（地质工程专业论文）广西铜坑矿区地质灾害危险性评价及其防治对策研究.pdf

辛 厂。 g e o l o g i c a lh a z a r d s r i s ka s s e s s m e n ta n dt r e a t m e n t c o n t e r m e a s u r e si ng u a n g x it o n g k e n gm i n i n ga r e a m a jo r ：g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g d i r e c t i o no fs t u d y ：g e o l o g i c a ld i s a s t e r s g r a d u a t es t u d e n t ：z h a oy a n s u p e r v i s o r - p r o f m i n g f a n g z h o u c i v i le n g i n e e r i n gd e p a r t m e n t g u i l i nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y a p r i l ，2 0 0 9t oa p r i l ，2 010 2 m 2 147 洲0 17im 1y 、 每 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ：弛 签字日期： 垒l q 6 j 易 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借 阅。本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国 科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过 网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：苏秽 签字日期：洳1q 午b 月l b 日 3 导师签字： f 司巾+ 豸 签字日期：沙l0 年( 7 月玉日 ，蠢 摘要 广西铜坑矿区由于长时间受到大规模的开山采矿，地质环境受到严重破坏， 导致大面积采空区地面塌陷、滑坡、崩塌、岩溶地面塌陷等地质灾害的产生，造 成了巨大的经济损失，严重地制约着矿区持续协调发展。地质灾害危险性评价是 地质灾害研究的核心问题，因此，建立科学有效的地质灾害危险性评价体系，对 矿区地质灾害的防治和生态环境保护具有重要的科学意义和应用价值。 本文在野外综合地质调查的基础上，对广西铜坑矿区的环境地质条件、地质 灾害的类型、分布特征及影响因素等进行了分析研究，选用灾害分布密度、岩土 体性质和结构、地形坡度、植被覆盖率、人为活动强度、岩溶发育程度、覆盖层 厚度和性质、地下水变幅、构造、覆岩岩性特征、开采深度和开采厚度、采空区 面积、开采方法等1 9 个影响因子，分成6 个子系统，运用模糊综合评价理论， 建立了铜坑矿区地质灾害危险性多因子评价模型。提出了地质灾害危险性指标， 并采用专家经验和比例评分相结合等方法，确定了评判过程中所需要的各权重 集，从而实现了铜坑矿区地质灾害危险性的定量分析。本文将研究区分为4 7 个 评价单元，按单元进行地质灾害危险性评价，分为危险性高、中、小、微四个级 别，并根据评判结果对研究区提出相应的防治对策。 关键词：地质灾害；危险性评价；模糊综合评判；防治对策；铜坑矿区 一 a b s t r a c t b e c a u s eo ft h el o n gt i m ea n dl a r g e s c a l em i n i n g ，t h eg e o l o g i c a le n v i r o n m e n to ft o n g k e n g m i n i n ga r e ai ss e r i o u s l yd a m a g e d 。a n dg e o l o g i c a lh a z a r d ss u c ha sl a r g e s c a l eg o a fg r o u n dc o l l a p s e ， k a r s tc o l l a p s e ，l a n d s l i d e ，c o l l a p s eg e o l o g i c a lh a z a r d sh a v ec a u s e d l a r g e s c a l em i n i n ga l s or e s u l t i ne n o r m o u se c o n o m i cl o s s w h i c ha l lp u ts e r i o u st h r e a t st ot h es u