礦山地質(zhì)環(huán)境基本知識(shí)

礦山環(huán)境學(xué)第一節(jié)礦山地面沉陷、坍陷（一）巖層移動(dòng)的有關(guān)概念煤層采出后，采空區(qū)周?chē)械膽?yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，引起應(yīng)力的重新分布，從而引起巖層的變形、破壞與移動(dòng)，并由下向上發(fā)展至地表引起地表的移動(dòng)，這一過(guò)程和現(xiàn)象稱(chēng)為巖層移動(dòng)，又稱(chēng)為開(kāi)采沉陷。有關(guān)研究提供了圖2—132所示的巖層移動(dòng)邊界圖象。這種圖形認(rèn)為，在斷裂面上任意一點(diǎn)C所處的應(yīng)力狀態(tài)均為極限狀態(tài)，即如圖2—133所示的狀態(tài)?；泼婕礊閹r層移動(dòng)的邊界。由煤層開(kāi)采后形成的采空區(qū)大多數(shù)為長(zhǎng)方形，而關(guān)鍵層的破壞因長(zhǎng)方形的角效應(yīng)影響而呈橢圓形，因而巖層與地表移動(dòng)盆地均為橢圓形，且比采空區(qū)面積要大，該剖面圖明確表示出采空區(qū)頂邊界3—4地面變形和巖層移動(dòng)側(cè)向邊界1—2，與采空區(qū)三帶（冒落、裂隙、彎曲）分布聯(lián)系在一起，即形成采空區(qū)頂板移動(dòng)完整的概念模型。圖2—132巖層移動(dòng)圖象1—滑移面；2—斷裂面；3—拉伸變形；4—壓縮變形；α—斷裂角；β—滑移角下面以地表移動(dòng)為例，介紹幾個(gè)有關(guān)巖層移動(dòng)的基本概念。1．充分采動(dòng)與非充分采動(dòng)當(dāng)采空區(qū)尺寸（長(zhǎng)度和寬度）相當(dāng)大時(shí)，地表最大下沉值達(dá)到該地質(zhì)條件下應(yīng)有的最大值，此時(shí)的采動(dòng)稱(chēng)為充分采動(dòng)。此后采空區(qū)尺寸再繼續(xù)擴(kuò)大時(shí)，地表的影響范圍相應(yīng)擴(kuò)大，但地表最大下沉值不再增加，地表移動(dòng)盆地將出現(xiàn)平底“盤(pán)狀”。將剛達(dá)到充分采動(dòng)狀態(tài)的采空區(qū)尺寸稱(chēng)為臨界開(kāi)采尺寸。如果采空區(qū)尺寸小于臨界開(kāi)圖2—133采尺寸，稱(chēng)為非充分采動(dòng)。此時(shí)，下沉盆地呈尖底“碗狀”。隨著開(kāi)采尺寸增加，地表下沉值還將繼續(xù)增大。2．移動(dòng)與變形巖層與地表移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生沿豎直方向和水平方向的位移，前者稱(chēng)為下沉（W）。后者稱(chēng)為水平移動(dòng)（u）。由圖2—134可見(jiàn)，由于地表相形分為傾斜、曲率、鄰點(diǎn)的下沉和水平移動(dòng)量是不相等的，這表明點(diǎn)與點(diǎn)之間有相對(duì)的移動(dòng)，從而引起地表變形。地表變水平變形（拉伸和壓縮），它們分別由下沉和水平移動(dòng)導(dǎo)出。（1）傾斜變形（i）。這是指相鄰點(diǎn)在豎直方向的相對(duì)移動(dòng)與兩相鄰點(diǎn)間水平距離的比值。它反映盆地沿某一方向的坡度。在圖2—134中以3、4點(diǎn)為例，示于圖—135中。i3-4＝（mm/m）傾斜變形會(huì)使地表移動(dòng)盆地內(nèi)的建筑物歪斜，特別是對(duì)底面積小而高度很大的建筑物影響較嚴(yán)重。圖2—134圖2—135（2）曲率變形（K）。這是指相鄰線(xiàn)段的傾斜差與兩線(xiàn)段中點(diǎn)間的水平距離的比值。它反映觀測(cè)線(xiàn)斷面上的彎曲程度。曲率有正、負(fù)之分，下沉曲線(xiàn)上凸為正，下凹為負(fù)。下沉曲線(xiàn)的凹凸分界點(diǎn)稱(chēng)為拐點(diǎn)。k＝（mm/m2）曲率又常以曲率半徑ρ表示，即p＝1/k曲率變形引起建筑物上附加應(yīng)力增大，一般是隨曲率半徑減小，建筑物長(zhǎng)度增大，建筑物產(chǎn)生的破壞也加大。（3）水平變形（ε）。這是指兩相鄰點(diǎn)的水平移動(dòng)差值與兩點(diǎn)間水平距離的比值。它反映相鄰兩點(diǎn)間單位長(zhǎng)度的拉伸（正）或壓縮（負(fù)）值。ε3-4＝（mm/m）水平變形是引起建筑物破壞的重要因素。特別是磚木結(jié)構(gòu)的建筑物，抗拉伸變形的能力很小，所以它在受到拉伸變形后，往往先在建筑物的薄弱部位（如門(mén)窗上方）出現(xiàn)裂縫。３.巖層移動(dòng)角地表下沉邊界（常以10mm點(diǎn)劃定）和采空區(qū)邊界的連線(xiàn)與水平線(xiàn)在煤柱一側(cè)的夾角稱(chēng)為巖層移動(dòng)角。當(dāng)有表土層存在時(shí)，應(yīng)從地表移動(dòng)邊界用松散層移動(dòng)角φ劃線(xiàn)和基巖與表土層交接面相交，以交點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線(xiàn)與水平線(xiàn)在煤柱一側(cè)的夾角稱(chēng)為巖層移動(dòng)角。根據(jù)不同斷面，移動(dòng)角分為：走向移動(dòng)角δ；下山移動(dòng)角β；上山移動(dòng)角γ。各巖層移動(dòng)角含義參見(jiàn)圖2—136。掌握具體條件下巖層移動(dòng)角參數(shù)，對(duì)巖層移動(dòng)范圍的預(yù)測(cè)和各種保護(hù)煤柱（如工廠保護(hù)煤柱、井下巷道巖移保護(hù)煤柱）的合理留設(shè)具有重要的意義。圖2—136巖層移動(dòng)角示意圖（二）巖層移動(dòng)的基本規(guī)律1．采場(chǎng)覆巖移動(dòng)破壞的分帶大量的觀測(cè)表明，采用全部垮落法管理采空區(qū)情況下，根據(jù)采空區(qū)覆巖移動(dòng)破壞程度可以分為“三帶”，即垮落帶、裂縫帶和彎曲帶（或整體移動(dòng)帶），如圖2—137（a）所示。圖2—137為不同覆巖條件下，覆巖破壞高度的實(shí)測(cè)結(jié)果。圖2-137實(shí)際測(cè)得的不同類(lèi)型覆巖開(kāi)采后的破壞情況圖2-137實(shí)際測(cè)得的不同類(lèi)型覆巖開(kāi)采后的破壞情況1——垮落帶；2——裂縫帶(a)覆巖為軟巖層；(b)覆巖為中硬巖層；(c)覆巖為堅(jiān)硬巖層（1）垮落帶。破斷后的巖塊呈不規(guī)則垮落，排列也極不整齊，松散系數(shù)比較大，一般可達(dá)1.3～1.5。但經(jīng)重新壓實(shí)后，碎脹系數(shù)可降到1.03左右。此區(qū)域與所開(kāi)采的煤層相毗連，很多情況下是由于直接頂巖層冒落后形成的。（2）裂縫帶。巖層破斷后，巖塊仍然排列整齊的區(qū)域即為裂縫帶。它位于冒落帶之上，由于排列比較整齊，因此碎脹系數(shù)較小。關(guān)鍵層破斷塊體有可能形成圖2—137（c）所示的“砌體梁”結(jié)構(gòu)?？迓鋷c裂縫帶合稱(chēng)“兩帶”，又稱(chēng)為“導(dǎo)水裂縫帶”，意指上覆巖層含水層位于“兩帶”范圍內(nèi)，將會(huì)導(dǎo)致巖體水通過(guò)巖體破斷裂縫流入采空區(qū)和采煤工作面?！皟蓭А备叨群蛶r性及煤層采高有關(guān)，覆巖巖性越堅(jiān)硬，“兩帶”高度越大。一般情況下，對(duì)于軟弱巖層，其“兩帶”高度為采高的9～12倍，中硬巖層為12～18倍，堅(jiān)硬巖層為18～28倍。準(zhǔn)確地確定“兩帶”高度，對(duì)解決水體下采煤?jiǎn)栴}及下解放層開(kāi)采瓦斯突出煤層有特別重要的意義。（3）彎曲帶。自裂縫帶頂界到地表的所有巖層稱(chēng)為彎曲帶。彎曲帶內(nèi)巖層移動(dòng)的顯著特點(diǎn)是，巖層移動(dòng)過(guò)程的連續(xù)和整體性，即裂縫帶頂界以上至地表的巖層移動(dòng)是成層地、整體性地發(fā)生的，在垂直剖面上，其上下各部分的下沉差值很小。若存在厚硬的關(guān)鍵層，則可能在彎曲帶內(nèi)出現(xiàn)離層區(qū)。（三）關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)隊(duì)巖層移動(dòng)的影響圖2—141為巖層移動(dòng)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中，曲線(xiàn)1為距煤層30m的一層關(guān)鍵層距開(kāi)眼90m處下沉量和下沉速度與工作面相對(duì)位置的關(guān)系曲線(xiàn)。曲線(xiàn)2為該層關(guān)鍵層上方82m處對(duì)應(yīng)點(diǎn)下沉量和下沉速度與工作面相對(duì)位置的關(guān)系曲線(xiàn)。由圖2—141可見(jiàn)，關(guān)鍵層與其上方82m處巖層幾乎同步運(yùn)動(dòng)，采過(guò)測(cè)點(diǎn)105m之前，關(guān)鍵層與上覆82m處巖層下沉速度都較??；采過(guò)測(cè)點(diǎn)105m后，關(guān)鍵層破斷急劇下沉，并導(dǎo)致其上覆82m巖層同步下沉。實(shí)驗(yàn)與實(shí)測(cè)證明，巖層移動(dòng)由下向上成組運(yùn)動(dòng)，巖層移動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程受控于覆巖關(guān)鍵層的破斷運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝粸閬嗞P(guān)鍵層（老頂巖層）時(shí)，它所控制的上覆巖層組與之同步破斷運(yùn)動(dòng)，如此往上發(fā)展直至覆巖主關(guān)鍵層。主關(guān)鍵層的破斷導(dǎo)致上覆所有巖層直至地表的同步破斷下沉。關(guān)鍵層理論的進(jìn)一步研究還表明，覆巖層關(guān)鍵層不僅對(duì)地表動(dòng)態(tài)下沉過(guò)程起控制作用，還對(duì)地表移動(dòng)曲線(xiàn)特性產(chǎn)生影響，地表下沉是關(guān)鍵層與表土層耦合作用的結(jié)果。一方面，關(guān)鍵層破斷塊度越大，其對(duì)地表下沉曲線(xiàn)特征的影響越顯著，相應(yīng)地表下沉曲線(xiàn)的非正態(tài)分布特征越顯著。另一方面，表土層起著消化關(guān)鍵層非均勻下沉的作用，表土層越薄，地表下沉的非均勻、非正態(tài)特征越顯著，反之亦然。當(dāng)關(guān)鍵層破斷塊度較小或表土層厚度足夠大時(shí)，關(guān)鍵層對(duì)地表下沉的影響已很小。因此，對(duì)于表土層較薄或覆巖中有很厚、很硬的關(guān)鍵層（即其破斷塊度很大）的條件，地表下沉的預(yù)計(jì)必須考慮表土層與關(guān)鍵層的耦合關(guān)系，充分考慮關(guān)鍵層破斷對(duì)地表下沉曲線(xiàn)特征的影響。（四）巖層移動(dòng)中的離層與裂隙分布煤層開(kāi)采后將引起上覆巖層的移動(dòng)與破斷，從而在覆巖中形成采動(dòng)裂隙。覆巖采動(dòng)裂隙場(chǎng)分布與水體下采煤、卸壓瓦斯抽放及覆巖離層區(qū)充填減沉等工程問(wèn)題密切相關(guān)。煤層開(kāi)采后在上覆巖層中形成兩類(lèi)裂隙：一類(lèi)為離層裂隙，是隨巖層下沉在層與層之間出現(xiàn)的沿層面裂隙，它使煤層產(chǎn)生膨脹變形而使瓦斯卸壓，并使卸壓瓦斯沿離層裂隙涌出，它溝通了上、下巖層間瓦斯及水的通道?；陉P(guān)鍵層理論，采用理論分析、物理與數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、實(shí)測(cè)及圖像分析等方法對(duì)巖層移動(dòng)中的裂隙分布規(guī)律進(jìn)行深入研究，其主要成果歸納如下：（1）關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對(duì)離層及裂隙的產(chǎn)生、發(fā)展與時(shí)空分布起控制作用。覆巖離層主要出現(xiàn)在關(guān)鍵層下。（2）沿工作面推進(jìn)方向，關(guān)鍵層下離層動(dòng)態(tài)分布呈現(xiàn)兩階段發(fā)展規(guī)律：關(guān)鍵層初次破斷前，隨著工作面推進(jìn)，離層量不斷增大，最大離層位于采空區(qū)中部。關(guān)鍵層初次破斷后，關(guān)鍵層在采空區(qū)中部趨于壓實(shí)，而在采空區(qū)兩側(cè)仍各自保持一個(gè)離層區(qū)。工作面?zhèn)鹊碾x層區(qū)是隨著工作面開(kāi)采而不斷前移的，其最大寬度及高度僅為關(guān)鍵層初次破斷前的1／3左右（見(jiàn)圖2—142、圖2—143）。從平面看，在采空區(qū)四周存在圖2—144所示的一沿層面橫向連通的離層發(fā)育區(qū)，稱(chēng)之為采動(dòng)裂隙“O”形圈。關(guān)鍵層下的離層量可由“砌體梁”位移擬合方程來(lái)計(jì)算。（3）沿頂板高度方向，隨工作面推進(jìn)離層呈跳躍式由下往上發(fā)展。