1、.：.；摘要 擬治理礦山采用地表允許自然崩落的空場留礦法采礦，引發以地表采空塌陷為主的地質災隱患問題日益突出，特別是閉坑后礦區非法開采原留礦柱 ，加劇惡化了塌陷，并伴隨危巖體崩塌、滑坡等地質災禍發生。為了消除礦區內存在的平安隱患，本文對號塌陷區內存在的主要災禍體成因機制、影響要素及穩定性進展研討，并對各災禍體提出有針對性的綜治理措施： 1對于礦區的危巖體，從極限平衡實際角度分析了天然形狀和飽和形狀下的穩定性。分析結果闡明，危巖體平安貯藏缺乏。采用淺孔爆破卸除法對危巖體進展去除； 2對位于采空塌陷坑北幫西側的不穩定邊坡，結合地形情況，主要采用削方卸載+回填反壓+漿砌石墻分級護腳方案進展綜合整治。

2、 3對礦區的棄渣堆進展穩定性分析，發現天然形狀下礦渣體易失穩。為處理礦區的棄渣堆在天然形狀下易失穩的問題首先回收部分礦渣體進展塌陷坑回填和攔截壩堆設，對不能回收利用的礦渣堆進展削坡減緩坡度，其表層進展坡面密實硬化和植被治理； 4分析發現降雨下滲嚴重惡化邊坡、坍坑、礦渣堆及壩體的穩定性，應采取措施防止水體下滲，在塌陷坑內采用抵抗變形才干相對較強的碎石盲溝+預制涵管排水系統；對塌陷坑北幫強風化花崗巖邊坡及廢渣堆，采用馬道平臺截排水溝排水系統。另外在對塌陷坑回填區及廢渣堆頂挖方平臺采用植草或植樹進展生態恢復。 綜上所述，本論文經過對擬治理礦山號采空塌陷區地質災禍進展分析，并提出科學合理的綜合防治對策

3、。不僅豐富了礦山地質災禍學的內容，對于其他類似的金屬礦山地質災禍分析也具有推行、示范及自創意義。 關鍵詞：礦山地質災禍；塌陷區；穩定性分析；防治對策； Abstract Because of open-stope mining method, the ground collapse problem in No.1 copper mining area in Chimashan have becomen increasing prominent, which worsen by the illigal mining the tiberium spikes. Besides collapse, t

4、he accompany geological problems as unstable rock, landslides arose. In order to eliminate the existing hazards and prevent future disaster in mining area, the stablity analysises of each disaster were carried out first, the comprehensive prevention measures were put forward based on the stablity an

5、lysis results: 1) For the unstable rock mass in mining area, the stablity was anlyzed according to limit equilibrium theory under natural state (no rainfall) and saturated state. The analysis results show insufficient security reserve for rock mass. Therefore, it use shallow hole blasting through re

6、move the unstable rock mass. 2) For slope locate in west-north of sunken pit, it adopt Geo-Studio to analyze the stablity of slope in the state of natrual (no rainfall) and rainfall. The rainfall intensity and duration time areincoprated into consideration. The results show the slope failure after a

7、verage rainfall for 4 days and heavy rainfall for 1day. As countermeasures, the cutting top section and backfilling the toe shoud be taken and then set up the retain wall at the toe of slope. Through anlysis of targeted slope stablity, it can be concluded that the designed slope has enough security

8、reserves and the design sheme is reasonable. 3) For the abandon slag in mining area, it is found unstable even under natural state through software simulating. Firstly, it can be recyclied to backfill the sunken pit and set up intercepting dam. Spare slag stack must be cut slope to smaller slope ang

9、le, and the surface can abopt clay hardening technology and vegetation management; 4)It can be found that rainfall infilatrating seriously deteriorated the stablity of collapse pit, slag heap, dam and slope. Measures shoud be taken to prevent water infiltrating. The gravel blind ditch accompany with

10、 precast tube drainage system is adopt to in backfilling area own to its strong resistance to deformation. For slope and slag heap, it can set up drainage system at toe and platform. As easures of ecological restorating, the grass and tress planting plan shoud be taken after backfilling or slope cut

11、ting engineering. In conclusion, the paper anlyze the stablity of main geological hazards in No.1 copper mining area in Chimashan and put forward the comprehensive prevention measure, which enriches the content of mine disaster sicence and meamtime own promotional, demonstrational and reference mean

12、ing to the other similar analysis of metal mining geological hazards. Keywords: mining geological hazards；collapse area；stablity analysis；countermeasures； 目錄 摘 要 1ABSTRACT 2目 錄 3第1章 緒論 1 1.1 選題工程背景及選題意義 1 1.2 國內外研討現狀 2 1.2.1礦山地質環境維護政策機制研討現狀 2 1.2.2 礦山地質災禍分析方法研討現狀 4 1.2.3 礦山地質災禍恢復治理研討現狀 7 1.3本文研討內容與主

13、要創新點 8 第2章 塌陷區工程概略 9 2.1塌陷區工程概略 9 2.2工程地質與水文地質條件 10 2.2.1 地形地貌 10 2.2.2 氣候條件 10 2.2.3 地層巖性 11 2.2.4 地質構造 11 2.2.5 水文地質條件 12 2.3本章小結 14 第3章 塌陷區主要地質災禍分析 15 3.1地面塌陷和地裂痕 16 3.1.1成因機制 17 3.1.2影響要素 18 3.1.3穩定性分析 19 3.2危巖體崩塌 20 3.2.1成因機制 21 3.2.2失穩方式 22 3.2.3穩定性分析 23 3.3不穩定邊坡 26 3.3.1成因機制 27 3.3.2影響要素 28 3