s t a i n a b l ea n dh a r m o n i c d e v e l o p m e n to ft h em i n i n ga r e a t h eg e o l o g yd i s a s t e rr i s ke v a l u a t i o ni st h ec o r ep r o b l e mo ft h e g e o l o g yd i s a s t e rr e s e a r c h , t h e r e f o r e ，i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ea n da p p l i c a t i o nv a l u et ob u i l da s c i e n t i f i ca n de f f e c t i v er i s ke v a l u a t i o ns y s t e mo ng e o l o g i c a lh a z a r d s o nt h eb a s i so fo u t s i t ei n s p e c t i o n ，t h ea u t h o re x p a t i a t e st h er e g i o n a le n v i r o n m e n t a lg e o l o g y a n ds u m m a r i e st h eg e o l o g i c a ld i s a s t e rt y p e ，d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i z a t i o na n df a c t o ro fa f f e c ti nt h e t o n g k e n gm i n i n ga r e a t h er i s ko ft h eg e o l o g i c a lh a z a r de v a l u a t i o ns y s t e ma n dt h ee v a l u a t i o n m o d e lw e r ee s t a b l i s h e dw h i c hw a sb a s e do nt h e19f a c t o r si n c l u d i n gd e n s i t yo f g e o l o g i c a ld i s a s t e r , r o c k - s o i lc h a r a c t e r i s t i ca n ds t r u c t u r e ，t h eg r a d i e n to f t h el a n d f o r m ，t h er a t i oo f t h ev e g e t a t i o nc o v e r m a n k i n d l i v i n g a n d b u i l d i n ga c t i v i t i e s ，k a r s t i f i c a t i o nl e v e l ，s t r u c t u r ea n dp r o p e r t y o f s o i l ，v a r i a t i o n a ld e g r e e o fg r o u n d w a t e r , g e o l o g i cs t r u c t u r e c o n d i t i o n ，m i n i n gd e p t h a n d t h i c k n e s s ，g o a la r e aa n dm i n i n gm e t h o de t c i tw e r em e r g e dt o6s u b - s y s t e m w ep r o p o s e dh a z a r d d e g r e ei n d e x , a d o p t e dp r o p o r t i o ng r a d et oa s c e r t a i nt h ew e i g h to fa s s e s s i n gi n d e xf a c t o r , t h e r e b y q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fu n d e r g r o u n dg o a fd i s a s t e rh a z a r dd e g r e ei nt o n g k e n gm i n i n ga r e aw a s r e a l i z e d t h er e p r e s e n t a t i v ea r e ac a l lb ei n d i v d e di n