矿山滑坡地质灾害治理工程施工探讨
时间：2023-01-21 16:10:08 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李 玲
（甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020）
矿山开采作业区域常常受到地势或者采空区影响形成边坡，在矿山开采过程中会扰动相关区域的边坡，再加上地下水﹑爆破﹑边坡加固不规范等因素的影响，增加了矿山滑坡地质灾害的发生概率，这种灾害多见于露天矿的开采。为了降低矿山滑坡的发生概率，相关企业应该从地质勘探﹑边坡加固﹑监测预警以及定期维护等多个层面加强技术管理，尤其要强化矿山边坡加固施工技术的研究与应用。
矿山滑坡大多发生在露天矿中，此类矿山在采空区的四周会形成坡面，受地质因素﹑机械扰动﹑加固不到位等各类因素的影响，容易引发滑坡。常见的滑坡类型可分为五种，具体可参考表1。以平面滑坡为例，一种是沿着单一层面的滑坡，其特点是内摩擦角小于滑面的倾角，此类滑坡一旦发生，其规模较大，有些是人为因素造成的，比如在坡脚的切层处开展挖掘作业。另一种为坐落式平推滑移型滑坡，其滑面主体为岩石层，与岩体的构造结理存在密切的关联性。矿山滑坡是引发安全生产事故﹑破坏生产设备和作业面﹑阻碍企业正常经营的常见因素之一，从安全生产的角度看，必须对其实施严格的监控﹑预防和治理[1]。
表1 矿山边坡滑坡的五种分类
2.1 地质条件不稳定
在设计规划矿山边坡时要提前勘察地质条件，不同类型的岩土在抗剪性能﹑承压能力方面存在较大的差异，因而在边坡设计时要根据其地质条件特点合理控制坡度，必要时还会采用台阶式﹑分层式的加固支护方案。如果矿山边坡地质条件较差，如存在松散﹑破碎的岩石层，当边坡受到重力﹑岩土压力﹑工程机械扰动等因素的影响之后，就会在某些薄弱的位置产生滑坡[2]。
2.2 地下水渗透或者冲击
矿山开采区可能存在丰富的地下水，在一些破碎的孔隙状岩体中，地下水在其中不断地蔓延﹑冲刷，导致原本就极为脆弱的矿山岩体承受了一定程度的压力，并且岩体在水的作用之下还会产生较大的浮力，这些作用力迫使矿山的岩体处于一种不稳定的状态之下。地下水在岩体中蔓延和冲刷时需找到一个泄压的部位，然后，矿山的边坡位置直接与空气联通，仅仅存在大气压，岩体的水压不断积聚，远远高于大气压力，进而在边坡处完成泄压，形成因地下水引发的边坡滑坡[3]。
2.3 爆破作业扰动
在矿山开采施工中为了提高作业的效率，经常会采用爆破的方式清除表面的岩石层和覆土层等，使下部的矿体裸露出来。爆破作业通常是在矿山表层岩体上钻孔﹑填埋炸药，施工之前会对爆炸半径﹑爆破深度﹑影响范围等作出精确的计算，以达到安全作业的目标。但是实际情况下也会出现一些意料之外的情况，爆炸产生的冲击波会在地面岩土层传播，有些岩石层本身就较为薄弱，在爆破冲击下节理张开[4]。如果其他位置的矿山边坡加固措施存在缺陷，在爆破作业的扰动之下就可能形成滑坡事故。
2.4 边坡几何稳定性差
矿山边坡的高度﹑边坡的角度以及边坡的水平宽度等都会影响到其整体的稳定性，边坡的高度不宜过大，否则在重力作用下易形成滑坡，工程实践中对于整体高度较大的边坡，大多采用分层加固的方式，可见高度对矿山边坡施工的影响力。另一个非常关键的因素是矿山边坡的坡度，当坡度过于陡峭时，矿山边坡的岩土层依靠抗拉力抵抗重力的作用，但是陡峭的坡度会加剧重力的影响力，使其产生蠕变，直到抗拉力难以承受重力的作用，同时在这一过程中还会夹杂其他方面的因素[5]。
2.5 边坡施工管理不当造成滑坡
矿山开采中边坡是常见的施工内容之一，工程技术人员在作业之前会严格设计边坡的加固形式以及边坡坡度，但是在实际落实的过程中存在施工不规范﹑技术指标落实不到位的情况，常见的问题是边坡欠挖﹑超挖，进而导致坡度与设计指标不相符，这些是引发滑坡的常见因素。靠近矿山边坡顶端的水平面上不应停放车辆或者堆砌其他类型的载荷，也不应设置临时性的道路，因为这些载荷也可能引发滑坡[6]。
3.1 矿山地质勘探
