蘇超鵬，王貴生

（河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450008）

近年來，不規(guī)范煤層開挖引起的地質(zhì)災(zāi)害越來越頻繁，人類的工程活動(dòng)已經(jīng)成為地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因。對(duì)于三門峽槐扒滑坡，以往學(xué)者研究多集中于滑坡體探測(cè)、滑坡體處理技術(shù)以及滑坡體組成成分[1]性質(zhì)的分析上，對(duì)滑坡誘發(fā)因素的影響涉及較淺，尤其是對(duì)煤層開挖對(duì)滑坡變形的影響研究較少。本文以三門峽槐扒滑坡[1-3]現(xiàn)場(chǎng)勘探資料、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立了滑坡煤層開挖有限差分分析模型，分析了滑坡渡槽毀壞區(qū)域在煤層開挖作用下的變性分布特征，并與地表實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，為槐扒滑坡治理提供了一定依據(jù)。

1 滑坡簡(jiǎn)介

研究滑坡位于河南省三門峽市澠池縣和義馬市境內(nèi)，滑坡呈圈椅狀，南北長(zhǎng)約495m，東西長(zhǎng)約370m，滑體面積約20.0 萬(wàn)m2，體積約400 萬(wàn)m3，屬于大型中深層巖土質(zhì)滑坡?；潞缶壍匦屋^陡，中部平緩，前緣西南地形較陡，而西北地區(qū)受人為活動(dòng)（鋁礦露天開采礦區(qū)）影響，地形較為平坦?；伦冃芜吔鐑蓚?cè)陡坎極其明顯。

2 滑坡成因分析

2.1 滑坡變形現(xiàn)狀

裂縫因所處地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等的不同，在滑坡的形成中表現(xiàn)為剪切裂縫、鼓張裂縫和張拉裂縫三大類型。

2.2 滑坡變形機(jī)理分析

2.2.1 內(nèi)在原因

（1）地形地貌：滑坡區(qū)的地貌單元屬侵蝕、剝蝕中低山，地勢(shì)南高北低，坡向約298°，平均坡度約20°，滑坡上部坡面較陡約為30°，下部坡面較平緩，滑坡前緣臨空條件較好，巖土體表現(xiàn)出退滑現(xiàn)象?；聝蓚?cè)沖溝發(fā)育，地形較陡，左側(cè)沖溝切割深度較深。

（2）地層巖性：地層巖性自上而下分別為第四系上更新統(tǒng)沖積的重粉質(zhì)壤土、第四系中更新統(tǒng)沖洪積的重粉質(zhì)壤土（中間夾有老滑坡體的全、強(qiáng)風(fēng)化的基巖）以及全風(fēng)化的基巖。

（3）水文地質(zhì)條件：滑坡周界是地形陡峻的環(huán)形中山，雨季地表水由外圍山體呈馬蹄狀匯入坡體內(nèi)?；麦w后緣，存在人工開挖的排水溝，并堆放開礦礦渣，坡體表面的拉張裂縫、剪切裂縫、鼓脹裂縫縱橫交錯(cuò)，地表水極易滲入，內(nèi)部排水條件較差，汛期來臨，降雨量逐漸增大，整個(gè)坡體逐漸容易呈現(xiàn)出飽和狀態(tài)，致使斜坡體內(nèi)部動(dòng)水壓力激增誘發(fā)滑坡。

2.2.2 外在原因

滑坡變形范圍內(nèi)，人類工程活動(dòng)頻繁，多為鋁土礦、煤的開采[4]?；虑熬売捎谑艿饺藶殚_采礦石的影響，逐漸形成南北長(zhǎng)約220m，東西長(zhǎng)約180m 的礦坑，開挖深度約20.0m，深度最深可達(dá)30.0m，開挖方量約為70.0 萬(wàn)m3。滑坡內(nèi)共有7 眼人工開挖的礦井，井深較深，多為鋁土礦礦井，小煤窯30 余處，煤礦采空區(qū)上部地面經(jīng)常發(fā)生沉陷，對(duì)坡體穩(wěn)定性極不利[1]。