14、.3.3邊坡穩定性分析 29 3.4 礦山棄渣 44 3.5 水土流失與生態破壞 44 3.6 本章小結 45 第4章 塌陷區地質災禍綜合治理 47 4.1采空塌陷坑與地裂痕 47 4.1.1地表塌陷坑回填 47 4.1.2地裂隙灌漿 51 4.1.3攔截壩 51 4.2危巖體 55 4.3不穩定邊坡 55 4.3.1削坡反壓 56 4.3.2擋土墻分級支護 60 4.4廢渣堆挖方 64 4.5水土流失與生態恢復 66 4.5.1 排水系統 67 4.5.2 生態修復 70 4.6綜合治理施工程序 70 4.7本章小結 71 第5章 結 論 73 參考文獻 75第1章 緒論 1.1 選題工程背

15、景及選題意義 隨著我國第十二個五年方案的出臺，經濟開展越發快速，作為工業支持產業的采礦業需求逐年加大。據有關數據顯示，在過去的2021年我國單鐵礦石原礦產量超越12億噸。但是在礦產量增長的同時，由于礦山地質管理任務起步較晚，缺乏完好的法律法規，個體非法、無序非法開采，礦山環境的破壞和污染越來越嚴重，所引發的礦山地質災禍也是日益的突出。在某種程度上，嚴重要挾我國礦產資源開發的可繼續開展。人民網數據顯示，2021年全國發生地質災禍15664起，呵斥245人死亡、32人失蹤、人受傷，直接經濟損失40.1億，其中約30%為人工要素引起，而人工要素主要是由于采礦，采礦構成的礦渣和殘留采空區在惡劣天氣下極

16、易發生滑坡、泥石流等次生地質災禍。 本文所論礦區開采歷史較久，礦山在長期地開采過程中不可防止地會對礦山地質環境呵斥不同程度的破壞。目前該礦山主要存在危巖體崩塌、地面塌陷、地裂痕、不穩定邊坡滑動、礦山廢渣、地表生態破壞與水質污染等礦山地質環境問題，這些問題假設不及時進展整治，勢必會對當地人民生命財富平安、生活環境質量以及社會安定構成不良影響。面對礦山地質環境這一嚴峻情勢，我們應經過礦山環境維護與治理工程的研討，最大程度地處理老礦區遺留的環境問題， 基于現場地質調查，查明因采礦活動呵斥的地質環境問題，分析塌陷區內地面沉降、崩塌等各種地質問題的成因機制，從力學角度對該礦山由采礦所引起的一系列礦山地質

17、問題進展定性、定量的評價判別。基于前述穩定性分析結果，最終對各種地質問題提出具有針對性的整治和恢復措施，從根源上消除災禍隱患。 1.2 國內外研討現狀 1.2.1礦山地質環境維護政策機制研討現狀 由于西方興隆國家經濟起步較早，在礦山地質環境分析和恢復治理方面比我國先進的多，在積極改動經濟增長方式的同時，加大了礦山環境維護研討的力度，各國先后提出了許多儲如生態修復的有效恢復措施，并且從法律制度上著手，建立適宜本身開展的一整套完備管理制度。西方興隆國家針對本國礦山存在的問題于20世紀70年代已出臺一系列法律，明確恢復治理責任，堅持“誰破壞、誰治理的原那么，如美國1977年國會就經過了，規范了采礦業

18、與廢棄礦山問題，規定將運用土地恢復到原用途要求的環境：穩定礦渣堆、恢復表層土壤，因地制宜種草植樹行等等；另外還有加拿大環境維護法、日本的等專業針對礦山地質環境維護提出的。但無論是哪個國家提出的礦山環境維護法，在制度上可以總結為以下幾項1：1環境答應證制度，美國在這方面比較完善，要求一切礦業工程不僅需具有環境答應證及同意書，而且還得具有政府機構要求申辦的答應證、同意書或通知書；2礦地生態恢復和土地復墾制度，在工程懇求之前要求提交礦地恢復或復墾方案，如巴西的、加拿大安大約省的、西班牙的與美國的；3保證金和財務擔保制度，興隆國家及大多數開展中國家為礦山環境的維護和治理設立了各種各樣的保證金和財務提保

19、制度，以確保礦山環境治理和礦地復墾等任務落到實處，這種保證金要么用于礦山開采作業期間防治潛在的現行環境問題民，要么用于閉坑后的復墾；4環境監視和檢查制度，礦山環境維護的恢復治理的好壞，需求有嚴厲的監控制度的支持。各國在修正礦業法中，明顯加強了有關監視條款的制安。如菲律賓提出的環境維護和改善方案及多部門組成的環境監測和核對小組、英國設在環境部門內的皇家污染監 察局有權隨時核對礦山環境恢復的執行情況。 與外國相比，我國礦山地質環境治理與修復任務起步較晚。近年來，由于中央和地方政府對礦山平安和環境維護的注重，把礦山地質環境以立法方式出臺，我國對礦山土地復墾和環境恢復問題的進展立法主要有三個階段：1初

20、始階段，1988 年國務院發布的是我國每一部有關礦山環境恢復的規范法文件，其中明文規定“將在消費和建立過程中因挖損、塌陷和壓占等破壞的土地恢復到可利用形狀，此時僅僅明文規定了責任歸屬；2開展階段，1991年出臺的第18條“因采礦和建立使植被遭到破壞的，必需采取措施恢復表土層和植被，防止水土流失。1996 年第32條“開采礦產資源，必需遵守有關環境維護的法律規定，防止污染環境。開采礦產資源，該當節約用地。耕地、草原、林地因采礦遭到破壞的，礦山企業該當因地制宜地采取復墾利用、植樹種草或其他利用措施。2002年第31條“開采礦藏或者建立地下工程，因疏干排水導致地下水位下降、水源枯竭或地面塌陷，采礦單

