浅谈露天采场地质环境影响因素及治理方法

陆堃

（铜陵有色设计研究院，安徽 铜陵 244000）

1 露天采场地质环境影响因素

露天开采形成的采坑、台阶和露天沟道的总和称为露天采矿场。

以铜陵有色铜山矿前山露天采场为例，采场内产生的地质灾害主要取决于开采面所形成边坡的稳定性，而影响其边坡稳定性的主要因素有：边坡岩性、边坡类型、节理裂隙发育程度、结构面特征、大气降水及人类工程活动等。

1.1 边坡岩性

组成边坡的工程地质岩组为五通组(D3w)粉砂岩、石英砂岩，厚约120m。具角岩化，裂隙发育一极发育，多为闭合裂陈及宽小干1毫米的微细裂隙，裂面较平直，裂隙发育～极发育，裂面较平直，见方解石膜附着。含少量裂隙水。岩石属较硬～坚硬岩，岩体完整程度属较完整，岩体基本质量等级属I～IV类。岩石工程力学性质较好。

局部边坡可见角砾岩～碎裂岩及矽卡岩，呈条带状或透镜体分布于断层带或接触带附近，其岩性较复杂，厚数米～数十米，其含水性及其不均一。节理裂隙较发育，岩石属较硬～硬岩，岩体完整程度属较完整～完整，岩体基本质量等级属ⅲ类。岩石工程力学性质较好。

前山矿区位于铜山弧形构造的转折处，姥山背斜的南翼，北山蓬向斜的北翼，矿区为单斜构造。矿区地层由志留系至三叠系组成，地层走向由近东西向转为北北东向，倾角一般在20%～50%，其构成坡顶的部分岩石风化程度较为严重，岩石微张裂隙较为发育，从而导致边坡岩体强度低、稳定性较差。

1.2 边坡类型

露天采场的开采边坡类型未见顺向坡，地层倾向与边坡坡向不一致，因此，边坡的整体稳定性总体较好。

1.3 节理裂隙发育程度及结构面特征

岩体因早期人为活动导致其互相交叉切割，破坏了岩体的完整性，使岩石破碎，大大降低了岩体强度；同时，构造裂隙与卸荷裂隙多呈张开型、被泥质充填，遇水其强度迅速降低、故其岩体易发生崩塌破坏、楔形体破坏。因采石形成的过陡临空面，与其倾向近视或斜交的裂隙面组合切割作用，致使边坡岩体破碎，并沿坡面及裂隙面产生崩塌破坏而产生地质灾害。

1.4 大气降雨及地表水入渗

大气降水入渗常是边坡失稳的重要诱发因素。雨季大气降水渗入将会在很大程度上软化结构面、降低其物理力学强度，并与裂隙内产生静水压力及扬压力、从而在一定程度上诱发边坡的失稳破坏。加之石英砂岩的节理、裂隙较发育，花岗闪长斑岩的蚀变，因此，在暴雨条件下，受雨水入渗影响，边坡负荷加剧，雨水对结构面的浸润，加剧了边坡的不稳定程度。

1.5 人类工程活动

矿山开采活动，局部形成了高、陡的临空面，在重力的作用下，悬石易发生崩塌、落石地质灾害；在雨水及重力作用下，则易产生崩塌地质灾害。

2 边坡稳定性分析

2.1 岩体结构及岩石风化

岩体中软弱结构面的存在，降低了岩体的整体强度。工程实践表明，岩质边坡往往是因岩体中结构而组合切割而产生滑动，众多结构面又常将岩体边坡切割成碎裂～散体状。岩石风化作用改变了岩石原有结构，削弱了岩石整体力学性能。

治理区边坡表面岩层受强烈风化和高岭土化作用，造成岩石强度降低，对边坡稳定性影响较大。对结构面和岩石风化影响的考虑主要反映在滑坡模式和岩体力学参数的选取上。

2.2 重力

岩体重力是引起边坡滑动的最基本因素，是构成下滑因素及抗滑因素的最重要的体积力。由于治理区形成了高陡边坡，在重力作用下，易沿临空面发生崩塌或滑坡，对于重力作用，在稳定性分析中主要反映在对不同岩体的容重取值上。