t o4 7c e l l st oe v a l u a t ea n dt h er i s ko fm i n ei s d i v i d e di n t oh i g h ，m i d d l e ，l o w , t i n yf o u rg r a d e s a tl a s t ，t h ec o r r e s p o n d i n gc o n t r o lm e a s u r e sw e r e p r o p o s e da c c o r d i n gt oa c t u a la p p r a i s a lr e s u l t k e y w o r d s ：g e o l o g i c a lh a z a r d s ；r i s ka s s e s s m e n t ；f u z z ys y n t h e s i z ea s s e s s m e n t ；c o u n t e r m e a s u r e s t o n g k e n gm i n i n ga r e a i i 产 1 摘要 a b s t r a c t 第一章绪论 目录 1 1 选题依据及研究意义 1 2 国内外研究现状及趋势 1 3 本文的主要工作。 第二章研究区概况 2 1 地理位置及交通。 2 2 矿山建设规模及分布 2 3 矿体特征 2 3 1 原生矿床。 2 3 2 砂锡矿床。 第三章研究区地质环境条件。 3 1 气象水文条件 3 2 地形地貌 3 3 地层岩性 3 4 地质构造与区域地壳稳定性 3 5 岩土体工程地质特征 3 6 水文地质条件 3 7 人类工程活动对地质环境的影响 第四章研究区地质灾害发育现状及成因分析。 4 1 崩塌、滑坡地质灾害发育特征及成因分析 4 1 1 崩塌发育特征 4 1 2 滑坡发育特征。 4 1 3 崩塌、滑坡地质灾害成冈分析 4 2 岩溶塌陷地质灾害发育现状及成因分析 4 2 1 岩溶塌陷发育特征 4 2 2 岩溶塌陷地质灾害成冈分析 4 3 采空区地面塌陷地质灾害发育现状及成因分析 4 3 1 采空区地面塌陷发育特征。 4 3 2 采空区地面塌陷地质灾害成因分析。 第五章研究区地质灾害危险性的模糊综合评判 5 1 地质灾害危险性评价方法的选取 5 2 地质灾害危险性评价因子系统的建立和说明 5 3 地质灾害危险性模糊综合评判程式。 5 4 地质灾害危险性模糊综合评判结果。 5 5 地质灾害危险性评判结果分析及分区评价 第六章研究区地质灾害综合防治对策研究 6 1 矿山地质灾害综合防治的基本思想和原则。4 8 6 2 研究区地质灾害监测预警系统建设4 8 6 3 研究区地质灾害具体防治对策4 9 6 3 1 崩塌、滑坡。4 9 6 3 2 岩溶地面塌陷5 0 6 3 3 采空区地面塌陷 。5 0 6 3 4 尾矿库。5 0 6 3 5 群测群防。5l 6 4 地质灾害防治与生态恢复相结合5 l 第七章结论与认识 7 1 主要结论5 2 7 2 问题及建议5 3 致谢 参考文献 个人简历 附录 附图一研究区地质灾害分布图 附图二研究区地质灾害危险性等级分区图 i i 5 5 5 8 i 吣 梓林理j 1 ：人学硕十学位论文 第一章绪论弟一早 三百下匕 1 1 选题依据及研究意义 所谓地质灾害，是指在自然地质作用和人为活动影响下，所发生的使生态环 境遭受破坏，从而导致人类生命和物质财富遭受损失的灾害事件【l 5 】。矿山地质 灾害是地质灾害的一个分支，是人类开采矿山而直接诱发的人为地质灾害。我国 是采矿大国，开采技术和设备相对落后，导致矿山环境不断恶化。矿产资源的开 采在支持国家经济建设、改善人民物质生活并提供足够资源的同时，其工程活动 也引发了一系列的矿区地质灾害和地质环境问题，较突出的地质灾害有采空区塌 陷、崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷、水土流失等，我国在地质环境方面面临着 严峻的挑战。采矿对矿山地质环境的影响，产生环境地质效应，引起矿山地质环 境改变，诱发、加剧不良地质体转化为地质灾害，亦可诱发新的地质灾害，最终 威胁或危害矿山地面保护对象，不断提高对矿山地质灾害的认识，有计划地进行 矿山地质灾害危险性评价工作，最大限度减轻其危害，已成为当前一项重要的任 务。 地质灾害危险性是表征地质灾害活动程度的标志，是一个地区在一定时期内 地质灾害活动水平的综合反映，包括该地区在某时期内可能发生的地质灾害的种 类、密度、规模、频次，以及可能产生的危害范围与危害程度的综合概括，灾害 点危险性分析具有非常现实的意义【l 4 6 ，1 7 】：认识灾害活动的发展阶段，预测未来 灾害活动程度，为决策是否需要防治以及采取什么措施进行防治提供直接依据。 9 0 年代以来，我国每年灾害造成的直接经济损失高达数百亿元至数千亿元，造 成数千至1 万人的死亡。