考虑到矿山滑坡造成严重的危害，并且这种事故常与地质条件之间存在密切的关联，尤其会影响到边坡施工方案的制定，因此，施工单位在作业之前应该对矿山作业区域的水文地质条件等开展深入的调查，具体应涵盖交通位置﹑气候﹑地表水﹑地下水﹑地形地貌﹑地层结构﹑地质构造等因素以及其他类型的工程活动。例如，在地层结构勘察中要掌握地层的类型和岩石的类型，判断是否存在松散的﹑稳定性差﹑易破碎的地层及岩石，在地质构造勘察中重点判断是否存在断裂的岩层。矿山地质勘察方法较多，常用的方法包括地质钻探﹑地质勘探以及物探等。以钻探技术为例，这种地质勘探方式非常直观，可直接采集到地层中的岩土样本，通过分析其成分﹑结构特点来判断岩石类型﹑各地质层的厚度﹑潜在的矿山滑坡区域，钻探法得来的数据可靠性很高，受到广泛的应用[7]。
3.2 矿山预防滑坡的边坡设计思路
矿山边坡设计方案直接决定了其在预防滑坡方面的效果，目前关于矿山边坡设计已经形成了体系化的思路，具体涵盖了以下几个方面。①控制坡度。自然放坡在边坡加固施工中是常用的一种方法，其在本质上是合理控制坡度，降低坡体自重以及地面降雨径流形成的冲击作用，从人们的常识来看，越是陡峭的坡体越容易滑塌，因而边坡设计中需合理控制坡度；
②设置排水设施。有些地区降雨量较大，容易在靠近边坡的地表位置产生大量的积水，甚至形成地表径流，边坡位置地势低，地表水的冲刷作用易导致滑坡，因而在设计边坡时应该提前规划好相应的地面排水系统。③设置必要的边坡加固措施。边坡中的部分位置存在不良的地质构造，如岩层破碎，对于此类情况应该采取措施将破碎的部位清除掉，或者利用锚杆等进行加固，这样可大幅降低边坡滑坡的可能性。④重视对浮石的处理。边坡上的浮石存在滚落的风险，对矿山开采作业人员和车辆造成安全威胁，在边坡施工中要及时将这些浮石清理掉，与此同时还可在边皮上设计金属网，起到有效的阻挡作用[8]。
3.3 矿山边坡监测
边坡滑坡通常会经历一个渐变的过程，边坡在这一过程中会逐渐的变形，当这种变形发展到一定程度之后，边坡就会局部或者整体滑塌。为了能在第一时间发现边坡滑坡的潜在隐患，在矿山开采过程中需在边坡的特定位置上设计监测装置，具体的监测指标涵盖了边坡裂缝﹑边坡内部外移量﹑边坡表面外移量﹑水文气象等。边坡安全监测可划分为四个等级，受到变形指数﹑地质条件指数﹑坡度等级以及高度等级的共同影响，表2列举了矿山边坡高度和坡度的等级划分依据。在具体的安全监测工作中，需要合理的选择监测方式以及布设监测点。
表2 矿山边坡高度和坡度划分标准
3.4 矿山边坡维护
边坡监测的目的是及时发现潜在的滑坡安全隐患，进而在其发生滑坡之前将隐患彻底消除，边坡维护是落实隐患排除的关键环节。矿山的开采期很长，边坡维护与加固并非一项临时性的工作，而是长期性的安全管理内容。为了强化固土﹑固坡的效果，可在其表面种植灌木和草皮。经常性地检查边坡的地表排水系统﹑地下排水系统以及立体性的排水系统。当边坡出现变形时，要分析造成相关问题的地质灾害成因，然后及时采取措施进行加固。
4.1 排水施工
第一，排水沟施工要点。矿山边坡的排水沟是在降雨条件下快速排除地表积水﹑避免形成径流的重要措施，由于矿山开采的长期性特点，排水设施应该提高硬化水平和使用寿命。具体的施工流程如下：①排水沟设计。根据地质条件特点设计出排水沟的深度﹑宽度﹑建造方式以及具体位置等信息；
②测量放线。根据排水沟的设计图纸在基础作业面上开展测量和放线工作，注意控制排水沟的标高；
③排水沟施工。可采用机械与人工相配合的方式在放线位置开挖出排水沟的基坑，严格处理底部的垫层，使其夯实沉淀到位，防止在后期的使用过程中出现不均匀沉降的现象[9]。为了提高排水沟过水的通畅性﹑降低其后期维护的难度，应采用现浇混凝土施工技术。
第二，设置截水沟。为了防止矿山边坡外侧的水（尤其是高地势上流下来的水）从边坡上流到矿坑底部，可在距离矿山边坡外侧一定距离的位置设置一道截水沟，这一设施具备一定的蓄水﹑滞水能力，当水量不大时，截水沟可将其暂时存储起来，并且截水沟上每隔一定的距离会设置一个比沟更深的集水池，用来进一步提高截水沟的蓄水能力。显然，截水沟是矿山边坡外侧的一道重要防线。但是在设计截水沟的位置时要注意相关作业区域的地质条件，截水沟距离边坡过近也会产生安全风险，一方面是施工时存在一定的扰动，另一方面是截水沟会相比基础渗水，需通过距离的控制来防止其危害矿山边坡的稳定性。截水沟的施工方法也较为简单，同样是放线﹑基础开挖以及建造结构的主体结构，可使用砌体材料﹑预制混凝土板或者现浇混凝土来制造出截水沟。
