劉 哲 陳娟濃

（華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院）

針對內(nèi)蒙古長山壕礦區(qū)滑坡災(zāi)害日益嚴重的現(xiàn)實情況，基于工程地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)和綜合分析結(jié)果，結(jié)合此礦區(qū)邊坡的特點，同時考慮坡度、坡高、地層巖性、巖體完整程度、與斷層的距離、礦山開采情況等影響因素，利用聚類分析的方法對東北采場邊坡進行危險區(qū)劃分，繪制邊坡危險性分區(qū)圖，將研究區(qū)域劃分為極低危險區(qū)、低危險區(qū)、中危險區(qū)和危險區(qū)［1-3］。并對采場邊坡危險性分區(qū)結(jié)果進行分析，得到各級危險區(qū)域面積在總面積中的比例。通過客觀評價采場現(xiàn)狀邊坡的危險程度，為服務(wù)礦山生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)，從而保障露天礦的安全可持續(xù)開采。

1 礦區(qū)露天采場區(qū)域概況

長山壕金礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特中旗（縣）東北85°方向，礦區(qū)為剝蝕低山丘陵地形，地形起伏平緩，標高為1 550～1 750 m，相對高差為50～200 m。大地構(gòu)造位置為華北地臺北緣，白云鄂博臺緣拗陷帶的中部高勒圖斷裂帶和合教—石崩斷裂帶的夾持區(qū)。礦區(qū)降雨稀少，水文地質(zhì)條件為簡單類型。到目前為止，長山壕金礦已發(fā)生過多起滑坡災(zāi)害，部分滑坡如圖1所示。

2 礦區(qū)露天采場邊坡危險性區(qū)劃

2.1 邊坡危險性影響因子的確定

研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，邊坡危險性的影響因素多種多樣，各種影響因素的影響程度也不同，故本項目充分利用研究區(qū)地質(zhì)資料和工程地質(zhì)調(diào)查的數(shù)據(jù)，根據(jù)長山壕露天礦的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合露天礦開采和擴幫工程的實際工況，選擇導(dǎo)致邊坡災(zāi)害發(fā)生的主要影響因素進行分析，最終選取6個指標作為評價因子，6個指標為地層巖性、巖體完整程度、礦山開采影響、與斷層的距離、坡度、坡高［4］。

2.2 二級評價指標的劃分及賦值

選取的6個影響因子對邊坡危險程度的影響是不同的，因此，把危險性程度按順序劃分為“極低危險”、“低危險”、“中危險”和“危險”這4個等級。選取的評價因子中定性指標是沒有度量單位的，而定量指標的度量單位也可能有所不同，這不利于邊坡危險性綜合分析及區(qū)劃工作。基于此，本項目根據(jù)邊坡危險性評價原則，結(jié)合東北采場邊坡實際情況，按照各個影響因素評價指標在不同分級中滑坡危險程度由低到高的順序，將各個評價指標按不同分級從小到大分別賦值，見表1。

注：H為開采區(qū)與被評價邊坡坡頂下方的距離。

2.3 邊坡危險性評價單元的劃分

本項目以20 m×20 m的正方形為評價單元，將東北采場劃分為6 201個評價單元，見圖2。

2.4 邊坡危險性影響因子的權(quán)重

由于各影響因子對于邊坡穩(wěn)定性的影響存在差異，相應(yīng)有不同的側(cè)重。因此，對各單項指標要給予一定的權(quán)重［5］。本項目在邊坡影響因素二級指標危險性等級劃分的基礎(chǔ)上，選擇研究區(qū)現(xiàn)狀滑坡作為權(quán)重評價樣本源數(shù)據(jù)，每個滑坡的影響因素二級指標分級參考表1，由此得到現(xiàn)狀滑坡各二級指標的分級結(jié)果，在SPSS中對現(xiàn)狀滑坡各二級指標的分級結(jié)果進行因子分析并勾選相關(guān)選項，運行SPSS，可得到下列結(jié)果（表2）。

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如表2所示，通過KMO和巴特利特球形度檢驗的檢驗結(jié)果，KMO值為0.610＞0.60，說明這些數(shù)據(jù)可以進行因子分析。同時巴特利特球形度檢驗中的顯著性值為0.005，小于顯著水平0.05，說明變量存在相關(guān)關(guān)系，進一步確定了因子分析的可行性［5］。

