忻州窯礦崩塌滑坡地質災害防治技術研究與應用

王麗靜

1 礦山崩塌滑坡地質災害形成機理及危害

崩塌和滑坡相伴而生，有相同的觸發因素，在一定條件下可以相互誘發、相互轉化，發生滑坡式崩塌或崩塌型滑坡[1]。崩塌滑坡主要的影響因素有：地震、降雨和融雪、地表水的沖刷、浸泡、河流等地表水體對斜坡坡腳的不斷沖刷；此外，還有一些人為行為：礦山開采、礦山爆破、采空區塌陷、采空區地面沉陷導致斜坡便陡，都容易引發崩塌滑坡。

礦區崩塌滑坡地質災害主要發生在道路沿線、工業廣場或民用建筑設施附近，常會導致交通中斷、建筑物毀壞和人生傷亡等事故，甚至可能會摧毀礦山及其設施，淤埋礦山坑道、傷害礦山人員、造成停工停產，甚至使礦山報廢，造成巨大的人員傷亡及經濟損失，因此確保礦區邊坡穩定，消除崩塌隱患勢在必行。

2 礦山崩塌滑坡的探測方法及防治措施

崩塌滑坡的探測方法主要有滑坡表面變形監測和內部變形探測兩種方式，其中滑坡體表面監測主要采用地表測繪定位法，在滑坡體周圍穩定區域布設一系列基準點，在滑坡體表面均勻布設監測點，以基準點為不動點，監測點為運動點，通過觀測監測點坐標同初始坐標的差異來確定監測點的運動狀態，該種方法是目前使用最廣泛、最有效的外觀監測方法[2]?；聝炔孔冃翁綔y能夠比表層監測更深層次的反映滑坡狀態，探測方法有表層物探法、鉆探法、內部傾滑監測法等，其中物探法主要采用淺層地震法、高密度電法及地質雷達法進行勘探，可以探測滑坡體內部巖層及表土層的結構特征、松散層分布區域，不穩定因素等情況，為制定針對性治理方案提供可靠依據。

崩塌滑坡的防治措施可分為防止崩塌發生的主動防護和避免造成危害的被動防護兩種類型[3]。主動防護包括：削坡、地表排水、控制爆破、加固或支護、做支擋墻、錨固、護面墻等。被動防護包括：攔截（做擋石墻、金屬柵欄）、引導（棚洞）、避讓（繞道、隧道措施、變更工作位置）等，由于各項措施組合可變性較大，故應堅持“因地制宜，技術先進，經濟合理，保護環境”的方針，結合現場實際制定切實有效的治理措施[5]。

3 礦山崩塌滑坡治理區概況

3.1 地形地貌

該崩塌隱患位于忻州窯礦東南部，周邊溝谷地形呈“U”字形，邊坡坡度多介于30°～82°之間，部分地段邊坡接近于直立，邊坡上基巖直接出露，風化強烈，坡腳處多見風化掉落的巖塊，植被覆蓋率低，邊坡北方向礦區有一條公路通過，邊坡南側為某礦材料庫，局部緊貼邊坡。

3.2 礦山崩塌滑坡治理區區域地質概況

該區域位于大同煤田北東部邊緣，地處大同向斜北部最低部位，井田總體為一向斜構造形態，一些斷層多集中在向斜軸的兩翼，地層走向總體為北東，向南稍轉北西，地層傾向以向斜軸為中心，東部傾向北西，西部傾向北東，地層傾角井田東部稍大，為10°～15°，井田西部傾角平緩，為1°～3°，在井田的北部向斜的西翼為同期形成的小褶皺區。

3.3 災害治理區巖土體工程地質特征

根據礦區探井、鉆孔揭露及現場地質剖面填圖成果，該區地層主要由雜填土、碎石土、砂巖組成，具體描述如下：

雜填土：雜色，稍濕，松散，成份不均，主要為磚塊、石塊等堆積而成。碎石土：雜色，稍濕，中密，主要由粉土、碎石、塊石等組成，直徑20 mm～200 mm，其中粉土占比42%，碎石、塊石占比為58%。砂巖：灰色，頂部2.0 m～3.0 m 為強風化狀態，以下為中-微風化狀態，砂質結構，巖層產狀64°∠3°，飽和單軸抗壓強度平均值為34.87 MPa，屬較硬巖。

