羅 雄 文

(湖南科技學(xué)院，湖南 永州 425000)

1 概述

我國有著非常豐富的礦產(chǎn)資源，采礦業(yè)是十分重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，位于整個產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時還具有非常廣泛的傳遞功能和輻射效應(yīng)[1-3]。改革開放以來，我國在礦產(chǎn)勘查、開發(fā)、冶煉取得了舉世矚目的成就。湖南省地質(zhì)富存條件優(yōu)越，富含多種礦產(chǎn)[4]。然而諸多的礦產(chǎn)資源開采也帶來了巨大的環(huán)境問題[1]。對礦產(chǎn)資源進(jìn)行大規(guī)模的開采之后，首當(dāng)其沖會造成礦區(qū)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害問題。諸如崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。廢棄礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害已成為了全世界關(guān)注的焦點問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年國內(nèi)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)300多億元。這些地質(zhì)災(zāi)害對人民的生命財產(chǎn)安全造成巨大威脅和挑戰(zhàn)，得到了政府部門高度重視。本文通過對研究區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，探明了研究區(qū)域潛在的地質(zhì)災(zāi)害類型，并分析了這幾種地質(zhì)災(zāi)害的特征，其后研究了礦區(qū)常見地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測方法，為廢棄礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供了經(jīng)驗和參考。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)域位于湖南永州市零陵區(qū)某鎮(zhèn)，本區(qū)為溶蝕的低山丘陵地貌，地層巖性主要為奧陶系的板巖、淺變質(zhì)砂巖，海拔標(biāo)高100 m～350 m左右，巖層呈西北走向，小型斷裂發(fā)育，出露泥盆系具頁巖夾層，硬厚層狀石英砂巖，礫巖及粉砂巖組，泥盆石炭系灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，白云巖，泥灰?guī)r巖組，侏羅系較薄厚層狀砂礫巖，砂巖，泥質(zhì)粉砂巖及泥巖巖組，第四系粉質(zhì)黏土，礫砂單雙層結(jié)構(gòu)土體等。礦區(qū)巖石抗風(fēng)化能力弱，大規(guī)模的露天砂石開采后，巖石裸露，形成巨型天坑，生態(tài)環(huán)境異常脆弱(見圖1)。

3 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

經(jīng)詳細(xì)的現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，研究區(qū)域可能存在的地質(zhì)災(zāi)害威脅主要為：崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

3.1 崩塌

礦山的崩塌主要是不合理的過度開采導(dǎo)致，一般在陡峭的山坡或者懸崖發(fā)生。常常是在重力作用下，山體的部分巖土或陡峭的土層滾落形成。開采的巖體往往層厚較大，巖石硬脆，在開采后形成了陡峭巖坡，巖坡在重力作用下，在其前緣產(chǎn)生了拉張裂縫，與巖體的原生結(jié)構(gòu)面結(jié)合，逐漸貫通形成連通的分離面。在施工擾動或者自然因素下發(fā)生崩塌。崩塌災(zāi)害的形成往往與地形有很大關(guān)系，一般在高陡坡區(qū)塊，地面坡度大于60°時，高差較大，地形切割較為劇烈時形成崩塌的可能性較大。對附近區(qū)域的危害也較為強(qiáng)烈。另一方面，礦區(qū)開采后受風(fēng)化作用影響也很大，風(fēng)化作用可以使得斜坡前緣的各種裂隙和結(jié)構(gòu)面寬度加劇，加速崩塌災(zāi)害的形成。 此外，錯亂和無序的開采是造成崩塌災(zāi)害的主要原因，部分開采地段開采后形成陡峭的崖壁，該處的巖石風(fēng)化后，造成了近乎垂直的巖壁。長此以往，在風(fēng)化、滲透等作用下，拉張裂縫擴(kuò)大極易造成崩塌地質(zhì)災(zāi)害[1-3]。

3.2 滑坡

滑坡災(zāi)害的形成較為復(fù)雜，一般由地質(zhì)條件與地貌條件控制，受內(nèi)外動力和人為作用影響較大[1-3]。地質(zhì)與地貌條件包括：

