石灰石矿滑坡原因
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论文关键词:滑坡滑坡原因防治措施
论文摘要:针对攀钢石灰石矿生产过程中出现的滑坡情况,分析了滑坡出现的地质背景,滑坡机制及原因,并结合生产实际提出了防治措施,以保证生产的安全。
攀钢石灰石矿是攀枝花钢铁集团公司唯一的熔剂原料生产基地,原设计规模年产矿石2.5×106t,1984年修改设计规模年产2.2×106t,现年产1.0×106t左右,其减小原因是自1980年以来采场先后发生4次大的滑坡,每次对生产都造成极大的影响,其中采场西部最后一次滑坡,滑体总量达1.9×107t,覆盖采场面积50%,使采场工作线长度由1200m缩短到540m,生产形势极为严峻,很难保证集团公司冶炼的需要。且西部滑体是矿山采场生产的主要运输通道,风、水、电全部通过滑体,滑体的存在随时威胁着矿山的生命财产及生产安全,为此对滑体的滑坡机制及防治措施进行研究成为必然。
1滑坡区工程、水文地质条件
1.1滑坡区工程地质特征
根据滑坡区工程地质勘察资料,走向东西,倾向南的单斜构造为矿区主要构造,既控制了矿体的赋存形态,也控制了整个采场的边坡结构。岩层走向平行于边坡,产状为170°~180°∠30°~50°。
1.1.1地层岩性
滑坡区的岩层自上而下依次为;成份混杂、结构松散、空隙大、透水性强、稳定性差的滑坡松散堆积物(Q4);灰白色、微晶~细晶结构、厚~巨厚层状构造的石灰岩(P1Y5);灰黄~灰褐色、细晶结构、厚~巨厚层状构造的白云质灰岩(P1Y4);灰~深灰色、中厚~厚层构造的细晶灰岩(P1Y2+3);中厚层状构造的黑色钙质页岩及泥质灰岩(P1Y1);黑色梁山煤组粘土岩(P1L);震旦系灯影组白云岩(zbd2),各岩层的产状情况见图1。
1.1.2地质构造
滑坡区揭露断层7条,可分为近南北向、北东向、东西向三组,与边坡走向斜交或近于直交;节理发育,贯通性好,主要优势结构面有三组:41°∠64°、52°∠50°、90°∠78°。
1.1.3边坡岩体的工程地质性质
组成边坡的岩体工程地质性质分别为:滑坡松散堆积物(Q4),主要为白云岩和石灰岩组成,结构松散、空隙大、透水性强、稳固性差;厚层状石灰岩(P1Y5)为矿区优质矿石,层理、裂隙均不发育;白云质石灰岩(P1Y4)致密坚硬,完整性好,其与上、下地层均呈渐变关系;细晶灰岩(P1Y2+3)为矿区的可采矿石层,底部夹有数层页岩,层间有粘土,其强度较低,完整性较差;黑色钙质页岩及泥质灰岩(P1Y1)是矿区软弱夹层之一;梁山煤组(P1L)强度最低,完整性较差,是边坡中主要的软弱夹层,特别是其中的粘土层,干燥时尚有一定强度,浸水后即成塑态,强度也急剧降低,对边坡稳定性极为不利;灯影组白云岩(zbd2)是该区出露的最古老地层,岩层致密坚硬,层面间距大,岩体完整性明显较好,是构成采场边坡基底的理想地层。
1.2水文地质条件
研究区内水位较低,地下水对边坡稳定性影响较小。但由于滑坡松散物质杂乱堆积于边坡上,在滑坡后缘地表上形成的相对低洼处具有蓄水功能,而边坡体下部的粘土层不透水,为边坡的相对隔水层。
2滑坡机制及成因分析
2.1历次滑坡概况
石灰石矿自投产以来,影响生产的滑坡共发生四次,历次滑坡过程如下:
(1)H1滑坡:1980年11月18日,采场按设计正常生产,在采场东端开挖,揭露细晶灰岩(P1Y2+3),使细晶灰岩以上岩体临空失去了支撑,于是产生了沿P1Y2+3层间软弱面滑动的滑坡量为36.4×104t的滑坡(代号为H1),已全部清除。
(2)H2滑坡:1981年6月10日15时50分,采场西端(即现滑体所在处)1400水平开拓采用硐室爆破,最大段药量90t,采用秒差雷管起爆,在5h之后,滑坡产生,滑坡从标高1645~1400m垂直高度达250m左右,东西宽200m,滑动量在1.0×107t左右;滑坡在1500m水平以上沿梁山组(P1L)软弱夹层顶面滑动,在1500m处剪出,再沿P1Y2+3层间弱面下滑至1400m处剪断岩体而滑出,如图1。
(3)H3滑坡:H2滑坡发生后,1580m以上已无滑坡堆积物,为原始地形,为处理H2滑坡,采矿生产在1544~1532m处进行台阶靠帮爆破。1988年10月13日,在采场西北帮境界外1670m的陡崖上两块巨大岩石突然崩塌掉在1544水平台上,同时发生1568平台坡顶线及西北部排洪沟处产生裂缝,其后1580m水平以上发生褶皱变形,很快产生沿P1L粘土层底面滑动的H3滑坡(如图2),剪出口标高在1520~1530m,新滑坡量3.5×106t。
