiāng)縣公路開發(fā)以河岸和一級(jí)梯田為主，采煤工作面主要集中在卓張河北源及其一級(jí)支流盤洪河、聶河的坡面，形成了高陡坡工作面。武鄉(xiāng)縣煤礦受地質(zhì)構(gòu)造和巖性限制，主要分布在東部。位于武鄉(xiāng)縣鳳洲鎮(zhèn)西部，沁水向斜軸，北北東向，翼型傾角10-25度。從漢北鄉(xiāng)到莫奎鄉(xiāng)，煤層條帶分布特征明顯。采空區(qū)地面沉降是由于地裂縫所致，地面沉降呈條形分布。

地形地貌也是其中的一個(gè)重要因素，尤其是中山河流域向中山等低山丘陵發(fā)育的塌陷和潛在塌陷強(qiáng)度逐漸降低。

武鄉(xiāng)縣丘陵地帶黃土覆蓋面積大，地層風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，植被發(fā)育不良，挖溝坡度大，水土流失嚴(yán)重，多溝多溝，黃土易塌方崩塌。在武鄉(xiāng)縣西北和東南的中山地區(qū)，露頭基巖主要為硬巖，風(fēng)化程度低，村莊分散，人口稀少，人口密度低，人類活動(dòng)弱，災(zāi)害密度低。該礦床主要分布在武祥縣東部低侵蝕中山區(qū)和黃土梁狀丘陵區(qū)，地表沉降嚴(yán)重，巖體裂縫發(fā)育[3]。

地層巖性也是災(zāi)害防治的主要因素，本區(qū)崩塌斜坡巖性主要為第四紀(jì)晚期更新世黃土，土質(zhì)主要為黃土顆粒，自然條件下的土壤力學(xué)指標(biāo)較好。但是由于其濕陷性，在降雨入滲過程中容易產(chǎn)生變形破壞，形成坑洞，同時(shí)也為雨水入滲提供了快速通道，最終導(dǎo)致滑坡。盡管新黃土結(jié)構(gòu)較為均勻，但其整體結(jié)構(gòu)松散，有較多的裂縫和孔隙，容易風(fēng)化解體。舊黃土作為黃土梁的主要組分，其粘粒含量高于新黃土，但其豎向裂縫、構(gòu)造裂縫、塌陷裂縫和風(fēng)化裂縫普遍發(fā)育，是典型的塊柱裂縫和楔狀裂縫結(jié)構(gòu)。它是造成骨折的主要原因，該地區(qū)最常見的地質(zhì)災(zāi)害是黃土塌陷。本區(qū)崩塌斜坡巖性主要為三疊系、二疊系軟質(zhì)夾層碎屑巖和軟硬夾層碎屑巖。該區(qū)植被覆蓋率低，人口眾多，受人類活動(dòng)影響較大，尤其是公路建設(shè)。在邊坡開挖等因素作用下，巖體易沿節(jié)理面擴(kuò)展而形成危巖體，從而引發(fā)坍塌和地質(zhì)災(zāi)害[4]。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害時(shí)間向發(fā)育規(guī)律

從時(shí)間上看，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生集中；主要包括：工程活動(dòng)強(qiáng)烈期集中開采，降水集中期較易發(fā)生崩塌，強(qiáng)煤層開采期易發(fā)生地面塌陷。

武鄉(xiāng)縣強(qiáng)工程活動(dòng)期地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)生在強(qiáng)工程活動(dòng)期，主要受人類活動(dòng)影響，以崩塌、潛在崩塌和地面塌陷為主。這些滑坡、崩塌主要是由于不合理的人類活動(dòng)，尤其是采空區(qū)的開挖，破壞了原邊坡的穩(wěn)定性，引起原邊坡應(yīng)力變化，最終導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性下降而產(chǎn)生滑坡，所以在強(qiáng)采煤時(shí)期，地面塌陷發(fā)生的可能性較大。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的崩塌與降水集中中期的降水量正相關(guān)。在單位時(shí)間內(nèi)，暴雨期易發(fā)生崩塌。主要表現(xiàn)在：在年降水量較大的年份更容易發(fā)生；在年中降水集中的中期更容易發(fā)生；在日降水量較大的季節(jié)更容易發(fā)生。暴雨期間，災(zāi)害與降雨量基本同步，一般發(fā)生在雨季結(jié)束之后。土壤具有較強(qiáng)的水敏性。當(dāng)土坡處于飽和狀態(tài)時(shí)，上部疏松層迅速崩解，下部粘性土迅速膨脹，力學(xué)強(qiáng)度急劇下降，導(dǎo)致土坡的變形和坍塌。據(jù)調(diào)查結(jié)果，2015年武鄉(xiāng)縣雨季出現(xiàn)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。降雨量也會(huì)影響該地區(qū)的地面塌陷。一般而言，村民春耕前，塌陷坑、裂隙都要填埋填平。但是，當(dāng)降雨持續(xù)時(shí)，地表集水滲入，耕作前用于填埋的土層被地表匯流沖刷到下伏采空區(qū)，最終發(fā)生塌陷和相關(guān)裂縫。水滲后，采空區(qū)上部巖體摩擦力降低，導(dǎo)致未破碎彎曲巖層繼續(xù)變形，進(jìn)而整體破裂，加劇地面塌陷發(fā)展

4 露天礦地質(zhì)災(zāi)害治理的措施

在治理過程中，預(yù)先提出對(duì)水災(zāi)的治理措施，治理過程如下圖所示：

圖1 水災(zāi)治理過程

造林是水土保持工程建設(shè)的一項(xiàng)重要措施，建立水土流失綜合防治體系具有重要意義。大力發(fā)展植樹造林、經(jīng)濟(jì)林等水土保持植被，可有效地防治水土流失。嚴(yán)格露天礦“三廢”管理，防止亂排造成一系列環(huán)境危害。

同時(shí)還需要對(duì)采空區(qū)進(jìn)行治理，治理過程如下所示：

圖2 采空區(qū)治理過程

5 結(jié)語

本文以武城縣為例，分析了露天礦地質(zhì)災(zāi)害主要控制因素及其發(fā)展規(guī)律。分析結(jié)果表明，影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素是坡體的穩(wěn)定性、地形、氣候和下伏構(gòu)造，并提出了相應(yīng)的治理措施。希望此次研究的內(nèi)容能夠?yàn)槁短斓V地質(zhì)災(zāi)害治理與防范提供一定的幫助，但是此次研究?jī)H針對(duì)一個(gè)地區(qū)進(jìn)行了研究，存在一定的局限性，在后續(xù)的研究中還需要進(jìn)行多個(gè)區(qū)域的分析，以使分析結(jié)果更具說明性。