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二、地质灾害的成因我县地质灾害形成的原因较复杂,总体上表现在地质条件、自然条件和人为因素三方面。1、地质条件我县地质灾害多发生在寒武系杷榔组和志留地层,即砂质、泥质页岩及薄层砂岩、泥岩,该类岩层上部和下部均为厚度大、岩性较硬的灰岩或白云岩,抗风化能力强;而该类砂岩、页岩或泥岩硬度小,极易被风化,长期下来,形成相对较平缓的地形,并附着较厚的碎屑物和坡积物,在山区坡度较大地区,受暴雨影响,极易诱发滑坡。我县90%的地质灾害均发生在这类岩层。2、自然条件我县属典型山区县,山高坡陡,不少村民就居住在坡度为30度—40度的山坡上、坡脚下或陡坎下。加之我县雨水充沛,年降雨量一般在1400mm左右,若连续降雨在130mm以上或每小时降雨量达100mm以上时,极易形成滑坡或局部崩塌。3、人为因素主要是因修公路、开砂石场及村民挖宅基地而引起的。这些地方很大程度上破坏了自然坡度的稳定性,增加了自然坡度的临空面,从而形成崩塌和滑坡隐患,一旦条件成熟,极易整体下滑或崩塌。这种人为因素造成的地质灾害很难准确预测,使人防不胜防。
金属矿产资源对经济的发展有非常大的促进作用,我国逐渐加大了对金属矿产资源开发力度,但由于金属矿产资源开采技术相对落后,开采不合理,矿山地质灾害和采矿事故频繁发生,严重危害着金属矿山的安全生产。研究我国金属矿山地质灾害和防治措施具有非常重要的意义,笔者通过概述金属矿山地质灾害类型,提出了相关建议,希望为推动我国矿山地质灾害防治事业的发展做出贡献。
1 我国金属矿山地质灾害状况
地质环境作为影响社会经济发展的一个关键因素,为人们正常生活和工作提供一个良好的环境,但地质环境如果受到破坏,就会引发地质灾害,影响人们的生存和发展,造成巨大的经济损失,影响社会稳定。我国是一个地质灾害频发的国家,近年来,由于人为原因引发的地表塌陷、泥石流、滑坡等地质灾害导致的直接损失高达330亿元/年,是制约我国经济发展的瓶颈,地质灾害的防治工作已成为目前亟待解决的一项问题[1]。
地质灾害的一个重要组成部分就是矿山地质灾害,指的是因为人为开采而导致的地质灾害。我国人口不断增多,经济增长速度较快,对能源的开采和利用率居世界首位,尤其在进入1980年后,我国对金属矿产资源的需求量剧增。我国基本国情是金属矿产资源储备量较大,为了满足社会发展的要求,金属矿产资源勘探开发力度加强[2]。但我家尚未形成统一、规范的金属矿产资源开采制度,加上缺乏先进的开采技术,在强调经济效益最大化的同时忽略了矿山开采工作的安全性,引发了一系列的资源浪费、生态破坏、环境污染等复杂的问题,出现多种多样的矿山地质灾害。面对严峻的现实状况,金属矿山企业要落实可持续发展,这是一项长期、复杂而艰巨的战略任务,对实现经济和生态的协调发展具有很高的实用价值。
2 金属矿山地质灾害类型
岩爆、冒顶片帮、地表塌陷、泥石流、矿震、采空区崩塌及环境污染等是金属矿山地质灾害的几种主要类型,这些重大地质灾害的危害性极大。
2.1 岩爆
作为金属矿山深部开采中危害性较大的一种地质灾害,岩爆主要是因为岩石承受不住过高应力而突然猛烈释放并出现岩石爆裂的现象[3]。发生岩爆时会释放弹性变形势能且发生很突然,对采矿面造成巨大的破坏,危及工作人员的安全,严重时甚至引发矿震、毁坏矿井的后果。