首先，第Ⅰ亞關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當(dāng)其破斷后其下離層呈“O”形圈分布；此時(shí)，上部第Ⅱ亞關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當(dāng)其破斷后其下層呈“O”形圈分布；如此發(fā)展直到主關(guān)鍵層。圖2—142、圖2—143、圖2—144（4）貫通的豎向裂隙是水與瓦斯涌入工作面的通道，故也稱(chēng)其為“導(dǎo)水、導(dǎo)氣”裂隙?！皩?dǎo)水、導(dǎo)氣”裂隙僅在覆巖一定高度范圍內(nèi)發(fā)育，其最大發(fā)育高度與采高和巖性有關(guān)。對(duì)“導(dǎo)氣”裂隙發(fā)育動(dòng)態(tài)過(guò)程的研究表明，在開(kāi)采初期，下位關(guān)鍵層的破斷運(yùn)動(dòng)對(duì)“導(dǎo)氣”裂隙從下向上發(fā)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程起控制作用，“導(dǎo)氣”裂隙高度由下向上發(fā)展是非均速的，隨關(guān)鍵層的破斷而突變。當(dāng)采空區(qū)面積達(dá)一定值后，“導(dǎo)氣”裂隙的分布也同樣呈“O”形圈特征，它是正?；夭善陂g鄰近層卸壓瓦斯流向采空區(qū)的主要通道。上述研究成果對(duì)指導(dǎo)覆巖離層注漿減沉與卸壓瓦斯抽放具有重要意義。第四節(jié)礦山坍陷研究CP煤田中急傾斜淺部厚煤層開(kāi)采及山區(qū)內(nèi)中生代（J—K）傾斜巨厚煤層開(kāi)采地面常形成坍陷坑、大型山體裂縫及坍陷盆地，厚煤層條帶式開(kāi)采，地面形成條帶狀坍陷帶。無(wú)充填開(kāi)采金屬礦床，由于采空區(qū)冒頂及裂隙帶發(fā)育到地面則形成坍陷坑及坍陷盆地。礦山地面沉陷地與坍陷盆地形成機(jī)理方面有相同之處也有不同之處，但從危害性來(lái)看則存在極大差別和不同之處。再?gòu)牡刭|(zhì)環(huán)境恢復(fù)和重建方面亦有更大差別。采空區(qū)內(nèi)巖層移動(dòng)及控制技術(shù)方面，本章1-2節(jié)已作過(guò)論述，本節(jié)重點(diǎn)介紹，采空區(qū)坍陷特點(diǎn)及危害性。1．金屬礦山坍陷特點(diǎn)（1）地面坍陷規(guī)模及分布與采空區(qū)分布規(guī)模相關(guān)，且大于采空區(qū)分布面積，地面坍陷分布方向與開(kāi)采礦體走向相一致，坍陷規(guī)模與礦層厚度、寬度相關(guān)。礦體產(chǎn)狀及埋深決定地面坍陷坑展體及規(guī)模。（2）地面坍陷程度，決定圍巖巖性、構(gòu)造及結(jié)構(gòu)面特征，不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面是控制地面坍陷展布方向和規(guī)模。（3）采礦方法對(duì)地面坍陷影響最重要，“空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采”與“留防坍礦柱開(kāi)采”和“充填開(kāi)采”對(duì)采空區(qū)巖層移動(dòng)起著直接控制作用。2．硬巖與急傾斜煤層開(kāi)采地面坍陷特點(diǎn)（1）地面坍陷帶沿煤層走向分布，坍陷帶寬度與可采煤層總厚有關(guān)；（2）坍陷深度與采深相關(guān)；（3）坍陷角與采空區(qū)面積和頂板巖層、巖性、產(chǎn)狀有關(guān)；（4）急傾斜厚煤層開(kāi)采，煤層頂板和底板都發(fā)生坍陷，地面以坍洞、坍陷坑、坍陷帶、高地形豎硬覆巖區(qū)地面形成寬大地面裂縫帶，寬達(dá)數(shù)米以上，個(gè)別達(dá)十來(lái)米以上。（四）礦山坍陷例案簡(jiǎn)述案例1：河北邯邢鐵礦西石門(mén)鐵礦該礦分布河北邯邢鐵礦田西部，武安縣西石門(mén)村，由巖體托底，四處受巖體包圍矽卡巖型鐵礦，NE、NW及NE方向有進(jìn)口與礦區(qū)外圍地下水相聯(lián)系，近封閉巖溶水塊段，地面處于低山丘陵區(qū)，馬會(huì)河通過(guò)礦區(qū)中部，鐵礦儲(chǔ)量達(dá)1億噸。頂板巖層為中奧陶厚層灰?guī)r。由于該礦，主要礦體分布礦區(qū)北部、中部和南部，各級(jí)礦體埋藏深度（頂板）不同，礦體厚度不同，造成北、中、南3個(gè)坍陷區(qū)7個(gè)坍陷坑。全區(qū)已形成地面塌陷的范圍面積見(jiàn)表2—116。表2—116主要地面塌陷災(zāi)害綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表礦山分段編號(hào)面積（㎡）深度（m）體積（m3）北礦區(qū)14075020～40（30）12225002127505～10（8）102000中礦36550040～60（50）3275000南礦區(qū)45050030～40（35）1767500572508～12（10）72500620005～10（8）16000722506～8（7）15750合計(jì)1810006471250與塌陷伴生的地裂縫。在前述北、中、南3個(gè)地面塌陷災(zāi)害區(qū)的外圍，都有不規(guī)則的環(huán)狀潛在的塌陷區(qū)。這里發(fā)育著形形色色的地裂縫。但是它們分布、形態(tài)具有一定的規(guī)律。（1）靠近塌陷區(qū)外沿的地裂縫，不僅規(guī)模（長(zhǎng)、寬、深）大，而且密度高。最嚴(yán)重地段寬不過(guò)5m的范圍，竟可見(jiàn)3～4條寬10～50cm的地裂縫，深度也很大。（2）地裂縫的走向呈緩變的弧形，與地面中心塌陷坑的外緣大致平行而且隨著遠(yuǎn)離塌陷坑的距離，地裂縫的密度減小。一般5～10m之內(nèi)可看到一條，而且長(zhǎng)度、寬度不大。（3）地裂縫的具體形態(tài)，大致分兩種，一種是張力的作用，形成開(kāi)放型地裂縫。一般在地表看到的是不規(guī)則的折線(xiàn)形式延展。寬度可以達(dá)0.5m～1.0m，深度較大，肉眼看不到裂縫底端。另一種受張力與下滑力的雙重作用，形成小斷層式的梯級(jí)地裂縫，該類(lèi)地裂縫在南區(qū)西南部較為典型，寬度0.3m～0.5m不等。全區(qū)已形成的地裂縫發(fā)育區(qū)的面積和規(guī)模（見(jiàn)表2—117）表2—117地裂縫災(zāi)害綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表礦區(qū)分段編號(hào)面積（㎡）寬度（m）長(zhǎng)度（m）北礦區(qū)（一）4175000.3～1.0100～200中礦區(qū)（二）3302500.5～1.050～100南礦區(qū)（三）3727500.～10200～300合計(jì)1120500案例2：南陽(yáng)市大河銅礦地面坍陷1．自然地理（1）地理位置大河銅礦位于南陽(yáng)市桐柏縣城北西約28km的大河鎮(zhèn)劉山巖村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°8′42"～113°20′，北緯32°31′04"～32°32′20"，桐柏—安棚公路從礦區(qū)穿過(guò)（圖2—158）。（2）氣象大河銅礦一帶屬亞熱帶季風(fēng)型大陸性半濕潤(rùn)氣候，兼有亞熱帶和暖溫帶氣候的一般特征。氣候特征為四季分明，溫暖濕潤(rùn)；春季風(fēng)水充沛，春暖咋寒；夏季炎熱，易澇易旱；秋季雨水適中，涼爽宜人；冬季少雨多晴，嚴(yán)寒期較短。據(jù)桐柏縣氣象站資料，多年平均氣溫14.9℃，極端最高氣溫41.1℃（1959．8．23），極端最低氣溫-20.3℃（1969．1.31）；多年平均降水量1158mm，年最大降水量1636.5mm（1956），年最小降水量628.9mm（1966）。一晝夜最大降水量267.6mm，7、8、9三個(gè)月降水量555.8mm（3）水文劉山巖河為長(zhǎng)江水系，自北而南流經(jīng)礦區(qū)，匯入二郎山水庫(kù)。礦區(qū)以上匯流面積1.89km2。該河為一常年性河流，基流量小于0.1m3／s，遇暴雨時(shí)，流量陡漲陡落，達(dá)16～18m3／s，因河床比降較大，泄流快，一般數(shù)小時(shí)—（4）地貌大河銅礦地處丘陵區(qū)（圖2—159），根據(jù)地貌的成因形態(tài)類(lèi)型，可以劃分為剝蝕丘陵和河谷坡洪積平原兩種類(lèi)型。圖2—159～35°，在下劉山巖一帶河谷東側(cè)山坡由于采石形成227m和253m兩級(jí)平臺(tái)，西側(cè)由于廢石堆放形成246m一級(jí)平臺(tái)。礦山生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)主要位于3lO高地南側(cè)山坡。河谷坡洪積平原：主要為劉山巖河谷，河谷呈“U”狀，寬25～50m，河槽寬5～15m，河谷局部發(fā)育寬lO～30m的階地，被開(kāi)墾為耕地。最低侵蝕基準(zhǔn)面位于二郎山水庫(kù)，標(biāo)高180m左右。2．礦山地質(zhì)條件大河銅礦位于秦嶺東西向復(fù)雜構(gòu)造帶的東段南支，桐柏-商城大斷裂的北西端。地層屬華北地層豫西分區(qū)桐柏小區(qū)。出露及揭露的地層主要有下元古界寒武系中統(tǒng)劉山巖組、新生界第四系上更新統(tǒng)坡洪積層、全新統(tǒng)沖洪積層及人工堆積層（圖2—160）。簡(jiǎn)述如下：圖2—160下古生界寒武系上統(tǒng)劉山巖組：礦區(qū)山體的主要組成巖體，廣布于礦區(qū)，為一套變質(zhì)火山巖系。巖性以變質(zhì)凝灰?guī)r、石英角斑千糜巖、細(xì)碧巖為主，傾向NNE，傾角81°，節(jié)理不發(fā)育。新生界第四系上更新統(tǒng)坡洪積層：分布于劉山巖河河谷兩側(cè)，構(gòu)成劉山巖河谷一級(jí)階地，巖性為亞砂土、亞粘土、泥質(zhì)砂礫石，被開(kāi)墾成耕地，為山區(qū)居民的主要口糧田。新生界第四系全新統(tǒng)沖洪積層：分布于劉山巖河河谷，巖性為砂礫石、砂、亞砂土。人工堆積物：分布于桐安公路路旁、246m平臺(tái)、崗沖北溝、黑風(fēng)溝等地。其中桐安公路路旁和246m平臺(tái)處為修路、平整場(chǎng)地廢渣，顆粒較大，大小混雜。崗沖北溝和黑風(fēng)溝為大河銅礦的尾礦庫(kù)，主要為尾礦漿經(jīng)緩慢沉積的細(xì)小顆粒。大河銅礦礦區(qū)構(gòu)造表現(xiàn)為一傾向北北東的一系列北西西走向斷層及北西、北東向兩組斜交斷層所構(gòu)成寬大的擠壓破碎帶，破碎帶寬達(dá)150m，自北而南，形成9～10號(hào)、8號(hào)和12號(hào)3個(gè)大致平行的浸染型銅鋅礦化帶，礦脈走向與區(qū)域構(gòu)造走向一致，礦脈最長(zhǎng)1000m，最短650m，其中8號(hào)礦脈長(zhǎng)810m，寬l～8.8m；12號(hào)礦脈長(zhǎng)1000m，寬1～20.1m，二者均為埋藏型礦體。9、10礦脈分別長(zhǎng)642m、960m，寬0.2～8.8m、O.5～11.70m，二者近地表富礦部分被前人采空，前人最大采空深度已達(dá)最低侵蝕基準(zhǔn)面以下20m，一般開(kāi)采深度10～35m，加上建礦初期180m、220m兩個(gè)采用留礦法開(kāi)采留下的采空區(qū)，大河銅礦現(xiàn)采空區(qū)體積達(dá)20余萬(wàn)m3。采空區(qū)的存在為礦區(qū)地面塌陷的發(fā)生創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》GBl8306—2001，大河銅礦一帶地震動(dòng)峰值加速度為0.05，相應(yīng)地震基本烈度處于Ⅵ度區(qū)。礦區(qū)地下水類(lèi)型為單一的基巖裂隙水，單井出水量0.65m3老窿水主要分布在劉山巖河兩側(cè)的1l～22勘探線(xiàn)之間，9～10號(hào)礦脈礦石富集地段，最低深35m。標(biāo)高195～198m為古采空區(qū)，現(xiàn)代采空區(qū)與古采空區(qū)局部透位，致使古采空區(qū)物質(zhì)流失為礦區(qū)地面塌陷的主要誘因。礦區(qū)礦脈項(xiàng)板巖性為綠泥片巖，底板為細(xì)碧巖，巖層陡直，裂隙發(fā)育，沿礦脈巷道邊壁跨塌及冒頂時(shí)有發(fā)生，巖層穩(wěn)定性較差。3．礦山主要環(huán)境問(wèn)題經(jīng)過(guò)30余年的開(kāi)采，礦山開(kāi)采對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境造成了一定的破壞，目前，大河銅礦存在的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題主要為采空區(qū)地面塌陷、尾礦庫(kù)壩坡失穩(wěn)、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞等。（1）地面塌陷大河銅礦地面塌陷初見(jiàn)于1997年，高發(fā)于2001年。塌陷區(qū)西起銀洞嶺，向東越劉山巖河，止于299.51高地西側(cè)，塌陷區(qū)總長(zhǎng)480m，寬10～15m。塌陷坑、塌陷裂縫主要沿L9、Ll0礦脈呈東西向條帶狀展布，各塌陷坑、塌陷裂縫特征見(jiàn)表2—118。L9礦脈于16線(xiàn)東西尖滅，分成東西兩段，沿L9礦脈塌陷坑分布于16線(xiàn)以西及18線(xiàn)以東區(qū)域，其中16線(xiàn)以西發(fā)育7個(gè)塌陷坑，呈不規(guī)則橢圓狀，單個(gè)塌陷坑最大長(zhǎng)軸長(zhǎng)20m，短軸長(zhǎng)10m，深10m。