(4)H4滑坡:H3滑坡后,在1440m处形成一滑坡堆积大平台。1991年9月20日,在连续5日中、小雨后,雨水渗入滑体粘土夹砂石中来不及排出形成夹载大量砂石的泥石流,自上而下冲刷,并堆积于1440大平台上,在滑体超过承载极限后再次沿滑坡堆积物与基岩之间接触面下滑,使原滑坡向下推移了200多米,滑坡堆积物面积达0.35km2,滑坡总量1.9×107t(如图3)。
2.2滑坡机制及成因分析
H2、H3、H4几乎是同一地段沿不同滑面滑动的三次滑坡。根据其滑坡情况,在同一剖面位置截出前后三次滑坡的地形地质图如图1、2、3,同时结合边坡工程地质特征,可得出以下结论:
(1)组成边坡的岩层顺坡,且倾角缓,并有多层软弱夹层,H1、H2、H3滑坡都是沿软弱夹层滑动,说明组成边坡的地形地质体本身的不良工程地质条件是边坡破坏的内在因素,同时决定了其破坏模式为简单或复合型平面剪切破坏。
(2)边坡设计不当,设计部门没有认识到边坡存在的不利条件,在边坡设计中忽略了边坡工程地质特征及边坡稳定性在生产中的重要性,人为地在开采过程中在采矿水平以上形成一个不稳定坡体留在固定帮软弱层之上,在生产中一旦下部靠帮开挖就减少了保护层厚度,或使软弱层之上的岩体临空,降低了滑坡坡脚的抗滑力,滑坡自然就形成了。
(3)爆破方法不当加剧了边坡的失稳,同时也是一个诱发因素。爆破是采矿生产不可缺少的环节,边坡在爆破动力作用下,岩体受到反复拉伸、压缩、剪切,原有裂隙进一步扩展,同时又产生了新的节理、裂隙,使岩体强度再次降低,因而大大降低了边坡的稳定性。H1、H2、H3滑坡特别是H2滑坡的形成,硐室爆破使坡脚岩体破碎,从而与软弱面贯通形成统一滑面,经计算,靠帮爆破在装药1t的情况下,使整体边坡稳定性降低8%~12%。
(4)水的作用不可忽视,从前几次滑坡看,大气降水对滑坡的复活起促进作用,对固定边坡的影响较小,因本区地下水位低,所以地下水对边坡稳定性没有影响,而大气降水的入渗对滑体松散堆积物的软化,将大大降低其强度,在这种地表水入渗到一定程度来不及排泄时,就极易产生滑坡或泥石流,H4滑坡就是这样形成的。
(5)在以上诸因素及风化营力作用下,已形成的边坡随着开挖卸荷也将产生时效变形,在重力作用下,出现异常,如坡顶张裂隙的出现并逐渐扩大等现象,随着时间的推移不可避免地会产生破坏。
(6)根据以上分析及滑坡体结构来看,整个滑体仍然具有以下潜在滑动面:滑体堆积物与基岩之间、P1Y2+3层间软弱夹层、层理面及P1L层。这些潜在滑面对生产构成极大威胁,生产中必须采取措施保证生产安全。
3防治措施
滑坡是一种常见的山区地质灾害,也是一种与人类有着密切关系的自然现象,而人类工程活动又促成、加剧了滑坡的发生和发展,人们在与这种地质灾害较量中已总结出了一套有效的工程办法。那就是在工程活动中,针对不同具体情况分别采取“避”、“清”、“保”的措施,“避”就是在工程选址时避开有滑坡的地段;“清”就是在不能避开的情况下,清除滑体及潜在滑体;“保”就是采取加固的措施,如上部卸荷,坡脚加大保护层及喷、锚、灌浆等方法,以保证安全。而石灰石矿本身的特殊性决定了不可能采取以上措施,因为必须要采矿,不可能避开;全部清除滑体不现实,这涉及到排土场容积等一系列问题;“保”更实施不了,因这么大滑体本身及潜在多层滑面存在的实际,其工程投资远远高于其所采出的矿石价值。在研究中,为最大限度、经济合理地利用矿产资源,在矿山生产中采取以下防治措施:
(1)在修改设计中,对西部滑体留一定距离的安全区,不宜再在滑体下部或紧靠滑体处开挖采矿。
(2)加强监测,通过有效地对滑体实施监测,建立恰当的监测系统,及时分析掌握动态,以指导生产。因为斜坡的失稳破坏一般都不是突然发生的,破坏前都有相当长时期的变形期,有些变形迹象便可作为边坡即将失稳的信号,为了很好地掌握这些变形迹象,就必须对滑体进行监测。变形和破坏往往又是一个渐变过程,有的有变形无破坏,有的从变形到破坏。通过监测掌握变形以赢得时间采取措施。总之,监测是边坡稳定与否的监视窗口,是采取工程措施的依据,特别是对石灰石矿这种特殊的地质条件及已有滑坡的情况下,又对矿山生产具有如此的重要性,滑坡监测更具有其现实意义,对于预防滑坡的偶然发生至关重要。
(3)完善地表排水泄洪措施,地表水的入渗对滑体的复活起到促进作用,所以通过有效的将滑体以外的大气降水所产生的地表水排泄掉,防止对滑体的冲击,对保证已存在的滑体的稳定性有积极作用。
(4)采取控制爆破技术,在生产过程中特别是在靠近滑体部位爆破时一定采取预裂爆破技术,严格控制和减少最大段药量。
(5)配合监测的同时应加强宏观观测,特别是雨季期间或生产大爆破之后,除加强监测次数外,派专人对滑体进行宏观观测对掌握滑坡动态具有重要意义。
4结论
通过对石灰石矿滑体产生的地质背景、滑坡过程、原因分析研究,并在此基础上提出了相应的防治措施,对保证生产安全起到了极大作用。特别是对滑体监测的实施,对掌握滑体的变形情况,在生产中变被动为主动的指导生产,产生了巨大的社会效益。
