某矿区特大地质灾害形成机理与防治技术

2018-08-05任帅

世界有色金属 2018年10期

任帅

（湖南省地质矿产勘查开发局417队，湖南衡阳 421001）

矿区发生地质灾害时会产生大量的的滚石，这些滚石的大小各部相同，最小的滚石的直径只有几厘米，最大的滚石的直径则有几米，各别滚石的直径甚至达到几十米，滚石的质量大，从高出向低处滚动具有较强的破坏性。崩塌滚石地质灾害在我有着广泛的分布，例如我国湖南某矿区就发生了崩塌滚石灾害，并且造成较为严重的影响，因此加强对其形成的力学机理的研究，做好相应的防治技术分析，对于控制崩塌滚石地质灾害对湖南地区的破坏来说有着重要意义。

1 各项因素对矿区特大地质灾害形成中的作用

1.1 矿区特大地质灾害形成中地震起到的作用

在发生地震后，会出现上下振动现象，这将会导致引起崩塌的岩体发生松动，而因为地震引起的左右晃动，有可能会导致崩塌岩体发生折断，同时因为地震的晃动原因，将会导致山体上石块具有大量的能量，当这个能量达到一定值后，石有可能会被抛出，从山体上向下滚动[1]。

1.2 矿区特大地质灾害形成中水的所用

灾害发生过程中，起到作用的水主要为河水、地表水，其会对坡脚造成一定冲刷，这种冲刷作用会导致坡脚悬空，从而将会发生崩塌；崩塌体受各项因素的影响，会出现大量的裂缝，而在没有外界因素的影响下，大量的水会逐渐深入到裂缝中，此时水土会对崩塌体造成影响，也就数我们常说的水劈作用，而在气温较低的时，水将会结冰，结冰后，水的体积将会变大，这将会增加矿体裂隙深度，这也就是我常说的冰劈作用[2]。

1.3 矿区特大地质灾害形成中受人行为的作用

地质灾害的形成受到许多因素的影响，而在诸多影响因素中，人类行为是其中最为重要的一项诱发因素，例如工程建设过程中，会出现较为严重的扰动，而该扰动情况的发生，将会打破矿体原平衡，知识岩体内的原应力被打破，应力将会重新分布，这将会导致岩体裂隙不断加大，出现严重的断裂现象，从而使岩土体失稳，形成崩塌滚石灾害。

2 矿区特大地质灾害的形成机理

处于地震区域的矿体随时都受力作用的影响，并且处于不同位置的边坡，受拉剪作用影响，矿体裂缝扩展方向也会有所不同[3]。从实际情况来看，处于迎坡面的拉剪裂隙通常都会朝着内部方向拓展，因此，通常并不会引发崩塌滚石，而处于背坡面的滚石，则会向外拓展，容易引发滚石灾害，这也就是崩塌灾害出现时的方向效应。

围岩中存在大量的裂缝，如果这些裂缝在漫长的发展过程中扩张到一定深度，大量的雨水会填充到裂隙中，受雨水作用的影响，裂缝有可能会发生失稳扩展。需要注意的是，只有裂缝的具体深度超过临界值时，裂缝的积水才会导致裂缝继续扩张，最终引发崩塌滚石灾害。

矿体开挖卸荷会导致矿体中存在的应力被重新分布，这一现象的存在，将会导致原本处于压剪状态岩体内的裂隙出现失稳扩展，从而出现卸荷损伤[4]。相应的研究结果表明：矿体裂隙原本处于稳定状态，如果受到挖卸荷载影响，裂隙可能会出现失稳扩展，从而导致岩体出现较为严重的卸荷损失，将会引发灾害。

3 防治矿区特大地质灾害合理技术

3.1 新型棚洞技术

棚洞结构是防护矿区特大地质灾害的一项有效的措施。对传统的棚洞进行分析可以发现，其是将一定厚度的砂砾石垫层覆盖在棚洞顶板处，通过对其进行应用，达到吸收能量的作用，从而降低滚石对防护结构造成的冲击。但是，对结构进行分析会发现，如果垫层过厚，会增加棚洞自身的重量，增加工程成本，这会对该结构的应用与推广造成制约[5]。基于此，提出了一种新型滚石棚洞结构，利用能耗减震器代替传统棚洞结构中的砂垫层，通过对其进行利用完成对滚石能量的吸收，从而使棚洞结构的刚度得到优化，达到减少能耗、减少结构自重的最终目的。耗能减震滚石棚洞结构如图1所示。

图1 耗能减震滚石棚洞结构

3.2 聚苯乙烯泡沫复合能耗垫层结构

棚洞垫层在具体应用过程中能够起到一定缓冲能耗的作用。在具体结构设计过程中，将聚苯乙烯泡沫+土层复合垫层结构铺设在棚洞顶板出，通过该结构形式，可以最大程度消耗滚石中存在的冲击能量，在具体研究过程中，可以将静力压痕迹试验应用到能耗减震机理中，从而获取到接触力与压痕在卸载和加载时的关系曲线，为结构的制作提供相应的支持。

除此之外，研究人员还研发土工格栅+聚苯乙烯泡沫符合垫层结构，将该结构类型与传统的垫层进行对比分析可以发现，该垫层在降低滚石冲击力方面优势明显，同时利用土工格栅垫层效应，降低了棚洞板上的荷载大小，可以依据具体情况，适当的降低棚铜板中的配筋率，减少其厚度，在确保防护效果能够达到要求的情况下，提高工程的经济效益。