随着金属矿山开采力度的增大,岩爆发生频率及强度显著增大,破坏力较大,发生后还会出现围岩崩落的现象,产生大量的粉尘,因此必须要提高对岩爆灾害的重视,对岩爆的防治措施进行探讨。
2.2 冒顶片帮
金属矿山开采引发的最直接的一种地质灾害就是冒顶片帮,指的是采矿空间内或其他工作地点的顶岩出现坠落、崩塌的现象,突发性强、发生频率大。由于该灾害发生前没有显著的特征和征兆,增大了防范的难度,一旦发生就会造成巨大的人员伤亡。
2.3 地表塌陷
金属矿山开采过程中的最典型的地质灾害即地表塌陷,这种地质灾害是长期不科学开采行为积累的后果,不同地区的地表塌陷程度存在较大的差异,造成的经济损失也各不相同。矿山企业在采矿后没有及时进行填充或填充失调等不恰当的做法,只为追求眼前的利益,而忽略了长久的发展,是引发地表塌陷最主要的诱因,导致极其严重的后果[4]。
2.4 矿山地震
由开采而导致的金属矿山地震的震源一般较浅,但因为突发性强,还会产生一系列的连锁反应,严重损害地表、井下工作面,是一种发生频率较大的地质灾害。引发矿山地震的原因比较复杂,常见原因有瓦斯突出、开采载、冒落等,一些严重的矿震灾害可能会导致区域性地震,所以非常有必要对其进行勘探和研究。
2.5 大面积采空区崩塌
大面积采空区崩塌是一种常见金属矿山地质灾害,同时也是井下危害性最大的灾害之一。在开采过程中如果应用崩落采矿法、空场采矿法,就会在地下矿山中出现崩落空区及采空区,随着开采工作的进行,采空区数量不断增多,面积不断扩大,积累到一定程度时就会引发大面积采空区崩塌,造成严重的损害,危害井下工作人员的生命安全。政府应极其重视大面积采空区崩塌地质灾害,对可能引发该灾害的采空区隐患进行深入的研究,充分利用先进的科学技术,通过有效的措施防止地质灾害的发生。
2.6 矿坑突水
目前,矿坑突水危害性极大,发生的次数也越来越多,已经成为严重威胁我国金属矿山安全开采的因素。矿坑突水来势迅猛,突然涌进矿山井巷中,危害矿山生产和安全,在一些开采不合理的矿井中很容易发生矿坑突水的情况[5]。此外在地质条件复杂的大水金属矿床中也存在很大的地质灾害隐患,但只要对该地区的水文地质进行详细的调查和研究,就能有效的避免矿坑突水地质灾害的出现。
2.7 高地应力
金属矿山在进入深部开采后,发生高地应力的可能性随深度的增加而增大,硬质岩内部的初始地应力在20MPa以上,对井下支护结构有着严格的要求,增大了掘进的难度。高地应力会引发井巷围岩变形的现象,是诱发矿山地震、岩爆的前提,尤其在我国西北或西南地区的发生可能性最大[6]。开采工作因巷道围岩的变形或破坏受到阻碍,这就需要对高地应力金属矿山开采方案进行研究,采取有效的防治措施。
2.8 泥石流
在金属矿山地下开采中,崩落过程中的地下工作面很可能会同地表贯通,形成崩落通道,使水、泥沙、石块等地表物体构成的洪流涌入井下,发生泥石流。此外,在金属露天矿山中,由于暴雨、暴风雪等天气引发的山体滑坡也会出现泥石流灾害,产生巨大的破坏力,对矿井造成毁灭性的灾难。流速快、破坏力大、发生突然是泥石流最显著的特点,而金属矿山井下作业面积有限,如果发生泥石流,必然会造成巨大的经济损失和人员伤亡。
2.9 地下水系破坏
为了避免矿井被涌水淹没,在金属矿山开采过程中要根据开采设计对地下水进行疏干排水处理,导致地表水流量减少,地下水位明显降低,不仅使地下水系统遭到破坏,还会形成降落漏斗区,很难在短时间内恢复,从而易引发地面沉降、地面塌陷等灾害的发生,加剧了水资源的危机。
2.10 地质环境污染