4.2 抗滑桩施工
第一，抗滑桩的分类及作用。现阶段的抗滑桩主要采用钢筋混凝土材料或者金属材料制作而成，使用过程中可将不同材质的桩体混合在一起，共同发挥作用。常见的抗滑桩为钢桩﹑钢筋混凝土预制桩﹑预应力锚索桩等，既可打入地面，亦可在地面上机械或者人工挖孔，将桩体下放到其中。总体上而言，其施工工艺分为三大类，其一是打入桩，其二是钻孔灌注桩，其三是静压沉桩。抗滑桩的形式也非常多样化，如排架式﹑门式等。抗滑桩可增加矿山边坡的侧向承压能力，有效地阻止边坡滑塌。
第二，抗滑桩的适用条件。采用打入的方式沉桩时难免会对矿山边坡造成一定程度的扰动，施工单位在作业之前需根据边坡的坡度﹑地质情况等判断桩体打入时是否存在滑坡的风险，显然，陡峭的大坡不宜采用这种技术路径。相对而言，机械或者人工钻孔的方式在灵活性上更具优势，并且对边坡的扰动也是可控的，机械钻孔方式要评估钻孔设备的难度和安全风险，人工成孔适用于机械设备不易操作的区域，但人工成孔时有可能遭遇坚硬的地质层。
第三，抗滑桩施工要点。以目前应用最为广泛的钻孔灌注桩为例，这种施工方式是利用钻孔机械直接在靠近矿山边坡的外侧平整场地上钻出桩体的成孔，具体的桩长﹑桩径等取决于矿山边坡的特点，由于桩体为现浇钢筋混凝土，因而直径和长度的设计都非常灵活。施工前在基础面上画出桩体的中心点以及半径，然后将钢护筒或者预制混凝土护筒埋设在桩体钻孔位置，使其中心与桩体的中心重叠在一起。然后架设钻孔机械，确保支架的水平度﹑稳定性满足工程需求，同时检查钻孔设备的垂直度，作业之前还需提前配置好泥浆，用于清渣以及润滑钻机。然后开展钻孔作业，注意控制钻孔设备的垂直度和钻孔的深度。成孔之后清理底部的残渣以及下放并固定预制好的钢筋笼，浇筑混凝土。需注意的是如果采用人工挖孔的作业方式，孔壁存在一定的坍塌风险，由于是矿山区域挖孔，孔内有可能产生有毒有害的气体，因而作业过程中需保证孔壁支护措施以及孔内通风的措施。抗滑桩成桩之后要对其整体的质量开展系统性的检查和验收，重点检查的内容包括抗滑桩的中心位置﹑孔底高程以及端面尺寸等，虽然在施工中难免会产生偏差，关键是要将其控制在合理的范围之内[10]。例如，孔底高程的误差控制在±50mm之内。
4.3 回填护坡施工
矿山边坡施工中需清除坍塌风险较高的破碎岩体，并且在控制坡度时要进行开挖作业，最后再采用适宜的材料回填并巩固边坡，使其达到良好的稳固性，通常这种加固方案适用于坡度和高度都相对较小的矿山边坡，称之为回填护坡技术。具体的施工要点如下：①边坡回填大多采用集配碎石，在填筑碎石之前应该将基层表面存在的杂物彻底清除掉，为了提高新填筑材料的稳固性，需对其实施碾压夯实的操作；
②采用回填护坡的技术时要注意回填材料的透水性，如果其透水性不足，将会增加雨水﹑地下水对边坡的影响，进而引发滑坡事故。回填材料通常为多种类型混合应用，处于下层的回填材料在透水性上更加优越，上层材料的透水性次之。回填护坡经常和排水孔﹑边坡排水沟等设施相互配合应用，原因在于这些经过回填夯实的材料并非自然发展而成，其整体性较差，低抵御水力侵蚀的能力不足；
③回填后的材料虽然经过了较为充分的碾压夯实，但如果回填厚度较大，这些回填的材料依然会产生较为显著的沉降，对于边坡加固施工而言，沉降量控制是技术要点，回填时应该预留沉降量，根据实践情况，矿山回填材料的沉降量通常会占到总体厚度的3%。
矿山滑坡地质灾害与地下水﹑地表径流﹑边坡岩土条件﹑加固技术方案﹑加固施工的质量等因素密切相关，其中边坡加固施工是非常关键的一个环节。施工过程中需考虑地下水的冲击问题，因此需结合矿山边坡的特点设置排水沟﹑截水沟等设施，利用抗滑桩提高边坡的稳固性，在坡度较小的矿山边坡加固施工中还可采用回填护坡等技术方案。
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