地质灾害与环境保护
JOURNAL OF GEOLOGICAL HAZARDS AND ENVIRONMENT PRESERVATION
1999年 第10卷 第1期 VOL.10 No.1 1999



攀钢石灰石矿滑坡机制及防治措施研究
王正国　田小宝
　　摘　要　针对攀钢石灰石矿生产过程中产生的滑坡，分析滑坡的地质背景，滑坡的产生机制及原因，并结合生产实际提出防治措施，以保证生产安全。
　　关键词　滑坡　滑坡机制　防治措施
　　中图号　P642.22
ANALYSIS ON MECHANISM AND CONTROLLING MEASURES OF THE LANDSLIDE IN LIMESTONE OPEN-PIT MINE IN PANZHIHUA
Wang Zhengguo　　Tian Xiaobao
(Department of Mining Research,Panzhihua Exploring and Research Institute，Panzhihua　617063)
　　Abstract　Based on the nature of the landslide occurring in the process of limestone ore exploitation,the geological background,mechanism and causes of the landslide are discussed in this paper.Then the landslide controlling measures are suggested to ensure the safety in production.
　　Key Words　Landslide　Landslide mechanism　Controlling measures
　　攀钢石灰石矿是攀枝花钢铁集团公司唯一的熔剂原料基地，原设计规模年产矿石250×104t，1984年设计规模年产220×104t，现实际年产100×104t左右。减产原因是自1980年以来，采场先后发生4次大型滑坡，对生产造成极大影响。其中，采场西部最后一次滑坡，总量达1900×104t，覆盖采场面积50%，使采场工作线长度由1200m缩短到540m，生产形势极为严峻，很难保证集团公司冶炼的需要。而西部是矿山采场生产的主要运输通道，风、水、电路全部通过滑体，滑体的存在严重威胁着矿山的生命财产及生产安全。本文对滑坡的成因机制进行探讨，进而提出防治措施，为保证安全生产提供科学依据。
1　滑坡区工程地质水文地质条件
1.1　滑坡区工程地质特征
　　根据滑坡区工程地质勘察资料，走向东西、倾向南的单斜构造为矿区的主要构造，既控制了矿体的赋存形态，也控制了整个采场的边坡结构。岩层走向平行于边坡，产状170～180°∠30～50°。
　　(1) 地层岩性：　滑坡区的岩层，自上而下依次为：成分混杂、结构松散、空隙大、透水性强、稳定性差的滑坡松散堆积物(Q4)；灰白色、微晶—细晶结构、厚—巨厚层状构造的石灰岩(P1y5)；灰黄—灰褐色、细晶结构、厚—巨厚层状构造的白云质灰岩(P1y4)；灰—深灰色、中厚—厚层构造的细晶灰岩(P1y2+3)；中厚层状构造的黑色钙质页岩及泥质灰岩(P1y1)；黑色梁山煤组粘土岩(P1l)；震旦系灯影组白云岩(Zbd2)。各岩层产状见图1。


　　　图1　H2滑坡滑后典型地质剖面图
　Fig.1　The typical geological cross section of landslide H2
　　(2) 构造：　滑坡区揭露断层7条，可分为近南北向、北东向、东西向三组，与边坡走向斜交或近于直交；节理发育，贯通性良好，有三组主要优势结构面：41°∠64°，52°∠50°，99°∠78°。
　　(3) 边坡岩体工程地质性质：　组成边坡岩体的工程地质性质分别为： 滑坡松散堆积物(Q4)，主要由白云岩和石灰岩块组成，结构松散、空隙大、透水性强，稳固性差；厚层状石灰岩(P1y5)为矿区优质矿石，层理、裂隙均不发育；白云质石灰岩(P1y4)致密坚硬，完整性好，其与上、下地层均呈渐变关系；细晶灰岩(P1y2+3)为矿区的可采矿石层，底部夹有数层页岩，层间有粘土，强度均较低，完整性较差；黑色钙质页岩及泥质灰岩(P1y1)，是矿区软弱夹层之一；梁山煤组(P1l)强度最低，完整性较差，是边坡中主要的软弱夹层，特别是其中的粘土层，干燥时尚有一定强度，浸水后即成塑态，强度急剧降低，对边坡稳定极为不利；灯影组白云岩(Zbd2)是该区出露的最古老地层，岩层致密坚硬，层面间距大，岩体完整性较好，是构成采场边坡基底的理想地层。通过岩体物理力学试验及反算，岩体物理力学强度指标见表1。
　　　　　　　表1　岩体物理力学强度指标
　　　　　Table 1　Themechanical parameters of rockmass

