抚顺东露天矿南帮边坡稳定性初探

■刘砚青（辽宁省第十地质大队辽宁抚顺113008）

抚顺东露天矿南帮边坡稳定性初探

■刘砚青
（辽宁省第十地质大队辽宁抚顺113008）

在对抚顺西露天矿南帮边坡滑坡现象的分析、研究基础上，通过类比方法，认为抚顺东露天矿南帮边坡也会出现类似的滑坡。随着东露天矿开采深度的不断加大，其南帮边坡浅层滑坡将会不断发生，规模由小到大，最后会发展成为类似西露天矿南帮现今的滑坡模式。为了减少抚顺东露天矿南帮边坡滑坡可能造成的损失，需要在可能存在滑坡影响的区域进行合理规划布局，按照危险程度不同，依不同时间顺序有序撤出可能受影响的对象，且不得新建任何建筑设施。

西露天矿 东露天矿 南帮边坡稳定性 滑坡模式抚顺市

0　引言

抚顺煤田已有百余年的开采历史。煤矿开采给这个以煤炭工业为基础发展起来的特大城市带来了严重的地质环境问题：大范围地面沉陷、滑坡、崩塌、地裂缝、矿震、环境污染等，造成了严重的经济损失。矿区内最严重地质灾害之一的滑坡，是由露天煤矿开采引发的。抚顺西露天矿南帮局部的滑坡最早发生于1935年，该矿南帮共发生滑坡42次，其中：南崩岩区19次；大镜面区9次；杨柏区6次；西端帮8次。近年来形成的南帮大滑坡体，其南北向纵长约1200～1500m，东西向横宽约3100m，主滑方向为向北滑移，滑面埋深大于100m，为深层滑坡，估算总体积约3亿m3，为巨型滑坡体。频繁的滑坡已造成矿山基础设施破坏、地表建筑损坏等直观可见的破坏性后果，直接经济损失数以千万计。东露天矿目前开采的深度较小，其南帮已经发生过局部滑坡，两个露天煤矿仅有一路之隔，它们的地层条件、构造条件及环境条件都基本相同或相近，那么今天西露天矿南帮边坡发生的问题，就可能发生在明天的东露天矿南帮边坡。

1　矿区地质及煤田开采概况

1.1矿区地质概况

矿区位于中朝准地台（Ⅰ）、胶辽台隆（Ⅰ1）、铁岭—靖宇台拱（Ⅰ11）、抚顺凸起（Ⅰ11～4）的北缘。基底地层由太古界鞍山群的花岗岩片麻岩组成，中生代时期，沿浑河河谷形成了中生代断陷盆地，并伴随有强烈火山喷发活动，沉积了一套晚侏罗—白垩中基性酸性火山熔岩及火山碎屑岩，还伴有较大规模酸性岩浆侵入活动，新生代古近系受喜马拉雅构造运动的影响，浑河断裂再次活动，在浑河断裂带附近形成了断陷盆地，并沉积了陆相含煤建造，形成了抚顺煤田。

图1　抚顺市区浑河断裂带展布略图

1.2抚顺煤田开采概况

抚顺煤田已有百余年的开采历史。兴盛时，有西露天矿、胜利矿、龙凤矿、老虎台矿等大型矿山同步开采。随着煤炭资源储量的枯竭及保城限采，胜利矿、龙凤矿相继闭坑，现在只有老虎台矿、东露天矿和西露天矿还在生产。

老虎台井田位于抚顺煤田的中部，该井田西部以矿区坐标E3450m（～580m水平以上是以F6断层下盘的煤层交面为界）与西露天矿田、胜利井田相毗连；东部以矿区坐标E8400m（含五十米老龙井田安全煤柱）与龙凤井田相邻；井田上部～350米水平以上归东露天矿开采。

胜利矿位于抚顺煤田的西部，本井田西部以矿区坐标E80m与深部井相邻；东部以矿区坐标E3450m（～580m水平以上是以F6断层下盘的煤层交面为界）与老虎台矿毗连；井田上部～400米水平以上归西露天矿开采。