随着灾种的增多、灾率的增加、灾度的加重，灾害危 害的严重性已成为制约我国可持续发展的重要因素之一。建立灾害评价系统、组 织行之有效的减灾已刻不容缓。 矿山地质灾害危险性评价是一项起点高、创新性强、难度大和操作性强的新 型技术工作，需要在实践中逐步探索和完善。这项工作在发现矿山潜伏重大地质 灾害问题，为矿区提供防治地质灾害的措施和建议，指导矿山安全运营，为进一 步治理、整顿矿产资源管理秩序提供科学依据及对防治重大地质灾害等方面具有 十分重要的现实意义和历史意义。 本题目来源于桂林矿产地质研究院承担广西铜坑矿山地质灾害危险性评估 项目。由于矿区长期以来对地下资源的开采及其他人类工程活动的影响，矿区各 类地质灾害事件频繁发生，矿区环境质量急剧恶化。各类地质灾害正日趋严重地 威胁着矿区的安全与发展，并已造成了巨大经济损失。因此，建立科学有效的地 1 桂林理j f 人学硕十学位论文 质灾害评价系统，具有十分重要的理论意义和现实意义。 1 2 国内外研究现状及趋势 国内外对灾害的研究历史非常久远，但将灾害评估作为灾害研究领域中的一 项新内容，仅是近几十年来随着灾害损失的日益严重和相关学科理论与技术的迅 速发展而兴起的。 二十世纪6 0 年代以前，地质灾害研究主要局限于地质灾害机理及预测研究， 重点调查分析地质灾害形成条件与活动过程。地质灾害研究开始突破传统模式， 尝试进行地质灾害定量化评价，最初始于美欧发达国家，如美国首先对加州的滑 坡等1 0 项灾害进行了危险性评估，该项工作于1 9 6 9 年由土地保护部( c o n s e r v a t i o nd e p a r t m e n t ) 提出，由该部的矿山地质处执行【2 1 。r a d b r u c h h a l l 等开展 了全美大陆1 ：7 5 0 万比例尺滑坡灾害评价图的研绘工作，该研究开创了地质灾害 定量评价的先河i 引。自2 0 世纪9 0 年代以来，v a nd i j k e 等人基于g i s 对山 区地质灾害进行分析，在数据采集和整理方面开展了大量工作，建立了一套完整 的数据库，并开发了地质灾害分析评价模型【9 】。印度r o o r k e e 大学基于多源数据 集，引入滑坡危险性系数( l n r f ) ，对喜马拉雅山麓r a m g a n g ac a t c h m e n t 地区 进行了滑坡灾害危险性分带，得到了滑坡灾害危险性分区图，奠定了滑坡灾害危 险性定量评价的基础【l o 】。ak p a c h a u r i 等人对喜马拉雅g a r h w a l 地区进行滑坡 分区制图时，尝试在地形分类的基础上进行滑坡易发性制图，提供了一个基于地 质学和地形学的滑坡制图的实例【1 1 1 。a l e o t t i 和c h o w d h u r y 曾撰文总结回顾了近 年来地质灾害危险性评价和风险评价领域的研究进展，对主要的危险性评价方法 进行了分类，并特别论及了可接受风险水平等相关的问题【1 2 l 。许多国家的政府和 学者对国际减灾活动的积极响应，使灾害研究空前发展。具体表现为：研究机构 和人员不断壮大，灾害学术刊物不断增加，专业会议频频召开，灾害研究领域迅 速扩大，人类对灾害的认识不断丰富和深化1 2 弓2 6 2 9 1 。 中国是世界上地质灾害最严重的国家之一，灾种类型多、发生频率高、分布 地域广、灾害损失大1 1 4 】。但我国地质灾害危险性评价研究在时间上却明显晚于 国外。在8 0 年代以前，地质灾害研究仍局限于对灾害分布规律、形成机理、趋 势预测等方面的分析，基本依附于水文地质、工程地质和有关的研究工作。单灾 种危险性评价研究一直停留在铁路、公路沿线以及其他工程建设区崩塌、滑坡和 泥石流灾害危险性定性分析阶段1 1 5 1 。 在2 0 世纪9 0 年代以后，数理知识在地学中的应用向纵横方向发展，各学 科的穿插渗透，评价方法逐渐趋于定量化综合评价。地质灾害危险性分析与评价 研究正由传统的定性描述阶段向定量化发展。这一特点不仅表现在评价结果的表 、。 桂林理t 大学硕士学位论文 达方式是以数字化形式，更重要的是建立了一些高精度的物理和数学模型，使得评 价精度不断地提高。特别是随着模糊数学理论的发展，给地质灾害危险性定量综 合评价产生了新的飞跃。模糊逻辑、模糊数学综合评判、模糊因子分析、模糊模 式识别、模糊主成分分析等方法的广泛应用，使得更精确地刻画地质环境质量特 征成为可能【l “l s 。 经过几十年的发展，包括灾情评估在内的我国地质灾害的研究在理论和实践 方面都取得了丰富成果，尽管尚未形成独立的学科体系，但同世界同类研究相比， 许多内容已居于国际领先水平【2 】。尤其近十多年来，地质灾害风险性评价研究较 多。包括地质灾害危险性、易损性、风险性评价的涵义、对象、方法、预测、控 制、管理等等，既有点评价，也有面评价【l9 1 。