21、位或者建立單位該當采取補救措施，對他人生活和消費呵斥損失的，依法給予補償，本階段法律條文中對礦地復墾要求的比較多，但是大多都是閉坑后的復墾。3完善階段，國土資源部于2021年根據和出臺12 條“采礦懇求人懇求辦理采礦答應證時，該當編制礦山地質環境維護與治理恢復方案，報有同意權的國土資源行政主管部門同意，并參考美國保證金體制在18條規定采礦權人應繳存礦山地質環境治理恢復保證金，落實了礦山恢復資金來源。與國外的礦山地質環境立法相比，我國首創了一項“三同時制度2,3，在構建礦山環境恢復治理機制的實際與制度整合中，其重要性可見普通，“三同時詳細規定在正式開場礦物開采之前，開采單位必需向擔任的環境維護行

22、政主管部門提交環境維護設備“驗收懇求報告，闡明該礦山企業的環境維護設備的運轉情況、治理的效果與到達的規范。經礦山環保部門驗收合格后，才干正式進展開采。 1.2.2 礦山地質災禍分析方法研討現狀 在進展礦山地質環境恢復之前，應對現有的地質環境進展客觀、綜合、及時的評價分析，采用的評價規范以及分析方法都嚴重影響最終的評價結果及至恢復方案的制定。 美國運籌學家T.L.Saaty等人4提出采用層次分析法Analytic Hierarchy Process簡稱AHP，這種方法可對地質災禍這種影響要素的復雜問題作出決策的一種簡明有效的新方法。其根本原理是：對于一個包括多方面因子而又難于以一種公式的方式闡明

23、出各要素對系統的量化影響評介時，可以根據各個影響因子之間的相互關系關系，組合好各因子間的組合方式和層次，建立系統評價的模型構架；對系統中的各因子，根據它對于影響對象的影響程度，建立定量化規范或評分機制；然后要求模型構架經過判別矩陣或逐層得出各方面因子的評分乘于因子的權重，最終可得出最高層次的評價目的值。SaatyT.L.5提出判別矩陣中用兩兩比較方法將各要素重要性的定性部分定量化，以為判別矩陣中各元素的數值通常采用1-9位標度法確定。 Van Dijke等人6運用GISGeographic Information System對山區地質災禍進展分析，在數據采集和整理方面開展了大量任務，建立了完

24、好的數據庫，并開發了地質災禍分析評價模型；A K Pachauri等人7對喜馬拉雅Garhwal地域進展滑坡分區制圖時，嘗試在地形分類的根底上進展滑坡易發性制圖，提供了一個基于地質學和地形學的滑坡制圖的實例；印度學者Sitanshu Pandey8將GIS運用于分析其國家潛在礦山地質災禍危險性分析，基于其系統模型得到最正確避讓時間及支撐體系安放時間。羅馬尼亞學者S. Mara 和S.N. Vladf9運用GIS對羅馬尼亞礦山地質環境進展分析，其影響因子除了地質地形條件，還參與了礦山平安人員配備、機械及管理機制等非可控因子。 Aleotti 等10總結回想了近年來地質災禍危險性評價和風險評價領域

25、的研討進展，對主要的危險性評價方法進展了分類，并特別論及了可接受風險程度等相關的問題。 我國礦山地質災禍研討主要局限于對單個災種進展分析防治或對某一詳細礦山進展地質災禍分析，雖然在實際和實際方面都獲得了豐富的成果，但并 未構成系統完善的實際與方法體系，并沒有出現一致的評價規范，但隨著國家在礦山地質災禍的越來越大的資金投入，礦山地質災禍已逐漸構成一門獨立學科，其學科的研討內容和深度正日益完善。陳愛欽11總結了我們礦山常見地質災禍的發育特征：礦山種類繁多、分布廣泛、戶數多、規模小、根底差，由于技術、管理及效益等緣由的影響，資源開發中的平安情勢相當嚴峻，地表塌陷、山體崩塌、礦山邊坡滑坡、尾礦庫垮塌、

26、采場冒頂、采空區大面積地壓等災禍，給社會穩定和人民生命財富平安帶來了嚴重影響。肖和平12那么綜合分析了我國煤礦地域的主要災禍，對各類災禍特征、成活力理及危害進展研討，并提出了煤礦地質災禍鏈和防御措施。 嚴韜和嚴學清13論述了目前危害較大與涉及范圍較廣的礦山地質災禍如滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂痕和不穩定礦碴堆，對其成因及影響要素進展了分析。 王卓理等14分析了礦山地質災禍鏈的鏈式效應特點以及地質災禍鏈之間的協同作用、時間和空間分布的復雜多樣性以及承災體類型的多樣性等，并針對礦山地質災禍鏈的特點提出了控制災禍鏈源頭的發生和危害、切斷災禍鏈等措施，并在平頂山煤礦山進展了實際。 郭付三等15以

27、河南豫西地域礦山地質環境問題為背景，分析了地質環境災禍之間的鏈式關系，從災禍鏈效應出發，提出流域系統治理方案。郭維君等16表達了目前我國礦山普遍存在的主要地質災禍類型，并從技術上和非技術上指出地質災禍的控制措施，并總結了前人的一些地質災禍治理研討閱歷。周蕾等17簡要論述了我國礦山開采引發的地質災禍現狀，分析了主要礦山地質災禍的類型、誘發要素和治理措施，并提出了礦山地質災禍的勘查方法、預防建議和對策。何興江18針對地下采礦活動的特點，提出和建立了復雜地質環境條件下，地下采礦工程與地質環境相互影響機理及環境效應的分析評價方法與防治的技術途徑，對礦山地質環境問題分析有較好的實際和方法指點意義。秦定明

