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摘要:简要介绍云南地区露采矿山地灾评估中,野外调查及资料收集与评估报告编制环节的经验与体会。...

露采矿山地质灾害评估的几个要点

陈均亮,庄海俊

(西南有色昆明勘测设计()股份有限公司,云南昆明650051)

    云南属多山的地区,矿产资源较丰富,伴随西部大开发的大趋势.近年新建矿山较多。据国土资源厅《关于加强地质灾害危险性评估工作的通知》及暂行管理办法的规定:矿山企业申请新立、延续、转让、变更采矿权需依法进行地质灾害危险性评估工作。以下据笔者近期作为项目技术负责人的几个石灰岩矿矿山地灾评估的经验,按工作阶段简要叙述矿山地灾评估的几点经验。

1.野外调查及资料收集

    矿山地灾评估野外调查的基本内容包括矿区(评估区)地形地貌、植被状况、地层岩性、构造、水文地质、工程地质、环境地质、灾害地质条件、人类经济工程活动状况等。在查明上述因素后尚应根据矿山类型及开发利用方案,确定具体矿山项目的调查重点。如对石灰岩矿山f云南省主要矿山类型),则调查重点尚应包括矿区的地表岩溶发育形态;露采矿山的两大工程采场及渣场的工程、水文地质条件亦属重点,此内容与矿山开采诱发地质灾害的可能性及危险性有直接关系。

    露采矿山地灾评估需要收集以下方面的内容:气象水文、地震及区域地壳稳定性、区域地质、区域水文地质、矿山环评、水保、勘探报告及开发利用方案等。其中矿山勘探报告及。开发利用方案不能缺少。矿山勘探报告可准确地提供矿区地层岩性、结构面参数、地下岩溶发育情况:开发利用方案的开采工艺、开采参数(最大边坡高度、角度)与矿山开采诱发地质灾害的危险性直接相关。

2.评估报告编制

    评估报告的编制应在野外调查清楚及资料收集齐全的基础上进行。评估报告前言中,评估范围要自矿区延伸至分水岭或爆破安全界线,矿山地灾评估级别一般较高(因山区地质环境条件大都较复杂)地质环境条件,本章的重点内容是岩体工程地质特征(岩层产状、节理)及矿区水文、工程地质条件,此方面内容不但决定了矿区地质环境条件复杂程度、矿山地灾评估级别,同时也与矿山开发诱发地质灾害的危险性息息相关。“矿床地质特征及开发利用”的重点内容是采矿工程设施布置及开采方案,采矿工程设施主要为采场与渣场:开采参数包括露采最终边坡高度、边坡角及废石堆放量等。现状评估主要针对已有地质灾害进行评价,云南省石灰岩矿山的主要现状灾害类型为滑坡、崩塌,但规模一般不大,对矿山开采影响有限。

    预测评估部分是露采矿山地灾评估报告的重点内容,主要评述矿山建设诱发或加剧地质灾害的可能性.据此,需充分分析露采矿山的两大工程——采场与渣场建设时诱发或遭受地质灾害的可能性,即采场建设时形成的边坡稳定性分析、堆渣诱发泥石流的可能性评价是重点。

    以下以富民县某石灰岩矿山为例,介绍采场建设时形成的边坡稳定性分析、堆渣诱发泥石流的可能性评价的基本方法。

    2.1矿坑边坡稳定性分析

    该矿山为l20万吨级的大型矿山.评估级别为一级,据开发利用方案,矿山开采台段高度l5m,分l7个台段,开采标高l7802020m.矿山开采将形成最大高度达240m的矿坑最终边坡,按其坡向的不同,分为BPl BP2BP3BP44个边坡,各边坡的结构特征见表1

1  矿坑边坡结构特征一览表

边坡形态

最终边坡编号

坡向(°)

坡角(β、°)

坡高(Hm)

边坡类型

BPl

202

48

70240

切向边坡

BP2

323

48

045

逆向边坡

BP3

26

48

5075

切向边坡

BP4

131

48

80210

顺向边坡

    最终边坡稳定性评价包括坡面形态与主要结构面(层面、节理)几何关系的组合特征以及构成边坡岩体的稳固性。边坡稳定性系数须最小安全系数(130)。边坡主要为可溶盐岩构成的岩质边坡,宜用定性——半定量的赤平极射投影法和半定量——定量的岩体极限平衡法对边坡稳定性进行综合评价。

    赤平极射投影法:该方法是根据结构面与边坡的组合关系,通过赤平极射投影图进行稳定性分析,是定性及半定量评价岩质人工边坡稳定性的有效方法。BP1:层面DJ1 J2与边坡均不属不稳定结构,即层面、J1 J2上对边坡无单独控制作用;J1J2J2与层面的交点位于边坡投影弧的对侧(下图),即组合交线的倾向与边坡倾向相反,没有发生顺层滑坡的可能性,属稳定结构;J1与层面的交线产状143°∠6°,与边坡坡向同向,但组合交线倾角小于发生异向双平面滑动的最小倾角(40°、30°),一般不会发生楔形滑动。该边坡与各结构面的组合关系属稳定结构,边坡稳定。按以上方法,BP2J2控制该边坡可能发生平面滑动,边坡不稳定;BBBP4边坡均属稳定一基本稳定。