3.4 邊坡破壞模式分析及穩定性定性分析

在目前地質環境條件下，治理區下部巖質邊坡處于欠穩定狀態；在暴雨或地震作用下，治理區巖質邊坡處于不穩定狀態，因此，應根據穩定性分析及邊坡破壞模式對治理區邊坡采取治理防護措施，以確保治理區邊坡穩定，消除不穩定邊坡對坡下建筑物的安全威脅。

4 滑坡崩塌治理區治理方法研究

根據勘查成果，在查明治理區巖土體工程地質特征、地形地貌、穩定現狀等的基礎上，結合邊坡穩定性計算結果，認為治理區內邊坡安全系數小于規范要求，應采取治理措施以消除不穩定邊坡地質災害隱患。該邊坡表土層松散，成分不均，且植被較少，深部砂巖層頂部風化較強，綜合考慮邊坡穩定性及破壞模式，對上覆表土層進行清理平整，對下部巖質邊坡采用掛網噴錨進行支護，并輔以截水溝措施進行綜合治理。

4.1 整坡工程

治理區泥巖和砂巖以厚層狀或交互層狀分布于斜坡表面，由于兩種巖石風化程度不同，造成斜坡表面有局部隆起和局部凹陷。斜坡頂部由于受雨水沖刷的影響，形成了局部凹陷和邊界缺失。在錨桿施工布設前，要用風鎬清理巖面，消除凸隆部位，對斜坡頂部凹陷和缺失進行修補。

坡體頂部邊線塊石砌筑，在風化巖體頂部，沿邊線挖掉深0.5 m，寬0.5 m 的風化巖，將底面和側面夯實，用200 mm～300 mm 塊石砌筑邊墻，邊墻頂面與自然底面高度一致，墻體與風化巖表面坡度一致；塊石砌筑采用M20 水泥砂漿，配合比應為1:1:0.45（水泥：砂：水），塊石擺放要緊密，縫隙要注滿水泥砂漿，邊線全部采用塊石砌筑，塊石砌筑深度和寬度都為0.5 m。

4.2 護坡工程

治理區斜坡坡體為易風化泥巖、砂巖，設計對坡體設置掛網噴漿進行護坡，為提高掛網護坡的穩定性，再布設錨桿。

掛網采用Q235φ6 mm 鋼筋，鋼筋網尺寸300 mm×300 mm，網格狀布設，網格節點與錨桿間用純鐵線14#線（直徑2 mm）綁扎。

錨桿采用方型布設，錨桿長度分2 種，全風化-強風化泥巖層采用錨桿長度為5 m，中風化砂巖層采用錨桿長度為2 m，一端抹斜切割角度為30%，另一端平截，單根錨桿嵌固整體抗拔力設計值為4 kN，尺寸間距為1.2 m×1.2 m，鉆孔與斜坡坡面中垂線夾角5°，成孔孔徑為80 mm，錨桿主筋為φ20mm螺紋鋼，與掛網十字搭接處連接牢固，孔內采用M10水泥砂漿在2～3個大氣壓下全粘結壓力灌注。

噴射混凝土強度等級采用C20 混凝土，抗壓強度10 MPa，水泥選用硅酸鹽425 號水泥，砂為河砂中粗砂，含水率<5%，粒料用堅硬新鮮碎石，粒徑小于12 mm。噴射采用濕法噴射，混凝土配合比宜采用（重量比）1:0.63:2.5:4.1（水泥：水：砂：碎石）按地面護坡噴射混凝土200 mm計。

圖1 工程布置

4.3 截水溝工程

截水溝設置于坡頂已建擋土墻北側12 m，過水斷面為梯形，口寬1 400 mm，底寬700 mm，深700 mm，厚300 mm，由M10 漿砌片石砌筑，橫向截水溝溝底坡率1.5%，每隔15 m設一道變形縫，縫寬30 mm，縫中填瀝青麻筋、瀝青木板或其它有彈性的防水材料，使用1:3水泥砂漿勾縫。共修建排水溝133 m。

5 結論

本文利用已有的資料，開展礦山環境地質分析（包括周邊環境和人文環境調查）；利用先進的地質勘查技術及邊坡穩定性檢測、評估技術，確定治理方向和總體方案，從根本上解決忻州窯礦的崩塌地質災害現狀。通過對治理區進行削坡、護坡和排水溝等綜合治理方法，有效的消除了該地區崩塌滑坡地質災害隱患，避免地質災害對忻州窯礦區內及周邊的群眾構成的潛在威脅，同時改善整個礦區的環境，促進礦區社會、經濟發展。