28、19論述了歌樂山礦露天采礦消費中存在的崩塌、滑坡、泥石流等主要地質災禍問題，分析了地質災禍影響要素及成因，并提出了相應的防治方法和措施。 種可20運用層次分析法對黃陵礦區地質災禍進展了危險性評價，將地質、采礦、環境三大環節的主控要素聯絡在一同，經過主要影響要素分析，構成了分類評價目的體系，建立了適用于黃陵礦區地質災禍危險性評價的數學模型，分析給出了地質災禍危險性評價的分級規范。李淑艷21經過對撫順市礦山環境地質災禍的調查與歸納、論述與分析來研討撫順市礦山環境地質災禍構成機制，并宏觀的研討科學的合理的防治對策建議。李雨陽22運用GIS對黑龍江雙鴨山歷史遺留的礦山問題進展圖層迭加分析，進展了礦山地

29、質環境綜合評價分區。趙新卓等23針地泰安市礦產資源開發利用導致地質災禍、地質地表景觀破壞和水土流失等一系列地質環境問題，提出了生物治理、客土噴播等治理對策。況順達和趙震海24論述了利用遙感技術運用到貴州開展礦山地質環境調查的方法與技術路紅，對貴州省因礦山開采而誘發或產生的礦區生態環境惡化、水土流失、巖溶石漠化的加劇、水資源污染、地質災禍等各類礦山地質環境問題的遙感影像特征進展了總結。劉鳳梅和曾敏25以遙感和GIS為主要技術手段，對CBERS-02B數據進展幾何糾正、鑲嵌和正射糾正處置后，經過逫疊加遙感影像對地形進展三維模擬，制造了江西省安遠縣稀土礦開采區三維遙感影像圖，并對礦區地質環境進展了三

30、維分析實驗。經過實例分析證明，三維遙感技術對礦山地質災禍分析有重要的現實意義，能快速而準確地提示礦山地質環境的空間分布規律，可以先根據各影響要素進展拓撲區分析，然后根據各要素之間的關系進展疊加分析最終得出其危害范圍，為減災排除險和恢復治理提供決策根據。李昌存等26經過建立礦山地質環境質量綜合評價目的體系，劃分了4個評價單元，確定了各單元的評價因子目的，最后運用層次分析法與模糊數學綜合評判的方法對騰龍鐵礦礦山地質環境質量進展了綜合評價。 而上述多種地災綜合評價方法均是基于對各子災種的準確評價分析根底上建立的，假設各子災種的評價結果有誤，將影響到最終的綜合評價。在地質災禍各子災種分析中，崩塌、邊坡

31、等的分析實際已趨于成熟。并出現了許多計算分析軟件可針對各個災種進展評價，其中Geo-Studio由于交互界面人性化且模塊眾多，是全球最知名的巖土工程分析軟件之一。張良建等27基于Geo-Studio對錦屏一級水電站高邊坡危巖體進展穩定性分析。李振嵩28、劉國棟29、銀曉鵬30運用Geo-slope軟件針對在降雨條件下暫態滲流場的分布及土坡瞬態穩定平安系數行了計算分析。肖慧等32那么運用Geo-Slope對某尾礦庫進展了靜力穩定性數值分析。 1.2.3 礦山地質災禍恢復治理研討現狀 礦山地質災禍種類繁多，危害較大的地質災禍主要有地表塌陷、滑坡、泥石流等，針對不同的災難體，其治理措施也各不一樣。

32、1、地面塌陷的治理與復墾 國內外對采空區地面塌陷的治理方法很多33，但常用的方法還是充填復墾法，這種方法利用礦區附近的露天礦剝離物、粉煤灰、礦渣等現場資料加于回填，只需保證充填物無污染，假設在表層回填耕植土或采用微生物修復技術改良土壤，還可作為農地。即處理了塌陷問題，又處理了礦渣的處置問題，還可種植作物，所以經濟效益最正確。這方面美國、加拿大等國家做的相當勝利，具用很多將廢棄礦山經過土質改良種植景觀值物建立公園、園藝林地，如加拿大布查花園、南非“黃金城等，我國較勝利案件如紹興東湖公園34，目前被評為AAA國家級旅游景區，堪稱為“中國版的布查花園。 但是通常塌陷區土質較差，不適宜植物生長，需進展

33、土質改良。國內有許多學者對塌陷區復墾技術研討進展了系統的研討，杜善州35對煤矸石山廢棄地和采煤塌陷地進展了微生物修復技術的研討，初次在神東礦區進展菌根菌劑的本地化擴繁技術進展了研討，以為接種微生物促進植被生長良好，可大力提升復墾區生態系統的穩定和可繼續利用；石家莊井陘礦區北寨煤礦塌陷區，經土方回填勝利改呵斥田園風光區、森林野趣區及特征文化區36。 2、采礦邊坡的治理 雖然在成因機制上不同于自然邊坡，但是治理對策上大體還是一樣的，對危巖體采取的主要有爆破、拉錨、灌漿及其組合治理方式，而對于土質邊坡采取的那么主要有卸荷反壓、支擋構造擋墻，抗滑樁、坡面噴層植草等措施。但是實踐治理工程中往往是多種治理

34、方式并舉進展綜合整治，特別是許多工程采用預應力錨桿、格構+植草技術獲得了很好的治理效果37。 3、礦山棄渣的治理 作為“三廢之一的礦山棄渣，假設能得到充分合理的利用，可以減少堆積量，減輕治理壓力，降低礦山地質災禍構成的物質條件，如前面的塌陷區回填，部分礦渣可作為建筑資料進展二次利用，如煤礦產生的煤矸石可作為水泥添加劑、燒磚原料。對不可利用的廢棄礦渣，可集中堆放，并修筑擋土構造，還可種植草皮，防止流失38。而在尾礦處置方面，國內外也不斷開發也新技術，目前的尾礦高效脫水、膠結充填、膏體尾礦干式堆存等曾經投入詳細礦渣治理工程39。 4、水土流失的治理 針對礦山水土流失產生與開展特點，抓住重點部位和關