位于礦炸藥庫(kù)南側(cè)塌陷坑2001年發(fā)生后即被填平，2002年5月在原址再次發(fā)生塌陷，塌陷坑底可見(jiàn)古采巷道，寬約1.5m。18線(xiàn)以東發(fā)育4個(gè)塌陷坑，最大長(zhǎng)軸東西向長(zhǎng)18.0m，南北向?qū)?0m。Ll0礦脈位于L9礦脈南側(cè)7～30m，連續(xù)分布于整個(gè)塌陷區(qū)。沿此脈劉山巖河以西山坡上發(fā)育有1個(gè)塌陷坑和l條長(zhǎng)約40m的塌陷裂縫；以東山坡上發(fā)育有3個(gè)塌陷坑，最大長(zhǎng)軸東西向長(zhǎng)10.0m，南北向?qū)?0m。表2—118塌陷坑、塌陷裂縫特征表編號(hào)位置長(zhǎng)（m）寬（m）深（m）備注1N：32°33′6.9"E：113°18′46.4"187.03.0發(fā)生于2001年4月21號(hào)東10m8.77.03.0發(fā)生于2001年4月31號(hào)南8m24.010.05.04號(hào)塌陷坑在3號(hào)塌陷坑?xùn)|1m處45公路東側(cè)2001年4月發(fā)生，已填6N：32°33′7.3"E：113°18′49.0"10.010.06.0發(fā)生于1997年7N：32°33′6.5"E：113°18′49.8"10.01.04.0發(fā)生于1997年87號(hào)西15m3.03.01.5發(fā)生于1997年9N：32°33′6.9"E：113°18′40.0"南北兩側(cè)裂縫明顯109號(hào)西18m兩個(gè)合為一體，已填1110號(hào)西5m10.010.010.02001年發(fā)生已填，2002年又發(fā)生塌陷12N：32°33′8.5"E：113°18′38.3"3.02.03.02001年發(fā)生已填，2002年又發(fā)生塌陷1312號(hào)南2m5.02.55.014N：32°33′8.8"E：113°18′37.3"9.05.04.01514號(hào)西1m14.06.010.01615號(hào)西北側(cè)20.06.010.0大河銅礦塌陷坑、塌陷裂縫初發(fā)生于1997年，以后每年均有發(fā)生、發(fā)展，其直接原因?yàn)榈叵掠泄挪衫狭?80m、220m中端采用留礦法開(kāi)采留下的20余萬(wàn)m3的采空區(qū)，埋深較淺。誘發(fā)原因?yàn)榇蠛鱼~礦處于末期生產(chǎn)，東平巷豎井在180m、220m中端柱采、殘采，致使現(xiàn)代采空區(qū)與古采老窿局部透位，古采老窿內(nèi)物質(zhì)流失，破壞了巖體原有的力學(xué)平衡，上伏巖層失去支撐，在重力作用下向下陷落而發(fā)生地面塌陷。地面塌陷對(duì)塌陷區(qū)及附近下劉山巖村約80人的生命財(cái)產(chǎn)、20余畝坡耕地、桐-安公路的安全構(gòu)成威脅，特別是16—18線(xiàn)間有劉山巖河橫穿塌陷區(qū)，塌陷一旦擴(kuò)展到該地段，劉山巖河河水將順?biāo)菘又苯庸嗳肷a(chǎn)巷道，對(duì)礦山井下120余人及800O余萬(wàn)元的固定資產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，同時(shí)將造成整個(gè)礦區(qū)生產(chǎn)陷入癱瘓，給本已處在困難中的礦山增加負(fù)擔(dān)，雪上加霜，造成礦山職工思想的不穩(wěn)定，由此造成的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)損失巨大。礦山地面坍陷危害：①坍陷礦是洪水潰入礦井的通道，但因坍陷礦多為山坡處對(duì)礦生產(chǎn)威協(xié)只是局部，暫時(shí)影響；②坍陷帶常影響交通，村莊安全；③坍陷礦是地表極不穩(wěn)定地帶，對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑業(yè)發(fā)展影響較大。第六節(jié)采空區(qū)巖層移動(dòng)控制技術(shù)巖層移動(dòng)控制技術(shù)可分為3類(lèi)：①留設(shè)煤柱控制巖層移動(dòng)；②充填法控制巖層移動(dòng)；③調(diào)整開(kāi)采工藝及參數(shù)控制巖層移動(dòng)，如限厚開(kāi)采、協(xié)調(diào)開(kāi)采、上行開(kāi)采等。下面著重就①與②進(jìn)行介紹。（一）留煤柱控制巖層移動(dòng)1．部分開(kāi)采部分開(kāi)采包括條帶開(kāi)采和房柱式開(kāi)采。條帶開(kāi)采法是沿煤層的走向或傾向，將開(kāi)采區(qū)劃分為若干個(gè)寬度相等或不相等的條帶，開(kāi)采一條，保留一條，利用留下的條帶煤柱支撐頂板，以達(dá)到減小地表沉陷的目的。條帶開(kāi)采法按其條帶長(zhǎng)軸的方向，可劃分為走向條帶開(kāi)采和傾向條帶開(kāi)采(見(jiàn)圖2—180)。圖2-180條畫(huà)開(kāi)采的類(lèi)型圖2-180條畫(huà)開(kāi)采的類(lèi)型(a)走向條帶；(b)傾向條帶；a——保留條帶寬度；b——采出條帶寬度條帶開(kāi)采成功的關(guān)鍵在于合理設(shè)計(jì)條帶采寬ｂ與留寬ａ，確保覆巖主關(guān)鍵層和留設(shè)煤柱的穩(wěn)定性。２．留設(shè)保護(hù)煤柱有時(shí)采用留設(shè)保護(hù)煤柱的方法來(lái)避免開(kāi)采后巖層移動(dòng)影響地面重要建(構(gòu))筑物，使得井下開(kāi)采后巖層移動(dòng)影響邊界達(dá)不到地面要保護(hù)的建(構(gòu))筑物。保護(hù)煤柱留設(shè)主要根據(jù)具體礦井條件下，巖層移動(dòng)角參數(shù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。水體下采煤必須在煤層與水體之間留設(shè)一定高度的起隔水作用的煤層和巖層，通稱(chēng)為防水煤巖柱。留設(shè)防水煤巖柱的目的，是不允許導(dǎo)水?dāng)嗔褞Р暗剿w。（二）充填法控制巖層移動(dòng)１．采空區(qū)充填充填法開(kāi)采就是用充填材料來(lái)充填已采空間，這相當(dāng)于減小了煤層開(kāi)采厚度，從而減少采空區(qū)上覆巖層的變形與破壞。按照充填材料和輸送方式的不同，可將礦山充填分為以下3種類(lèi)型：（1）水力充填以水為輸送介質(zhì)，利用自然壓頭和泵壓，從制備站沿管道或與管道相連的鉆孔，將河砂等水力充填材料輸送到采空區(qū)。充填時(shí)，使充填體脫水，并將水排出。砂漿在管道中流動(dòng)的阻力，靠砂漿柱自然壓頭或砂漿泵產(chǎn)生管道輸送壓力去克服。選擇輸送管道直徑時(shí)，需要先按充填能力、砂漿濃度和最大粒徑算出砂漿的臨界流速和水力坡度等。我國(guó)是世界上使用水力充填最早的國(guó)家之一。札賚諾爾(1901年)、撫順礦區(qū)(1912年)即采用水力充填開(kāi)采特厚煤層。1925年，撫順礦使用了開(kāi)采特厚煤層的“V”型長(zhǎng)壁上行充填采煤法。20世紀(jì)50年代初期，阜新、遼源等礦區(qū)又應(yīng)用了走向長(zhǎng)壁上行充填采煤法。新汶等礦區(qū)使用水力充填處理采空區(qū)，成功地解決了河下采煤?jiǎn)栴}。（2）干式充填采用人力、重力、機(jī)械式風(fēng)力等方式將砂石等干式充填材料運(yùn)送到待充填采空區(qū)，形成可壓縮的松散充填體。風(fēng)力充填技術(shù)是在20世紀(jì)初開(kāi)始用于煤礦生產(chǎn)的。目前，俄、英、法、波等國(guó)，特別是德國(guó)廣泛應(yīng)用風(fēng)力充填技術(shù)。風(fēng)力充填除具有一般充填方法所共有的減少地表下沉、有利于巷道維護(hù)、改善井下通風(fēng)條件等優(yōu)點(diǎn)外，還可有效地處理礦井和選煤廠的矸石，以及減少矸石山的占地面積和引起的污染。與水力充填相比，風(fēng)力充填的特點(diǎn)是：①系統(tǒng)簡(jiǎn)單，靈活方便，適應(yīng)性強(qiáng)。它可以在相當(dāng)廣泛的地質(zhì)條件下用于不同的采煤方法，既可以全部充填，也可局部充填，尤其適用于缺水或近水平煤層根本無(wú)法進(jìn)行水力充填的地區(qū)。②無(wú)排水、清煤泥等困難工序，簡(jiǎn)化了巷道系統(tǒng)。③易于實(shí)行采充平行作業(yè)，保證工作面高產(chǎn)高效。④可以利用洗煤廠尾礦矸石。風(fēng)力充填存在的主要問(wèn)題是：①要增設(shè)一整套獨(dú)立的充填系統(tǒng)，設(shè)備多、投資大、技術(shù)復(fù)雜，管理工作量大，增加了成本。在德國(guó)，充填費(fèi)用大致占商品煤生產(chǎn)費(fèi)用的10％～15％左右。②充填密實(shí)程度不如水力充填，沉縮率偏大，地表下沉仍很顯著。③充填時(shí)工作環(huán)境粉塵大，管路磨損嚴(yán)重。（3）膠結(jié)充填將采集和加工的細(xì)砂等充填材料摻入適量的膠凝材料(如水泥)，加水混合攪拌制備成膠結(jié)充填料漿，沿鉆孔、管道向采空區(qū)輸送，充填材料膠結(jié)后形成具有一定強(qiáng)度和完整性的充填體。膠結(jié)充填技術(shù)經(jīng)歷了低濃度膠結(jié)充填、高濃度膠結(jié)充填、膏體充填的發(fā)展階段。膏體泵送充填的特點(diǎn)是料漿濃度大，其重量濃度可達(dá)75％～85％，呈牙膏狀，充填到采空區(qū)后不泌水，改善了井下作業(yè)環(huán)境。從理論上來(lái)說(shuō)，充填采礦是實(shí)現(xiàn)煤礦“綠色開(kāi)采”的理想途徑，但由于目前充填采礦的成本相對(duì)偏高，限制了該項(xiàng)技術(shù)在煤礦的試驗(yàn)與應(yīng)用。2．覆巖離層區(qū)充填覆巖離層區(qū)充填減沉的基本原理是利用巖移過(guò)程中覆巖內(nèi)形成的離層空洞，從鉆孔向離層空洞充填外來(lái)材料來(lái)支撐覆巖，從而減緩覆巖移動(dòng)往地表的傳播。覆巖離層區(qū)充填與采空區(qū)充填的不同在于其充填區(qū)不在采空區(qū)而在上部巖層，充填工作不會(huì)干擾井下工作面的生產(chǎn)。前蘇聯(lián)在20世紀(jì)70年代末至80年代初進(jìn)行了離層區(qū)充填減緩地表下沉的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。波蘭學(xué)者曾就離層區(qū)充填減緩地表下沉的減沉效果做過(guò)研究。自80年代后期撫順礦務(wù)局在我國(guó)首次采用離層區(qū)充填減緩地表下沉的試驗(yàn)取得成功之后，此項(xiàng)技術(shù)引起了我國(guó)從事開(kāi)采沉陷及“三下”采煤的專(zhuān)家和工程技術(shù)人員的重視，先后在大屯徐莊煤礦、新汶華豐煤礦、兗州東灘煤礦等進(jìn)行了離層區(qū)充填減緩地表沉降現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。關(guān)鍵層理論對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的基本認(rèn)識(shí)可歸納如下：（1）關(guān)鍵層理論研究認(rèn)為確定具體礦井覆巖中的關(guān)鍵層位置，掌握其下沉破斷及離層特征參數(shù)，是離層區(qū)充填減沉技術(shù)應(yīng)用可行性分析、鉆孔布置設(shè)計(jì)及減沉效果評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。（2）離層區(qū)充填減沉技術(shù)是有其適用條件的，要取得好的注漿減沉效果，覆巖中必須存在典型的關(guān)鍵層，并能形成較長(zhǎng)的離層區(qū)。當(dāng)覆巖中無(wú)典型關(guān)鍵層或關(guān)鍵層間復(fù)合破斷時(shí)，覆巖離層不發(fā)育，離層注漿減沉技術(shù)是不適用的。此外，如果覆巖的主關(guān)鍵層因鄰近開(kāi)采煤層而處于裂隙帶內(nèi)或冒落帶內(nèi)，則此種采礦地質(zhì)也不適于采用離層區(qū)充填減沉技術(shù)。（3）合理布置注漿鉆孔是離層區(qū)充填減沉技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。鉆孔位置及最佳的注漿減沉效果可以保證關(guān)鍵層始終不發(fā)生初次破斷。長(zhǎng)壁開(kāi)采覆巖內(nèi)離層主要出現(xiàn)在關(guān)鍵層下，注漿鉆孔的注漿層位應(yīng)選擇在關(guān)鍵層下，主關(guān)鍵層下部將是離層區(qū)充填的最佳層位。而亞關(guān)鍵層下部也能形成較為明顯的離層區(qū)，在其下部注漿既能起到保護(hù)主關(guān)鍵層的作用，又能起到地表減沉的效果。有關(guān)關(guān)鍵層初次破斷前后離層分布規(guī)律是指導(dǎo)注漿鉆孔布置的依據(jù)。（4）注漿工藝的優(yōu)化是離層區(qū)充填減沉技術(shù)成功應(yīng)用的另一關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)主要包括注漿材料選擇、合理注漿壓力、注漿孔孔徑與單孔最大注漿能力的選擇等。