岩　性岩　体　强　度层　面　强　度容　重
(g/cm3)
粘结力(MPa)内摩擦角(°)粘结力(MPa)内摩擦角(°)
Zbd20.6044.32032.582.81
P1l0.021 416.910.021 416.912.50
P1y10.02034.62034.132.75
P1y2+30.04446.28035.672.70
P1y40.04946.72035.132.77
P1y50.03947.33035.122.70
Q40.02020.62　　2.01


1.2　水文地质条件
　　采场水文地质条件简单，地下水位较低(在1180m左右)，滑坡体中的孔隙潜水，系大气降水入渗形成，存在时间较短，含水层能很快自然疏干，对基岩裂隙水的影响甚微。
2　滑坡概况及机制分析
2.1　历次滑坡概况
　　石灰石矿自投产以来，共发生4次影响生产的大型滑坡，历次滑坡过程如下：
　　(1) H1滑坡：　1980年11月18日，采场按设计正常生产，在采场东端开挖，揭露细晶灰岩(P1y2+3)，使细晶灰岩以上岩体临空失去支撑，沿P1y2+3层间弱面产生滑动，滑坡量36.4×104 t，现已全部清除。
　　(2) H2滑坡：　1981年6月10日15时50分，采场西端(即现滑体所在处)1400m水平开挖采用洞室爆破，最大段投药量90t，用秒差电雷管起爆，在5h之后，产生滑坡。滑坡标高1645～1 400m，垂直高度250m左右，东西宽200m，滑动量1 000×104t左右；滑坡在1500m水平以上沿梁山组(P1l)软弱夹层顶面滑动，从1500m处剪出，再沿P1y2+3层间弱面下滑至1400m处剪断岩体而滑出，参见图1。
　　(3) H3滑坡：　H2滑坡发生后，1580m以上已无滑坡堆积物，为原始地形。为处理H2滑坡，采矿生产在1544～1532m进行台阶靠帮爆破。1988年10月13日，采场西北帮境界外1670m的陡崖上，两块巨大岩石突然崩塌掉在1 544m水平台上，同时于1568m平台坡顶线及西北部排洪沟处产生裂缝，其后，1580m水平以上发生褶皱变形，很快产生沿P1l粘土层底面滑动的滑坡H3(图2)，剪出口标高1520～1530m，新滑坡量350×104t。


　　　　　图2　H3滑坡滑后典型地质剖面图
　　　　　Fig.2　The typical geological cross section of landslide H3
　　(4) H4滑坡：　H3滑坡产生后，在1440m处形成一滑坡堆积大平台。1991年9月20日，连续5天降中、小雨，雨水渗入滑体后在粘土夹砂石中来不及排出，而形成夹载大量砂石的泥石流，自上而下冲刷，并堆积于1 440m大平台上，当滑体超过承载极限后，再次沿滑坡堆积物与基岩之间的接触面下滑，将原滑坡前沿向下推移200多米。滑坡堆积物面积达0.35km2，滑体总量1900×104 t(图3)。