2.3 地下水作用

矿山地下水主要来源于大气降水，采坑地下水侧向补给量较小。根据现场水文地质调查，露天采坑内无积水。综上所述，本次边坡稳定性分析不考虑稳定地下水渗流影响。

2.4 动力影响

地震作用力是边坡上常见的主要动荷载之一，它是作用于边坡岩土体中得一一种巨大的动应力，是影响边坡稳定性的重要因素.根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)，项目区地震动反应谱特征周期为03s，地震动峰值加速度为0.05g，地震烈度为VI度区，地震力荷载可采用拟静力法进行计算。

2.5 计算参数

根据现场地质调查，矿区西北侧边坡岩体主要为砂卡岩，本次分析将治理区岩土体大致分为中风化岩体、强风化岩体和坡积土三类，根据矿山岩石力学参数表(表2-1)，采用经验折减法对岩石内摩擦角和凝聚力进行折减，得到本次计算的岩土体力学参数，见表2-1.

表2 -1 边坡稳定性计算参数一览表

2.6 计算结果及评述

根据现场条件，本次分析在露天采场西北侧选取了一个具有代表性的剖面进行计算。

考虑自重+地下水(工况1)和自重+地下水+地震(工况2)两种工况，通过计算可知工况1条件下边坡的安全系数为1.113,处于欠稳定状态；但是由于坡体规模较小，受水的影响相对较大，暴雨状态下稳定性将迅速下降，工况2条件下，稳定性系数为1.06，将处于欠稳定～变形状态。因而，推断坡体在目前状态下处于暂时稳定状态，但由于安全储备不足，遇暴雨、地震动等突发因素可能会产生下滑。

综上所述，治理区地质环境存在诸多不稳定因素，易发生崩塌滑坡等地质灾害，建议采取清坡、削坡、修建台阶，加固防护措施进行稳定性提高。

3 露天采场地质环境治理方法

根据上述影响露天采场边坡稳定性的主要因素后，本着“消除或最大限度减少视觉污染和地质灾害隐患”的基础上，遵循“合理利用、技术可行与经济合理”的原则，对露天采场不稳定边坡进行清坡卸载，使之与周边地形自然衔接，并达到安全和绿化的要求，尽量减少对采场内现有植被及已自然恢复的植被的破坏，边坡平台通过植树进行绿化，对露采场宕底进行平整后恢复为林地，完善地表排水系统等相结合方法，改善生态环境，消除地质灾害隐患，开发利用土地资源。

（1）边坡卸载与坡面清理工程。该方法通常是边坡治理设计首先考虑的措施之一，当崩塌，滑坡体处于头重脚轻的状况下，采取在崩塌、滑坡体上部减重或脚部加填的方法，使崩塌、滑坡体的外形得以改变，重心得以降低，可以使崩塌、滑坡体的稳定性得到根本的改善。

（2）排除地表水法。崩塌、滑坡的产生和发展与地表水的危害有着密切关系，因此，设置排水系统排除地表水对防治滑坡有很好的效果，对治理一些小型的崩塌、滑坡效果尤为显著。常用的地表排水方法，是在崩塌、滑坡可能发展的边界以外，设置一条或数条环形截水沟，将大气降雨排出区外，降低或减少因强降雨引发的崩塌、滑坡地质灾害。

为了防止水流的下渗，在滑坡体上也应充分利用自然沟谷，布置成树枝状排水系统，使水流得以汇集旁引。在地表排水的同时，对滑坡体及周边的地裂缝应用粘土填充压实。

（3）支档对于防治山体滑坡往往十分有效，一般常用的支挡措施包括抗滑桩、锚杆、预应力锚索、挡墙等，特别是锚杆在合理的坡率及岩(土)条件下，加固效果十分明显，但费用高。

（4）采坑北侧和南侧的排土场，可将排土场堆积的土石方开挖回填至露天采坑，使露天采场与排土场同时得到了治理，一举两得，事半功倍。

考虑到山体地形和已产生的切坡特点，铜山前山露天采场治理采用的主要工程手段有∶清理危岩、局部削坡卸载工程、场地平整、砌筑截排水沟、复垦为林地、植树绿化等，对被采矿活动破坏的露天采场地质环境进行了恢复性的治理。