湖北省云应膏盐矿区地面塌陷防治措施建议

谭伟 李卫华 田巍

摘要：湖北省云应地区膏盐矿资源丰富、开采历史悠久，因采矿导致的地面塌陷问题也由来已久，造成的经济损失巨大，严重威胁到了当地百姓生命财产安全，急需开展相应的防治工作。本论述从防治工作部署、监测预警方式、应急响应应对、治理措施几个方面针对不同类型地面塌陷及塌陷不同阶段提出相应的对策建议，包括工程治理措施、搬迁避让措施、植物修复措施等。旨在通过以上手段保障当地百姓安全，达到防灾减灾的目的，为湖北省云应膏盐矿区可持续发展提供技术支撑。

关键词：地面塌陷；监测预警；防治措施

中图分类号：P624文献标志码：A

经统计，湖北省云应地区因采矿导致的地面塌陷共计43处，共威胁人数近两千多人，经济损失达2 300万元，急需开展相应的防治工作。通过合理布设监测设备可以快速捕捉灾害发生的信号从而及时发布预警信息迅速开展应急处置、有效减轻灾害造成的损失。通过对已发生地面塌陷区域开展工程治理，可以改善当地百姓生存环境，有利于和谐社会建设[1]。

1防治原则

地面塌陷防治应从可持续发展角度出发，树立以预防为主，防治为辅的观念，做到与生态环境保护密切结合。通过有效的防治措施，预防水土污染，稳定地质环境，有效减轻和遏制生态环境恶化，增加可利用土地资源，保障膏盐矿建设发展。具体应遵循以下原则。

1.1加强地面塌陷监测预警工作

通过监测手段快速获取地质环境条件变化数据，并及时发出预警信息，可为避险决策和应急处置提供关键依据。专业监测和群测群防相互补充，前者突出机理、定量预警预报、为治理论证提供依据，指导群测群防；后者是对地面塌陷危险区实施全覆盖监测预警，实现及时避让、自救、互救。

1.2加强应急反应与处置系统建设

突发地面塌陷应急准备与响应是控制、减轻灾害可能造成的人身伤害、财产损失及环境破坏的有效措施，也是保障公共安全的重要手段。通过加强应急反应与处置系统建设，来应对可能的突发地面塌陷，以便灾害发生时能够做到反应及时、临危不乱，有组织有秩序的抢险救灾，减少不必要的损失。

1.3工程和生物措施相结合

通过工程措施改变地面塌陷的形成条件和致塌因素，使之向不利于地面塌陷形成的方向发展，从而达到防治的目的；生物措施主要是通过种植能净化土壤环境的植物，恢复其原有农耕功能，达到对盐碱化土壤治理修复的目的。可根据不同塌陷区特点采取多种措施综合处置，利用不同措施的组合优势达到最佳效果[2]。

1.4由点及面、逐步推广

由于地面塌陷防治工作难度大、成本高，不宜集中统一开展，相反应按轻重缓急分三个阶段开展：第一阶段（2021～2022年）建立完善各矿区监测系统，实现监测预警自动化；第二阶段（2023～2025年）根据监测结果选择典型灾害点开展相应防治工作试点，并对防治效果进行跟踪监测，选点优先考虑以下条件：（1）威胁人数较多（≥30人），威胁重要设施；（2）尚未规划或实施搬迁、治理；（3）后期规划将作为功能性用地；（4）已开展过监测工作，具有相应监测资料；（5）成灾机理较为典型。第三阶段（2026～2030年）根据典型灾害点防治工作效果，选择合适的防治措施，由点及面逐步推广到所有矿区。

2监测预警

2.1监测预警方法

监测预警方法要建立在群测群防与专业监测基础之上。其中，群测群防监测主要是通过人工巡视，在发现异常现象时进行人工预警；专业监测依据地表变形、深部位移与地下水电导率等监测数据开展专业预警。监测预警工作流程如图1所示。专业监测方法如下。

2.1.1深部垂直位移监测

深部垂直位移监测设备主要由电磁沉降仪、沉降管、沉降磁环组成，如图2所示。电磁沉降仪是用于定期人工采集数据的仪器，由含有导线的钢带尺、不锈钢磁性探头、声光指示器电路及平尺卷轴等组成；沉降管是给电磁沉降仪的探头提供工作通道及作为沉降磁环的运动导轨；沉降磁环是一种磁性传感元件。工作原理为：当安装于设计深度的沉降磁环随周边土体发生位移时，通过从地面管口往下放探头，探头接近沉降磁环的区域时，感应到磁信号并通过导线传递至卷轴内的声光指示器指示，此时读取钢带尺上的刻度数值，对比初始读数，得出每个磁环的位移量，从而获取沉降数据。