好的注漿材料應(yīng)既保證其流動(dòng)性又有一定的支承能力。目前的注漿材料中水的比重過(guò)大，隨著煤層的不斷開(kāi)采和時(shí)間的推移，注漿材料中的水將流動(dòng)和析出，不能對(duì)關(guān)鍵層進(jìn)行有效的支承。研制新的注漿材料將是離層區(qū)充填減沉技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重點(diǎn)。為了防止或盡可能減輕開(kāi)采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！熬G色開(kāi)采技術(shù)”包括水資源保護(hù)、土地與建筑物保護(hù)、瓦斯抽放、減少矸石排放和地下氣化技術(shù)，關(guān)鍵層理論是“綠色開(kāi)采技術(shù)”的理論基礎(chǔ)。本章提出關(guān)鍵層的概念，關(guān)鍵層的主要牲和關(guān)鍵層位置的判別方法。在分析上覆巖層移動(dòng)基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，突出分析研究關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對(duì)巖層移動(dòng)的影響及關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)引起上覆巖層的離層和形成的裂隙分布狀態(tài)：同時(shí)應(yīng)用關(guān)鍵層理論分析采場(chǎng)底板破壞形式，論述了采場(chǎng)底板破壞與突水機(jī)理。最后詳細(xì)介紹留設(shè)礦柱控制巖層移動(dòng)技術(shù)和充填法控制巖層移動(dòng)技術(shù)。第四節(jié)礦山邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工程邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，在水電工程、鐵道工程、礦山露天開(kāi)采工程中得以迅速發(fā)展。穩(wěn)定性評(píng)價(jià)為邊坡的整治提供科學(xué)的依據(jù)。評(píng)價(jià)的基本方法分為定性評(píng)價(jià)與定量評(píng)價(jià)兩種。將經(jīng)常應(yīng)用或引起有關(guān)研究者廣泛研究和關(guān)注內(nèi)地巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法列于表2—124。 表2—124目前常用邊坡穩(wěn)定分析方法一覽表 1．定量分析方法極限平衡分析法常規(guī)方法動(dòng)態(tài)分析方法應(yīng)力應(yīng)變分析方法有限單元法散體元法概率分析法快速拉格朗日分析法不連續(xù)變形分析法遺傳進(jìn)化算法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法2．定性分析方法范例推理評(píng)價(jià)法專(zhuān)家系統(tǒng)3．系統(tǒng)理論分析方法模糊綜合評(píng)價(jià)法可靠度評(píng)價(jià)方法灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法4．圖解分析法向量圖解法赤平投影及實(shí)體比例投影法圖表分析法

（一）定性評(píng)價(jià)方法定性評(píng)價(jià)主要是通過(guò)綜合考慮各種影響邊坡穩(wěn)定性的因素，并根據(jù)變形的時(shí)間效應(yīng)規(guī)律，判斷邊坡的穩(wěn)定狀況和發(fā)展趨勢(shì)。這一方法已為國(guó)內(nèi)外工程地質(zhì)人員所熟悉和廣泛采用。定性評(píng)價(jià)按照所依據(jù)的資料不同又可分歷史分析法與工程地質(zhì)類(lèi)比法兩種。歷史分析法就是對(duì)邊坡發(fā)育史進(jìn)行分析，從它的形成歷史來(lái)判斷現(xiàn)在的穩(wěn)定狀況和預(yù)測(cè)未來(lái)的變化。工程地質(zhì)類(lèi)比法是在分析了影響邊坡穩(wěn)定的諸因素基礎(chǔ)上，類(lèi)比條件相類(lèi)似的其它邊坡，來(lái)評(píng)價(jià)本邊坡的穩(wěn)定狀況和預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)。（二）定量評(píng)價(jià)方法定量評(píng)價(jià)是在定性分析基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值計(jì)算或圖解方法賦予邊坡穩(wěn)定性以量的概念。目前定量評(píng)價(jià)方法中使用最廣泛的仍是極限平衡分析法。圖解法也較大量使用，近代發(fā)展的隨機(jī)評(píng)價(jià)方法和系統(tǒng)工程分析法、優(yōu)勢(shì)面法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法也受到普遍的關(guān)注。巖體邊坡穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)數(shù)字化量化分析方法，是綜合地應(yīng)用了地質(zhì)力學(xué)和巖體工程地質(zhì)力學(xué)規(guī)律和實(shí)體比例投影方法，將傳統(tǒng)的對(duì)邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)的極限平衡理論發(fā)展為優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)體理論動(dòng)態(tài)地評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性的方法。僅就比較常用的巖體邊坡穩(wěn)定性定量概述如下：1．極限平衡法傳統(tǒng)的極限平衡分析法已在國(guó)內(nèi)外廣泛的使用。這一方法的基本假定是把巖體視為剛性體，本身不產(chǎn)生變形，但可傳遞應(yīng)力。因此，只研究滑動(dòng)面的受力大小而不必研究滑體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，此外除將邊界條件大大簡(jiǎn)化外，一般將三向課題簡(jiǎn)化為平面課題，遵循庫(kù)倫定律判別準(zhǔn)則。最簡(jiǎn)單的直線(xiàn)滑動(dòng)時(shí)可直接算出Kc值外，通常采用試算法進(jìn)行試算。最常用的方法是分塊推力傳遞法（或等K值法），由于這一方法是在一個(gè)假定狀態(tài)下求出的Kc值及相應(yīng)的剪切面反力和某些內(nèi)力，不能求出失穩(wěn)前真實(shí)的反力和內(nèi)力，所以仍是一種近似的解。極限平衡分析法是通過(guò)計(jì)算出的Kc值來(lái)評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性。Kc一般被定義為：“沿某一滑面上所能提供的抗滑（剪）力與沿該面上實(shí)際下滑力之比值”。Kc＞l，意味著邊坡穩(wěn)定；Kc＜1，則可能失穩(wěn)；而Kc＝1，說(shuō)明邊坡穩(wěn)定性已處于極限狀態(tài)。因此，Kc值只是一個(gè)具有物理意義的系數(shù)；穩(wěn)定性的判斷是以邊坡的破壞強(qiáng)度為依據(jù)，并不反映出不同工程對(duì)邊坡穩(wěn)定性的不同要求。盡管極限平衡分析法存在上述問(wèn)題，但只要透徹了解它的基本原理，謹(jǐn)慎選用參數(shù)和計(jì)算公式，仍能提供較合理的解答。因此，對(duì)于大多數(shù)的穩(wěn)定性分析，它仍是我國(guó)不同的工程部門(mén)目前在有關(guān)規(guī)范上廣泛采用評(píng)價(jià)方法。2．應(yīng)力應(yīng)變分析法平衡分析法剛體的假定在多數(shù)情況下與實(shí)際并不相符。此外所有的滑動(dòng)面都是連貫的面，邊坡的破壞更非單一的滑動(dòng)，在一些情況下以漸進(jìn)破壞的形式出現(xiàn)，對(duì)于蠕動(dòng)、漸進(jìn)破壞彎曲——傾倒和彎曲——潰曲的變形破壞形式，以計(jì)算機(jī)快速計(jì)算為手段的應(yīng)力應(yīng)變方法，從結(jié)構(gòu)分析被引進(jìn)于邊坡穩(wěn)定性分析，已取得了較好的效果。應(yīng)力應(yīng)變分析使用最廣的是有限元法有限元法。有限元法的基本原理是將一個(gè)連續(xù)體散化，變換成為有限數(shù)量的、大小不同的單元體集合單元體之間通過(guò)結(jié)點(diǎn)來(lái)連接和制約，且共同承受外部荷載與內(nèi)力，然后就每個(gè)結(jié)點(diǎn)建立平衡方程，并變換為以結(jié)點(diǎn)位移為未知數(shù)與結(jié)點(diǎn)力的關(guān)系方程，求出結(jié)點(diǎn)位移并根據(jù)位移計(jì)算單元應(yīng)力。最后，根據(jù)各單元的已知力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)度判別，從而評(píng)價(jià)邊坡巖體的穩(wěn)定性。應(yīng)當(dāng)指出，有限元計(jì)算成果是否符合邊坡的客觀實(shí)際，取決于對(duì)巖體基本性質(zhì)的深入了解，和對(duì)于各種地質(zhì)因素的科學(xué)簡(jiǎn)化，以及各項(xiàng)參數(shù)的合理選取。不少計(jì)算實(shí)例表明，參數(shù)取值不同，邊坡巖體的剪損區(qū)或塑性區(qū)的范圍和分布有較大的差異，所取邊界的不合理也能造成應(yīng)力的畸變，單元體尺寸不合適也可造成應(yīng)力的突變的假象。此外，如何反映巖體非線(xiàn)性力學(xué)性質(zhì)以及軟弱夾層，采空煤層、斷裂、層面等的模擬還值得深入研究。離散元分析也是應(yīng)力應(yīng)變分析方法之一，但發(fā)展晚于有限元計(jì)算，最早是由Cundail于1971年提出。這一方法是一種動(dòng)態(tài)分析，較之有限元法更便于變形分析，分析對(duì)象是被離散化的且假定為剛性的塊體，通過(guò)考慮各結(jié)構(gòu)面的力學(xué)習(xí)性（剛度、阻尼等），建立各單元（塊體）間的連接和接觸關(guān)系，對(duì)單元進(jìn)行受力狀態(tài)分析，并基于牛頓第二定律建立其運(yùn)動(dòng)方程，然后進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的組合分析。設(shè)法在解決塊體運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用對(duì)塊體運(yùn)動(dòng)時(shí)逐步積分的數(shù)值技巧，因而可得出各塊體的變形全過(guò)程，并在監(jiān)測(cè)屏幕上顯示出來(lái)，具有方便、快速、花費(fèi)少和動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)。3．概率分析法以極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定性時(shí)，安全系數(shù)Kc是一系參數(shù)的函數(shù)，表示為：Kc＝F（X1，X2……Xn）式中，X1，X2……Xn是一些具有某種分布的隨機(jī)變量，所以函數(shù)Kc也是隨機(jī)變量，要按一定的分布規(guī)律分布在一定范圍內(nèi)，為了求得Kc的分布，首先要確定各計(jì)算參數(shù)的分布形式，即其密度函數(shù)，通過(guò)計(jì)算，確定邊坡的破壞概率。4．圖解分析法近20年來(lái)，圖解法用于邊坡穩(wěn)定性得到大力推廣和創(chuàng)新，特別是赤平投影的利用。這一方法的優(yōu)點(diǎn)主要在于省略了繁瑣的計(jì)算、快速、直觀。缺點(diǎn)是帶有一定的經(jīng)驗(yàn)和概念性，因此一般用在規(guī)劃階段或初步分析。圖解分析法大體可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是圖表分析，實(shí)際上是邊坡穩(wěn)定計(jì)算的圖表化，適用于任何形式的滑面，如平面、弧面和雙面滑動(dòng)的楔體；另一類(lèi)為圖解分析，即利用圖解形式直接判斷邊坡的穩(wěn)定性，70年代早期的楔體赤平投影和后期的全空間赤平投影均屬此類(lèi)方法。塊體理論的核心是把巖體視為由不連續(xù)面切割的剛性結(jié)構(gòu)體（塊體），其破壞機(jī)理為剛性塊體沿軟弱面滑動(dòng)，其力學(xué)模型為剛體平移。采用幾何數(shù)值方法，包括全空間赤平投影、矢量分析來(lái)描述塊體的幾何特征和穩(wěn)定性。實(shí)際上它包括了圖解、極限平衡分析的方法。5．穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)量化理論方法這是本節(jié)作者上世紀(jì)80年代末建立并在專(zhuān)著中提出的方法。