如殷坤龙提出建立滑坡发生的随即 函数来表征滑坡的危险度，并以此对重庆市中区进行滑坡区划【2 0 1 ；刘希林等一些 学者在泥石流风险性评价模型，四川省泥石流风险性评价等方面都作过深入研究 2 1 1 ；张梁等则指出：地质灾害灾情评估分为灾前预评估、灾期跟踪评估和灾后总 结评估三种类型f 2 2 】。张业成、张梁等针对我国崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等 灾害，建立了地质灾害危险性指数评价模型和危险性评价分析模型，在对中国近 4 0 年地质灾害灾情分析的基础上，运用层次分析法( a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ) 分析评价了中国地质灾害的危害程度，进行了全国范围的危险性区划，并研绘了 地质灾害强度分布图和区划图1 2 1 。殷坤龙、晏同珍等对滑坡灾害危险性和斜坡不 稳定性的空间预测与区划进行了系统的研究，先后提出了定量评价的信息分析模 型、多因素回归模型、判别模型等，并对秦巴山区和三峡库区滑坡灾害进行了危 险性分析与区划【2 0 】，除此之外，其他学者如柳源、张春山、马寅生等也运用专家 打分、模糊综合评价和危险性指数、定量评价的信息分析模型、多因素回归分析 模型、判别分析模型等多种方法对这一领域进行了研究 2 4 2 5 1 。所有这些，不仅为 地质灾害的防治提供了科学依据，同时也从理论上和实践上为地质灾害危险性评 价提供了经验。 由于减灾发展的需要和社会对灾情评估认识的提高，今后地质灾害灾情评估 将得到进一步的发展。其基本趋势是从历史与现状分析趋向预测与研究相结合； 从个性分析趋向个性与区域研究相结合；从定性分析趋向定量化评价；从单要素 分析趋向综合要素评价；从传统的调查统计和手工制图走向以技术为核心的模型 化评价与计算机制图，并向网络技术化发展。地质灾害危险性评价目前成为国内 外灾害科学研究的热点之一，也是灾害预测预报和减灾防灾工作的主要内容。 1 3 本文的主要工作 本论文研究广西铜坑矿山地质灾害危险性及其防治对策，所涉及的研究内容 、 幸林理丁大学硕十学位论文 主要有以下几个方面： ( 1 ) 在野外勘查的基础上，对研究区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文 地质条件、岩土体工程地质类型及特征以及人类工程活动对地质环境的影响和破 坏等环境地质条件做了详尽的调查。 ( 2 ) 分析研究区地质灾害的类型、发育特征、稳定状态、分布特点、形成和影 响因素、危害程度等等，深入认识地质灾害产生的原因及其发展趋势，为地质灾 害危险性评价奠定基础。 ( 3 ) 分析研究区地质灾害的危险性因子、构建危险性评价指标体系与数学模型， 运用模糊综合评判法对铜坑矿区地质灾害危险性进行评价和等级划分。 ( 4 ) 根据分区结果，提出相应的地质灾害防治对策。 4 桂林理工大学硕士学位论文 第二章研究区概况 2 1 地理位置及交通 柳州华锡集团有限责任公司铜坑矿区位于广西河池市南丹县大厂镇境内，隶 属大厂镇管辖( 部分矿山建设工程隶属车河镇管辖) 。矿区地理坐标：东经1 0 7 。3 3 5 2 ”- - 一，4 1 4 5 t t 北纬2 4 。4 8 1 9 ”5 2 5 3 。西部出海大通道六寨水任二级公路 黔桂公路2 1 0 国道衔接，北通贵阳；矿区北距南丹县城约5 0 k i n ，东距河池市区 9 0 k m ，往南经2 3 k i n 公路到车河镇后有二级公路、高速公路直通柳州市和广西首 府南宁市，距柳州市2 8 0 公里，南距南宁市约3 1 0 k m ，矿区交通比较方便( 详见 图2 1 ) 。 图2 1 铜坑矿区交通位置图 2 2 矿山建设规模及分布 柳州华锡集团有限责任公司( 原大厂矿务局) 是国家特大型企业，1 9 9 4 年 被国家列为全国1 0 0 户建立现代企业制度试点单位之一，1 9 9 7 年被确定为国家 重点支持的5 1 2 户重点企业之一。根据采矿证，铜坑矿区由3 2 个拐点圈定，研 究区总面积约1 2 4 k m 2 ，矿山建设有长坡选厂；尾矿库有鲁塘尾矿库、长坡尾矿 库、黑水沟尾矿库；废石场一个。矿区建设用地拐点编号及位置关系如图2 2 。 5 桂林理工大学硕七学位论文 tv 毫区- 聊睁棚 - - ，i h 。体魁i - 雹墨艺曾蚺 ，卫 废石场 铜坑区范围 、d tj x 、知埘、力弋烈上f ky矿 懂裂孓剥l t _ t 1 、，l h 、 、 、【! 一 长坡区范围 、_ 、莎嫩、，堪、妒- 督 错、万 蒙 口争、 溅淫 毫f库、 挎 今耵 矗 ? 口 歹鲁、渺锋加 簦、灞7 呔 “ 曹一 口 黔豫， 图一 囤肿 囱r 解一 网辅 w- 图2 - 2 矿区建设用地拐点编号及位置关系示意图 2 3 矿体特征 2 3 1 原生矿床 长坡铜坑矿床是大厂矿田中最重要的多金属矿床之一，矿体多系赋存在泥 灰岩、扁豆灰岩、条带状灰岩和硅质岩中之盲矿体，较少出露地表，其分布多在 大厂背斜构造的东翼，形成一个长达2 7 0 0 m ，宽达1 6 0 0 m ，延深近9 0 0 m 的大矿 化带。