露天矿山崩塌地质灾害的形成机理及防治措施

（河北道然地质勘查有限公司，河北 石家庄 050000）

对于露天开采的矿山，崩塌地质灾害是极为普遍的类型之一，尤其是现阶段，许多露天矿山未按开发利用方案设计台阶开采，造成高而陡的开采掌子面，存在崩塌隐患。因此，露天矿山的崩塌防治尤为重要。崩塌防治时，首先是要掌握崩塌出现的原因以及演化规律，从而找到关键点，并充分按照防治目的以及矿山的现实情况，采取一切有效的防治崩塌的措施。本文主要针对各种结构类型（或结构面与边坡的关系）下对崩塌进行分类，后对边坡稳定性及崩塌的形成机理进行分析，并提出几种常用的防治措施。

矿山崩塌地质灾害形成的一般机理为，露天开采时，矿山未按设计开采，导致高陡岩质边坡。当其处于卸荷作用时，其应力会进行重新分布，然后在边坡卸荷区出现相应的张拉张裂缝，同时和其它裂隙以及结构面相结合，并且逐渐贯通最终导致危岩体。这些危岩体当受到边坡开挖、雨水侵蚀等一些外力因素的影响下，危岩体会忽然与母体脱离，然后翻滚和坠落。本次按结构类型（或结构面与边坡的关系）分为逆向岩层（内倾关系）和顺向岩层（外倾关系），并在此基础上对边坡稳定性及崩塌的形成机理进行分析。

1 不同结构类型的边坡稳定性及崩塌的形成机理

1.1 逆向岩层（错裂崩塌）

岩体结构面与露天采场边坡为内倾关系，属逆向岩层（表1，内倾），此类边坡一般较稳定，发生滑动、崩落的可能性较小。但当处于边坡开挖卸荷的影响下，卸荷裂隙就可能会随着构造裂隙而逐渐发展和延伸，当危岩体受到外在的压应力作用下时，其垂向裂隙面就会发生贯通后从而导致崩落。崩塌区会从内边坡的中下部逐渐向上和向后发生扩展[1]（表1，内倾，错裂崩塌）。

图1 不同结构类型（或结构面与边坡的关系）的边坡稳定性及崩塌的形成机理

1.2 顺向岩层（滑落崩塌、错裂崩塌、倾倒崩塌）

当岩体结构面（β）与露天采场边坡（α）为外倾且β＜α时，属顺向岩层（表1，外倾，赤平投影图1），特殊时岩体结构面近似水平，称之水平岩层（表1，外倾，赤平投影图2）。此类边坡不稳定，易发生滑动、崩落。

（1）当边坡开挖时，或者雨水下渗时，由于受到了外部的卸荷作用，卸荷裂隙一般会沿着层面垂直的方向逐渐延伸构造裂隙，而危岩体则会在相应的岩层面出现滑落，进而发生崩塌。崩塌区会从内边坡坡肩前缘逐渐扩展至后方（表1，外倾，滑落崩塌），直到边坡最后趋于稳定。

（2）当处于边坡卸荷影响下，裂隙一般都会沿着构造裂隙而慢慢延伸。对于危岩体而言，由于受到压应力的影响，层面垂向裂隙一旦发生贯通，其危岩体的底部就会出现剪切破坏现象，从而导致崩落灾害。崩塌区会从边坡坡肩前缘逐渐朝着后方扩展（表1，外倾，错裂崩塌）。一旦危岩底部中包含了一些软弱或者破碎的夹层，就会发生蠕变现象以及超前风化问题，同时危岩底的剪切带发育优势结构面或裂隙面，都可能会加速剪切破坏的影响。一些底部软弱的岩层还可能会因为超前风化而出现悬挑式危岩体。

（3）如果危岩底部不易被剪切破坏，危岩体在垂向裂隙中降水水压，或充填物的水平推力作用下，卸荷裂隙向深部发展的同时，危岩体逐步向外倾斜，在边坡开挖等外力作用下产生倾倒崩塌（图1，外倾，倾倒崩塌）。

