抚顺西露天煤矿边坡地面变形监测预警

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摘 要：预防抚顺西露天矿坑北邦边坡滑坡、崩塌、地面沉陷、地面变形等地质灾害给周边企业、采煤安全和居民造成生命财产的损失，辽宁省人民政府责成辽宁省地质矿产勘查局组织专职监测队伍进行监测工作，并根据监测结果对可能发生的灾害做出预警预报。

关键词： 监测 预警边坡变形

中图分类号：TN931文献标识码： A

辽宁省地质环境监测总站受辽宁省地质矿产勘查局委托，组织专业监测队伍，于2006年6月10日正式启动抚顺西露天矿北邦地质灾害监测、预警工作，编制了《抚顺西露天矿北邦边坡滑坡监测预警工作方案》，同时开展专业监测网的建设及监测工作，并根据监测结果对可能发生的灾害做出预报预警。2006年6月―2010年12之间，先后建设并完成精密GPS 静态监测、深层岩移监测、地下水埋深监测、地裂缝简易监测等监测，并根据监测结果对可能发生的地质灾害做出预警预报，最大限度减少地质灾害对公民生命财产的损失，为政府作出地质灾害防治工作提供科学依据。

目的：

初步查明滑坡、地面塌陷、地面变形等地质灾害现状，通过对北邦地面变形监测，分析滑坡、地面塌陷、地面变形等地质灾害形成机理、活动状态，掌握其破坏规律；预测、预报地质灾害未来发展趋势，及时预报预警，最大限度减轻地质灾害对公民生命财产的危害，为政府决策提供科学依据。

任务：

（1）建立GPS变形监测、深部岩移监测、地下水监测等综合监测网络，采集地面变形数据；

（2）建立抚顺西露天矿滑坡变形预报模型；

（3）研制相关软件，实现数据自动分析、预报结果自动生成；

（4）定期滑坡预报。

工作区位置及范围

监测工作区位于抚顺市区的中部，浑河南岸，处于浑河与矿坑之间，顺河向展布，南侧紧靠西露天矿北邦 ，项目区范围为：东西长4.4km（即以矿区坐标为W1200线-E3200线），南北宽0.15―1.5km（即抚顺44中学--北邦矿坑下120.5m），监测网控制面积5.18km2，行政区划为新抚区。矿区及与周边城市交通便利，距沈阳仅为47km。

地质灾害综合监测系统

建立抚顺市西露天矿地面变形监测系统，应用综合监测手段（GPS位移监测，深部岩移监测、地下水监测、气象资料分析等）进行多角度、全方位地面变形监测。采用的监测仪器有：GPS拓普康双频静态接收机、钢尺、皮尺、CX-01型伺服加速度计式数显测斜仪、水位测量仪、罗盘、放大镜、钢尺、照相机等。

2011-2013年抚顺西露天矿北帮地质灾害监测、预警工作，各种专业监测剖面12条，各类监测点 61个。其中：GPS基准点2个；GPS实时监测剖面2条，监测点7个；GPS静态监测剖面8条，监测点20个；地下水监测孔6个；简易监测点达17个；深层岩移监测孔9个。

监测成果总结

近些年来监测成果显示，北邦还处于等速变形阶段，变形方式以倾倒滑移变形、沉陷变形为主。2010 年8 月几次强降雨引起北邦兴平路地段，多处发现新增地裂缝，F1和F1A附近地裂缝发生活化，最长裂缝长3公里。2011年变形位移速率有所减缓，2012年变形位移速率有所增加，2013年变形位移速率有进一步加快的趋势。变形较快的区，分布在W900-E2000的倾倒滑移变形不稳定区，年变形速率达100多mm。

现西露天矿造成的滑坡、地面变形及地裂缝。已危及到抚顺市相当部分城区的安全。特别突出的是北邦地段涉及面积约 3.99km2，因近百年的采煤，岩体大部受损，部分处于松弛状态，随时都有可能再次引发重大地质灾害事件。