1)巖性：滑坡災(zāi)害和巖石、土體的性質(zhì)密切相關(guān)，在松散和抗剪強(qiáng)度低的巖土體中，如松散覆蓋層、黏土、頁巖、泥巖、板巖及軟硬巖夾層形成的斜坡最易形成滑坡。

2)地質(zhì)構(gòu)造：構(gòu)成斜坡的巖、土體在地質(zhì)構(gòu)造作用下，在巖體中形成各種結(jié)構(gòu)面如節(jié)理、斷層、破碎帶等，變成不連續(xù)的巖體，形成了滑坡形成的有利條件。此外，這些結(jié)構(gòu)面還會為降水提供通道，大量的雨水滲入使得巖土體的抗剪強(qiáng)度降低，極容易發(fā)生滑坡。

3)地形地貌：地貌對滑坡也有很強(qiáng)的控制作用，當(dāng)巖體具備一定的坡度，才會使得滑坡災(zāi)害形成，特別是坡體的坡度處于10°～45°之間時，容易產(chǎn)生滑坡。

4)水文地質(zhì)：水的沖刷和入滲在滑坡災(zāi)害中有著非常重要的促進(jìn)作用。巖土體在遇水時會造成軟化，強(qiáng)度也隨之降低，由此還會產(chǎn)生動水壓力、浮力等都會促進(jìn)滑坡的形成。

研究區(qū)域滑坡的類型一般分為兩種：一是無層滑坡；二是順層滑坡。無層滑坡：礦山開采之后，在現(xiàn)場堆積了大量的廢渣，這些采礦廢渣較為松散，當(dāng)堆積到一定的高度時在自身荷載和降雨作用下坡體極易滑動。順層滑坡：斜坡傾向與巖層傾向相近或一致，坡角大于巖層傾角時，一些原生或次生的軟弱帶容易成為滑面，造成滑坡災(zāi)害。對研究區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)堆積了大量的廢棄礦渣，高度較高，部分堆砌物較為陡峭。另有部分地段巖層傾向與斜坡基本一致，巖體風(fēng)化作用強(qiáng)烈，極易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害[1-3]。

3.3 泥石流

泥石流常發(fā)生在比較深發(fā)溝谷地區(qū)，這些地區(qū)地勢險峻，是泥石流災(zāi)害產(chǎn)生的天然場所。在暴雨或其他災(zāi)害引發(fā)下，水體浸潤了堆積的堆積物，堆積物的穩(wěn)定性降低，水和泥的包裹使得堆積物之間的摩擦力減少，在重力下發(fā)生滑動，形成泥石流。泥石流流量大破壞力非常強(qiáng)，一旦發(fā)生災(zāi)害，會對附近的公路、村莊造成巨大破壞，嚴(yán)重威脅群眾生命財產(chǎn)安全[1-3]。

泥石流發(fā)生的兩個基本條件為：物源條件，即為需要大量的松散土體和巖塊。動力條件：需要非常強(qiáng)烈的地表徑流為泥石流提供動力，在縱深較大的溝谷為泥石流提供了重要的動力條件。研究區(qū)域的礦山開采堆積了大量的廢棄礦石、泥砂等松散物質(zhì)，形成了物質(zhì)基礎(chǔ)，增加了泥石流發(fā)生的可能性。一旦發(fā)生強(qiáng)烈降雨將為泥石流提供動力條件[4]。

4 廢棄礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方法

為了更好的預(yù)防廢棄礦區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害，對礦區(qū)不良地質(zhì)體進(jìn)行實時監(jiān)測是預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的重要手段，進(jìn)行科學(xué)合理的監(jiān)測能隨時掌握巖土體的變形情況，確保礦區(qū)群眾的生命財產(chǎn)安全。一般可以進(jìn)行以下監(jiān)測。

