秦岭金矿开采区矿山泥石流发育特征及其防治对策研究——以龙湾沟为例

李 鹏，曾 金

（1.长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2.中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

20世纪80年代～90年代中后期我国矿业秩序十分混乱的典型矿区，无序开采、非法开采、乱采滥挖，或因资源枯竭矿山闭坑、或因企业破产、政策关闭及重组等原因，导致了严重的矿山地质环境问题。金矿开发产生了两类典型而严重的矿山地质环境问题：

一是矿渣型泥石流灾害隐患突出；二是选矿废渣压占土地、污染耕地极其严重。前人就矿山泥石流分布规律、特征、成灾模式和防治对策进行了较多的研究，也取得了一定的研究成果[1-7]。

矿渣型泥石流地质灾害和废弃尾矿渣场污染农田这两大类矿山地质环境问题，是我国山地金属矿山开采的普遍性问题。因此，开展金矿区矿山地质环境问题的治理工程对于我国类似金属矿山具有重要的借鉴意义和推广作用。

1 区域地质环境概况

研究区地貌自南而北，依次划分为秦岭中低山、山前冲洪积斜塬区、黄土残塬沟壑区、黄—渭河冲积平原区四个地貌单元分区。主要出露的地层为太古界太华群变质岩系和第四系全新统松散堆积物，由新到老依次为：第四系松散堆积物人工堆积物、崩积物、洪积物、冲洪积物和残坡积物，太古界太华群变质岩系。研究理区地处小秦岭太华台拱与汾渭断陷结合部，由于古老基底太华群的长期隆起和渭河断凹的不断下降，形成悬殊的地形地貌单元和构造单元。金矿区地形较陡，地表水排泄条件良好，水文地质条件简单，根据野外调查并结合区域水文地质资料分析，地下水类型主要为浅部松散层孔隙水和基岩裂隙水，补给来源主要为大气降水。

2 龙湾沟泥石流沟特征

2.1 泥石流形成过程

龙湾沟泥石流的孕育、发生和发展受多种因素的控制，其中，物源丰富，以采矿废渣为主、汇水面积和沟道纵坡比较大是最重要的影响因素。根据走访调查，2010年“7.23”持续性强降雨期间龙湾沟发生了一次规模较大的泥石流灾害，上游松散的第四系覆盖层遇水饱和后，沿着沟道倾泻而下，沿途对沟底和两侧斜坡上的松散堆积物进行冲刷和再搬运，进一步补充了泥石流的物源。在其运移过程中，一部分粒径较大的块石在较为平缓开阔的地方堆积，剩余的泥沙携带者碎块石顺着沟道倾泻而下，涌出并堆积在沟口的开阔地带。通过走访获知，当时泥石流堆积范围已覆盖了沟口处的公路，并涌入河道，造成河流偏移。对当地居民的生命财产和出行造成了威胁。

2.2 泥石流形成的地质环境条件

2.2.1 地形地貌

龙湾沟地貌单元为低中山侵蚀地貌和沟口洪积扇，总体地形东南高西北低，高程最高1320m，最低948m，高差约372m。

主沟沟道较为顺直，剖面上呈折膝状，上陡下缓。上游汇水区面积0.36km2，纵坡降484.6‰，沟谷形态“V”字型，平均坡度43°。泥石流流通区长度375m，纵坡降239.7‰，平均坡度42°，沟谷形态“V”字型，沟道较为顺直，切割深度一般0.5m～2m，局部可达2.5m。

2.1.2 地层岩性

龙湾沟出露的地层主要为太古界太华群和第四系全新统地层，由新到老依次描述如下：

（1）第四系松散堆积物（Q4）

（2）太古界太华群（Ar3）

主要岩性为花岗岩和片麻岩，颜色呈青色、肉红色和灰色；岩质坚硬，强度较高，节理较为发育，风化程度微～中等。

3.3 固体物源特征

龙湾沟泥石流的主要物源是残坡积物、崩坡积物、洪积物和矿渣。经现场调查统计，龙湾沟现有松散固体物质总方量约5.23×104m3，主要由大小不等的矿渣、块石、泥沙和含碎石粉质粘土组成，块石粒径一般为0.5m～2.0m。。

3.4 泥石流类型划分

龙湾沟泥石流按水源为暴雨型泥石流，按物源为矿渣型泥石流，按集水区地貌特征为沟谷型泥石流，按爆发频率为低频泥石流，按物质组成为水石型泥石流，按流体性质为稀性泥石流。