2 矿山崩塌地质灾害的防治措施

针对崩塌防治，其主要理论依据在于对已经形成的危岩体进行加固或者及时清理，避免危岩体发生脱落现象，同时也要使卸荷裂隙的扩张速度得到减缓、裂隙区向外扩展的趋势得到抑制，从而保证边坡能有较强的稳定性。以下主要是几种常用的有效防治措施。

2.1 分台阶切坡

常用于未按设计开采的临空高差较大的现有边坡，应依据矿山开采设计要求的阶段高度、台阶坡面角及平台宽度等参数，进行切坡、划分台阶。未来矿山开采时，应严格按照开采设计的台阶开采，确保边坡安全[2]。

2.2 清理危岩体

对于构造裂隙较少、岩石质量较好的边坡，可采用人工或机械对破碎、松动的危岩体进行清理，在进行清理时应该遵循“一看二敲三撬”的原则和流程，通过自上而下以及分区跳段的形式来开展，每段施工长度尽量能够控制在15m左右，严禁采用自下而上的方式开挖。在对坡面进行清理时，不能够存在较大幅度的凸起以及凹陷现象，特别是对危岩体坡面进行清理时，要确保通过周围实现平顺连接。对于坡面破碎或者松动的岩体，则应该通过人工或者机械来进行撬挖。清理出来的浮石需要及时清运除去，不用堆放在边坡顶部。

2.3 边坡加固

在裂隙较为密集的卸荷裂隙区和危岩区，或者无法满足分台阶切坡的条件时，在清除部分危岩体的基础上，保持坡面清洁，通过锚件加挂网的方式来对危岩体进行喷护锚固，从而减缓或抑制卸荷裂隙的产生与扩展，也能使已形成的危岩体得到加固。在进行设计加固的过程中，需要把卸荷裂隙扩展的牵引带来当作重点加固区来布置锚固工程（图2）。铁丝网固定时应注意伸出坡顶至少50cm，坡脚埋设不少于20cm。

图2 锚杆加固示意图

2.4 截排水

在矿山边坡上方设置截、排水沟，防止地表水冲蚀坡面。此方法仅作为其它防止措施的辅助项。

2.5 监测

在生产过程中，矿山应安排专人针对边坡进行巡查，着重对结构面较发育或风化较严重的地段巡查，并拍照、记录。监测频率在雨季及发生岩移形变的时候进行适当加密，宜数小时一次或每天一次直至连续跟踪监测。当发现岩移倾向时要及时上报，并及时采取危岩清除或加固措施，保证生产安全。此方法为必要措施，崩塌地质灾害重在预防，监测更是重中之重。

2.6 隔离

在对处于偏远山区的闭坑或者长期废弃的矿山进行治理时，由于它们一般都没有严格根据科学的开发利用方案来加以设计和开采，使得闭坑之后出现高陡边坡。如果采取边坡加固，产生的花费较高，对于中小型企业以及政府而言是较大的负担，但如果按照分台阶切坡进行加固，更是会导致土地资源的巨大浪费。所以，对于这类边坡而言，可以通过修筑隔离网的方式来实现边坡影响区的全封闭效果，阻断人畜的进入，使其能够得到自然稳定。虽然这种方法无法根本避免崩塌地质灾害的发生，但能在较大程度上减少人民的生命财产的损失[3]。

3 结语

综上所述，本文按结构类型（或结构面与边坡的关系）将边坡崩塌分为逆向岩层和顺向岩层，并结合赤平投影图对边坡稳定性及崩塌的形成机理进行分析，一般的，逆向岩层更多的是发生错裂崩塌问题，顺向岩层则更多发生滑落、倾倒以及错裂等类型的崩塌。在对边坡崩塌进行防治时，提出了6种方法，选择实施时，应在充分现场调查研究的基础上，分析崩塌的形成机理和扩展规律，再结合具体防治目的和矿山实际情况，设计行之有效的防治措施。