矿井开采过程中,尾矿及矸石的堆积、矿井污水的排放都会加剧地质环境的污染程度,对地下水质产生影响,破坏土壤结构和地表植被,影响地表的稳定性,造成裂缝、塌方和滑坡等严重的后果。
3 我国金属矿山地质灾害防治措施
3.1 加强对金属矿山地质灾害研究工作的重视
政府已经意识到金属矿山防灾减灾工作的重要性,但由于对矿山地质灾害防治缺少深入的研究,思想认知程度较浅,在不断的研究中虽然已经获得了一些进步,但是研究的范围较小,具有很大局限性。再加上缺乏相关研究的具体资料,没有及时解决矿山地质灾害问题,又不断滋生出新的问题,无法形成一个良性的研究过程[7]。要想从根本上达到矿山防灾减灾的目的,就需要全面的认识金属矿山地质灾害,将其摆在战略性的位置。
目前金属矿山地质灾害的频繁发生,还存在大量潜在的引发地质灾害的隐患,这就要求一方面要加大对开采技术的研发力度,树立绿色开采理念,利用先进技术达到金属矿山开采和经济的协调发展;另一方面要加强矿山开采工作人员的防灾减灾教育和培训力度,坚持“以防为主,防治结合”的原则,让矿山地质灾害防治意识深入到职工心中。
3.2 强化矿产资源法制建设和执法力度
要基于金属矿山的基本特征,以地质灾害防治条例和土地管理法为指导,将多项指标结合起来,不断创新和提炼,健全金属矿产资源开发法治制度,形成一套金属矿山可持续发展指标体系[8]。政府应提高对金属矿山地质灾害防治工作的重视,加强对地质灾害的监督、管理,通过法律制度来约束矿山企业的采矿行为,加强对矿山生态经济系统的控制和管理,协调金属矿山开采、环境保护、经济发展间的关系。
3.3 构建金属矿山地质灾害数据库
对金属矿山地质灾害进行详细、深入的普查分析和预测研究,正确的认识矿山地质灾害的类型,发展现状及未来趋势,掌握隐患点的状况。动员全社会的力量,开展大规模的调研,逐步构建完善的金属矿山地质灾害数据库,实现矿山地质灾害信息快速、高效的传播,从而指导地质灾害的分析、评价工作,将损失讲到最低。
3.4 加大对地质灾害防治工作的投资力度
防灾减灾是一项庞大的系统工程,需要一定的资金保障,要减少矿山地质灾害就要充分发挥政府的带头作用,将其矿山减灾纳入经济和社会发展规划中,提供充足的资金保障,保证金属矿山地质灾害防治工作的顺利进行。
3.5 开展金属矿山地质灾害防治专题研究
将地质灾害防治工作贯彻到金属矿山开采的整个环节,在开采前要预先设定进行灾害评价,在开采过程中一旦发现存在地质灾害隐患,应采取有效的措施及时进行勘察和处理,深入开展金属矿山地质灾害发生机理和应对机制研究,从源头上进行治理,建设相应的监测预警体系。
4 小结
金属矿山地质灾害问题严重制约着我国矿山企业的可持续发展,对我国经济发展带来的不利影响,严重危害着人们的生命和安全,金属矿山地质灾害防治工作是目前一项重大的任务。这就要求加大对金属采矿导致的地质灾害和防治措施的研究力度,基于金属矿山综合治理和开发利用的角度,根据矿山的实际情况,制定针对性的可持续发展指标体系,完善相关的法律体系和方法,构建金属矿山地质灾害信息数据库,全面落实金属矿山防治工作,实现金属矿山企业的可持续发展。
参考文献:
[1]吴和平,陈建宏.习泳.金属矿山工程灾害分析与控制对策[J].资源环境与工程,2007(02).
[2]刁心宏,远洋,张传信.金属矿山地质灾害及其研究发展趋势[J].金属矿山,2006(06).
[3]李毅,李蘅,张静.我国矿山地质灾害主要类型和勘查防治方法[J].矿产与地质. 2004(01).