3.5 泥石流成因分析

龙湾沟泥石流的形成具备了物源、地形地貌和水源条件，但其爆发的主要原因是强降雨。

（1）物源条件：据现场调查，龙湾沟具有较丰富的物源，以坡面侵蚀、冲沟侵蚀和矿渣为主，结构松散，杂乱，这些松散物质为泥石流的形成准备了的固体物质。在强降雨作用下，降雨迅速入渗，饱和软化松散土体，土体易随雨水顺沟道流动，形成泥石流灾害。

（2）地形地貌条件：龙湾沟泥石流沟上游集水面积较大，具有汇水和汇聚固体物质的条件。沟头至沟口高差372m，地形坡度较陡，有利于泥石流的流通。

（3）水源条件：从诱发因素来看，龙湾沟泥石流为暴雨型泥石流，潼关县2010年7月23日境内持续强降雨为泥石流的爆发提供了足够的水源。

3.6 泥石流易发性和危害性评价

3..6.1 泥石流易发性评价

石板沟泥石流均为暴雨型泥石流，主沟侵蚀速度大于支沟，沟口处的堆积扇高处于增长状态，松散堆积物储量较多，结合《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）中附录C泥石流沟发展阶段的识别表判断，该泥石流处于发展期。

再根据该规范中附录G泥石流综合评分判断方法来评价泥石流的易发程度，考虑沟谷的地形条件、沿程补给长度、河沟纵坡坡度、松散物储量、流域面积及当地的降雨情况等15项影响因素进行综合评价，石板沟泥石流15项因素得分之和为89分，属易发泥石流沟。

3.6.2 泥石流危害性评价

该泥石流威胁行人的生命财产安全，泥石流一旦发生，将会造造成公路阻断、堆积体涌入河道阻塞河流，间接威胁下游居民的安全。根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）第5.2.3的规定，潜在危害性等级为小型。

4 泥石流防治对策

根据泥石流沟的地质环境条件及分析计算结果，综合提出了排洪渠+格宾笼挡墙+截、排水+植树绿化的防治措施。

4.1 排洪渠

龙湾沟沟道较长，沟道相对较宽，从沟道中部开始设置排洪渠，排洪渠起始端设置为喇叭状，有利于汇水，终点处接入公路边涵洞口，排洪渠中心线与沟道主流中心线一致。由于现有涵洞已经堵塞，需进行清理疏通，方能把水排入主峪道。

共修建排洪渠579m，采用M10浆砌石砌筑，宽2.4m，高1m，底部为20cm厚C20混凝土垫层，每15m设置一道伸缩缝。

4.2 格宾笼挡墙

龙湾沟内顶部堆渣颗粒较大，采用Ⅵ类格宾笼挡墙进行前缘拦挡，拦截泥石流物源，施工方便且有利于排水。格宾笼挡墙规格采用φ8镀锌覆塑防腐处理网，网孔直径10cm，外层用大砾石内层小砾石填充，可就地取材，加固渣堆坡脚。格宾笼挡墙长30m，高8.25m，底部设置0.5m厚砂石料垫层和0.5m厚C20混凝土扩大基础。在龙湾沟中下段存在一堆细粒矿渣，堆积于沟道北侧，沿沟道设置浆砌石挡墙，拦截物源，浆砌石挡墙长82m。

4.3 截、排水

在渣堆周圈地带设置截水沟，把水流截至沟道内，截水沟尺寸同前，共布置169m。在拦渣挡墙下部布设排水沟，排水沟尺寸同前，共布置31m。

4.4 植树绿化

在对渣堆进行拦挡之后，对上部进行挑穴植树，种植白皮松，株距2m，树高不小于1m，胸径不小于8cm，打穴规格50×50×50cm，表层翻耕，使表层20cm～30cm疏松，利于雨水下渗、水分保持，在不利于植树绿化的斜坡地带种植草皮或者播撒藤蔓植物种子。绿化面积为2820m2。

5 结论

以秦岭龙湾沟矿山泥石流为研究对象，采用野外调查和分析计算的手段，总结了龙湾沟泥石流沟的基本特征，提出了工程防治对策，得出的主要结论如下：

（1）龙湾沟泥石流的孕育、发生和发展受多种因素的控制，其中，物源丰富，以采矿废渣为主、汇水面积和沟道纵坡比较大是最重要的影响因素。

（2）龙湾沟泥石流的主要物源是残坡积物、崩坡积物、洪积物和矿渣。

（3）龙湾沟为易发性泥石流沟，按水源为暴雨型泥石流，按物源为矿渣型泥石流，按集水区地貌特征为沟谷型泥石流，按爆发频率为低频泥石流，按物质组成为水石型泥石流，按流体性质为稀性泥石流。

（4）提出了排洪渠+格宾笼挡墙+截、排水+植树绿化的泥石流综合治理措施。

该问题的研究对矿山泥石流的治理具有一定的指导意义。