开阳磷矿区崩塌地质灾害成因分析

贵州省交通科学研究院有限责任公司 吴 瑾 邹启学 胡先进 夏晓勇

开阳磷矿区崩塌地质灾害成因分析

贵州省交通科学研究院有限责任公司 吴 瑾 邹启学 胡先进 夏晓勇

一、矿区概况

开阳磷矿是国家最早投资建设的三大磷矿生产基地之一。建矿以来，该矿已累计生产磷矿石4 000万t，为国家磷肥、磷化工业的发展作出了重大贡献。

开阳磷矿分为沙坝土、极乐、两岔河、马路坪、牛赶冲、用沙坝6个矿段。矿区内地形切割剧烈，谷深坡陡，气候潮湿多雨，日暴雨强度大，随着近年来矿山开采加剧，致使流域内滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝、不稳定斜坡等地质灾害不断发生。其中，崩塌是区内分布最广的地质灾害之一。区内崩塌地质灾害发育地段一般在矿层出露线之上，直接危害到崩塌体下的村寨居民。此外，还会威胁到各冲沟下游的居民及农田耕地，进而威胁到洋水河主河道两岸的企业、居民的生命财产安全。因此，分析崩塌地质灾害的成因，为防治地质灾害做准备是很有必要的。

二、地质成因

1. 地形地貌。陡峻的斜坡地形是形成崩塌落石的必不可少的条件之一。矿区地层由板溪群、震旦系、寒武系、二叠系和三叠系组成，由于构造、侵蚀、地下水溶蚀等作用，使矿区形成浅切割侵蚀溶蚀中山地貌类型，为矿区山体崩塌提供了自然条件。

2. 断裂构造。

（1）断层。崩塌产生的内因包括地质构造作用和岩体本身性质，断层带岩石十分破碎，大小岩石块体均有，为崩塌落石提供了必要条件。同时，断层破碎带常是地下水渗流的通道，使岩层强度降低，从而引起各种规模不同的崩塌落石。洋水背斜南、北倾伏端断裂构造较为复杂，背斜两翼构造相对简单。矿区构造以纵向断层为主，斜交及横向断层次之。对矿层破坏较大的F1～F6纵向断层，从南端的用沙坝和牛赶冲矿段向北部的沙坝土、极乐和两岔河矿段断续分布，长者大于10 km。其中，F1～F3位于背斜的东盘，F4～F6位于背斜的西盘。区内断层发育是崩塌产生的一个重要原因。

（2）节理。一般来讲，块状、厚层状的坚硬脆性岩石常形成较陡峻的边坡，若构造节理和卸荷裂隙发育且存在临空面，则极易形成崩塌。磷矿区节理裂隙发育，节理、裂隙成因复杂，既有早期构造应力作用形成的构造节理，也有后期随着河谷深切作用而形成的卸荷节理，还有由于采矿活动形成的地裂缝等。走向东西近于直立的一组构造节理与卸荷节理（与河谷岸近于平行，高角度，倾向谷内）相互交切，破坏了岩体的完整性，易于产生崩塌、滑坡。

3. 构造破碎带含水构造。充满裂隙中的水及其流动，对岩体产生静水压力和动水压力，对不稳定岩体产生向上的浮托力，甚至使不稳定岩体与稳定岩体之间的侧向摩擦力减小。岩体中裂隙水压力会导致弱面上正应力的减小，降低抗剪强度。如果岩体中裂隙水压力大于其法向应力，会使岩体破坏。岩体内地下水的流动使岩体可溶物质溶解，结构面的细颗粒被带走，产生化学、机械管涌而使岩体失稳。洋水背斜南、北倾伏端断裂构造及背斜东翼断裂构造较为复杂，以逆断层为主，断裂破碎带一般宽0.10～13.11 m，胶结紧密，由于断层上下盘往往是震旦系上统灯影组白云岩，根据钻孔抽水试验渗透系数K为0.069～0.245 m/d。富水性中等，断裂带往往控制岩溶发育的方向。

4. 地层岩性。岩性对岩质边坡的崩塌具有明显控制作用。沉积岩容易出现夹层情况，常发生崩塌。变质岩常把岩体切割成大小不等的岩块，经常发生规模不等的崩塌落石。矿层露头一带白云岩高陡边坡因受节理、裂隙及采矿的影响，常发生崩塌、滑坡等地质灾害，对矿床开采有一定影响。在洋水河谷内除震旦系灯影组为厚层白云岩外，全部为泥岩、页岩和板岩等软弱岩石。震旦系灯影组厚层白云岩中发育两组垂直节理，河谷两岸尚见卸荷裂隙，在陡峻的河谷地带极易产生崩塌。

三、工程活动

矿区内人类工程活动主要表现为磷矿开采、加工和运输等。目前沿洋水背斜两翼开采磷矿的矿山和企业有20余家，沿洋水河谷形成了长于10 km的磷矿开采区。矿区内人类工程活动已经对地质环境产生了严重的影响和破坏，矿区内影响和破坏地质环境的人类工程活动强烈。

矿山开采导致应力的释放且可能产生卸荷裂隙，爆破会诱发崩塌。岩体的卸荷不仅导致岩体内的应力重新分配，对岩体内部的结构面也有较大影响。当开采面积达到一定范围之后，起始于采场附近岩体的移动和破坏将扩展到地表，引起地表变形，导致位于移动岩体内的井巷、峒室等以及位于开采影响范围内地表的建筑物等改变其原有状态，甚至被破坏，称之为采动损害。

岩土体是一种十分复杂的特殊介质，它由多种不同性质的岩层组合而成，构造地质作用使其产生大量不连续结构面。由于工程采矿作用，地下开采会引起岩体应力变化，并传播至岩体顶部及地表，形成冒落带、断裂带。当开采范围较小、磷矿层埋深大时，开采沉陷范围就小;反之，开采沉陷波及的范围就会引起地表移动。

开阳磷矿区极乐矿段龙井湾崩塌地质灾害的研究文献解释了发生崩塌的工程原因。文献中采用概率积分法进行地表移动和变形分析，利用极乐矿段890平巷（高程）及采空区的地质条件及参数，计算出极乐矿段采空区移动变形值，计算结果见表1。

表1 极乐矿段采空区移动变形值计算结果

由表1可知，磷矿层的开采将使其上方相应的地表发生一定的变形与移动，特别是斜坡地段水平变形值最大，导致斜坡卸荷裂隙发育，引发崩塌。

四、结论

综上，矿区山体崩塌形成的主要原因是开采4～6 m厚的陡山沱磷块岩矿层并沿矿层延伸方向开拓巷道进行回采，形成较大采空区，同时采掘放炮破坏了岩体的完整性，节理裂隙进一步扩张，岩体强度降低，导致采空区顶板冒顶垮塌；而频繁爆破震动的应力传递及破坏，又使一侧临空的陡峻山体、缓坡台地及山顶的白云岩块体产生较大的卸荷张裂隙。长期的自然和人为活动综合作用，形成了崩塌危岩体或崩塌灾害。当前，开阳磷矿区崩塌地质灾害防治已经刻不容缓，而分析崩塌地质灾害的成因为其防治提供了前提条件。