35、鍵環節，因地制宜，因害設防。首先在穩定部位設置攔擋措施，姜培曦40以為對坡度大于30度的邊坡以工程護坡為主，對坡度小于30度的邊坡以植物護坡為主。對仍不能實現穩定的坡體，可采取漿砌石坡腳保證坡體礦渣外表土壤不被帶走；然后完善礦區內的排水系統，減少坡面面流對坡面的沖刷。露天采場外排水和礦坑涌水，采用集水坑方式進展沉淀后排放以防對其他生活用水體的污染41。 1.3本文研討內容與主要創新點 本文擬治理號塌陷區由于采礦引起的礦山地質問題背景下，對主要的地質災禍進展穩定性分析與評價，并提出合理可行的綜合治理對策，并經過治理結果分析評定治理效果。 本文主要的研討內容為： 1分析礦區內主要地質災禍體的成因機

36、制和影響要素；2對礦區內危巖體、邊坡、棄渣堆等地質災禍體進展穩定性分析；3針對各地質災禍體提出治理措施，并對治理后的效果進展分析； 本文主要創新點：1針對邊坡分析中的各種極限平衡法進展了對比分析；2利用Geo-Studio中的SEEP/W模塊、 SLOPE/W模塊、 SIGMA/W模塊對不穩定邊坡、礦渣堆等地質災禍體進展非飽和土滲流場和應力場的耦合分析，得出了不同降雨強度、不同降雨繼續時間對應的穩定性、應力場、含水量分布等；3采用Geo-Studio軟件對各災禍體治理工程進展治理效果評定。 第2章 礦區工程概略 2.1礦區工程概略 該礦區始建于1970年，原屬地方國營煤礦，九十年代中后期開場承

37、包給個人開采至今，礦山現有煤炭資源保有儲量共189.0萬噸，其中122b類18.3萬噸，333類170.7萬噸，可采儲量87.4萬噸，現設計年消費才干9萬噸，礦井效力年限為6.9年，職工人數260人。礦井采用平硐開辟方案和走向長壁后退式采礦方法，中央對角機械抽出式通風方式主平硐進風、回風平硐回風，全部陷落管理頂板。目前礦山正處在年產9萬噸的改擴建基建預備階段，建立工期為19個月。建始該礦民窯小井開采歷史較久，礦山在長期地開采過程中不可防止地會對礦山地質環境呵斥不同程度的破壞。目前該礦山主要存在危巖體崩塌、地面塌陷、地裂痕、不穩定邊坡滑動、礦山廢渣、地表生態破壞與水質污染等礦山地質環境問題，這些

38、問題假設不及時進展整治，勢必會對當地人民生命財富平安、生活環境質量以及社會安定構成不良影響。另外, 礦山在長期開采過程中所構成的固體棄渣排土場及非法地表小露天采坑剝離,隨意排土堆放， 對地表水土資源與生態環境也呵斥了嚴重破壞。礦區共由5個主礦體組成, 礦山面積7.571 km2，開采深度：17001550 m標高。本次治理恢復工程詳細包括主平硐工業場地附近礦渣堆KZ1、風井硐口附近礦渣堆KZ2、KZ3、 KZ4、KZ5以及治理區相關排水系統與邊坡支擋等礦山地質環境問題，本次治理恢復工程設計主要采取危巖體爆破卸除、坡面清理與整形地表塌陷坑回填、削方卸載、漿砌石擋墻支擋、格構錨釘坡面防護、排水阻滲

39、、生態恢復、水質處置與地面觀測等綜合防治措施。目前整個礦區已分別在5個主礦體附近構成了地面塌陷區5處, 本次綜合治理的對象主要為I號塌陷區的危巖體、地表塌陷與北幫強風化花崗巖不穩定邊坡等地質災禍。 2.2工程地質與水文地質條件 2.2.1 地形地貌 礦區屬構造剝蝕低山丘陵地貌，山脈總體走向北西西向，地勢總體北高南低，北部山脈最頂峰父子山海拔840m，其次是赤馬峰640m，普通標高在200300m，南部普通海拔50100m，地形切割劇烈，山勢較陡，溝谷坡度大，山體植被發育。當地侵蝕基準面海拔標高55m。 治理區地形坡度普通1540，接近山坡一帶地形坡度大于55，低山區為碳酸鹽巖分布區，基巖裸露，

40、植被發育普通；南部丘陵屬巖漿巖分布區，風化較劇烈，植被發育較好。 2.2.2 氣候條件 區內屬亞熱帶大陸季風氣候區，冬冷夏熱，四季清楚，雨量充足。24 小時最大降雨量145.4mm，歷年平均降雨量1480.2mm，降雨主要集中在38月份，多年平均氣溫16.8，最高氣溫40.9，最低氣溫-8.3。年平均風速2.1m/s，最大風速達23.5m/s。 2.2.3 地層巖性 礦區出露地層為第四系、三疊系、二疊系、中石炭統泥盆系、志留系。 1第四系Q：分布在礦區西南側消費水庫一帶，巖性為砂質砂土及亞粘土夾礫石等。 2下三疊統大冶群T1dy:上部主要分布在礦區南部，巖性主要為灰巖和白云質灰巖及白云巖；下部