    岩体极限平衡法:该方法是采用刚体极限平衡原理,对岩体边坡稳定性进行计算,对岩体最终边坡进行评价的一种半定量——定量的方法。据投影结果,除BP2外,其余边坡均无明确的滑动结构面,据此假设各边坡可能发生平面滑动的前提下,对其进行试算,求得最小稳定系数,确定边坡的稳定性。而BP2边坡则单独计算结构面拧制的坡体稳定性。

    投影结果为稳定一基本稳定边坡.由于坡体内无确定的可能滑动面,故假设边坡可能破坏形式为平面滑动.通过试算分别确定最小稳定系数(Kmin)来判定边坡的稳定性。按最不利组合考虑,选结构面最不利组合,开挖高度达210mBP4顺层边坡为例进行计算,建立估算公式如下:

    K:边坡稳定性系数(无量纲)

    Cm:边坡可能滑动面可被利用的粘聚力(kPa)

    Φm:边坡可能滑动面可被利用的内摩擦角(°)

    β :露采矿坑边坡角(°)

    α:可能滑动面倾角(°)

    H:露采矿坑边坡高度(m)

    Υ:可能滑动体平均重力密度(kNm³)

    BP4稳定性计算结果如下表。

1 BP。边坡赤平投影图

    经估算最小稳定系数Kmin1.74>1.30,属稳定边坡,据此分析BP1BP2最终边坡亦为稳定边坡。

    投影结果为不稳定边坡BP,:具可能滑动面,现假设BP2可能破坏形式为平面滑动,以节理面J2为滑动面进行估算;采用式l计算得:BP2稳定系数K=1.95>1.30,亦处于稳定状态。计算结果见表3

    据赤平极射投影分析及岩体极限平衡法估算结果,结合矿区自然边坡调查,该矿床露采矿坑各向边坡在对应的坡高、坡角条件下,总体稳定性较好,最终边坡形成后不会产生大规模边坡失稳。

2  BB稳定性计算结果表

序号

参数代号

参数涵义

参数取值

单位

最终边坡稳定性系数(K)

1

β

矿坑最终边坡角

48

2

H

矿坑最终边坡高度

210

m

3

Cm,

边坡岩体可能滑动面

可被利用的内聚力

350

kPa(kNm²)

4

Φm

边坡岩体可能滑动面

可被利用的内摩擦角

39.0

5

Υ

可能滑动体平均容重

27.00

kNm³

α

45

°

α=45°,K=2.88

42

α=42°,K=2.02

40

α=40°,K=1.80

39

α=39°,K=1.78

6

可能滑动面倾角

38

α=38°,K=1.76

37

α=37°,K=1.75

36

α=36°,.74

35

α=35°,1.75

34

α=34°,1.78

——    最危险滑动面为α=36。,最小稳定系数Kmin=l74

注:估算公式及取值方法均据《采矿手册(地质卷)》。

    2.2堆渣诱发泥石流的可能性

    矿山废石场占地面积9.13ha.布置于矿区西侧,先开采矿坑作为后期废石场,预计最大废渣堆放量为2460万吨,废石堆放高度2030m,堆渣本身稳定性较差.产生滑坡的危险性中等。废石场布置于冲沟源头区,该冲沟长约1000m。宽l530m.深1020m,纵坡降17%,汇水面积15575m²冲沟横剖面呈“V”字型,沟岸地形坡度一般为25°~40°,局部地段较陡。两岸出露地层以白云质灰岩为主,局部少量粘性土,冲沟两岸天然植被少量发育.冲沟所经之处及冲沟口无泥石流迹象,现状条件下沟岸较稳定。在暴雨时,洪水冲刷废渣进入冲沟,可能形成泥石流,经对该冲沟进行数量化综合评判,该沟发生泥石流的易发程度等级为易发,即可能性较大,规模小——中等,地质灾害危险性中等。

    根据采场最终边坡的稳定性及堆渣诱发泥石流的可能性,划分地质灾害危险性等级,据此再确定地质灾害防治措施。

3.结论

    露采矿山建设有两大工程——采场与渣场,矿山地灾评估的重点是预测评价采坑最终边坡稳定性、堆渣诱发泥石流的可能性。采坑最终边坡稳定性评价的主要方法有赤平极射投影法和岩体极限平衡法;根据渣场工程地质条件及相关参数数量化评判堆渣诱发泥石流的可能性。

3  BP,稳定性计算结果

序号

参数代号

参数涵义

参数取值

单位

最终边坡稳定性系数(K)

1

β

矿坑最终边坡角

48

°

2

H

矿坑最终边坡高度

45

m

3

边坡岩体可能滑动面

可被利用的内聚力

110

kPa

KNm²)

4

Φ

边坡岩体可能滑动面

可被利用的内摩擦角

28

cc=25。.K=1.95

5

Υ

可能滑动体平均容重

27.O

kNm³

6

α

可能滑动面倾角

25

°

(本文来源:陕西省土木建筑学会  文径网络:尚雯潇 尹维维 编辑  文径 审核)

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