深部井位于抚顺煤田的西部；东隔深胜煤柱（EW0～E80）与胜利矿相邻；上部与西露天矿以～300米煤柱相隔；深部井上世纪40年代开始开采，70年代初报废。

2　地质环境条件

2.1气象水文

2.1.1气象

矿区属北中温带半湿润大陆性季风气候，四季温差较大。据抚顺市气象台近五年资料，市区平均气温7.1℃，最高气温36.5℃，最低气温～37.3℃。年平均降水量755.7mm，丰水年和枯水年相差约2倍以上。年内降水主要集中在6～9月份，占全年降水量的70～80%，其中7～8月份为降水量最集中的月份，占全年降水量的50%以上。年平均蒸发量1023.85mm。抚顺地区最大冻土深度1.50m，标准冻土深度为1.20m。

2.1.2水文

抚顺煤田东侧有东洲河；南侧由东到西依次是海新河、郎士河、千金河、刘山河（其中郎士河、千金河、刘山河已经过人工改道）；西侧有古城子河。

东洲河起源于抚顺县救兵乡高家村，沿抚顺煤田东侧汇入浑河，流域面积524km2，平均流量1.27 m3/s，受季节性影响较大。

古城河发源于抚顺县海浪乡前陡山，沿西露天矿坑西侧汇入浑河。流域面积325.15km2，平均流量0.348m3/s，流速为0.39m/s，河道平均比降4.26‰。

2.2地形地貌

2.2.1地形

区内地形起伏较大，矿坑经人工改造形成阶梯状地形，西露天矿坑底最低标高为～309 m，南帮高陡边坡垂直深度达400～500m，总体坡度在22°左右；东露天矿坑底最低标高为～20 m，南帮边坡垂直深度可达100m，总体坡度在20°左右。露天矿坑以南为近东西走向排列的低丘陵，地面标高80～230m，相对最大高差102m，自然坡度20°～30°。

2.2.2地貌

2.2.2.1构造剥蚀地貌

由地壳抬升与风化剥蚀作用共同形成的丘陵地貌，位于浑河谷地南侧，基岩主要为太古代花岗片麻岩和古近系玄武岩，坡度一般小于30°，山体浑圆，上覆残坡积层2～4m。

2.2.2.2人工地貌

人工地貌为由露天采矿形成的非自然负地貌—露天矿采坑；由露天矿排弃的废石形成的非自然正地貌—人工堆积区。

2.3地层岩性

区内出露地层由老至新主要为：太古代花岗片麻岩；中生界白垩系上统大峪组；新生界古近系古新统老虎台组、栗子沟组，始新统古城子组、计军屯组、西露天组；第四系冲洪积层、人工堆积层等。

2.3.1太古界

花岗片麻岩：太古代侵入体构成的刚性基底，为弱片麻状构造，地表出露于露天矿坑的南侧，片麻理产状为320°～323°∠71° ～75°。

2.3.2中生界

白垩系上统大峪组：不整合于太古界片麻岩之上，被新生界老虎台组不整合覆盖。岩性由上至下分为：暗绿色及暗紫色砂质页岩、杂色凝灰质砂岩、砾岩。

2.3.3新生界古近系

老虎台组：该层与下伏太古界花岗质片麻岩呈角度不整合接触，主要岩性为玄武岩，老虎台组由上至下分三个层次，玄武岩层、玄武岩夹煤层(第三层煤)及玄武岩夹凝灰岩层，产状335°～25° ∠23°～48°，厚度3.52～136.37m，平均89.67m。

栗子沟组：该层与下伏老虎台组呈平行不整合接触。厚度6.90m～115.86m，层厚0.8～20.60m。以浅灰绿至暗绿色凝灰岩为主，

古城子组：为抚顺煤田的主要开采煤层，与下伏栗子沟组、上覆计军屯组均为整合接触。厚度0.5～195m，为盆地沼泽相沉积。

计军屯组：该组为煤层顶板，与上下地层均为整合接触，岩性为一套浅褐、暗褐色中至薄层状油页岩。厚度25.81～362.350m，为深湖相沉积。

西露天组：与上下地层为整合接触。岩性为绿色块状泥岩，夹薄—中厚层褐色页岩和浅绿色泥灰岩，以互层出现，韵律清楚。厚度102.1～600m。平均421.56m。为湖相沉积。

2.3.4新生界—第四系

第四系全新统冲洪积层形成时代为全新世。主要岩性为中细砂、粉质粘土及砾石等组成，层厚5.20～8.90m，成因为冲洪积。

千台山南坡广泛分布一层杂填土～素填土层，杂色，由粘性土、煤矸石、页岩碎屑、砂土等组成。层厚约1.0～50.0m，成因为人工堆积，堆积年代开始于二十世纪早期直至近期。