經(jīng)過進一步計算并歸一化后，最終確定了各影響因子（坡高、礦山開采的影響、地層巖性、巖體完整程度、與斷層的距離、坡度）的權(quán)重分別為0.063、0.221、0.171、0.165、0.196、0.184。

加權(quán)后的東北采場各評價單元量化值見表3。

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將加權(quán)后的東北采場各指標數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SPSS中。在SPSS中，將聚類數(shù)設(shè)置為4。運行SPSS的K均值聚類選項，最終得到東北采場的聚類結(jié)果。當?shù)螖?shù)達到第18次時，實現(xiàn)了收斂。此時各評價單元格的聚類結(jié)果見表4。東北采場每個聚類中的個案數(shù)目見表5。

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通過表5可以計算得出，聚類1占比31%，聚類2占比11%，聚類3占比26%，聚類4占比32%。利用SPSS得出的聚類結(jié)果并不會自動地與危險程度對應(yīng)起來，此時可以從問題本身入手，人為驗證聚類結(jié)果是否符合邏輯和專業(yè)常識。經(jīng)過進一步分析，確定聚類①表示極危險區(qū)，聚類②表示危險區(qū)，聚類3表示低危險區(qū)，聚類4表示極低危險區(qū)。為了使聚類結(jié)果更直觀，對4個聚類分別在東北采場的地質(zhì)圖中用不同灰度的色塊表示出來，見圖3。

2.5 邊坡危險性區(qū)劃結(jié)果分析

通過對長山壕金礦東北采場露天邊坡進行聚類分析，定量化得到礦區(qū)東北采場危險區(qū)劃圖（圖3）?？梢钥闯?，該采場潛在的極危險區(qū)和危險區(qū)主要分布在采場的東、西端幫以及靠近采場底部區(qū)域，這與采場現(xiàn)狀滑坡的發(fā)生情況一致，區(qū)劃結(jié)果合理。根據(jù)“定量評判、定性修正”的分區(qū)原則，對礦區(qū)東北采場的邊坡危險性分區(qū)詳細說明如下。

（1）極危險區(qū)占比31%，主要分布在采場的東、西端幫以及北幫的1 444～1 540 m平臺、南幫1 468～1 492 m區(qū)域。東、西端幫區(qū)域破碎片巖與斷層集中分布，巖層破碎長度較高，穩(wěn)定性差。北幫1 444 m平臺上方有大型破碎帶經(jīng)過，發(fā)生多起滑坡。南幫1 468～1 492 m區(qū)域巖層較破碎，出現(xiàn)過多次滑坡。

（2）危險區(qū)占比11%，主要分布于采場的靠近坑底部分。極危險區(qū)的東南側(cè)破碎帶、片巖交界，其余部分處在板巖、破碎片巖、閃長玢巖、斷層和破碎帶交匯區(qū)，巖層較破碎，浮石較多。且西北方向曾有大型滑坡災(zāi)害發(fā)生。

（3）低危險區(qū)占比32%，主要分布于南、北端幫上部區(qū)域，與斷層距離較遠。其中南端幫上部的低危險區(qū)域主要處于灰?guī)r分布區(qū)。

（4）極低危險區(qū)占比26%，主要分布于北幫1 540～1 564 m區(qū)域、南幫1 492～1 540 m區(qū)域。該區(qū)域多有灰?guī)r分布，巖體完整性較好。

3 結(jié)論

邊坡危險性劃分是解決礦山生產(chǎn)技術(shù)的一個重要課題，對礦山的安全和可持續(xù)開采、邊坡的綜合治理具有重要意義。本項目通過對長山壕金礦的邊坡地質(zhì)調(diào)查資料進行整理，綜合分析后選取了6個影響因子，借助SPSS軟件，用因子分析的方法確定了各影響因子的權(quán)重，并通過聚類分析的方法完成了東北采場的邊坡危險區(qū)劃，最后按照各評價單元的位置進行了繪制。經(jīng)計算，極危險區(qū)占比11%，危險區(qū)占比31%，低危險區(qū)占比26%，極低危險區(qū)占比32%。經(jīng)過比較可知，現(xiàn)狀滑坡大部分發(fā)生于危險區(qū)劃圖中的極危險區(qū)和危險區(qū)中，很少發(fā)生于低危險區(qū)和極低危險區(qū)，這與實際情況相吻合。這說明基于SPSS的聚類分析法對露天礦山邊坡危險區(qū)劃具有一定的實用價值，可以作為露天礦山邊坡危險性區(qū)劃的一種工具，也能為邊坡的加固設(shè)計提供一定參考［6］。