甘肃省西部地区矿山地质灾害发育规律及防治建议

2020-10-30张喆

世界有色金属 2020年16期

张喆

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃酒泉 735000）

甘肃省西部地区是三大成矿带和四大含油气盆地的重要组成地区，该地区的成矿地质条件优越，矿床规模大且矿产质量好。随着开采力度不断加强，甘肃省西部地区频发地质灾害，在外动力以及人为地质动力的作用下，能够降低矿山地质灾害发生的次数[1]。为此研究矿山地质灾害发育规律以及防治措施是很有必要的。甘肃省西部地区山脉交错，未利用土地资源较多，地质结构较为复杂，复杂的地势环境造成集中性的高地应力，矿山就会形成强烈的地质灾害。国外针对矿山地质灾害发育规律研究起步较早，早在20世纪20年代就已开始研究地质灾害，并在20世纪30年代，根据泥石流流量以及流速构建了灾害发育的动力特征。国内最早在20世纪90年代初开始研究矿山地质灾害发育规律，构造出应力场分布及变化规律分析矿山开采带来的地壳形变程度，在高精度现代化测量仪器的帮助下，现已形成较为成熟的地质灾害发育规律研究方法。综合国内外的研究来看，针对甘肃省西部地区的研究还存在一定的空白。

1 甘肃省西部地区矿山地质灾害发育规律及防治建议

1.1 矿山地质灾害发育规律

1.1.1 发育特征

甘肃省西部地区与新疆省青海省相邻，地质条件较为复杂，大型滑坡灾害分布范围广。以气象水文、地质环境条件以及人类活动为综合影响因素，甘肃省西部地区地质灾害点呈现出了多点、分布广的特点，不同的区域有着不同的控制因素以及诱发因素，综合西部地区降雨量来看，整体的年降雨量较少，降雨大多在夏季雨期，常常出现暴雨或是其他自然灾害，在强降雨过程中，矿山极易发生泥石流灾害，根据矿山泥石流地质灾害发生的数量与降雨量的数值关系，如下图所示。

图1 泥石流与灾害数量的关系

根据上图所示的降雨量与灾害数量的关系，在6月～9月之间，西部地区的降水量逐渐增多，地质灾害频发，随着10月～12月份降雨量逐渐减少，泥石流灾害逐渐减少。甘肃省西部地区的降雨量影响着矿山泥石流灾害的发生，是诱发泥石流灾害发生的主要因素。

除去泥石流灾害外，矿山在实际开采过程中受到地壳运动的限制，常常会发生崩塌的现象。甘肃省西部地区多处的矿山与黄土沟谷边坡地带相邻，一旦不稳定的斜坡发生坍塌，那么此时矿山也就发生坍塌灾害。受到地理环境的影响，可将矿山坍塌划分为黄土崩塌以及岩质崩塌。根据斜坡的运动形式将矿山崩塌分为倾倒式与滑移式[2]。西部地区因其特殊的自然环境以及岩土条件，大多数的矿山崩塌灾害规模较小，周期性强且预测性强。

综合上述发育特征可知，多数矿山地质灾害发生的季节在降雨量多的时期，降雨量的变化与地质灾害呈现正比例的数量关系。根据分析得到的发育特征，分析矿山地质灾害的平面空间分布。

1.1.2 平面空间分布

甘肃省西部地区在地理位置上处于我国第一阶梯向第二阶梯过渡的位置，内部河流分布较少，地形地势较高，山脉复杂多变。西部地区山脉海拔较高，地势走势受河流走向影响较为明显，处于地脉发育处的位置较多，海拔数值差基本在1600m～2500m之间，占西部区域面积的40%，矿山开采时所处的海拔较高，矿山横坡呈现上薄下厚的地形结构，矿山旁的斜坡地势较为陡峭，坡积物沿着斜坡堆积。矿山地质构造在外部复杂的环境影响下，崩塌、滑坡以及不稳定斜坡内的岩体易出现断裂以及褶皱，断裂以及褶皱的出现会造成岩体内部形成一个物质空间，随着时间的推移，岩体内部的土体会破坏原有岩石结构的稳定，褶皱端不断发展成为断裂岩石，矿山内部的整体结构失去平衡，为地质灾害的发生提供条件。