从上至下主要矿体分布为长坡一铜坑矿床节理脉、细脉带、9 1 号、9 2 号 锡锌矿体、黑水沟一大树脚矿床深部9 4 、9 5 、9 6 、2 8 2 号锌铜矿体和锡锌矿体。 脉状矿体的产状为：走向2 0 - 5 5 。，倾向南东，倾角6 5 - - 8 5 。左右。层状和似 6 - 桂林理工大学硕士学位论文 层状矿体总体产状为：走向近东西，倾向北，倾角1 0 , - - , 3 0 。主要矿体分布位 置、特征如图2 - - 3 ，表2 一l 。 c 2 2 一石炭系中统黄龙组白云质灰岩c 2 1 一石炭系中统黄龙组燧石条带灰岩 c 。一石炭系下统寺门组石英砂岩d 3 3 一泥盆系上统同车江组灰岩、页岩 功2 一泥盆系上统五指山组扁豆状、条带状灰岩d 3 1 一泥盆系上统榴江组硅质岩 d 2 2 一泥盆系中统罗富组泥灰岩、泥岩d 2 一泥盆系中统罗富组礁灰岩 6l i ，b _ 闪长玢岩y 扎；3 c 一花岗斑岩l 一地层界线2 一不整合地层界线 3 一背斜轴4 - - 倒转背斜轴5 - - 向斜轴6 一正断层7 - - 逆断层8 一矿体及编号 图2 3 长坡一铜坑、黑水沟一大树脚矿床平面分布简图 7 譬荦蠹 粤梧 掣姆 薰耋 照除孓翎? 峰 h 熏鎏篓 蒌耄蓁蓦 髂斌螺 舞* 蜡昌嚣 烛 馁 箍 堆导 k 昶 审壤 导 窿酞 摹蔓 艇状 蘧翠； 烛 筐 赇 婚 赵 疑 硎 暴 星蓊 非目 旗 1 鳝 靶。 羹霉 露螺 * 捌 啡熙 划 1 谣 j 磐岳 _ n 喀 长工 l 镬一哥翎 餐i 复埋 囊望寒喜 厘皇 琵 窝 趟 状 翻 l 七| e ， 鞋g 长烈帐杈 矧 锭饕羹乏 萋萋囊 | 耋 。野 躔 默恹。 薹翥 津 毽瞪葚 簸 g 雀b 箍孳髓 蘸篷到 粒艇卜求ko 嚣巡 餐溪g嘤 萋蓬r 蹭蔗l 舞 半k 趔k 怪 * $捂等 凶g 妊箍 烛冀蠢垂 篓整螽违 梏钕爿蕾捂 一拦 耳j 箍o蠹 恬耋粕 挺缨 篓烈囊 镁 誓荤垂 b 烈g k 螺 挂鞋描太饪卜蠹妊口g一蕊世佃 梏黎爨戳z 亲越戳二 1 2 m 。研究区内的岩溶塌陷具有以下特征： 表伯岩溶塌陷地质灾害发育特征表 形态 编号鬲磊 规模 长轴短轴深度 ( m ) ( m ) ( m ) 篓憩警鎏 主要特征 方位单元 - l 5 阻 研究区鲁塘岩溶洼地南部库的底部发育着地下河，地下水位季节性变化剧 烈，雨季地下河水位急剧上升，在岩溶管道内产生空气压缩，并引起冲爆作用， 雨季过后地下水位又迅速下降，岩溶管道又产生负压引起潜蚀、吸蚀作用，在冲 爆与潜蚀、吸蚀共同作用下，岩溶管道顶部岩土薄弱部位产生塌落，形成地面塌 陷，其规模相对较小。本次调查访问的t y l 号塌陷点，便是最为典型代表。该塌 陷发育在鲁塘尾矿库东南角，出露基岩主要是厚层块状坚硬灰岩，上覆第四系厚 只有o 5 h ，局部裸露基岩。由于受n w 向逆断层( f 3 ) 和e w 向逆断层( f 1 0 ) 交 会影响，在该地段发育鲁塘沙沟风和洞地下河系统。据调查，在1 9 9 9 年4 月中旬，当年初次暴雨过后，由于地下水随地下河迅速下降，再加上附近采石爆 破震动，在此处发生塌陷，塌陷直径约g m 左右，深度 1 5 m ，将尾矿库中的蓄 水迅速排干。此塌陷现已被填埋堵塞，地面只剩下一个直径约1 5 m 的落水洞。 总的来说，研究区岩溶地面塌陷具有以下发育分布规律： l 、空间上，主要发育于在地下水与地表水交汇场所( 落水洞附近) 及地下水 强迳流地段，这些地区下伏基岩地下河发育。 桂林理工大学硕士学位论文 2 、时间上，多发生在洪水季节，特别是地下水位速升速降时段。 3 、规模上，均为小型，直径在3 一- 1 0 m ，深度一般大于1 2m 。 4 、成因上，其成因机制以地下水潜蚀为主，真空吸蚀、振动也起到一定致 塌作用。 图4 - 1 1沙沟一洪塘落水洞 4 2 2 岩溶塌陷地质灾害成因分析 岩溶塌陷是地面变形灾害的一种。它是指覆盖在溶蚀洞穴之上的松散土体， 在外动力或人为因素作用下产生的突发性地面变形破坏，是岩溶发育到一定阶段 的产物，它是多种因素综合作用的结果【l 3 】。根据野外地质调查和分析，研究区 内的崩塌、滑坡的成因主要包括以下5 个方面3 2 , 3 3 , 5 4 】： l 、岩溶发育程度：可溶岩的存在是岩溶塌陷形成的最根本物质基础，岩溶 发育程度则是决定岩溶塌陷的直接因素。研究区鲁塘及洪塘尾矿库属覆盖型岩溶 区，其下伏基岩中的石炭系灰岩为可溶性的碳酸盐岩，浅层岩溶强发育，存在地 下河等，这一方面造成岩体结构的不完整，形成局部的不稳定，另一方面为容纳 溶蚀陷落物质和地下水的强烈活动提供了充分条件。 2 、构造条件：研究区位大地构造上属广西山字型前弧西翼中段，主要由丹 池褶断带组成，在研究区及附近丹池褶断带由一系列西北向及北北西的褶皱和断 裂组成为岩溶塌陷发育提供了有利的条件。 