滑坡坡腳鋁土礦的開采造成前緣形成高差達(dá)20m 以上的臨空面，且滑坡后緣山頂開礦堆放的礦渣，滑坡體內(nèi)存在的礦井，以及巷道與采空區(qū)的變形，共同破壞了坡體的自然平衡條件。采空區(qū)引起巖土體的變形效應(yīng)較為復(fù)雜，殘余變形時(shí)間較長(zhǎng)，累積變形量逐漸加大，且改變了原有的應(yīng)力平衡、地下水、坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)等[5,6]。

3 煤層開挖穩(wěn)定性分析

3.1 研究對(duì)象

煤層開挖[7,8]造成的采空區(qū)是滑坡發(fā)生的主要誘因之一，采空區(qū)的分布特征與礦體的分布特征具有一致性，礦體呈現(xiàn)層狀產(chǎn)出。根據(jù)收集的資料，槐扒提水工程渡槽毀壞段的工程場(chǎng)區(qū)下部多分布有煤礦、鋁土礦的巷道及采空區(qū)。煤層M-1、M-2 為主采煤層。煤層M-1 局部可采，埋藏深度14.7～16.2m，煤層開采底板標(biāo)高285.14～286.64m，可采范圍內(nèi)煤厚0.50～1.50m。煤層M-2 局部可采，埋藏深度31.5m 左右，煤層開采底板標(biāo)高277.0m 左右，可采范圍內(nèi)煤厚0.50～1.10m。

渡槽毀壞段，由于開采煤礦資源，使其基礎(chǔ)大部采空，從主巷道及兩側(cè)采空部分觀測(cè)，巷道高1.7～2.0m，寬度達(dá)5～7m，巷道分布呈“F”型，工程區(qū)兩側(cè)10～20m 范圍內(nèi)基本采空。從圖1 可以看出，煤層巷道主要分布于滑坡4-4'剖面的后半段，因此，本文主要對(duì)槐扒滑坡研究區(qū)域4-4’剖面運(yùn)用有限差分軟件FLAC3D 進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。

圖1 槐扒滑坡研究區(qū)域工程地質(zhì)4-4'剖面圖

3.2 計(jì)算剖面

計(jì)算剖面如圖1，各土層采用摩爾庫(kù)倫本構(gòu)模型，網(wǎng)格采用以六面體為主的混合網(wǎng)格劃分方式，劃分時(shí)自動(dòng)匹配相鄰面。計(jì)算剖面長(zhǎng)197.2m，高132m，寬10m，模型概況如圖2。

圖2 槐扒滑坡研究區(qū)域工程地質(zhì)4-4'剖面模型概況圖

3.3 計(jì)算工況

本次模擬主要針對(duì)于在現(xiàn)有地層情況下，未開采煤礦時(shí)的坡體變形與采空局部煤層時(shí)的坡體變形場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析。

3.4 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)小浪底庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件類似、滑帶土性質(zhì)相近的庫(kù)岸滑坡等工程實(shí)例，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)，提出滑坡各個(gè)土層抗剪強(qiáng)度參數(shù)建議值見表1。

3.5 計(jì)算結(jié)果

設(shè)置好監(jiān)測(cè)點(diǎn)和收斂比，對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算。

從圖3 可以看出，未開挖煤層時(shí)，研究區(qū)域主要變形區(qū)位于坡體后緣和中部，最大變形量為4.97cm，總變形區(qū)與沉降區(qū)域分布基本一致，最大沉降量為4.8cm。

圖3 研究區(qū)域未開挖煤層時(shí)總變形與沉降云圖

從圖4 可以看出，煤層開挖后，坡體變形區(qū)主要集中于兩層煤層采煤巷道頂板處至地表處，其中M-1 煤層右側(cè)采煤巷道頂板處變形最大，最大變形量為33.84cm，總變形區(qū)域略大于沉降區(qū)域，最大沉降量為33.82cm。