在不断深入的矿山开采工程下，介质密度参数不同的填充物会在地壳的正常运动下，形成含有孔隙填充空间，在强降雨的影响下，内部矿洞与外部泥水将矿山填充物冲刷出来，形成非自然的泥石流灾害。此时在平面空间分布上，矿洞为外部雨水提供了流通空间，以矿洞填充物为分界点，雨水为填充物提供了势能，在该势能的作用下，矿山内部物质产生流动，形成地质灾害。除了环境因素引发地质灾害，人为活动也是地质灾害形成的主要原因之一，采矿活动改变了坡体的应力状态，山体出现开裂变形，诱发滑坡灾害，加之人工爆破，严重松动了岩土体，改变岩土体结构，也会诱发崩塌灾害。

1.2 矿山地质灾害防治建议

1.2.1 划分矿山地质灾害区域

结合上述分析得到的甘肃省西部地区矿山地质发育规律，将西部地区地形地貌以及地质构造为控制因素，设定一个地质灾害划分原则。首先根据地质灾害发育规律来讲，根据不同地区环境条件的差异性，分析不同矿山的灾害发展趋势，并根据灾害的易发性，划分为不同的易发区域。结合不同矿山灾害的特征，形成一个以灾害主导因素的空间分布图，根据该分布图的结果，按照灾害发生严重程度，划分为不同的危险等级。在该等级的控制下，结合西部地区人口密度以及人类正常生产活动为矿山防治带来的阻碍，调整实际的防治力度。结合甘肃省西部地区政府经济建设的方向，考虑防治工程对经济建设产生的影响，调整防治工程的重点。根据地质灾害发育规律、矿山的分布以及当地经济的发展趋势，评定不同区域地质环境产生灾害可能性。

构建一个评价因子体系，以地质灾害控制因素、引发因素以及发育程度为评定因子体系类型，根据导致地质灾害可能性参数的大小，划定控制因素以及引发因素为两个评价因子等级，对不同等级的评价因子进行赋值，参考甘肃省西部地区的地理面积，划分为不同的网格单元，以网格单元内数值最大的两个评价因子为区域划分的依据。采用图斑合并的方式整合未形成网格的剩余地区面积，以甘肃省西部地区整体的面积为基础，将网格上数值相同的权值因子相连接，形成不同的矿山地质灾害区域。在实际实行防治措施时，按照不同的区域实施不同的措施。

1.2.2 具体防治措施

以上述划分得到的区域为防治措施对象，将幅值数值大区域作为重点防治区域，将数值适中的区域作为次等防治区，将数值最小的区域作为一般防治区。针对重点防治区域，在矿山地区密集区域修建线路通透的引水渠道，在降雨量多的夏季，定时的排除矿山区域内的水流，控制雨水对矿山的冲刷[3]。当处于雨量较少的季节时，关闭矿山区域内的排水设施，保证矿山内水循环的平衡。在引水渠道连贯处，设置储存量不同的排导设置，处理雨水夹带的土体或是岩石，规范矿山泥石流流经的方向，在总的泥水控制口处，防止圆形尺寸最大规格的通过口，通过口处设置一个沟口堆积扇区，保持矿区内的水泥平衡。

在巨大势力作用下，矿山内部固体物质会被泥石流夹带，对排水装置产生破坏，使排水设施不起作用，所以在排水设施上，设置采用格栅坝、拦砂坝拦截排水渠中夹带着的固体物质，降低固体物质对排水渠产生的冲刷效应。矿山滑坡地带防治也可参考松散堆积层滑坡的治理方法。可进行削坡减载、坡脚压载、修建支档系统，另外也可对矿山坡体植被进行改良。结合不同季节下甘肃省西部地区矿山的自然环境，及时调整矿山地质灾害防治措施，基于上述处理，最终完成对甘肃省西部地区矿山地质灾害发育规律以及防治建议的研究。