　　　图3　H4滑坡滑后典型地质剖面图
　　　　Fig.3　The typical geological cross section of landslide H4
2.2　滑坡机制分析
　　H2，H3，H4滑坡几乎是在同一坡段，沿不同滑面滑动的前后三次滑坡。根据其滑动情况，在同一剖面位置绘出前后三次滑坡的地形地质图，参见图1至图3，同时结合边坡的工程地质特征，可作出以下结论：
　　(1) 组成边坡的岩层为顺坡，且倾角缓，并有多层软弱夹层，H1，H2，H3滑坡都是沿软弱夹层滑动，说明组成边坡地质体本身的不良工程地质条件，是边坡破坏的内在因素，同时决定了其破坏模式为简单或复合型平面剪切破坏。
　　(2) 边坡设计不当。设计部门没有认识到边坡存在的不利条件，在边坡设计中忽略了边坡工程地质特征及边坡稳定性在生产中的重要性，人为地在开采过程中于采矿水平以上形成一个不稳定坡体，并遗留在固定帮软弱层之上。在生产中一旦下部靠帮开挖，便减少了保护层厚度，或使软弱层之上的岩体临空，降低了滑坡坡脚的抗滑力，滑坡必然形成。
　　(3) 爆破方法不当，在一定程度上加剧了边坡的失稳，同时也是一个外在的诱发因素。爆破是采矿生产中不可缺少的环节，边坡在爆破动力作用下，岩体受到反复的拉伸、压缩、剪切，使原有裂隙进一步扩展，同时又产生了新的节理、裂隙，使岩体强度进一步降低，因而大大降低了边坡的稳定性。H1，H2，H3滑坡，特别是H2滑坡的形成，洞室爆破使坡脚岩体破碎，从而与软弱面贯通形成统一滑面。经计算，靠帮爆破在装药1 t情况下，可使整体边坡稳定性降低8%～12%。
　　(4) 水的作用不可忽视。从前几次滑坡看，大气降水对滑坡的复活起了促进作用。因本区地下水位较低，地下水对边坡稳定性没有影响，而大气降水的入渗对滑体松散堆积物的软化，将大大降低其强度，同时在地下水的加载效应和动水压力效应的共同作用下，当这种地表水入渗到一定程度后又来不及排泄时，就极易产生滑坡或泥石流，H4滑坡就是这样形成的。
　　(5) 在以上诸因素及风化营力作用下，原已形成的边坡随着开挖卸荷也将产生时效变形，在重力作用下出现异常，如坡顶张裂隙的出现并逐渐扩大等现象，随着时间的推移不可避免地会产生破坏，但只要设计合理，开采得当，则不会出现大规模的失稳。
　　(6) 根据以上分析及从滑坡体结构来看，整个坡体仍然具有以下潜在滑动面： 滑体堆积物与基岩之间、P1y2+3层间软弱夹层、层理面及P1l层。这些潜在滑面对生产构成极大威胁，生产中必须采取措施保证生产安全。
3　防治措施
　　滑坡是一种常见的山区地质灾害，人类工程活动也会促成、加剧滑坡的发生和发展，人们在与这种地质灾害斗争中，已总结了一套有效的工程方法，即在工程活动中，针对不同的具体情况，分别采取“避”、“清”、“保”等措施：　“避”是在工程选址时，避开有滑坡的地段；“清”是在不能避开的情况下，清除滑体及潜在滑体；“保”是采取加固措施，如上部卸荷，坡脚加大保护层，或采取喷、锚、灌浆等措施，以保安全。然而由于石灰石矿本身的特殊性，决定了不可能采取以上措施，因为： 必须要采矿，不可能避开；全部清除滑体不现实，这涉及到排土场容积等一系列问题；“保”更实施不了，因如此规模巨大的滑体本身及潜在多层滑面存在的现实情况，其工程投资远远高于所采出的矿石价值。经研究并结合本矿实际情况，为最大限度、经济合理地利用矿产资源，在本矿山生产中采取了以下防治措施：
　　(1) 在修改设计中，对西部滑体留一定距离的安全区，不宜再在滑体下部或紧靠滑体开挖采矿。
　　(2) 加强监测，通过有效地对滑体实施监测，建立恰当的监测系统，可及时分析掌握动态，以指导生产。由于斜坡的失稳破坏一般都非突然发生，破坏前总有相当长的变形期，有些变形迹象可作为边坡即将失稳的信号，为了能很好地掌握这些变形迹象，必须对滑体进行监测。变形和破坏往往又是一个渐变过程，有的有变形无破坏，有的从变形到破坏，通过监测掌握这些变形情况，以赢得时间采取防治措施。
　　(3) 完善地表排水及泄洪措施。地表水的入渗对滑体的复活起促进作用，应采取有效的排水措施，对保证已存在滑体的稳定性有积极作用。
　　(4) 采取控制爆破技术。在生产过程中，特别是在靠近滑体部位爆破时，一定要采取预裂爆破，严格控制和减少最大段的装药量，以减小对滑体的振动力。
4　结　论
　　通过石灰石矿滑坡产生的地质背景、滑坡过程、机制分析研究，并在此基础上提出的相应防治措施，对保证生产安全起到较大作用。特别是实施对滑体监测，可及时掌握滑体的变形情况，积极主动地指导生产，产生了巨大的社会效益和经济效益。
第一作者简介：王正国，男，29岁。大学本科毕业，水文地质与工程地质专业。岩土设计研究室主任，工程师。主要从事岩土工程及矿山边坡稳定性研究。作为主研人员参加的《兰山采场西帮合理开采境界的综合研究》课题，获1996年冶金部科技进步三等奖。
作者单位：攀钢集团公司矿山设计研究院矿山分院，四川攀枝花市　617063
参考文献
　[1] 张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理.北京：地质出版社，1981
　[2] 中国地质学会工程地质专业委员会编.中国典型滑坡.北京：科学出版社，1988
(收稿日期：1998－04－29)