[4]吴长贵,孙祥久,汪庆九,宁磊.铜陵市矿山地质灾害及防治对策[J].安徽地质,1999(03).
[5]李启彪.综合探测技术在矿山地质灾害中的应用[J].中国新技术新产品,2011(09).
[6]罗江发.浅析矿山地质环境治理[J].中小企业管理与科技(上旬刊), 2010(01).
[7]矫旭东,滕彦国.我国矿山环境保护与管理对策评述[J].国土资源科技管理, 2007(01).
[8]衣昊鹏,姜震.矿山地质灾害原因及防治措施[J].科技创新导报,2010(04).
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化群控的方法是大小群控的结合来实现优化群控与节能目的。所谓的大群控主要是指对冷水机组的运行的台数进行开启与停止的切换控制。小群控主要是指在空调区域的小范围内实现非冷机设备的群组控制。通过大小群控的结合,并且为大小群控制定一个科学合理的的控制策略,这样可以提高节能的效果。
7 冷水机组的软启动问题
冷水机组的软启动问题是在冷水机组优化控制中不可忽视的一个问题,通过冷水机组的软启动的控制能够延长机组的使用年限以及达到更好的节能的目的。例如,冷水机组在运行过程中向外运送的冷水温度往往会远远高于机组原先设定的温度,这时候就需要软启动进行更好的机组控制才能更好地实现节能的目的。例如,冷水机组在运行的过程中,空调末端的设备一侧实际需要的冷量远高于机组供给的冷量时,冷冻水的温度会迅速下降,这时候也需要软启动来实现群控的优化控制进而更好地实现节能目的。
8 结束语
本文主要是探究冷水机组的群控优化进而实现节能的目的,通过群控优化实现节能目的不仅符合当下的环保节约意识,也具有很强的现实目的。可以为大型建筑的中央空调节省部分能耗,也为用户节约的能耗的资金,提高了能源利用率,节约的机组投资运行成本。当然,冷水机组的优化群控的策略还有很多,不会仅仅局限在本文讨论的几种策略中,优化冷水机组的群控进而达到节能目的的策略会继续完善与提高,这样可以进一步提高能源的利用率,大大减少损耗,将节能进行到底。
参考文献
[1]贾晶,施敏琪.IPLV和COP对冷水机组全年能耗的影响[J].制冷与空调,2012(1).
关键词: 水库岸坡;地质灾害;防治对策
Key words: reservoir bank;geological disasters;control countermeasures
中图分类号:TV62 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)20-0075-03
0 引言
水资源是人类宝贵的财富,现在对水资源的开发利用已发展成防洪、农业灌溉、为城市供水、发电、养鱼、旅游和航运等多功能综合利用的水库工程。然而水库在蓄水过程及运行过程中,将导致库岸斜坡原有的自然平衡条件失衡,引起坡体原有地形地貌及稳定性的变化,同时由于库水位升高造成河流局部侵蚀基准和地下水位抬高,引起水位动态变化,使水库岸坡地质结构遭受强烈改造,从而可能导致库岸坍塌、崩塌、岩体蠕变、滑坡等多种地质灾害,带来严重后果。目前,三峡库区地质灾害防治对策主要是从岸坡劣化引起的塌岸、滑坡等自然灾害入手。例如采用人工的方法如削坡减载,回填抛石压脚,改善岸坡外部或内部排水条件利用锚固(索)、重力式挡土墙、锚定硅板墙、抗滑桩、阻滑键等进行抗滑与支挡等等[1-13]。但是目前鲜有从工程管理的角度对岸坡地质灾害进行防治对策的研究,笔者在本文中从工程管理方面提出一些防治对策,具有一定的实用性和针对性。