41、主要分布在中偏北部，巖性主要為灰巖、泥灰巖及頁巖,出露寬度普通幾十米。 3二疊系下統茅口組P1m：分布在礦區中部大冶群北部，出露寬度30140m，巖性主要為含隧石結核灰巖。 4二疊系下統棲霞組P1q：出露于礦區北部，寬度100120m，巖性主要為含燧石結核灰巖。 5中石炭統黃龍群C2h：為灰白色中粗粒灰巖，中厚層狀，致密鞏固，主要分布于礦區北部。 6泥盆系、志留系：分布于礦區北部，前者為石英砂巖，寬幾十米；后者為砂頁巖，寬百多米。 地層總體產狀：走向近東西，向北傾斜，傾角陡。 其中本治理區號礦體頂板圍巖主要為二疊系黃龍群灰巖，次為石英閃長巖，底板為石英閃長巖。 2.2.4 地質構造 1褶皺 礦

42、區所處構造部位為擬治理礦山倒轉背斜南翼上的次級褶皺劉許山倒轉向斜上。擬治理礦山倒轉背斜，核部地層為志留系，兩翼依次為泥盆系、石炭系、二迭系和三迭系。該背斜軸線方向為北西西向、軸面向北傾斜，南翼倒轉北傾。 2斷層 區內斷裂構造極為發育，共有大小斷層21條。斷裂構造分為三組：北西向、東西向和北東向。斷裂規模不等，長者400多米，短者30多米。斷裂性質以剪切性、張扭性為主。 3接觸構造 接觸構造系巖漿巖侵入時與周圍地層接觸所構成的構造。總體走向北西西，傾向北，傾角陡。多呈凹進凸出狀，其外形控制了矽卡巖銅礦的分布形狀和產狀。 區內巖漿巖為陽新巖體北緣的邊緣相，屬燕山早期侵入體，巖體主要為花崗閃長斑巖和

43、石英閃長巖。分布于礦區南部及外圍低洼地帶。巖漿巖主要與二疊系茅口灰巖和棲霞灰巖接觸，其次與三疊系下統大冶群灰巖接觸。 4地震 根據GB50011-2001建筑抗震設計規范,陽新縣抗震設防烈度為6度值。設計根本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，地震設計特征周期值0.35g,場地土層平均剪切波速210m/s。礦區地殼屬于相對穩定的地域。 2005年11月26號，江西省瑞昌地域發生了100多年來本區感受最劇烈的5.7級地震，引起地面建筑物幌動，人員感受較強，但礦山周圍未發生山體崩滑等地質災禍，坑道內也未見有崩落、掉塊景象發生。 2.2.5 水文地質條件 根據礦區巖土體的巖性、儲水空間和富

44、水性特征等要素，可將礦區水文地質特征分為第四系殘坡積孔隙含水巖組、碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組、風化巖漿巖裂隙含水巖組以及深部巖漿巖隔水巖組、碎屑巖隔水巖組。 本區地表水系不發育，無河流，僅礦區外圍南部由礦山修筑的消費水庫工農水庫,該水庫底部標高約+55m。地面溪流普通發源于兩側斜坡溝谷地帶。礦坑與年年永久性地表水體無水力聯絡。 礦區總體處在一個東西向長條狀以碳酸鹽巖溶裂隙為主體的水文地質單元中，礦體大部份位于當地侵蝕基準面以下，因礦山長期開采改動了礦山原始的水文地質條件，特別是地表塌陷后使水文地質條件變得復雜，地下涌水量增大，因此，礦區水文地質條件屬中等類型。 擬治理區位于劉許山南側斜坡地帶當地

45、侵蝕基準面以上，坡體自然排水順暢，無雨期坡體處于枯燥形狀，無年年地下水位和泉水出露，但延續降雨時斜坡地表雨水徑流聚集塌陷區后將直接下灌到井下采空區，并經過井下采空區、井巷與斷裂構造等水力聯絡對礦山目前平安消費構成嚴重要挾。 2.3本章小結 本章主要是對擬治理礦區的位置、礦區周圍的環境、工程地質條件及水文地質特征進展了引見，重點突出號塌陷坑所存在的問題，為下一步詳細針對號塌陷坑的災禍體分析打好根底。 第3章 塌陷區主要地質災禍分析 擬治理礦山地處鄂東南丘陵山區，具備發生突發性地質災禍的地質條件，礦山地質環境條件屬中等復雜類型。該礦山經50余年的開采，特別是由于采用了空場采礦法以及當地村民的亂挖亂

46、采，極大地破壞了原有巖體的應力平衡條件與排水通道，因此，擬治理礦山地下開采人類工程活動所誘發的環境地質問題突出，主要表現為采空塌陷、危巖體崩塌、山體開裂、小型滑坡、礦山棄渣、水土流失、水體與生態破壞等。號塌陷區主要環境地質問題見圖3-1。 圖3-1 號塌陷區主要環境地質問題及成因類型Fig 3-1 The main geological disasters and their genetic types 3.1地面塌陷和地裂痕 擬治理銅礦區分布于劉許山和石家山南側的荒地斜坡地帶，因地表允許沉降塌陷，故采用空場法采礦，自然崩落，未對采空區進展處置。礦山經過50余年的開采活動，目前1#、2#號礦體

47、已全部開采終了，3#、4#號礦體-250m以上也已開采終了，礦區已構成地面塌陷區4處。其中本次擬治理的號塌陷區分布于1#礦體附近，長約250m，寬80m左右，塌陷區面積0.019km2，塌陷坑深3050m不等，地表破損嚴重。 受號塌陷區地表不斷變形下沉與塌陷影響，在該塌陷坑北幫山坡地帶沿近東西向塌陷坑發育有多條與之平行的山體地裂痕，張性地裂痕無充填，縫寬大小不一，最大裂痕寬度約1.52m。受地表塌陷與地裂痕控制，該斜坡地帶危巖體與沉降臺坎發育，同時也是地表雨水下灌采空區的良好通道。該處地裂痕與采空區地面塌陷災禍親密相關，目前未采取任何處置措施。 3.1.1成因機制 地面塌陷從誘因來說主要是由于

