长山壕矿区露天采场边坡危险性区域划分

刘 哲 陈娟浓

（华北理工大学建筑工程学院）

针对内蒙古长山壕矿区滑坡灾害日益严重的现实情况，基于工程地质调查数据和综合分析结果，结合此矿区边坡的特点，同时考虑坡度、坡高、地层岩性、岩体完整程度、与断层的距离、矿山开采情况等影响因素，利用聚类分析的方法对东北采场边坡进行危险区划分，绘制边坡危险性分区图，将研究区域划分为极低危险区、低危险区、中危险区和危险区［1-3］。并对采场边坡危险性分区结果进行分析，得到各级危险区域面积在总面积中的比例。通过客观评价采场现状边坡的危险程度，为服务矿山生产提供理论基础，从而保障露天矿的安全可持续开采。

1 矿区露天采场区域概况

长山壕金矿位于内蒙古自治区乌拉特中旗（县）东北85°方向，矿区为剥蚀低山丘陵地形，地形起伏平缓，标高为1 550～1 750 m，相对高差为50～200 m。大地构造位置为华北地台北缘，白云鄂博台缘拗陷带的中部高勒图断裂带和合教—石崩断裂带的夹持区。矿区降雨稀少，水文地质条件为简单类型。到目前为止，长山壕金矿已发生过多起滑坡灾害，部分滑坡如图1所示。

2 矿区露天采场边坡危险性区划

2.1 边坡危险性影响因子的确定

研究区内地质环境复杂，边坡危险性的影响因素多种多样，各种影响因素的影响程度也不同，故本项目充分利用研究区地质资料和工程地质调查的数据，根据长山壕露天矿的工程地质和水文地质条件，结合露天矿开采和扩帮工程的实际工况，选择导致边坡灾害发生的主要影响因素进行分析，最终选取6个指标作为评价因子，6个指标为地层岩性、岩体完整程度、矿山开采影响、与断层的距离、坡度、坡高［4］。

2.2 二级评价指标的划分及赋值

选取的6个影响因子对边坡危险程度的影响是不同的，因此，把危险性程度按顺序划分为“极低危险”、“低危险”、“中危险”和“危险”这4个等级。选取的评价因子中定性指标是没有度量单位的，而定量指标的度量单位也可能有所不同，这不利于边坡危险性综合分析及区划工作。基于此，本项目根据边坡危险性评价原则，结合东北采场边坡实际情况，按照各个影响因素评价指标在不同分级中滑坡危险程度由低到高的顺序，将各个评价指标按不同分级从小到大分别赋值，见表1。

注：H为开采区与被评价边坡坡顶下方的距离。

2.3 边坡危险性评价单元的划分

本项目以20 m×20 m的正方形为评价单元，将东北采场划分为6 201个评价单元，见图2。

2.4 边坡危险性影响因子的权重

由于各影响因子对于边坡稳定性的影响存在差异，相应有不同的侧重。因此，对各单项指标要给予一定的权重［5］。本项目在边坡影响因素二级指标危险性等级划分的基础上，选择研究区现状滑坡作为权重评价样本源数据，每个滑坡的影响因素二级指标分级参考表1，由此得到现状滑坡各二级指标的分级结果，在SPSS中对现状滑坡各二级指标的分级结果进行因子分析并勾选相关选项，运行SPSS，可得到下列结果（表2）。

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如表2所示，通过KMO和巴特利特球形度检验的检验结果，KMO值为0.610＞0.60，说明这些数据可以进行因子分析。同时巴特利特球形度检验中的显著性值为0.005，小于显著水平0.05，说明变量存在相关关系，进一步确定了因子分析的可行性［5］。

经过进一步计算并归一化后，最终确定了各影响因子（坡高、矿山开采的影响、地层岩性、岩体完整程度、与断层的距离、坡度）的权重分别为0.063、0.221、0.171、0.165、0.196、0.184。

加权后的东北采场各评价单元量化值见表3。

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将加权后的东北采场各指标数据导入到SPSS中。在SPSS中，将聚类数设置为4。运行SPSS的K均值聚类选项，最终得到东北采场的聚类结果。当迭代次数达到第18次时，实现了收敛。此时各评价单元格的聚类结果见表4。东北采场每个聚类中的个案数目见表5。

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通过表5可以计算得出，聚类1占比31%，聚类2占比11%，聚类3占比26%，聚类4占比32%。利用SPSS得出的聚类结果并不会自动地与危险程度对应起来，此时可以从问题本身入手，人为验证聚类结果是否符合逻辑和专业常识。经过进一步分析，确定聚类①表示极危险区，聚类②表示危险区，聚类3表示低危险区，聚类4表示极低危险区。为了使聚类结果更直观，对4个聚类分别在东北采场的地质图中用不同灰度的色块表示出来，见图3。

2.5 边坡危险性区划结果分析

通过对长山壕金矿东北采场露天边坡进行聚类分析，定量化得到矿区东北采场危险区划图（图3）。可以看出，该采场潜在的极危险区和危险区主要分布在采场的东、西端帮以及靠近采场底部区域，这与采场现状滑坡的发生情况一致，区划结果合理。根据“定量评判、定性修正”的分区原则，对矿区东北采场的边坡危险性分区详细说明如下。

（1）极危险区占比31%，主要分布在采场的东、西端帮以及北帮的1 444～1 540 m平台、南帮1 468～1 492 m区域。东、西端帮区域破碎片岩与断层集中分布，岩层破碎长度较高，稳定性差。北帮1 444 m平台上方有大型破碎带经过，发生多起滑坡。南帮1 468～1 492 m区域岩层较破碎，出现过多次滑坡。

（2）危险区占比11%，主要分布于采场的靠近坑底部分。极危险区的东南侧破碎带、片岩交界，其余部分处在板岩、破碎片岩、闪长玢岩、断层和破碎带交汇区，岩层较破碎，浮石较多。且西北方向曾有大型滑坡灾害发生。

（3）低危险区占比32%，主要分布于南、北端帮上部区域，与断层距离较远。其中南端帮上部的低危险区域主要处于灰岩分布区。

（4）极低危险区占比26%，主要分布于北帮1 540～1 564 m区域、南帮1 492～1 540 m区域。该区域多有灰岩分布，岩体完整性较好。

3 结论

边坡危险性划分是解决矿山生产技术的一个重要课题，对矿山的安全和可持续开采、边坡的综合治理具有重要意义。本项目通过对长山壕金矿的边坡地质调查资料进行整理，综合分析后选取了6个影响因子，借助SPSS软件，用因子分析的方法确定了各影响因子的权重，并通过聚类分析的方法完成了东北采场的边坡危险区划，最后按照各评价单元的位置进行了绘制。经计算，极危险区占比11%，危险区占比31%，低危险区占比26%，极低危险区占比32%。经过比较可知，现状滑坡大部分发生于危险区划图中的极危险区和危险区中，很少发生于低危险区和极低危险区，这与实际情况相吻合。这说明基于SPSS的聚类分析法对露天矿山边坡危险区划具有一定的实用价值，可以作为露天矿山边坡危险性区划的一种工具，也能为边坡的加固设计提供一定参考［6］。