1 水库岸坡地质灾害灾情
三峡水库是世界闻名的特大型水库,库岸长度超过5300km,直接受库水位变化影响的滑坡1190个,不受库水位变化影响但与三峡水库移民工程有关的滑坡近3000个,其中体积超过1X10m的大型滑坡占60%左右[14]。水库在运行期间,库水位一年一度在145m至175m之间蓄水和消落,其30m的水位变幅相当于水库修建前长江100年一遇的洪水涨落,岸坡地质环境必然发生显著变化。如从2008年9月28日三峡水库进行175m蓄水试验至2009年3月18日,受试验性蓄水和退水的影响,重庆库区巫山、巫溪、奉节、云阳、开县、万州等14区县发生了166处地质灾害灾(险)情,崩滑体总体积约6024万立方米,已造成土地损失约2380亩,经济损失约5亿元。所发生的166处灾(险)情点中,新生突发性灾(险)情121处,占水库诱发灾情的73%。
显然,治理库岸地质灾害,对于岸坡土地资源保护和开发利用,具有重要现实意义。然而,岸坡地质灾害防治是一项复杂的系统工程[15],需要有科学的工程管理对策才能达到防治地质灾害发生的目的。鉴于此,本文从防治体系、灾害认识、管理模式、防治方案比选四个方面对库岸地质灾害防治进行了比较系统的分析。
2 库岸地质灾害的防治对策
2.1 完善防治机构,健全防治体系 完善的防治机构是开展各项防治工作的基础,各级地方政府应在现代管理理念下,建立合理的组织体系,明确职责权限,保证思想、政策、机构、经费的到位,积极调整管理机构内部不合理之处,健全防治的运行机制。具体说来包括以下三方面:
中图分类号: TD1 文献标识码: A 文章编号:
引言
由于我国很多企业的违规开采,极大的破坏了矿山的生态环境和地质水文状况,引起了矿山地质灾害的频频发生,给当地居民的正常生活带来很大影响。为了尽可能的降低地质灾害带来的损失,就必须要针对不同的地质灾害类型,采取相应的防治措施。
一、矿山地质灾害类型
1、岩土圈层形变灾害
在长期的矿产开采过程中,由于大量的矿石被开采运送出去,就使得矿山自身的岩土数量和形状发生很大变化,导致岩土圈层结构严重失衡,这就极易引发诱发性地震、断层错位、地面沉降变形开裂、滑坡、泥石流,甚至是山崩等灾害,造成难以估计的损失与危害。除此之外,若采用不合理的矿山开采手段与落手的开采方式,常会造成矿山地下工程灾害事故的发生,如洞井塌方、冒顶、偏帮、鼓底、岩爆等。甚至有可能因采掘面不能维持平衡,即有可能产生岩石圈层应力突然释放,导致岩石破裂迸裂,并向坑内大量喷射、爆散,从而给矿山带来毁灭性灾难。
2、地下水位异变灾害
由于在矿产的开采过程中往往会挖掘到水位较浅的地下水层,若矿产生产过程中破坏到地下水层的结构稳定性,就会引起地下水位异变灾害。当在矿井的开采过程中突然挖掘到压力较大的地下水层,就会使矿井瞬间涌入大量水源,严重时会将矿坑填满,造成不可估计的人员伤亡。这种现象多出现于没有经过规范程序勘测而私自进行的开挖状况。除此之外,坑内涌入砂浆泥石、地下水漏失等灾害也会伴随着地下水位异变而发生,影响到矿区开采正常生产以及当地居民的正常生活。
3、矿体内因引起的灾害
这类矿山地质灾害常常是因为矿山地质环境改变后,一些偶发因素造成的突变性的灾难性后果。如瓦斯爆炸、煤层自燃、矿山火灾以及地热等。其中瓦斯爆炸是最为常见的灾害事故因素,这主要是由于矿产开采时没能做好通风设施而引起的。
4、矿山环境化学污染灾害