48、地下巖溶和地下采礦引起，地下巖溶引起的地面塌陷主要隨地下溶蝕地貌的分布而展布開來，而地下采礦引起的地面塌陷那么隨采礦巷道延伸。雖然基規模上可以不及地下巖溶誘發的地面塌陷，但是由于地下采礦引起的地面塌陷往往有人類直接活動且其發生具有突發性。 對于礦山地下開采引起的地面塌陷主要是由于礦體采空后構成采空區，而在采礦巷子頂部并未做好支撐或是支撐構造由于年代長遠已破損，當上覆巖土體的自重壓力或剪切應力大于其上部巖體的抗剪強度或抗拉強度時，上部巖土體發生整體塌陷或部分彎曲，隨著采空范圍的擴展或連通，挪動巖土層也不斷擴展，從而在地表構成塌陷。在上部巖土體中大致可構成三個帶：冒落帶、裂隙帶和彎曲變形帶如圖3-

49、4所示。這三帶的分界也是不很明顯，當然也不一定能同時出現42。而在塌陷區的外邊緣區，地面向盆地中心傾斜，產生拉伸變形，當拉伸變形值超越一定數值后，地表產生張裂隙。通常地面塌陷都伴生有裂隙，坑邊裂隙的開展進一步加劇地面塌陷。 圖3-4 采空區塌陷分帶表示圖43 Fig 3-4 Schematic drawing of there area in collapse 該采空塌陷區主要是由于礦山在1958年至1998年期間對1#號礦體采用空場塌陷采礦方法開采以及后期當地村民地下地上亂采亂挖非法開采所致，其直接緣由就是地下人為采礦活動呵斥了一定范圍的采空區，地表土層松散在延續降雨條件下土體充水增重的同時

50、土質軟化，進而導致礦山地面塌陷，另外，礦山消費疏排水所構成的水動力條件的侵蝕、搬運以及水壓力作用，也會進一步誘發和加劇地面的變形與塌陷。 3.1.2影響要素 1、礦層要素 礦層埋深越大即開采深度越大，變形開展到地表需求的時間就越長，與此同時地表變形值越小，變形比較平緩均勻，但是地表塌陷的平面范圍會加大。由于擬治理礦山銅礦開采深度不大，四個塌坑的塌陷深度較大3050m不等，形如漏斗形。 2、上覆巖性要素 如上覆巖層強度高、分層厚度大時，產生地表塌陷所需采空面積要大，破壞過程時間長；厚度大的鞏固巖層，甚至長期不產生地表變形。強度低、分層厚度小的巖層，常產生較大的地表變形，且速度快，但變形均勻，地表

51、通常不出現裂痕。脆性巖層地表易產生裂痕。擬治理礦山銅礦礦層所在巖層為半鞏固、鞏固塊狀構造花崗巖，正好為脆性巖層，所以在塌坑周邊裂隙很多。 3、構造要素 巖層節理裂隙發育，會促進變形加快，增大變形范圍，擴展地表裂痕區。假設存在斷層的話，斷層會破壞地表挪動正常規律，改動地表塌陷的位置和大小，斷層帶上的地表變形會更加猛烈，會沿斷層走向呈線性分布。 4、地下水要素 由于最初構成塌坑周邊的地裂痕給地表水下滲提供了通道，所以在雨季地表水一方面加寬了地裂痕的寬度，假設地裂痕在塌坑周邊環形連通，地面塌坑會由原來的漏斗形開展為盆形，中間土體由于附加了水壓和強度參數減小整個冒落，同時塌坑平面面積也會擴展，所以地下

52、水是地面塌陷的“催化劑。 5、開采條件要素 礦層開采和頂板位置的方法以及采空區的大小、外形、任務面推進速度等，均影響著地面塌陷的深度和范圍。1#礦體采用空場塌陷采礦法再加上后來私人非法無序的開采破壞原留支撐礦柱進一層加劇本來就有的塌坑開展。 開采寬度與深度與地面塌陷有親密關系，在進展評判時，通常采用寬深比。我國實測資料闡明44： D1/H0, D3/H01.2-1.4時，地表達超充分采動。 式中D1，D3為采空區沿傾向和走向的實踐長度；H0為采場深度。 3.1.3穩定性分析 ！目前有關采礦塌陷穩定性計算方法，根本上還是參照巖溶塌陷穩定性計算公式，而對巖溶塌陷穩定性進展械模擬計算主要有以下四種有

53、代表性的公式： 1、坍塌極限平衡法 主要適用于橢圓或近圓形，且土洞跨度大，其頂板的平衡條件公式是： 3-1式中，H0頂板臨界厚度 D巷道、采空區跨度 側壓力系數 頂板巖土體內摩擦角 3、解構力近似分析法 對于比較完好的微風化鞏固巖石組成的洞隙頂板，按板梁受力情況，其受力情況，其受力彎矩按以下情況計算，假設支座和頂坂巖石均較完好、裂隙膠結良好時，按兩端固定梁計算： 06Mhb 3-3 式中：M為彎矩， 212M ql q為頂坂所受總荷載kN/m l為洞隙跨度(m) b為梁板寬度m 為抗彎強度kPa 4、頂板坍塌堵塞法 對于頂板較破碎的洞隙、土洞頂板，在洞內無水流搬運遷移的情況下，冒落后其體積松脹

54、，當坍塌到一定高度時，洞體將被完全堵塞，此時可以為洞體空間已被支撐，已不再向上擴展。其所需的平安臨界高度可經過下式估算： 101hhK 3-4 式中：K巖土松脹系數。 由于擬治理區1#號礦體自1998年閉坑停采至今已有十余年歷史，根據現場調查、走訪以及其它礦山已有閱歷可以預測：90 年代采坑根本都曾經發生塌陷且號塌陷區主沉降變形與地面塌陷已趨根本穩定。但由于該塌陷區及周圍民采活動從未延續，地表、地下亂采亂挖景象嚴重。在礦體下部又構成新的小型采空區，假設不嚴加整治，不合理的開挖仍會進一步誘發小范圍的地表塌陷與地裂痕，并對該塌陷區已有危巖體及邊坡構成極不利影響，甚至會釀成嚴重的災禍事故后果。 3.