該評(píng)價(jià)方法的創(chuàng)立是鑒于路塹、水電工程的溢洪道、露天礦等大型工程邊坡的穩(wěn)定性常常須在開(kāi)挖前預(yù)測(cè)斜坡的穩(wěn)定性，而目前的評(píng)價(jià)方法難以勝任。巖體斜坡的設(shè)計(jì)也急待拋棄以往經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)入任意坡高下安全度一致的定量設(shè)計(jì)階段。危坡的治理與支護(hù)的決策更有待適當(dāng)?shù)睦碚撝笇?dǎo)，以保證其技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。以往為了確定滑動(dòng)面的位置及滑坡的體積耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力與物力，人們希望有捷徑可走。數(shù)字化是對(duì)在過(guò)去10年飛速發(fā)展并被各個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用的數(shù)字技術(shù)的高度概括和抽象的表述。在不同的行業(yè)，甚至在相同的行業(yè)不同的范圍都有著各自不同的具體內(nèi)涵和外延。穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)量化理論及其分析方法的提出為上述棘手問(wèn)題的解決開(kāi)辟了新的途徑。對(duì)于邊坡這個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它的空間與時(shí)間及其預(yù)測(cè)等方面都可以用大量的數(shù)字來(lái)表述。斜坡穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)分析方法，就是通過(guò)穩(wěn)定性系數(shù)的動(dòng)態(tài)模型求得的數(shù)字表示各種工程地質(zhì)條件下的任何坡高和坡角下的穩(wěn)定狀態(tài)，以解決常規(guī)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法解決不了的難題。實(shí)踐證明斜坡穩(wěn)定性數(shù)字化方法與常規(guī)方法不同之處是利用了結(jié)構(gòu)面在空間上組合的客觀規(guī)律，應(yīng)用最優(yōu)化理論、極限平衡理論及實(shí)體比例投影理論從空間上全面地刻畫(huà)邊坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，為經(jīng)濟(jì)合理地解決斜坡定量設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性預(yù)測(cè)和治理決策奠定了理論和方法基礎(chǔ)。因?yàn)榇朔椒▽?duì)每個(gè)滑動(dòng)結(jié)構(gòu)體的計(jì)算仍采用極限平衡理論，所以它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是與各個(gè)部門(mén)的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)規(guī)范接軌，方便生產(chǎn)部門(mén)應(yīng)用。6．其它方法除上述的評(píng)價(jià)方法外，尚有如優(yōu)勢(shì)面分析法、系統(tǒng)工程分析法及物理模型試驗(yàn)等方法。優(yōu)勢(shì)面理論最早由霍克（Hoek）提出，羅國(guó)煜教授又加以發(fā)展，提出了地質(zhì)優(yōu)勢(shì)面概率，并與霍克的統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)面相結(jié)合。這一理論認(rèn)為優(yōu)勢(shì)面決定邊坡破壞模式及其邊界條件，對(duì)穩(wěn)定性起控制作用。系統(tǒng)工程分析是在系統(tǒng)論、信息論、控制論等新興學(xué)科基礎(chǔ)上提出的，把邊坡視為巖土、工程和環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)，建立系統(tǒng)模型，然后進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和系統(tǒng)價(jià)值的評(píng)價(jià)。所以，系統(tǒng)工程分析是以邊坡工程系統(tǒng)的整體效應(yīng)為目標(biāo)，以尋求解決問(wèn)題的最佳決策。根據(jù)相似原理建立和發(fā)展的物理模型試驗(yàn)方法，已有20多年的應(yīng)用歷史，用以探討邊坡變形破壞機(jī)制，估計(jì)邊坡破壞后可能產(chǎn)生危害的程度，具有直觀這一顯著優(yōu)點(diǎn)。但這一方法在模型材料的選擇、參數(shù)與荷載的模擬方面難度較大，制作與試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)且價(jià)格昂貴。（三）邊坡穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)分析方法1．方法概述為了解決上述滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀與需求的矛盾，結(jié)合黃河?xùn)|勝．神府煤田、內(nèi)蒙及河北省公路路塹及其它多個(gè)巖體滑坡工程的實(shí)際需要，建立了巖體斜坡穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)分析方法，其步驟是：（1）結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)調(diào)查絕大多數(shù)巖體失穩(wěn)都是結(jié)構(gòu)體失去平衡狀態(tài)造成的，巖體斜坡失穩(wěn)亦如此。巖體的結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)面的空間組合狀態(tài)所決定的，對(duì)其結(jié)構(gòu)體的分析應(yīng)從研究分析結(jié)構(gòu)面開(kāi)始。結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)調(diào)查應(yīng)著重查明巖體結(jié)構(gòu)面類(lèi)型、產(chǎn)狀、力學(xué)性質(zhì)、密度、延續(xù)性、結(jié)構(gòu)面充填物類(lèi)型、粒度、物質(zhì)成分、厚度和不均勻程度、地下水作用情況、結(jié)構(gòu)面及其充填物風(fēng)化和蝕變狀況。（2）確定邊坡優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)體自《巖體工程地質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)》一書(shū)問(wèn)世以來(lái)，標(biāo)志著對(duì)工程巖體力學(xué)問(wèn)題的研究已進(jìn)入將巖體視為結(jié)構(gòu)介質(zhì)的研究階段，發(fā)現(xiàn)巖體的變形與破壞都受其結(jié)構(gòu)制約的根本規(guī)律。巖體滑坡的形成與發(fā)展，就是結(jié)構(gòu)變形和破壞的過(guò)程。所以此動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法把結(jié)構(gòu)體的研究作為重點(diǎn)。所謂優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)體，指經(jīng)過(guò)工程地質(zhì)調(diào)查和實(shí)體比例投影對(duì)比分析，確定的最易失穩(wěn)定一種或幾種結(jié)構(gòu)體。優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)體分析，即將優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)體兩結(jié)構(gòu)面組合交線(xiàn)傾向與斜坡傾向一致或有較小交角，且傾角小于坡角的結(jié)構(gòu)體，按組合交線(xiàn)傾角的從大到小和它與斜坡傾向交角的從小到大，同時(shí)考慮到滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)大小綜合分析后的依次排序。首先以最不利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體作為穩(wěn)定計(jì)算對(duì)象，若經(jīng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析，它在設(shè)計(jì)坡高范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，一般情況下其它結(jié)構(gòu)體必然是穩(wěn)定的。否則依次計(jì)算其它結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定狀態(tài)。（3）求出單位結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的體積欲求得某邊坡的臨界坡高和最優(yōu)坡角，必須求出任何坡高所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性計(jì)算所需要的各個(gè)參數(shù)，如結(jié)構(gòu)體的重量、滑面的面積及對(duì)應(yīng)的地震力。動(dòng)水壓力和靜水壓力等。為此定義單位坡高所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面為單位結(jié)構(gòu)體及單位結(jié)構(gòu)面。以單位結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體為工具，按動(dòng)、靜水壓力的變化規(guī)律，求出它們的表達(dá)式，這是建立斜坡穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)。（4）建立斜坡穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)模型經(jīng)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)體分析后，使原來(lái)大量結(jié)構(gòu)面的評(píng)價(jià)大幅度地簡(jiǎn)化?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和理論計(jì)算分析都表明，超出結(jié)構(gòu)面滑移的破壞方式對(duì)滑坡破壞是局部的。如果滑坡的滑動(dòng)可以歸結(jié)為結(jié)構(gòu)體的滑移問(wèn)題，則在上述動(dòng)態(tài)參量的表達(dá)式的基礎(chǔ)上，按不同的工程地質(zhì)邊界條件，以極限平衡條件建立數(shù)字化穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)模型。（5）模型的應(yīng)用應(yīng)用該動(dòng)態(tài)模型可以動(dòng)態(tài)求解任意坡高的穩(wěn)定性系數(shù)、穩(wěn)定坡角或其它未知參數(shù)。2．邊坡穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)分析方法的功能經(jīng)多個(gè)邊坡工程的應(yīng)用檢驗(yàn)，巖體滑坡穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)分析方法的功能可概括為：（1）通過(guò)以往地質(zhì)調(diào)查與大量的工程邊坡實(shí)例說(shuō)明，巖體斜坡失穩(wěn)的主要地質(zhì)模式包括：?jiǎn)位瑒?dòng)面、同傾向雙滑動(dòng)面斜坡、不同傾向的雙滑動(dòng)面斜坡和多滑動(dòng)面斜坡。本方法應(yīng)用了區(qū)域上結(jié)構(gòu)面成組出現(xiàn)和地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)一致地質(zhì)力學(xué)理論，將極限平衡理論、統(tǒng)計(jì)理論與實(shí)體比例圖解法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的滑移體的連續(xù)地、動(dòng)態(tài)地進(jìn)行不同坡高或同一坡高不同坡角的穩(wěn)定性分析。實(shí)現(xiàn)對(duì)沿結(jié)構(gòu)面滑移斜坡的各坡高滑體的連續(xù)地、動(dòng)態(tài)地評(píng)價(jià)之關(guān)鍵于可以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地計(jì)算各坡高和坡角的滑移體、自重以及其它外力，如地震力、動(dòng)水壓力、靜水壓力與工程外加荷載等數(shù)值。