由于某些矿产在开采生产过程中会形成一定的废渣、废水或其他垃圾废物,若不能对这些物质进行合理处理,长期堆积下来就会对矿山造成严重的化学污染,破坏矿山自然生态环境。主要体现在尾矿库溃堤、水土环境污染以及土地退化等几方面。无论是哪一方面的化学污染,都会给当地地质条件带来严重的危害。一旦灾害形成,再要治理恢复原有的生态环境就非常困难了,因此矿山的环境化学污染危害是一种较为严重,影响时间较长的地质灾害类型。
二、矿山地质灾害发生的原因与主要问题
1、灾害发生的原因
1.1客观原因
矿山开采改变了原有的地质结构,现有开采技术有限,不论采用何种采矿手段,对自然环境的破坏是不可避免的,这也是诱发矿山地质灾害的本质原因。
1.2主观原因
国有企业转制承包煤矿、小煤矿和私营煤矿存在较多管理问题,安全隐患严重。这是矿山地质灾害频繁发生的一个不可忽视的原因。
2、现存主要问题
(1)未建立统一的数据信息资源库,对矿山地质灾害的数据统计不足,不可能进行系统工程化的分析与研究。
(2)矿山企业对矿山地质灾害的研究多为短期行为,缺少战略性和长效性的研究,往往导致旧问题刚解决,新问题又出现的现象,研究深度不够。
(3)矿山地质灾害的预防需要投入大量资金,这就使得长期以来许多矿山企业宁愿灾后治理也不愿预先防范,研究积极性不高。
三、矿山地质灾害的勘查方法及防治措施
由于矿山的地质灾害都在深部发生,勘查多采用遥感信息技术与物理勘查方法。目前常用的几种勘查方法主要有:地球信息技术综合方法、地球物理勘查方法、环境化学勘测方法等。根据矿山地质灾害的类型特点可以看出,很大一部分地质灾害都是可以通过采取措施进行预防来避免的,这就为防治矿山地质灾害提供了一个有效的途径,即预防处理。笔者多年来的地质工作经验,提出了几点防治措施,具体如下所示:
1、建立和完善矿山开采前的风险评估与环境评估,并制定环境保护与恢复治理的政策法规和规划体系。做到开采前严格评估,开产中积极防范,开采后积极恢复,把矿山地质环境恢复与土地复恳纳入法规,强制推行。
2、加强宣传,普及矿山地质灾害防治知识,提高矿山开采人员素质,增强其对地质灾害的危机感与警觉性。提高矿山生产过程中全员防灾、减灾技能与手段,强化矿山地质灾害的防、险避险、抢险培训。
3、开发与应用先进的信息化、地球物理勘查手段、地球化学勘查手段,对矿山地质进行严密监视,对可能发生的潜在灾害施行实时监测、动态监测,建立矿山地质灾害监测系统,实现矿山地质与环境生态动态跟踪与管理体系,避免重大人员财产损失。
4、加强矿坑、矿井边坡设计,进行边坡监测,坚固挡墙稳固边坡地质构造,开挖后如果出现开裂变形,及时做地质勘察,并做好预防措施。合理建设尾矿矿坝,形成稳定矿场与尾矿库,降低滑坡和塌方风险。
5、对于坑道开采,在坑道内一定要做好支护,做到边开采边支护,防止因矿顶坍塌、冒顶等产生的危害,尤其上方有住户处要预防引起上部地面开裂,同时做好坑道的排水设计,以防因矿坑涌水造成危害。
6、加强矿山环境监督与检查,进行全面、系统的地质环境和地质灾害影响评估。对破坏生态环境的小矿、低产能矿场进行坚决关停。对于污染型采矿区,制定科学开采和“三废”排放方案,减少次生地质灾害的发生。进行矿场开采后生态环境恢复治理,对于可回填的废矿进行积极回填。
7、对于闭坑矿山地质灾害的防治和生态环境恢复,应该及时进行治理和生态恢复工作,全面推进矿山地质灾害防治与环境综合治理,进行复垦,提高土地复垦率,结合生态措施实施矿山生态环境综合治理示范工程。弃渣场经处理后再敷表土、植草种树。通过上述地质环境恢复工作,减少水土流失,恢复矿山的生态功能,达到生态恢复和维护人类与环境和谐的目的。