2.1.2地表位移监测

地表位移监测设备主要由高精度GNSS接收机、外置测量天线、太阳能供电系统及一体化立柱支架等组成如图3所示。工作原理为：在监测区域内，采用“1+ N”模式，即建设安装1个GNSS基准站及对应的多个GNSS监测站。各GNSS监测站与基准站接收机实时接收GNSS信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心，通过数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比，从而获得对应监测点位移量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。

2.1.3地下水位、水質监测

地下水位、水质监测设备主要由远程终端单元（简称RTU）、多参量水质分析仪、太阳能供电系统及一体化立柱支架等组成，如图4所示。工作原理为：通过在水文孔中下放安装多参量水质分析仪，感知地下水位、水质参数的变化，得到具体的数据并进行相应数据的处理转换，经由数据传输线缆存入地面监测仪器RTU中，RTU对传感器的数据进行读取、存储并上传至云平台，平台对当前及长期的监测数据进行处理与展示，从而达到地下水位、水质在线监测的目的。

2.2预警判据

预警判据主要包括变形量、变形速率、变形特征、注采井卤水浓度及水量等。

2.3预警模型与预警指标

（1）可根据群测群防和专业监测综合研判的监测结果确定预警模型，建立四级预警指标。

（2）预警结果应根据不同类型的预警指标综合判定（如图5所示）。

2.4预警等级与信息发布

2.4.1地面塌陷监测预警等级

（1）红色预警（警报级）：地面塌陷发生的可能性很大，各种监测数据变化很大，现场异常现象很明显，短期内灾害发生的概率很大。

（2）橙色预警（警戒级）：地面塌陷发生的可能性较大，各种监测数据变化较大，现场异常现象较明显，短期内灾害发生的概率较大。

（3）黄色预警（警示级）：地面塌陷发生的可能性小，各种监测数据变化较小，现场可见局部异常现象，短期内灾害发生的概率小。

（4）蓝色预警（注意级）：地面塌陷发生的可能性很小，各种监测数据变化很小，现场异常现象不太明显，短期内灾害发生的概率很小。

2.4.2预警级别调整

（1）预警级别提高

监测显示，地面塌陷宏观迹象及短临前兆更加明显，短期内大规模发生的概率增大，地面塌陷风险进一步增大，经会商认定后，可以提高预警级别。

（2）预警级别降低与解除

地面塌陷风险降低，发生概率变小，短临前兆监测数据趋缓，经会商认定后，可以降低预警等级或解除预警。

（3）预警信息发布

①发布流程

预警信息由县级以上人民政府自然资源主管部门发布，第一时间将相应等级预警信息告知相关责任人，并根据有关规定决定是否向社会发布。

②发布渠道

发布渠道包括电话、传真、网络、网站、电视台、广播、短信、微信、微博、QQ、电子显示屏，以及高音喇叭、铜锣、口哨等方式。

2.5预警响应

（1）蓝色预警应对措施

蓝色预警发出后，群测群防员应去现场对宏观迹象进行巡查，并将有关情况进行反馈至乡（镇、街道办事处）自然资源主管部门。

（2）黄色预警应对措施

黄色预警发出后，监测责任人、群测群防员应去现场对宏观迹象进行巡查；技术支撑单位加强监测数据分析，开展中期预警，预测发展趋势，并到现场进一步核查，并将有关情况反馈至乡（镇、街道办事处）自然资源主管部门。

（3）橙色预警应对措施

橙色预警发出后，监测责任人、群测群防员应去现场对宏观迹象进行巡查，加强对宏观变形迹象的监测；技术支撑单位加强监测数据分析，开展短期预警，预测发展趋势；乡（镇、街道办事处）防灾责任人会同技术支撑单位前往现场进一步核查，并将有关情况反馈至县（区）级自然资源主管部门。

（4）红色预警应对措施

红色预警发出后，监测责任人、群测群防员应去现场对宏观迹象进行巡排查，加强宏观变形监测及短临前兆监测，开展短临预警，由其根据现场宏观变形等实际情况判定是否提前组织地面塌陷危险区群众进行转移。县级自然资源主管部门会同乡（镇、街道办事处）和技术支撑单位前往现场进一步调查处置，若确属灾险情，则立即按照应急预案和灾险情速报机制采取相应行动。