（2）此方法還可求出穩(wěn)定系數(shù)等表示穩(wěn)定狀態(tài)的參數(shù)隨坡高的變化率，以便把動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)應(yīng)用于斜坡治理的決策。還可從理論和計(jì)算結(jié)果上給出邊坡治理技術(shù)策略的根據(jù)。（3）使邊坡空間預(yù)測(cè)具有施工前的預(yù)報(bào)功能，且不受坡高的限制，以適應(yīng)當(dāng)今評(píng)價(jià)的斜坡愈來(lái)愈高的需要。（4）實(shí)現(xiàn)了對(duì)沿結(jié)構(gòu)體滑動(dòng)的失穩(wěn)斜坡動(dòng)態(tài)地、定量地對(duì)坡角設(shè)計(jì)的期望。（5）為求解滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度反分析方法提供了任意坡高條件的動(dòng)態(tài)方程式。3．最常見(jiàn)遇到的巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)模型（1）單滑動(dòng)面單邊坡巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)模型當(dāng)單滑動(dòng)面結(jié)構(gòu)邊坡的側(cè)向切割面形狀比較陡，可以不考慮側(cè)向滑動(dòng)面的摩阻力。或側(cè)向切割結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度較低及邊坡的向北購(gòu)股切割的地形條件，可簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題。圖2-191單滑動(dòng)面巖體結(jié)構(gòu)斜坡側(cè)向剖面圖斜坡的坡角為α，滑動(dòng)面的傾角為β，坡頂平面的傾角為ψ。單位結(jié)構(gòu)體坡高為H1，Hl高度為單位長(zhǎng)度。側(cè)向剖面ABC為三角形，設(shè)△ABC的高AD為hl。不考慮側(cè)向切割面對(duì)結(jié)構(gòu)體滑動(dòng)的抗滑作用。按極限平衡理論，可建立如下穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)化穩(wěn)定性分析模型（圖2—191）：當(dāng)坡高不斷增加，增加到n的條件下，穩(wěn)定性系數(shù)隨著坡高的增加在不斷的變化。為了預(yù)測(cè)，或?yàn)榱苏莆者吰鹿こ淘谄涔こ痰刭|(zhì)條件下從坡頂?shù)叫逼缕碌追€(wěn)定性系數(shù)的變化規(guī)律，圖2-191單滑動(dòng)面巖體結(jié)構(gòu)斜坡側(cè)向剖面圖應(yīng)動(dòng)態(tài)地每隔單位坡高或指定的坡高范圍把所有的穩(wěn)定系數(shù)都計(jì)算出來(lái)。巖體斜坡穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)數(shù)字化地質(zhì)-力學(xué)模型為：若考慮地震力對(duì)斜坡穩(wěn)定性系數(shù)的影響，設(shè)地震系數(shù)為η，則單位結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定性系數(shù)：（1）楔形雙滑動(dòng)面邊坡的治理決策當(dāng)單滑動(dòng)面邊坡的滑動(dòng)面的傾向與斜坡的傾向交角大于30。，側(cè)向切割面的傾角小于70。或其傾向與斜坡傾向交角大于30。時(shí)，斜坡的巖體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為楔形雙滑動(dòng)面斜坡。這種巖體結(jié)構(gòu)的斜坡是緩傾斷裂構(gòu)造區(qū)常見(jiàn)的斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)。除緩傾斷層外，緩傾節(jié)理和緩傾軟弱夾層也常成為斜坡的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面，滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面與傾坡的傾向很少有完全一致或接近的地質(zhì)條件，所以這種結(jié)構(gòu)的斜坡比單滑面結(jié)構(gòu)斜坡出現(xiàn)的概率更高。由于巖體中節(jié)理分布的普遍性，有時(shí)邊坡的楔行雙滑動(dòng)面結(jié)構(gòu)體常以多組的形式出現(xiàn)。當(dāng)坡頂可以簡(jiǎn)化為平面時(shí)，楔形雙滑動(dòng)面邊坡的穩(wěn)定性數(shù)字化動(dòng)態(tài)模型可以表示為：其中，常量。式（7-9）中，F(xiàn)(01)nj,F(02)nj—某坡高下結(jié)構(gòu)體滑面（Ⅰ）和（Ⅱ）面積；Wnj—某坡高下結(jié)構(gòu)體巖體自重；F(01)ij,F(02)ij—某坡高下滑動(dòng)面（Ⅰ）和（Ⅱ）的面積；P1O，P2O—滑移結(jié)構(gòu)體自重Wnj分解為滑動(dòng)面結(jié)構(gòu)面（Ⅰ）、（Ⅱ）的法向力所乘系數(shù)；—滑動(dòng)面Ⅰ和Ⅱ的內(nèi)摩擦角；C1，C2—滑動(dòng)面Ⅰ和Ⅱ的內(nèi)聚力；α—滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面組合交線(xiàn)傾角，可由單位結(jié)構(gòu)體的實(shí)體比例投影求得；η—水平地震系數(shù)。上式中，；；以上3式中，—坡高﹙m﹚；—單位結(jié)構(gòu)體的自重﹙KN﹚,可由實(shí)體比例投影求得；—單位結(jié)構(gòu)體的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面Ⅰ和Ⅱ的面積﹙﹚。因篇幅所限，其它地質(zhì)邊界條件和結(jié)構(gòu)類(lèi)型的邊坡穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)數(shù)字化模型從略。第五節(jié)礦山泥石流（一）礦山泥石流的研究?jī)?nèi)容和方法根據(jù)泥石流學(xué)科的分類(lèi)體系，礦山泥石流屬于人為泥石流的研究?jī)?nèi)容，是人為泥石流的典型代表。由此，可將礦山泥石流定義為：在一些生態(tài)環(huán)境脆弱、地形陡峭、巖層疏松的丘陵山區(qū)，由于大規(guī)模地集中開(kāi)采礦產(chǎn)資源，為泥石流的形成提供了大量的松散固體物質(zhì)，加大了地面坡度，使非泥石流溝演化為泥石流溝，泥石流少發(fā)區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗍鞫喟l(fā)區(qū)，形成了新生的泥石流——礦山泥石流。1．礦山泥石流的研究?jī)?nèi)容礦山泥石流歸屬于應(yīng)用泥石流的研究范疇，其研究?jī)?nèi)容既包括傳統(tǒng)的泥石流研究?jī)?nèi)容，又增添了新的研究方向。具體可概括為如下幾個(gè)方面：（1）礦山泥石流的形成條件、形成過(guò)程、暴發(fā)頻率；泥石流流體的性質(zhì)、危害程度的研究；泥石流發(fā)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析和分布規(guī)律研究。（2）礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中，泥石流形成的各種人為激發(fā)因素和機(jī)理，資源開(kāi)發(fā)方式、強(qiáng)度與泥石流暴發(fā)之耦合性研究。（3）礦山泥石流形成的巖土力學(xué)特性、流體特性的研究。由于礦山泥石流的物質(zhì)來(lái)源絕大多數(shù)是棄土、石、渣，與原狀的巖土力學(xué)特性差異很大，從而決定了其暴發(fā)所需的動(dòng)力條件、流體結(jié)構(gòu)、流態(tài)等不同于自然泥石流。（4）礦山泥石流研究的目的是為了預(yù)防和治理資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中的泥石流過(guò)程。因此，泥石流的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)和警報(bào)的研究是其重要的研究?jī)?nèi)容。2.礦山泥石流的研究方法對(duì)任何一門(mén)科學(xué)的學(xué)習(xí)和研究，都必須從以下幾個(gè)方面去掌握它：①掌握大量的實(shí)際資料，特別是直接調(diào)查和第一手的研究資料；②具備獲得這些實(shí)際資料和對(duì)之進(jìn)行研究的熟練的科學(xué)方法；③深入靈活地掌握、分析、綜合這些資料所必需的理論和知識(shí)，實(shí)際資料是一切科學(xué)研究的基礎(chǔ)，據(jù)此進(jìn)行分析研究才能作出理論上的概括和綜合。因此，要掌握任何一門(mén)科學(xué)不僅要了解這門(mén)科學(xué)的研究?jī)?nèi)容，而且必須掌握這門(mén)科學(xué)的研究方法。礦山泥石流作為泥石流研究領(lǐng)域的一門(mén)重要分支學(xué)科，其研究方法在泥石流研究方法的基礎(chǔ)上賦予了新的內(nèi)容。（1）礦山泥石流的信息獲取法掌握第一手資料、占有泥石流形成的信息，是礦山泥石流最基本的研究方法。隨著科學(xué)的發(fā)展，獲取信息的手段也隨之更新，但其基本上可包括以下幾個(gè)步驟：①研究開(kāi)始應(yīng)博覽以往研究成果，聽(tīng)取專(zhuān)家意見(jiàn)，掌握研究動(dòng)態(tài)，制定高起點(diǎn)而又可行的研究計(jì)劃：②采用野外踏勘調(diào)查的方法，這是獲取信息最原始也是最基本的環(huán)節(jié)。野外調(diào)查以利于確定泥石流的形成條件、分布規(guī)律、沖淤特性、災(zāi)害程度、方式和范圍，以及由此而引發(fā)的泥石流地貌形態(tài)的變化，③航片、衛(wèi)片判讀法。這是一種大面積、短期內(nèi)獲取信息的最有效的方法，而且是確定野外考察路線(xiàn)的最好依據(jù)，通過(guò)多期、周期性航片、衛(wèi)片解譯判讀，能掌握泥石流的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程；④訪問(wèn)調(diào)查法，利用對(duì)當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)住居民的訪問(wèn)，可獲得近年來(lái)的有關(guān)泥石流資料。例如：泥石流暴發(fā)次數(shù)、時(shí)間日期、規(guī)模大小、危害方式和范圍。（2）礦山泥石流過(guò)程的實(shí)地觀測(cè)法礦山泥石流過(guò)程的實(shí)地觀測(cè)主要是測(cè)定泥石流的運(yùn)動(dòng)特性、力學(xué)性質(zhì)和有關(guān)參數(shù)，研究泥石流發(fā)生、發(fā)展、沖淤的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。物質(zhì)、地形、動(dòng)力條件是泥石流形成的三大基本要素，泥石流沖出物堆積場(chǎng)所、堆積形態(tài)的變化是泥石流過(guò)程特征的最直觀的證據(jù)。因此，礦山泥石流過(guò)程的實(shí)地觀測(cè)相應(yīng)地可分為4個(gè)方面，即：物源變化的動(dòng)態(tài)觀測(cè)、地形條件的動(dòng)態(tài)觀測(cè)、水動(dòng)力條件的動(dòng)態(tài)觀測(cè)和堆積過(guò)程的動(dòng)態(tài)觀測(cè)。通過(guò)信息獲取，選擇典型的泥石流溝道，分段設(shè)置觀測(cè)斷面。在物源區(qū)和形成區(qū)的觀測(cè)斷面，主要觀測(cè)泥石流物源地松散體起動(dòng)方式、物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化特性，還要用氣象-水文法確定泥石流暴發(fā)動(dòng)力條件的動(dòng)態(tài)變化，水、土、石、渣的混合過(guò)程，在泥石流流通區(qū)的觀測(cè)斷面，測(cè)量流體的深度、寬度、速度、流量、總方量、沖擊力和地聲等，分析流體的成分、組構(gòu)、性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系。在堆積區(qū)的觀測(cè)斷面，觀測(cè)泥石流各次各類(lèi)泥石流堆積空間的變化和相互關(guān)系，確定泥石流堆積速度及其在時(shí)間上的變化，進(jìn)而追溯泥石流的發(fā)展歷史和推測(cè)泥石流堆積規(guī)模的擴(kuò)展趨勢(shì)。