4.1 地質(zhì)調(diào)查法

主要通過調(diào)查巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及發(fā)育情況，巖體破碎情況，巖石變質(zhì)情況等，運用地質(zhì)作圖和構(gòu)造相關(guān)分析等方法對礦山開挖過后裸露的巖石的巖性、結(jié)構(gòu)面、水文情況進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，以此判斷礦山巖體穩(wěn)定性[5]。

4.2 地表變形監(jiān)測

在廢棄礦山易崩塌和滑坡地段的地表埋設(shè)監(jiān)測點，對礦山表層巖土體變形進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而了解崩塌、滑坡等不良地質(zhì)體的變形。監(jiān)測前先在穩(wěn)定地段埋設(shè)基準(zhǔn)點。在易產(chǎn)生滑坡和崩塌的坡體上埋設(shè)地表監(jiān)測點。然后利用高精度的全站儀按照規(guī)范規(guī)定的頻次進(jìn)行測量[5]。

4.3 深層水平位移觀測

深部巖體位移觀測對于確定礦山邊坡滑面至關(guān)重要，在監(jiān)測中將先在不穩(wěn)定巖體中進(jìn)行定位、鉆孔、埋設(shè)測斜管。然后利用探頭深入測斜管，利用探頭的傾斜情況計算巖土體的水平位移，能夠較為準(zhǔn)確的滑面位置和變形趨勢[5]。監(jiān)測前需要進(jìn)行鉆孔埋管，鉆孔可采用泥漿護(hù)壁，從而保證孔壁的穩(wěn)定性，下管時要保證傾斜度不大于1°，回填時可采用細(xì)砂回填，可用長鋼筋進(jìn)行搗動。全部埋設(shè)成功后，必須對導(dǎo)管的初始值進(jìn)行測定。這樣當(dāng)?shù)V山巖土體發(fā)生位移時，測斜管也會隨著移動產(chǎn)生相應(yīng)的移動。將測斜導(dǎo)管埋設(shè)好后，正式監(jiān)測前要測定初值。測斜作業(yè)時先將測斜儀探頭全部下入管底部，然后提拉探頭往上提升，每隔0.5 m或1 m測定一次讀數(shù)記為X0，一直讀到上孔口為止，測完所有讀數(shù)后可將探頭取出，然后將探頭轉(zhuǎn)換180°后，用相同的方法再次測一遍，每隔點測得的數(shù)記為X180，用X0-X180的讀數(shù)差作為測試的參數(shù)值。開始觀測時，用后面的測試讀數(shù)差與初始值比較，即可測得各測點讀數(shù)差，對讀數(shù)差求和得到各點的位移變化量，用算數(shù)和得到不同位置的累計水平位移。測斜儀探頭見圖2，深層水平位移監(jiān)測原理見圖3。

4.4 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)本質(zhì)是利用了電磁波理論，通過不斷收集不良地質(zhì)體輻射出的電磁波信息，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，解譯獲得需要的探測信息，具有速度快，范圍廣的特點，只需要飛行器在需要探測地區(qū)上空經(jīng)過，就能對反射信號進(jìn)行收集，可以通過在衛(wèi)星上安裝遙感設(shè)備，加以實現(xiàn)。一般情況下，大雨或暴雨天氣中使用遙感技術(shù)，可以穿透云雨層，隨時掌握礦山巖土體的變化情況，使得礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防更加科學(xué)。

5 結(jié)語

對研究區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和分析后得出以下結(jié)論：

1)本區(qū)為溶蝕低山丘陵地貌，地層巖性主要為奧陶系淺變質(zhì)砂巖、板巖，地表淺層強(qiáng)風(fēng)化層較厚。大規(guī)模的露天開采后，巖石裸露，形成巨型天坑，生態(tài)環(huán)境異常脆弱。研究區(qū)域可能存在的地質(zhì)災(zāi)害威脅主要為：崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

2)可以通過地質(zhì)調(diào)查、地表位移監(jiān)測、深層水平位移監(jiān)測、遙感技術(shù)等對上述地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實時監(jiān)測，對地質(zhì)災(zāi)害做好充分預(yù)警工作，避免周邊群眾的人身財產(chǎn)損失。