圖4 研究區(qū)域開挖煤層后總變形與沉降云圖

從圖5 可以看出，未開挖煤層時(shí)，坡體后緣處變形先上升后趨于穩(wěn)定，沉降量與約為4.7cm；坡體中部和前緣處變形先上升后趨于穩(wěn)定，沉降量與約為4.7cm，各處采煤巷道頂板和底部沉降量基本為0 值。

圖5 研究區(qū)域未開挖煤層時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線圖

從圖6 可以看出，煤層開挖后，坡體后緣處變形先上升后趨于穩(wěn)定，沉降量與約為4.7cm；第一層M-1 煤層采煤巷道底部沉降呈線性上升趨勢(shì)，沉降速率為0.33cm/月，最大沉降量約為5cm，巷道頂部沉降呈線性上升趨勢(shì)，沉降速率為1.40～2.22cm/月，最大沉降量約為21.0～33.3cm；第二層M-2 煤層采煤巷道底部沉降量基本為0 值，巷道頂部沉降呈線性上升趨勢(shì)，沉降速率為1.31～1.86cm/月，最大沉降量約為19.6～27.9cm。上層M-1 煤層采空區(qū)及巷道因頂板為軟質(zhì)風(fēng)化巖，并且埋深淺，深厚比小，很容易沉陷松弛變形，變形范圍和變形值較大，而下部的M-2煤層采空區(qū)及巷道頂板為厚約6.5m 的硬質(zhì)灰?guī)r，形成有效的支撐頂板，變形相對(duì)較小。

圖6 研究區(qū)域開挖煤層后監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線圖

煤層開挖后，明槽改渡槽段1#、2#樁頂在2008年12 月23 日到2010 年7 月22 日沉降動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料處理后得圖7。從圖7 可以看出，12 月23 日之后，坡體前緣渡槽破壞位置1#樁頂沉降量為19.1cm，2#樁頂沉降量為28.9cm，數(shù)值計(jì)算中，2#樁頂處沉降量為28.3cm，數(shù)值模擬與實(shí)際監(jiān)測(cè)沉降量一致。

圖7 槐扒滑坡渡槽破壞段1#、2#樁頂與模擬監(jiān)測(cè)對(duì)比沉降曲線圖

4 結(jié)論

（1）礦區(qū)開挖不規(guī)則、采空區(qū)分布廣泛、礦渣的隨意堆放以及巖土體所受推動(dòng)力的復(fù)雜性，造成槐扒滑坡滑動(dòng)后裂縫雜亂，存在橫向裂縫和縱向裂縫，但多以表層的淺部半圓形張拉裂縫為主。

（2）煤層開挖形成的采空區(qū)是三門峽槐扒滑坡主要誘因之一，煤層開挖后，坡體后緣處變形先上升后趨于穩(wěn)定，沉降量與約為4.7cm；第一層M-1煤層采煤巷道底部沉降呈線性上升趨勢(shì)，沉降速率為0.33cm/月，最大沉降量約為5cm，巷道頂部沉降呈線性上升趨勢(shì)，沉降速率為1.40～2.22cm/月，最大沉降量約為21.0～33.3cm；第二層M-2 煤層采煤巷道底部沉降量基本為0 值，巷道頂部沉降呈線性上升趨勢(shì)，沉降速率為1.31～1.86cm/月，最大沉降量約為19.6～27.9cm。

上層M-1 煤層采空區(qū)及巷道因頂板為軟質(zhì)風(fēng)化巖，并且埋深淺，深厚比小，很容易沉陷松弛變形，變形范圍和變形值較大，而下部的M-2 煤層采空區(qū)及巷道頂板為厚約6.5m 的硬質(zhì)灰?guī)r，形成有效的支撐頂板，變形相對(duì)較小，變形分布規(guī)律為槐扒滑坡的治理提供了一定依據(jù)。

（3）2018 年12 月23 日之后，坡體前緣渡槽破壞位置1#樁頂沉降量為19.1cm，2#樁頂沉降量為28.9cm，數(shù)值計(jì)算中，2#樁頂處沉降量為28.3cm，數(shù)值模擬與實(shí)際監(jiān)測(cè)沉降量一致■