3 、覆盖层的厚度、结构和性质：发生于覆盖型岩溶分布区的塌陷与覆盖层 岩土体的厚度、结构和性质存在着密切的关系，而且由于覆盖层情况还影响了地 下水活动，对岩溶塌陷也产生一定影响，因此覆盖层是影响岩溶塌陷的重要因素。 覆盖层厚度对岩溶塌陷具有决定性作用，厚度小于1 0m 塌陷发生几率最大， 1 0 - - 3 0m 也可发生部分塌陷，3 0m 以上只有零星塌陷发生【旧。此外，覆盖层岩 性结构对岩溶塌陷的影响表现为颗粒均一的砂性土最容易产生塌陷；层状非均质 土、均的粘性土等发育塌陷的机会较少。当覆盖层中有土洞发育时，更易发生 塌陷。研究区第四系覆盖层主要由粉质粘土等非均质土组成，但厚度普遍小于 2 8 桂林理工大学硕士学位论文 1 0 m ，且地面可见洼地、落水洞、溶沟、溶井、溶隙、塌陷、地下河天窗及出口； 地下有地下河、溶洞、溶隙等，使岩溶塌陷的发生成为可能。 4 、地下水位的影响：地下水位升降，引起地下岩溶空间与土洞空腔正负压 力变化，封闭较好的地下岩溶空间、土洞空腔在地下水位上升时，其中的气体受 正压，可形成高压气团，可对周围岩土体产生正压力，引起破坏土体，诱发塌陷。 当地下水位大幅度下降时，由于地下水的重力作用，使地下岩溶空间及土洞空腔 内形成半真空或真空状态，从而形成负压，对四周岩上体产生吸蚀作用，加速土 洞形成与发展，诱发地面塌陷。研究区岩溶发育，降雨量充沛，地下水位动态主 要受降雨量控制，地下水对降雨反应灵敏，水位呈现季节性周期变化。地下水位 长期升降变化，可以改变土体状态、改变粘性土稠度状态、改变地下水对岩土体 的浮托力、引起地下岩溶与土洞空间的正负压力作用，从而在土层中形成土洞， 并使之不断发展扩大，最终与其它因素联合作用导致塌陷的产生 5 、人为活动的影响：人为活动对研究区内岩溶塌陷的影响主要表现为灌溉 渗漏和不均匀抽取地下水等，这些活动导致地下水水动力条件发生急剧变化，使 岩土体平衡状态遭到严重破坏，从而引发岩溶塌陷。 4 3 采空区地面塌陷地质灾害发育现状及成因分析 4 3 1 采空区地面塌陷发育特征 研究区内空区地发育采面塌陷4 处，采空区地面塌陷群1 处，主要分布于分 布于细脉带矿体地表的酸水湾地区，铜坑矿区t q l 及t k l 的特征、规模、 现状评估、防治措施详见表4 _ 4 。 表4 - 4 采空区地面塌陷地质灾害发育特征表 形态规模( 影响范围) 长 编号 长轴短轴深度 轴地貌 平面剖面 方单元 主要特征 ( m ) ( m )( m )位 位于铜坑区酸水湾，目前矿区地表形成条带形塌陷 坑群面积为5 5 万m 2 ，塌陷坑深度1 0 6 0 m ，地表 条带 1 0 - 6 中低塌陷影响范围为o 9 k m 2 ，塌陷量约1 9 0 万1 3 1 5 。，塌 t q l 井状 山地陷范围内民采、非法开采活动猖獗，乱采窿道、临 形o 貌区时小选厂分布密集。塌陷群为多个塌陷坑受人为破 坏相互贯通形成，塌陷影响范周内发现地裂缝数十 处，引发塌陷区周边山坡次生崩塌、滑坡近十处。 椭圆 4 5 位于长坡区节理脉和细脉带开采地段地表，开采地 t k l 坛状1 3 08 8 5 1 0 o 表允许陷落，塌陷影响范围内地裂缝数十处，塌陷 形 范围内民采、非法开采活动猖獗，乱采窿道、临时 小选厂分布密集，对采空区稳定影响较大。 椭圆 3 1 5 t l ( 2 坛状4 33 53 5 o 形 桂林理工大学硕士学位论文 椭圆 1 1 0坛状 4 63 33 5o 。 形 椭圆 1 5 1 1 “ 坛状 3 82 4 3 5 o 形 孵矽一三二二1 7 纠，、一：了瓷 _ 鹏，“4 “ 。7 。 ”。、一一7 、盈 黔，+ ，k翟 一。乏，羔曼兰溺 图4 - 1 3 采空区地面塌陷t k l 桂林理工人学硕十学位论文 4 3 2 采空区地面塌陷地质灾害成因分析 当地下矿层被开采出来之后，采空区的顶板岩层在自重应力和其上覆岩层的 压力作用下，产生向下的弯曲和移动，当顶板岩层内部所形成的拉张应力超过该 岩层的抗拉强度极限时，直接顶板首先发生断裂和破碎并相继冒落，接着上覆岩 层相继向下弯曲、移动进而发生断裂和错层，随着采矿工作向i ； 推进采矿影响的 岩层范围也不断扩大，当矿层开采的范围扩大到某一时刻，在地表就会形成一个 比采空区大得多的塌陷盆地，从而形成破坏。根据野外地质调查和分析，研究区 内的采空区地面塌陷的成因主要包括以下5 个方面1 3 7 ，5 4 j ： 1 、覆岩岩性特征：地层岩性对地面塌陷发生危险性的影响表现在地层结构 和岩性两个方面。覆岩为坚硬、中硬、软弱岩层或其互层，开采时矿层顶板随采 随落，不形成悬顶，能被冒落岩块支撑，并继续发生弯曲与变形而达地面。这时 地面产生缓慢的连续变形。如果覆岩中大部分为极坚硬岩层，矿层项板( 覆岩) 大 面积暴露，矿柱支撑强度不够时，覆岩产生切冒型变形，地面则产生突然塌陷的 非连续变形。