在每次泥石流過(guò)程結(jié)束后，將4個(gè)觀測(cè)斷面埋設(shè)的觀測(cè)樁進(jìn)行量測(cè)、連線(xiàn)，對(duì)比分析泥石流溝床的動(dòng)態(tài)變化，也要用地形測(cè)量法、陸地?cái)z影測(cè)量法和GPS法，對(duì)每次泥石流過(guò)程前、后的測(cè)量數(shù)字進(jìn)行對(duì)比分析，分析泥石流溝地形動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。（3）礦山泥石流的模擬實(shí)驗(yàn)法由于絕大多數(shù)泥石流的暴發(fā)是由暴雨而引發(fā)，另一方面泥石流是丘陵山區(qū)特有的自然現(xiàn)象，并多暴發(fā)于夜晚，這就給泥石流的觀測(cè)研究帶來(lái)極大的困難，于是利用模型模擬實(shí)驗(yàn)法，就可加快泥石流的研究進(jìn)展。泥石流的模型模擬實(shí)驗(yàn)可分為室內(nèi)、室外兩種。①泥石流物源地松散體起動(dòng)，并達(dá)到泥石流過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn)。這一方法是在水、土條件得到人為控制下對(duì)所暴發(fā)的泥石流進(jìn)行水、土臨界狀態(tài)研究。②實(shí)地人工泥石流法。根據(jù)礦山泥石流的特性及其溝域條件，以一定比例尺縮小，人為控制水、土條件，在物源區(qū)按不同的比例，堆積各種松散物質(zhì)，并按結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行層構(gòu)互換實(shí)驗(yàn)，以觀測(cè)泥石流的全過(guò)程，進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究．③室內(nèi)泥石流模型實(shí)驗(yàn)法。根據(jù)相似性原理，將典型泥石流溝，按一定比例尺縮小，呈現(xiàn)于模型臺(tái)上進(jìn)行研究和分析。中國(guó)科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所就建造有我國(guó)惟一的、大型的泥石流模擬大廳，現(xiàn)代化程度很高，所獲數(shù)據(jù)精度較高，可準(zhǔn)確控制實(shí)驗(yàn)條件。但其實(shí)驗(yàn)費(fèi)用昂貴，模型建設(shè)的相似性理論還有待進(jìn)一步完善。（4）礦山泥石流的數(shù)學(xué)模型法數(shù)學(xué)模型就是把復(fù)雜的研究對(duì)象轉(zhuǎn)變成數(shù)學(xué)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)合理的簡(jiǎn)化后，建立一個(gè)能用數(shù)學(xué)方法揭示研究對(duì)象規(guī)律性的數(shù)學(xué)關(guān)系式。泥石流研究的數(shù)學(xué)模型法是隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)的一種新的研究方法。然而，它必須是建立在對(duì)泥石流現(xiàn)象本質(zhì)認(rèn)識(shí)深刻、勾繪出的物理圖形是客觀的基礎(chǔ)上，否則模型沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值。目前，這一研究方法在泥石流的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)、泥石流的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、泥石流溝道形態(tài)變化、泥石流堆積泛濫過(guò)程等方面都得到了廣泛的應(yīng)用，并且有了明顯的進(jìn)展和逐步的完善。（5）礦山泥石流的綜合分析法綜觀上述各種研究方法，各有其特點(diǎn)。野外調(diào)查法有利于泥石流分布規(guī)律、發(fā)生條件、發(fā)展過(guò)程的研究；實(shí)地觀測(cè)法則有益于泥石流的流態(tài)、流速、流量、泥石流過(guò)程等流體力學(xué)方面的研究；模擬實(shí)驗(yàn)法使泥石流的研究縮短了時(shí)間、提高了精度，重點(diǎn)在于泥石流過(guò)程的研究。但是，對(duì)泥石流的系統(tǒng)研究，必須采取綜合分析的方法，即使是專(zhuān)項(xiàng)研究（形成機(jī)理、運(yùn)動(dòng)特征、沖淤規(guī)律、發(fā)展趨勢(shì)、危害程度、預(yù)防治理等）也均需采取綜合分析的方法。在眾多的泥石流形成條件和影響因素中，只有采用綜合分析法才能確定形成泥石流的主要條件和一些臨界值；在泥石流危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)中，除考慮泥石流的規(guī)模、性質(zhì)、危害方式外，還需研究災(zāi)區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景、發(fā)展?fàn)顩r，這樣才能正確劃分泥石流的危險(xiǎn)度和相應(yīng)的分布區(qū)，進(jìn)而決定泥石流災(zāi)害的防治方法和措施等。泥石流的發(fā)生往往伴有山洪、滑坡、崩塌和水土流失等災(zāi)害，因此，在結(jié)合分析泥石流的過(guò)程中，還必須結(jié)合研究上述之相關(guān)災(zāi)害的成因、特征及彼此之間的關(guān)系。（6）相關(guān)學(xué)科的結(jié)合法礦山泥石流形成條件和分布規(guī)律的研究方法是延用了地理學(xué)的研究方法；泥石流運(yùn)動(dòng)特性的研究是引用了流體力學(xué)和泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)的原理和方法；泥石流物源特征的研究是借鑒于巖土力學(xué)的測(cè)試方法；泥石流體的粒度成分、沿途分選特性主要是采用顆粒粒度分析法，這樣既可確定泥石流物質(zhì)的來(lái)源及構(gòu)成，又可揭示泥石流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的分選特性。此外，還可用巖石礦物分析法、土水化學(xué)成分分析法、37Cs法、粘土礦物分析法等來(lái)確定泥石流的物質(zhì)特性及其構(gòu)成。泥石流體的容重、顆粒的密度、孔隙度、水土比、流變曲線(xiàn)、靜切力、沖擊力、地聲的頻率和振幅等值的測(cè)定都必須采用物理力學(xué)的分析方法。這些泥石流的基本資料，既是深入研究泥石流的寶貴資料，又可為防災(zāi)設(shè)計(jì)和預(yù)警預(yù)報(bào)提供依據(jù)。礦產(chǎn)開(kāi)采方式與泥石流發(fā)生相關(guān)性研究必須借助于礦產(chǎn)地質(zhì)學(xué)的方法、開(kāi)采技術(shù)研究的方法，進(jìn)而探討二者的相互關(guān)系。由于礦山泥石流學(xué)是建立在泥石流學(xué)與礦產(chǎn)資源開(kāi)采、礦山建設(shè)基礎(chǔ)之上的學(xué)科，礦山泥石流學(xué)研究的目的，主要是為礦山建設(shè)、資源的可持續(xù)開(kāi)采和礦區(qū)環(huán)境建設(shè)而服務(wù)，預(yù)防泥石流災(zāi)害對(duì)資源開(kāi)采的破壞，減少由此而引起的經(jīng)濟(jì)損失。這就決定了礦山泥石流的研究必須廣泛地吸取各有關(guān)學(xué)科的研究方法。（二）礦山泥石流學(xué)的橫向?qū)W科聯(lián)系自然界是統(tǒng)一的整體，所以研究自然界不同現(xiàn)象的科學(xué)，必然在實(shí)踐過(guò)程中彼此發(fā)生密切的聯(lián)系，而一門(mén)科學(xué)的發(fā)展，也常為其他科學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造前提，所以在了解一門(mén)科學(xué)的同時(shí)，還必須正確認(rèn)識(shí)它與其他科學(xué)的關(guān)系，以便不斷從相關(guān)科學(xué)中吸取最新科學(xué)成果和研究方法，推動(dòng)自己學(xué)科的發(fā)展。任何利用自然和改造自然的課題和措施，通常都是許多相關(guān)學(xué)科共同協(xié)作的綜合任務(wù)，絕非一個(gè)學(xué)科所能單獨(dú)承擔(dān)的。因此，這就決定了各門(mén)學(xué)科在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，必須有緊密的聯(lián)系和分工，作為應(yīng)用學(xué)科的礦山泥石流學(xué)也是如此。1．礦山泥石流學(xué)與地學(xué)的關(guān)系礦山泥石流學(xué)源于山區(qū)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用和礦山建設(shè)，它既是一門(mén)新興的學(xué)科，又是一門(mén)應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科。礦山泥石流研究的目的主要是為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)、礦山建設(shè)、礦區(qū)環(huán)境保護(hù)、礦產(chǎn)資源持續(xù)開(kāi)采和礦區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，這一客觀的需求，又促進(jìn)了礦山泥石流研究的迅速發(fā)展。礦山泥石流研究屬于多學(xué)科交叉的邊緣性學(xué)科。首先它從屬于地學(xué)的研究領(lǐng)域。礦山泥石流的形成，并不是所有的礦區(qū)都會(huì)有泥石流發(fā)生，而是在一些生態(tài)環(huán)境本來(lái)就很脆弱的地區(qū)，加之大規(guī)模、大強(qiáng)度的資源集中開(kāi)采的地區(qū)就會(huì)有大量的泥石流形成，因而，可以說(shuō)礦山泥石流形成的基本條件和環(huán)境背景的研究是地理學(xué)的研究?jī)?nèi)容，泥石流發(fā)生、發(fā)展影響因素（巖性、構(gòu)造、地形、氣象、水文、植被、土壤、水土流失、人為活動(dòng)等）的研究，往往采用和吸取地學(xué)研究的成果和方法，泥石流的分布規(guī)律、所形成的地貌形態(tài)的研究、泥石流堆積物的分析宜采取地貌學(xué)的理論和方法，泥石流過(guò)程本身就是地貌過(guò)程。泥石流暴發(fā)的外動(dòng)力條件是暴雨徑流，因此，它與氣象水文學(xué)的關(guān)系頗為密切。泥石流的起動(dòng)力主要是來(lái)源于大氣降水，并且又受地形匯流條件的制約，故泥石流的激發(fā)雨量、雨強(qiáng)和徑流量等均需采用氣象水文學(xué)的研究方法。泥石流暴發(fā)的3個(gè)基本條件（地形、松散物質(zhì)、水動(dòng)力）除彼此關(guān)系十分密切外，還與地表的植被、土被和物質(zhì)組成等有關(guān)，研究植物種類(lèi)、植被覆蓋率、土壤特性等與泥石流形成的關(guān)系，可為采用生物措施治理泥石流提供依據(jù)。因此，可以說(shuō)礦山泥石流的研究與植物學(xué)、土壤學(xué)的關(guān)系也非常密切?？偠灾?，泥石流學(xué)源于地學(xué)，地學(xué)的研究方法滲透到泥石流研究的各個(gè)部分，泥石流研究與地學(xué)的關(guān)系非常密切。2．礦山泥石流學(xué)與力學(xué)的關(guān)系礦山泥石流的起動(dòng)是外營(yíng)力作用所致，是由水體、土體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的結(jié)果，在這一轉(zhuǎn)化過(guò)程以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換等均涉及到巖土力學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)學(xué)、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程力學(xué)等。只有從力學(xué)的觀點(diǎn)、能量守衡原理出發(fā)，才能建立起泥石流運(yùn)動(dòng)的物理、數(shù)學(xué)模型。因此，可以說(shuō)礦山泥石流研究與力學(xué)的關(guān)系非常密切，各種力學(xué)的研究方法貫穿于泥石流研究的整個(gè)過(guò)程。3．礦山泥石流學(xué)與地質(zhì)工程學(xué)的關(guān)系礦山泥石流的形成是由于人類(lèi)大強(qiáng)度集中開(kāi)采礦產(chǎn)資源，以一定強(qiáng)度干擾自然所造成的不良環(huán)境后果，激發(fā)了泥石流形成的各大要素，致使泥石流暴發(fā)。因而，它與資源開(kāi)采過(guò)程中的一系列地質(zhì)工程技術(shù)關(guān)系密切，有關(guān)資源開(kāi)采、礦山建設(shè)過(guò)程的學(xué)科也構(gòu)成了礦山泥石流的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。