形成原因

抚顺市区地质灾害形成的主要原因是复杂的地质环境背景为内在因素，由煤炭资源开发卸载形成规模巨大的采空区和高陡的边坡为外在因素所诱发引起，二者是互为条件，互相“促进”的。就其致灾因素的重要程度来说，不合理的资源开发工程为主要原因，其次为不良地质因素。基于以上的因素，决定了抚顺市地质灾害的主要是围绕着煤矿的开采区分布。由于复杂的地质环境条件受采矿活动的强烈影响，改变了地质岩体的原有的赋存状态、荷载能力，致使岩体工程地质条件、水文地质条件、地形地貌条件、自然生态环境发生了重大的改变。在各种不利因素错综叠加下，形成了西露天矿滑坡、地面变形、地裂缝等地质灾害的发生。

边坡变形与稳定性分析

抚顺西露天矿北邦地质环境复杂，边坡由断裂构造、牵引主向斜、复式褶曲、以及反倾层状结构岩体所组成。边坡受深部井工开采及露天开采的影响，从1986年开始发生大规模的倾倒滑移变形,使矿区的生产受到严重影响,并且波及到矿坑周边地区,造成企业、工业设施和民用建筑物严重破坏。

据2011年1月～2013年12月对北邦的监测成果显示，边坡处于滑坡的等速变形阶段，并且近期变形速率略有增大的趋势，部分区段具有倾倒滑移失稳破坏趋势。从变形监测结果看，构成北邦边坡的岩性、构造条件等条件不同，其变形机制和变形特征也不同，从分布上具有分区段、分带性规律。根据变形特征分析，将抚顺西露天矿监测区域大致分为三个区：I-倾倒滑移变形不稳定区、Ⅱ-沉陷滑移变形不稳定区、Ⅲ-沉陷滑移变形潜在不稳定区。

分区原则是依据地质灾害形成发育的地质、位移监测成果、构造条件、岩性、采空区分布、人类工程活动强度等因素进行划分的。

结论

（1） 抚顺西露天矿北帮变形分布，具有分带性规律

据2011年1月～2013年12月对北邦的监测成果显示，边坡处于滑坡的等速变形阶段，并且近期变形速率略有增大的趋势，部分区段具有倾倒滑移失稳破坏趋势。从变形监测结果看，构成北邦边坡的岩性、构造条件等条件不同，其变形机制和变形特征也不同，从分布上具有分带性规律。根据变形特征分析，将抚顺西露天矿监测区域大致分为三个区：I-倾倒滑移变形不稳定区、Ⅱ-倾倒滑移、沉陷滑移潜在不稳定区、Ⅲ-沉陷滑移基本稳定区。

（2） 滑坡整体处于等速变形状态

从监测曲线图上看，各监测点曲线变化特征基本相同，变形曲线基本呈直线型，表明滑坡基本处于等速蠕动变形状态。从曲线形态上看，汛期前各监测点都向南、向下较慢位移，汛期中监测点有向北、向上位移过程，汛期后又重新向南向下位移，变形速率有明显阶跃现象，证明边坡变形是以倾倒变形为主的方式，并且在汛期中或汛期后位移速率有加大。从曲线上看，2011年变形较缓，2012年变形比2011年相对加快，2013年汛期位移有明显阶跃。证明地面变形是随着F1A下盘地层的倾倒变形，F1A上盘断层也随后发生倾倒变形，汛期加速此过程；从滑坡的监测曲线上看，2011年-2013年，从总体趋势来看，各曲线基本呈现直线型，表明滑坡基本处于等速变形状态。

（3） 大气降水是滑坡变形的最主要外因

大气降水是滑坡致灾的最主要外因。汛期大量的降水增加岩土的含水量、增大岩土体容重、软化岩土、降低岩土的抗剪强度。降雨渗入到风化岩土体之下的基岩面或断水层面变成剂，降低了接触面的抗滑性质，从而导致滑坡的发生。通过监测数据，滑坡在非汛期接近于稳定，而一到雨季就急剧活动，形成“大雨大滑，小雨小滑，不雨不滑”情况。

统计结果表明，滑坡活跃期与当地降水丰年或特大暴雨季节相对应。位移―降水量关系统计模型表明，一般强度的降雨对蠕动性滑坡的运动有加速作用，且其位移量随降水量的增大呈线性增长。