2.4地质构造

2.4.1褶皱构造

抚顺煤田东西长约18千米，南北宽约2千米，总体上是一个向斜构造。向斜北翼因受断层切割而不完整，南翼则相对完整。

2.4.2断裂构造

在含煤地层形成后，地壳受到近于南北方向的挤压力，因此在东西方向相应的产生张力，即沿垂直应力椭圆的长轴方向使岩石破裂，产生了南北方向的横切地层的正断层，以后由于作用力的继续，在应变椭球体内部产生了北西、南东方向的剪切力，形成斜交正断层。

浑河断裂：浑河断裂带主干断裂F1A、F1位于西露天矿界北侧，为压扭性北倾逆断层。浑河断裂形成于太古代晚期，古新世早期活动强烈，自晚更新世以来处于相对稳定期。

南北向正断层：在矿区向斜南翼，矿区编号的断层由西到东依次为：F5、F6、F7、F7～1、F8、F9、F10和F11。南帮以往滑坡体的两侧边界都是一些南北向的小断层，落差大小不一，有的只有1～2m，这些小横断层与矿区编号的断层存在伴生关系。

2.5水文地质特征

露天矿区域内下部已经形成新老斜、竖井数十条，浅部旧巷纵横交错，遍布全区，这些浅层旧井巷大多与井筒直接或间接连通。坑下涌水受大气降水和透渗条件的制约。

露天矿坑的南帮地下水埋深较大，主要为基岩裂隙水，含水层岩性为凝灰岩和玄武岩层。天然条件下地下水接受大气降水补给，排泄以蒸发、地下侧向径流为主。由于露天开采，矿坑疏干，大量排泄地下水，地下水位下降，在矿坑周围形成了一定范围的地下水向矿坑径流的人工流场。

凝灰岩含水层：厚度30～120m，因含蒙脱石而吸水性强导水性差，大气降水为主要补给源。

玄武岩含水层：平均厚度90m，属裂隙含水层。为露天矿南帮地下水的主要含水层位，主要接受大气降水补给。

枯水期地下水位略有下降，冻融期地下水位略有上升。

2.6工程地质特征

区内有两个岩土工程地质单元，上部为第四系松散层工程地质单元，下伏基岩层工程地质单元，自上而下分述如下：

2.6.1四系松散层工程地质单元

上部为杂填土、素填土层：在露天采坑的南侧部分地区堆积有巨厚的人工堆积层，最最厚可达50m。以煤矸石、玄武岩碎石、页岩碎片为主，松散状～稍密，厚度变化较大，厚1.0～50m不等。

下部为第四系松散层：由中细砂，粉质粘土及砾石等组成，层厚0.20～8.90m。

2.6.2基岩层工程地质单元

（1）强风化玄武岩：抗压强度在500～2000kg/cm2之间。节理发育，有些地方柱状节理非常典型。由于岩性脆，易破裂成碎块。

（2）破碎带：各阶段勘查钻孔揭示玄武岩层中，上部玄武岩一般都较完整，而中部的玄武岩夹煤线层、下部的玄武岩夹凝灰岩层以及玄武岩与片麻岩不整合接触部位的古风化壳多有破碎带和泥化夹层出现。

经调查，西露天矿南帮整体边坡角在19°～27°左右；岩样测试区内新鲜岩石天然状态下的内摩擦角为36.7°～38.2°，内摩擦角大于边坡角，加之新鲜岩石受水作用影响较小，因而新鲜岩石一般较稳定；破碎带内天然状态下的内摩擦角为21.6°～27.3°，内摩擦角小于或接近边坡角，破碎带在饱水状态下强度降低，其内摩擦角也随之减小，因而，破碎带一般不稳定，易发生滑移。

（3）花岗片麻岩：上部风化壳一般呈铁锈红色，局部泥质充填，岩芯强度低、易碎，高岭土化发育，干抗压强度为19.5Mpa；中等风化岩石一般呈肉红色，中粗粒变晶结构，块状、片麻状构造。