3应急响应措施

根据塌陷发生过程的不同阶段，应采取不同的应急处置措施：在突发阶段应采取有效的应急自救措施，在缓变阶段应以外界救援为主；在暂时稳定阶段则须开展相应工程治理措施消除隐患[3]。

应急自救：通过开展日常应急演练，增强百姓面对突发事件应急自救能力，在灾害发生初期迅速开展自救逃生，减少不必要的伤亡与损失。

外界救援：当灾害发生，应按照事先制定的应急预案快速响应，消防、公安、医疗等救援队迅速开展相应疏散救援工作。

工程治理：在查明塌陷原因基础上布置监测工作，确定地面塌陷进入暂时稳定阶段后，即可开展必要的地质勘查工作，通过工程治理消除隐患。

4治理措施建议

4.1工程治理

4.1.1土洞型地面塌陷治理工程方案建议

工作区内调查已发生或潜在土洞型地面塌陷均位于盐矿采空区，其治理工程主要措施如下：

（1）盐井封堵：对废弃盐井，超期服役盐井，以及盐井井管出现严重锈蚀、错断等造成冒卤的盐井，严格按规范要求进行封堵。

（2）注浆：查清地下含水层、土洞分布及其影响范围，采用钻孔灌注法将一定比例的水泥浆注入塌陷区，填充地下孔隙（洞）、隔断地下水流通道，加固岩土体结构，使之达到稳定状态。

（3）塌陷坑回填：对已形成的塌陷坑开展勘查工作，查清土洞分布及其深度并进行回填夯实，提高承载力。

4.1.2冒顶型地面塌陷治理工程方案建议

工作区内调查已发生或潜在冒顶型地面塌陷均位于石膏矿采空区，其治理工程主要措施如下：

（1）采空区回填：在查清塌陷范围及深度的前提下，对已形成的采空区及时用碎石土进行回填，并覆盖粘土碾压夯实。

（2）土地平整：对已稳定的塌陷坑地段，进行回填，平整土地，保持地面径流通畅；对未稳定的塌陷坑地段，則不宜开展土地整理，以免残余变形导致再次塌陷。

（3）截、排水：在塌陷坑及外围修建截、排水沟，防治地面径流沿地裂缝流入地下。

（4）注浆：采用钻孔灌注法注入一定比例的水泥浆，填充地下空腔、隔断地下水流通道，加固岩土体结构，防止冒顶型地面塌陷的发生。

4.2搬迁避让

安置方式主要有就近安置、自主安置和集中安置几种方式。其中：就近安置指在原址附近选择安全区域安置，选址地可占用自己耕地、临村（组）耕地或荒地；自主安置指投亲靠友等自行搬迁的方式；集中安置指政府统一选址进行异地安置，新址选址应严格执行国家土地政策、本着安置与发展相结合的原则。

4.3植物修复

云应膏盐矿区地面塌陷过程中，造成局部地区土壤盐碱化而失去原有农耕功能，因此在防治过程中应该对盐碱化土壤进行治理修复。其方法主要是通过种植能净化土壤环境的植物，恢复其原有农耕功能，达到对盐碱化土壤治理修复的目的。其中以种植草本和木本植物效果最好。草本植物主要包括草木樨、猪毛菜、艾蒿、补血草和苜蓿；木本植物主要包括白刺、杜梨和银水牛果[4-6]。以上植物均能有效降低土壤中的盐含量，对盐碱土的改良效果均较好。

参考文献：

[1]刘勇，谭伟，等.云应膏盐矿区地面塌陷及地面沉降区调查与监测成果报告[R].湖北：湖北省地质环境总站.2021.

[2]邓启江.重大工程岩溶塌陷防治综合研究[D].北京：中国地质大学，2010.

[3]罗小杰.岩溶地面塌陷理论与实践[M].武汉：中国地质大学出版社，2017.

[4]陈刚，孙国荣，彭永臻，等.星星草人工草地氮素积累对松嫩盐碱草地植被演替的影响[J].生态学报，2018（5）：2031-2041.

[5]张瑛，罗世武，王秉龙.紫花苜蓿改良盐碱地效果研究[J].现代农业科技，2009（20）：121，125.

[6]高彦花，张华新，杨秀艳，等.耐盐碱植物对滨海盐碱地的改良效果[J].东北林业大学学报，2011，39（8）：43-46.