55、2危巖體崩塌 目前礦區共發育危巖體災禍點三處，分別位于1#、2#、3#號礦體塌陷區北側陡崖處。其中號塌陷區危巖體分布標高范圍約140m175m，崩塌體長30m左右，寬約20m，危巖體總方量約20000m3，其破壞方式為崩塌，主崩方向約235。如圖3-5所示。危巖體地層巖性為二疊系中厚層灰巖，目前處于不穩定形狀。 該區危巖體已發生多次崩塌景象，危巖體崩塌后直接滾落至號塌陷坑坑底或堆積于坡體的緩坡地帶，但受號塌陷坑南幫穩定巖壁攔擋、圍護作用控制，崩塌物均被攔截于號塌陷坑內，對附近居戶的生命財富以及坡下礦區公路不會構成明顯影響，但對附近的民采點以及進入該塌陷區的人畜會構成艱苦要挾。 3.2.1成因機

56、制 危巖體發育是由內外部要素共同作用的結果。內因條件主要有巖膂力學參數、巖體構造等內部裂隙開展程度，外部要素主要包括巖體所在地形、水體下滲、人類活動開挖、爆破、地震力等。其中巖性、巖體構造、地形是危巖體構成的根本物質條件，而人類活動、地下水和地震是危巖體崩落的主要誘因。擬治理1#崩陷區的危巖體主要是由于危巖體前部由于采礦構成采空區，前部臨空，失去支撐，巖體完好性降低，后部張應力超越其抗拉強度構成卸荷張拉裂痕，外加頂部植被被嚴重破壞，后張裂隙內根本無充填物。雨季地表水直接回灌入裂隙，一方面增長了下滑力，再者裂隙之間接觸面被水浸泡光滑，進一步惡化了危巖體的穩定性。當塌陷區繼續沉降、變形或遭遇爆破震

57、動、地震等不利外部環境條件時，已存在高陡臨空面的危巖體就會沿巖體中原有裂縫、裂隙面向臨空方向進一步擴展與加深，直至失穩崩塌破壞。 3.2.2失穩方式 危巖體的失穩方式即危巖體的破壞方式，由于其遭到危巖體詳細位置、幾何特征、構造特征及邊境條件等形狀參數等影響。所以在確定失穩方式之前必須現場調查清楚其幾何特征、巖體構造特征、臨空條件、邊境構造面特別是后緣主控構造面方位、組合關系。只需這些要素一量確定，危巖體的失穩方式也就可以定下來了，進而也就可以很方便的為危巖體的穩定性評價和防治提供可靠的根據。根據危巖體的構造及形狀特征，劉衛國45與林富材46將危巖體的失穩方式分為：懸掛式、貼坡式、傾倒式、楔塊式

58、、脆弱基座式、砌塊式和孤立式等七種根本類型，其表示圖如以下圖所示。 懸掛式 貼坡式 傾倒式 楔塊式 脆弱基座式 砌塊式 孤立式 圖3-6 危巖體失穩方式分類 Fig 3-6 The damaging patterns of unstable rocmass 3.2.3穩定性分析 危巖體的評價預測方法可歸結為兩大類：定性分析和定量計算方法。定性分析法包括工程地質對比法、圖解法和過程機制分析法。定量計算法包括：靜力解析法、數值模擬計算和可靠度分析法。每種方法都有各自的假設條件和所需力學參數，工程中運用最廣的還是靜力解析法。下面采用靜力分析法對擬治理塌陷區進展危巖體穩定性分析。 在分析能夠崩塌體及落

59、石受力條件的根底上，用“塊體平衡實際計算其穩定性。計算時應思索當地地震力、風力、爆破力、地面水和地下水沖刷力以及冰凍力的影響47。靜力解析法的根本假設如下46： 1在危巖體變形開展過程中，特別是在破壞失穩以前，視危巖體為剛體； 2把危巖體復雜的空間運動問題，簡化為平面問題，即取單位寬度的危巖體進展力學分析； 3危巖體兩側和穩定坡體之間，以及各部分危巖體之間均無摩擦力。 分析中思索的荷載類型主要有： 1危巖自重 危巖自重是危巖體應力場的根本構成部分。作為下滑力的直接來源，其值的計算對穩定性的分析至關重要，計算公式如下式所示，但是對于危巖體的重度取值主要是經過工況來選擇的，假設危巖體烈隙發育或處下

60、雨季水源豐富地域，那么應思索選用飽和重度。假設是巖體構造性完好、浸透率很小，水體對自重的影響可不思索。 2裂隙水壓力 多數危巖體失穩案例皆發生在暴雨季節闡明，水壓是要挾危巖的最敏感要素，降雨產生了不利于危巖體穩定的裂隙水壓力，裂痕所受拉應力也會急劇升高，裂隙水壓力越大，危巖體主控構造面損傷斷擴展就越大，裂隙寬度及長度都會增大48。分析過程中要得到裂隙中的水頭分布需求詳盡的地勘資料，在地勘資料缺乏的情況下，粗略估計天然形狀取三分之一裂隙水柱高，暴雨期間取三分之二裂隙水柱高49。 3地震力 由于危巖失穩對地震荷載的敏感性，地震程度力直接作為下滑力嚴重影響危巖穩定性，因此必需思索地震力的作用。地震對