3　西露天矿南帮边坡巨型滑坡的形成与发展

依据辽宁省第十地质大队编制的《抚顺市西露天矿南帮滑坡地质灾害变形监测阶段性报告》（2012年～2014年），千台山地裂缝最早发现于2010年8月，其长度约50m，宽度2～20cm，总体走向近东西。1个月后，地裂缝东西延长已增至约350m，裂缝最大宽度30cm，最大沉降量24cm，影响范围南北宽约160m，面积约0.05km2。2012年2月，千台山地裂缝(滑坡后缘地裂缝)分为南北两条，二者相距100～150m，总体呈东西向弧形展布，总长3090m，属特大型地裂缝。两条裂缝均持续垂直错落和水平张裂，2010年～2012年期间，变形速率从最初的0.3mm/d，加大至2011年的1mm/d，再至2012年的3～8mm/d。至2013年3月时，水平位移速率达4.49～11.8mm/d，且呈加速趋势。2013年汛期，受“8.16”强降水过程影响，最大位移量达到130mm/d，后期有所回落，在9月中旬再次出现加速过程直至2014年冻融期，最大位移速200mm/d，其后速率在5月进入枯水期时开始回落，水平速率80～110mm/d，在2014年汛期又重新加速，最高达到160mm/d，后呈波动状态依次缓慢递减。

照片1千台宾馆南侧地裂缝(2013.5.9)

照片2回填后继续下滑陡坎高约15.8m(2014.3.11)

根据地表变形迹象及监测结果分析判断：南帮坡体具有典型的滑坡特征，为特大型滑坡体，且处于持续变形滑移阶段。

截至2014年10月，滑坡体南北向纵长约1200～1500m，东西向横宽约3100m，主滑方向为向北滑移，滑面埋深大于100m，为深层滑坡，估算总体积约3亿m3，为巨型滑坡体。滑坡体有两个滑面，一是古风化壳，在玄武岩层与片麻岩的不整合接触部位；一是玄武岩层内的软弱夹层。滑坡体后缘拉张裂缝影响范围及变化程度均在持续增大，已形成后缘凹陷洼地；滑坡体表面裂缝逐步明显相互连接，开裂强度加大、加深，并伴有错落下沉；东部边界以F5断层为界，西部边界从页岩厂东侧～汽采队～西部坑底一线，地表裂缝逐步明显；前缘隆起突出且基本与北帮坑底相连。

滑坡变形体前缘位于西露天矿坑底部，后缘地裂缝北距西露天矿矿坑南帮边缘约280～460m，南距居民居住地千台社区、东立社区60～100m，边坡高差400～500m。滑坡体影响区涉及多家企业及居民，威胁对象众多，威胁资产巨大。

4　东露天矿南帮边坡稳h定性分析

东露天矿与西露天矿之间有南昌路相隔，西露天矿设计开采最低标高为～400m，东露天矿设计开采最低标高为～390m，它们的地层条件、构造条件及环境条件等都基本相同或相近，只是西露天矿目前开采的深度较大（坑底标高为～270～～360m）,东露天矿目前开采的深度较小（坑底标高为+40～～20m）。两者完全可以通过类比法进行相关的预测，今天西露天矿南帮边坡发生的问题，就可能发生在明天的东露天矿南帮边坡。随着其开采深度的不断加大，南帮边坡滑坡问题将不断发生，规模由小到大，最后会发展成为类似西露天矿南帮现今的滑坡规模。

5　结语

南帮滑坡是由露天煤矿开采引起的，但其危害对象不仅是露天煤矿本身，还有后缘附近的企事业单位和居民。根据西露天矿南帮边坡滑坡体的影响范围，可以预测出东露天矿南帮边坡的危险范围，在此范围内进行合理规划布局，按照危险程度不同，依不同时间顺序有序撤出可能受影响的对象，且不得新建任何建筑设施。滑坡地质灾害所带来的城市地质环境效应问题应该引起城市规划和管理部门的高度重视。

[1]洪友崇等，辽宁抚顺煤田地层及其古生物群研究，北京：科学出版社，1980.

[2]杜东菊，浑河断裂带的地质特征及活动特征分析，辽宁地质学报，1985（1），28～35.

[3]北京科技大学、抚顺地震局等，抚顺老虎台矿开采引发矿震的研究报告，2002.

F407.1[文献码]B

1000～405X（2016）～4～96～3

刘砚青（1965～），男，高级工程师，研究方向为煤田地质勘探。