这里的切冒型变形是指采空区达到一定面积后，其上方的厚层状极 坚硬覆岩发生直达地面的一次性突然冒落。如果覆岩中均为极软弱岩层或第四纪 土层，矿层顶板( 覆岩) 即使是小面积暴露，也会在局部地方沿直线向上发生冒落， 并可直达地面。这时，地面出现漏斗型塌陷坑。如果覆岩中仅在定位置上存在 厚层状极坚硬岩层，矿层顶板( 覆岩) 局部或大面积暴露后发生冒落，但冒落发展 到该极坚硬岩层时便形成悬顶，不再发展到地面。这时，覆岩产生拱冒型变形， 地面产生缓慢的连续型变形。 2 、开采深度开采厚度：开采厚度对地面的沉陷过程有重要的影响。采厚越 大，冒落带、导水裂缝带高度越大，地面移动变形值也越大，移动过程表现得 越剧烈。因此移动和变形值与采厚成正比。随着采深的增加，地面各项变形值减 小。这是由于采深增加，地面移动范围增大，而地面下沉值变化不大，因此，地 面移动盆地变得平缓，各项变形值减小。可见，在其它条件相同的情况下，地面 各项变形值是与采深成反比的。当采深很大，采厚较小时，地面变形值较小，移 动变形比较平缓；当采厚较大，采深较小时，地面变形非常剧烈，有时地面将出 现大裂缝，台阶状断裂，甚至出现塌陷坑。 3 、采空区面积占总面积( ) ：采空区面积大小直接影响其稳定性和岩移活 动范围，大面积连续采空区较易垮落，岩移范围大。相邻采空区距离较近时，它们 的影响可相互助长而使危害加剧，地下采空区总量相同时，若被强度足够的矿柱 或无矿带分割、隔离，则其稳定性提高，岩移幅度减小。矿区开采三大矿体( 细脉 带、9 l 、9 2 号矿体) 历年来形成开采空区总体积达6 1 0 万r n j ，其中充填处理2 8 0 万m 3 ，崩落处理2 8 5 万m 3 ，封闭隔离采空区量4 5 万m 3 。 3 l 桂林理工大学硕士学位论文 4 、开采方法：用崩落法开采或采后用崩落围岩方法处理采空区，岩体移动一 般可得到充分发展，并比较容易发展到地表。覆岩稳固时，其崩落可能滞后于回 采，也会形成采空区为保证回采安全，要在其下保持足够厚度的崩落岩石挚层， 用充填法开采或采后充填处理采空区，能较好地控制或减小岩移幅度和剧烈程 度，其移动过程具有平缓的特点，即使岩移发展到地表，其影响范围及对地表的 破坏程度也较小，用永久矿柱支护空区时，只要围岩稳固性和矿柱强度足够，可 使采空区在较长时间内保持稳定，但当采空区范围扩大，时间过长，矿柱超载破 坏，将导致岩层大面积崩落，并可能波及到地表。本研究矿区主要采用房柱法进 行开采，房柱法开采后形成了大量采空区，随时间推移，矿柱的岩体强度下降， 采空区面积增大，造成部分矿柱因应力转移而使载荷增加，在外力作用下矿柱发 生连锁垮塌，大面积顶板在较短时间内冒落，对生产设施、人员造成危害。 5 、地质构造：一个地区断裂构造越发育，岩石越破碎，山坡岩体稳定性越 差，越容易形成地面塌陷。地质构造对地质灾害的影响，主要体现在断层以及特 殊构造体系的宏观区域控制作用上。一般情况下，断层及特殊构造体系部位的地 质灾害分布密度较大。研究区位大地构造上属广西山字型前弧西翼中段，主要由 丹池褶断带组成，在研究区及附近丹池褶断带由一系列西北向及北北西的褶皱和 断裂成为采空区地面塌陷的原因。 3 2 棒林理1 = 大学硕十学位论文 第五章研究区地质灾害危险性的模糊综合评判 地质灾害具有自然属性和社会经济属性的两重性，地质灾害的发生是自然环 境因素( 如地形地貌、地层岩性、地质构造、气象水文等) 和人类工程经济活动 共同作用的结果，其发生、发展具有随机性和不确定性的特点，这使得人们难以 准确预测和完全控制。地质灾害的对人类的危害包含“危 和“害”，即危险性 和成灾程度两个方面的基本要素 i - 5 , 3 7 1 ，其高低取决于地质灾害的活动程度，社会 经济水平和受灾体的类型。前者是地质灾害自然属性特征的体现，而后者则是地 质灾害社会经济属性特征的体现。本文主要仅对地质灾害的危险性进行研究。 地质灾害的危险性包括历史灾害危险性和潜在灾害危险性。历史灾害危险性 是指已经发生的地质灾害的活动程度，潜在灾害危险性是指具有灾害形成条件， 但尚未发生的地质灾害的可能活动程度【2 i 。由于地质灾害的发生具有持续性和继 承性，历史灾害活动强烈的地区，未来灾害活动一般仍可能有较强的危险性，而 历史灾害活动强度的要素主要表现为灾害的密度、规模和频次，这些要素决定了 历史灾害的强度。地质灾害的潜在危险性强度主要取决于地质灾害活动条件的充 分程度。从总体上说，这些条件包括地质条件、地形地貌条件、气象水文条件、 植被条件以及人类活动条件等。 5 1 地质灾害危险性评价方法的选取 受技术和方法的限制，传统的地质灾害危险性评价多采用定性分析的方法， 对研究范围内各区段进行地质灾害危险性分类定级。由于影响地质灾害的因素是 多方面的，各因素对评价目标的影响程度也不尽不同，这种评价方法并不能客观 量化地体现各区段在危险性方面的差异，从而使地质灾害危险性评价工作带有较 大的主观性【h 1 。为使评价结果更具有客观