例如；資源開(kāi)采方式的工程技術(shù)、礦產(chǎn)資源豐度研究、礦產(chǎn)地質(zhì)學(xué)、礦產(chǎn)資源學(xué)、礦山建設(shè)工程技術(shù)，資源開(kāi)采過(guò)程中和開(kāi)采后的環(huán)境建設(shè)研究等，這些學(xué)科對(duì)礦山泥石流的研究都起到了舉足輕重的作用，是礦山泥石流研究必不可少的科學(xué)研究方法。4．礦山泥石流學(xué)與其他有關(guān)科學(xué)的關(guān)系礦山泥石流的物源，主要是采礦和礦山建設(shè)配套設(shè)施建設(shè)過(guò)程中所產(chǎn)生的棄土、石、渣，和建設(shè)過(guò)程中所引發(fā)的崩塌、滑坡、水土流失等，它是人為活動(dòng)的產(chǎn)物。因而，人類(lèi)的行為在很大程度上決定著礦山泥石流能否形成、暴發(fā)頻率和受災(zāi)程度。這樣采礦前的總體規(guī)劃、礦山城市建設(shè)總體設(shè)計(jì)、礦區(qū)環(huán)境建設(shè)設(shè)想、棄土、石、渣的合理堆放、利用和善后處理等就顯得非常重要，所以說(shuō)礦山泥石流與城市建設(shè)、環(huán)境科學(xué)、礦山經(jīng)濟(jì)學(xué)等相關(guān)學(xué)科相互滲透，成果可以互相利用。這也是礦山泥石流的特點(diǎn)之一．為解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題而興起的礦山泥石流學(xué)，必須深入揭示礦山泥石流過(guò)程的本質(zhì)，從而才能預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)礦山泥石流過(guò)程的發(fā)展趨勢(shì)，提出合理的預(yù)防治理措施。這樣就需要將礦山泥石流建立在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平之上，有一個(gè)高的起點(diǎn)，以適應(yīng)礦產(chǎn)資源開(kāi)采、礦山建設(shè)的需要，為此，首先要加強(qiáng)物理、數(shù)學(xué)和化學(xué)基礎(chǔ)原理的應(yīng)用，需熟練掌握計(jì)算機(jī)，引進(jìn)其他新的技術(shù)，如，GIS、GPS、RS、數(shù)字高程技術(shù)的數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)等先進(jìn)的工程技術(shù)學(xué)科。（三）中國(guó)的礦山泥石流礦山泥石流源于礦產(chǎn)資源的開(kāi)采，并隨著開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，強(qiáng)度的加大而加重。根據(jù)上述我國(guó)礦產(chǎn)資源的分布特征和組合特點(diǎn)，從而可以得出我國(guó)礦山泥石流主要分布在北部、西部地區(qū)，在東南丘陵山區(qū)也有零散分布。尤其以大型的露天開(kāi)采礦區(qū)最為集中。遼寧阜新海州露天煤礦，是1953年7月投產(chǎn)的，總面積達(dá)30km2有余，設(shè)計(jì)開(kāi)采深度為350m的大型煤礦，除大量的棄土、石、渣存在外，由于煤層及其頂、底板呈18°～25°的單斜構(gòu)造，屬傾向采礦場(chǎng)，而巖性軟弱的頁(yè)巖夾層，層間內(nèi)摩擦角為13°～18°，明顯小于煤層傾角，具有很強(qiáng)的欲滑趨勢(shì)。礦山部門(mén)忽視這一嚴(yán)重情況，違反邊坡穩(wěn)定性規(guī)律，邊坡設(shè)計(jì)不合理，致使已經(jīng)具備失穩(wěn)條件的軟弱層臨空失穩(wěn)，結(jié)果在大雨或融雪水的作用下，形成了典型的礦山滑坡泥石流，以后又多次發(fā)生，嚴(yán)重地威脅礦山安全。四川省的攀枝地區(qū)，礦產(chǎn)資源極其豐富，國(guó)家、地方、群眾都在進(jìn)行開(kāi)采。在礦山建設(shè)中，破壞森林植被，加上礦山開(kāi)采技術(shù)落后，有的礦山露天開(kāi)采，棄渣不做處理，甚至有的亂挖亂采破壞山體，遇暴雨常常發(fā)生泥石流。如，1981年，會(huì)理縣就有15個(gè)礦區(qū)暴發(fā)了泥石流；寧南縣的銀廠溝，因群眾開(kāi)采錫礦，年年發(fā)生泥石流，不但直接影響礦區(qū)，而且還危害下游交通，淤埋附近大片農(nóng)田。大格排土場(chǎng)系福建省潘洛鐵礦潘田礦區(qū)的一個(gè)高階段排土場(chǎng)，它緊臨采礦場(chǎng)堆，排土場(chǎng)地形陡，礦渣含有大量的云母成分，當(dāng)?shù)亟涤炅扛?，斷層發(fā)育。1983年11月13日在暴雨的激發(fā)下暴發(fā)了泥石流。1990年5月31日，四川省會(huì)理縣炭山溝泥石流，給溝內(nèi)及溝口的四川涼山彝族自治州益門(mén)煤礦造成了嚴(yán)重災(zāi)害。泥石流致死31人，3人失蹤，29人受傷，摧毀房屋16幢，堵塞公路橋梁，淤埋、沖毀公路2.4km，堵塞采煤井洞4個(gè)，毀壞輸水管道1.2km，輸電線(xiàn)路4.5km,通訊線(xiàn)路1.9km，淤埋原煤運(yùn)輸機(jī)道1條和職工食堂1個(gè)。泥石流沖出物入益門(mén)河后，堵河成壩，壩上游河水陡漲，由此而生成的次生洪水淹沒(méi)煉焦窯7座、泥煤池5座、水泵房1個(gè)，原礦子弟學(xué)校宿舍區(qū)等房屋47幢，造成危房面積1.2萬(wàn)m2，淹損部分庫(kù)存物資，流失原煤、焦煤、泥煤、洗精煤近6500t，直接經(jīng)濟(jì)損失400萬(wàn)元。山西省安太堡露天煤礦，因采用大型機(jī)械進(jìn)行剝離、運(yùn)輸、排棄土石，巖土層組完全被破壞，原地貌形態(tài)已不復(fù)存在。同時(shí)，在高速采排進(jìn)度下，新構(gòu)成的排土場(chǎng)，巖土呈松散狀，地貌形態(tài)獨(dú)特，巖土的起動(dòng)、搬運(yùn)、堆積規(guī)律與原狀土迥然不同，在連續(xù)暴雨條件下，棄土、石、渣達(dá)到超飽和狀態(tài)而發(fā)生坡面泥石流。神府東勝礦區(qū)自開(kāi)發(fā)以來(lái)，發(fā)生規(guī)模不等的泥石流200多次，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，是比較典型的礦山泥石流分布區(qū)。此外，我國(guó)海南島的石碌鐵礦山的渣山也發(fā)生過(guò)多次礦山泥石流。1985年6月12日，云南東川湯丹銅礦的排土場(chǎng)泥石流，江西水平銅礦露天采場(chǎng)排土場(chǎng)等。湖北省秭歸縣新灘滑坡與附近的煤炭開(kāi)采也有一定的關(guān)系。（四）礦山泥流防治礦山泥流防治與一般泥石流治理方法相同。（1）輸：主要輸通洪水，輸水溝、渠、泄水山洞，防止洪水沖垮礦山廢棄物堆放體和尾礦（庫(kù)）；（2）攔：攔截泥砂，溝谷縱橫壩和群壩；（3）固：加固尾礦壩，防止尾礦壩沖潰；加固采動(dòng)引起巖體（土體）崩滑體，防止礦山崩滑泥石流的發(fā)生。（4）管：管理好頂板坍隔，防止大面積地面巖體松動(dòng)和破碎；管好礦山廢棄物堆放和尾礦壩安全，從源頭上防止礦區(qū)泥石流發(fā)生。案例1：東川后山4條泥石流溝的綜合治理后山4條泥石流溝位于云南省東川市境內(nèi)。東川是云南省新興的工礦城鎮(zhèn)，人口3萬(wàn)余人。其城鎮(zhèn)后面山地的石羊溝、尼拉姑溝、深溝和田壩干溝4條泥石流溝從東往西穿越鎮(zhèn)區(qū)，居高臨下威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。從1964年開(kāi)始對(duì)后山泥石流綜合治理，內(nèi)容包括穩(wěn)、攔、排、預(yù)警報(bào)及管理措施等。即在形成區(qū)用種植草類(lèi)、灌木、喬木，恢復(fù)植被，以穩(wěn)定坡面，減少水土流失；修建谷坊，以防溝床下切；修建截流溝排除滑坡體的徑流；在溝內(nèi)修建攔沙壩，以攔蓄固體物質(zhì)；在流通區(qū)和堆積區(qū)，修建帶防沖肋板的排導(dǎo)槽，將泥石流順利排瀉；設(shè)置預(yù)警報(bào)系統(tǒng)，以便在特大泥石流危及城市安全之前，能預(yù)先報(bào)警。經(jīng)過(guò)近30年的治理，已見(jiàn)成效，人們安居樂(lè)業(yè)，市區(qū)得到較大發(fā)展，在泥石流堆積扇上修建公園1座，體育場(chǎng)1個(gè)，開(kāi)墾農(nóng)田43.3hm，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。案例2：老干溝泥石流綜合治理老干溝是小江中游大白河右岸的一級(jí)支溝，流域面積7.67km2，主溝長(zhǎng)5.68km。東川至昆明的公路、鐵路橫跨該溝。每年雨季，幾乎都要發(fā)生幾次泥石流，造成道路沖毀淤埋，引起斷道阻車(chē)事故。最嚴(yán)重的一次泥石流發(fā)生在1985年7月26日，當(dāng)時(shí)上游傾盆大雨后，從山谷中奔涌出的泥石流將一輛正行駛在溝口的一輛汽車(chē)卷入小江，造成12人死亡的嚴(yán)重災(zāi)禍。1991—1997年，經(jīng)過(guò)7年治理，投資約112萬(wàn)元，共修建攔沙壩2座，排導(dǎo)溝980個(gè)，谷坊8座，潛壩4道，截流溝60m。同時(shí)進(jìn)行了山坡整治，植樹(shù)造林182ha。目前，造成泥石流的滑坡體相對(duì)穩(wěn)定，固體物質(zhì)補(bǔ)給量大為減少，估計(jì)由原來(lái)年補(bǔ)給量15萬(wàn)m3，降為5萬(wàn)m3第一節(jié)疏干排水對(duì)水資源、水環(huán)境的影響(一)疏干流場(chǎng)特征1、大降深疏干漏斗：北方矽卡巖巖溶直接充作礦床，長(zhǎng)期疏干排水形成大降深流場(chǎng)，其特點(diǎn)改變天然流場(chǎng)，形成人工疏干漏斗區(qū)，改變流向，增加水力坡度。2、降深場(chǎng)具有各向異性滲透性（Kx，Kxy，Kyy）和導(dǎo)水性（Txx，Txy，Tyy）導(dǎo)水巖層走向（構(gòu)造成）導(dǎo)水性大于傾向方向?qū)?。Txx=（3～5）（Tyy）最大相近10倍以上3、疏干流場(chǎng)滲透性具有明顯垂向非均質(zhì)，我國(guó)北方中奧陶統(tǒng)巖溶充水巖層具有明顯垂向異性，除受巖性、巖相有關(guān)外，受巖溶發(fā)育深度上變化規(guī)律的影響，一般規(guī)律是上強(qiáng)下弱和巖溶發(fā)育不限。4、巖溶水疏干流場(chǎng)具塊段特征：巖體（巖脈穿抻、礦體、蝕變帶）為不透水或弱導(dǎo)水邊界和斷層分害（強(qiáng)弱層對(duì)接）形成隔水或弱導(dǎo)水邊界是巖溶水塊的邊界劃分直接依據(jù)。(二)疏干排水對(duì)水資源及水環(huán)境的影響案例1邯邢鐵礦田礦山排水對(duì)邢臺(tái)百泉的影響(一)資源分布邯邢鐵礦田南起武安磁山，北至沙河綦村一帶，分布面積近600km2，有鐵礦74處，保有儲(chǔ)量5.5億噸，其中55處礦山分布于百泉流域，其鐵礦保有儲(chǔ)量4.99億噸，占邯邢鐵礦田儲(chǔ)量的90%；開(kāi)采條件簡(jiǎn)單的礦山已基本開(kāi)采殆盡；水文地質(zhì)條件較復(fù)雜的礦山，是處一個(gè)單元內(nèi)的王窯和中關(guān)鐵礦（兩者相距7km），儲(chǔ)量尚有2.5億其開(kāi)采受深部灰?guī)r的威脅。(二)邯邢鐵礦巖溶水系統(tǒng)1、邊界：南部為巖體和礦體分水嶺，西部為古老的隔水變質(zhì)巖體，東部為隔水的區(qū)域性深大斷層，北部為百泉巖溶水系統(tǒng)的排泄帶。2、巖溶水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與特征：（1）南至北洛河地下水分水嶺；（2）中經(jīng)玉石洼、云架嶺、西石門(mén)、崔石門(mén)、王窯、中關(guān)、西郝莊（南）、葛泉（綦村南）等鐵礦排出礦區(qū)；（3）于百泉排出地表；（4）形成NW-SE向集水廊道，巖溶地下水系統(tǒng)；（5）由于各礦山充水巖層隔水底板分布標(biāo)高不同，形成各自獨(dú)立的巖溶盆、窩、坑（巖溶水盆窩坑塊段系統(tǒng)）水系統(tǒng)，具各自向獨(dú)立（部分通道聯(lián)系）流場(chǎng)特征。（見(jiàn)圖1）(三)礦山排水量鐵礦田內(nèi)19個(gè)礦山排水總量為14586.58×104m3/a，6個(gè)煤礦總排水量2258.86×104m3/a，礦山排水量近50萬(wàn)m3/a（見(jiàn)表3-2），礦山排水回滲量為礦坑排水量的37.5%，實(shí)際礦山疏干排水量31.25萬(wàn)m3/d。(四)百泉流域巖溶實(shí)際開(kāi)采量圖1礦山排水量統(tǒng)計(jì)表表3—2礦山名稱(chēng)排水量（×104m3/a）礦山名稱(chēng)排水量（×104m3/a）王窯鐵礦3237.55云駕嶺煤礦289.08鳳凰山鐵礦3212郭二莊煤礦452.6西郝莊鐵礦730顯得旺煤礦332.88東郝莊鐵礦876章村煤礦679.5上鄭鐵礦273.75葛泉煤礦262.8紅土坡鐵礦730邢臺(tái)煤礦242新馮聯(lián)辦鐵礦401.5葛泉鐵礦305.43太行山鐵礦475綦村鐵礦36.5上申莊鐵礦146石板坡鐵礦131.4西石門(mén)鐵礦383.25礦山村鐵礦115.12玉石洼鐵礦219云駕嶺鐵礦86江峰礦業(yè)92北洺河鐵礦536