8、在矿山开采区应严格禁止私采乱挖和越界开采,减少人为扰动,做好植被保护和水土保持工作,积极推行地质环境恢复方案及措施为防止水土流失、恢复植被和景观。监督与制止开采弃渣胡乱堆弃和不加处理排放,强制其必须统一堆放到开采境界线以外的矿山弃渣场内。
9、分层防治,根据不同矿山的地质条件和地形特点及矿山的开发利用方案,以及灾点的分布特点划分不同层次的防治区,以便采取相应的防治措施。一般分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区。有针对性的开展矿山地质灾害防治工作。
10、采复结合,矿山开采与环境治理恢复相结合,开采后及时填灌,并做好植树植草等环境保护工作。决不以牺牲环保为代价进行开采,要避免先污染后治理,走以预防为主、采复结合的矿产资源勘查开发之路。
结束语
矿山地质灾害发生的诱因大多数是由于人们在进行矿产开采时没有做好相应的预防措施,才会引发各种各样,种类繁多的地质灾害,为矿山的自然生态环境带来极大破坏,也在一定程度上影响了矿产开采的顺利进行。为此,我们必须要充分认识到矿山地质灾害的危害性,提高矿产开采水平,积极采取措施预防生产带来的地质破坏,根据不同的矿产类型和开采方式,以及可能造成的地质灾害类型,制定相应的防治方案,尽可能的降低矿山地质因遭受破坏而带来的危害。
参考文献
中图分类号:P694文献标识码: A 文章编号:
一、我国矿山地质灾害概述
我国是个矿业大国,又是最大的发展中国家,矿产资源的年消耗量很大。多年的粗放式的矿业开发,导致大部分矿山地质环境形势严峻,部分矿区呈现加速恶化势态。改革开放以来,社会经济的快速增长对资源的需求更是与日俱增。市场经济对国有矿山企业带来很大冲击,部分矿山注重追求经济效益,安全和环保意识淡化,加之开采技术及生产设备的相对落后及矿区周边大量无序的民采等多重因素的干扰,导致矿山多年开采积聚的灾害隐患爆发,开采环境明显恶化,矿山地质灾害问题日趋严重,潜在的致灾隐患不断增多,且随时可能发展成灾,造成人员伤亡、设备报废、设施损毁甚至矿井关闭、资源浪费等严重后果。
二、矿山地质灾害主要类型
1、冒顶片帮
冒顶灾害事故最为普遍,包括岩层脱落、块体冒落、不良地层塌落,以及由于采矿和地质结构引起的各种垮塌。特别是矿岩稳定性差的难采矿体及软弱夹层,易发生较大规模的垮落,引起采场和巷道冒顶事故。冒顶片帮常常无明显前兆特征,具突发性,发生频度高,难以防范,是矿山生产安全的主要危害。
2、采空区垮塌和地表塌陷
采空区垮塌和地表塌陷主要是由于地下采矿对地表的破坏。凡口铅锌矿因疏干产生地表塌陷1982个,影响范围达675km2,受损农田约66.7km2,建筑物搬迁7 km2。采空区塌陷可引起地表积水,对采空区上的建筑物,道路、管线及农田带来影响,严重时可引起山体滑移。
3、深部岩爆
岩爆是一种与地应力有关的地质灾害,据悉,矿山进入1000 m以下进行深部开采时,由于高地应力,硬岩层往往发生岩爆。岩爆就其破裂机制而言,是一种开挖卸荷条件下岩石自身弹性应变能突然释放所造成的脆性破裂或爆裂;爆裂造成的岩块(片),则可以爆裂松脱、爆裂剥离、爆裂弹射或抛掷等不同方式脱离母体,其脱离方式、初速度和规模大小等与爆破时的破裂机制及释放弹性应变能的多少和波及深度等诸多因素有关。
4、井下突水
井下突水主要由含水层引起,在违规操作或者非正常开采条件下,遇到积水巷道或采空区、溶洞、地下暗河等含水体,容易引起隔离岩层失稳,从而引起灾害。尤其是在水体下采矿,应经过专门论证以及采取专门的防治措施。
5、崩塌、滑坡
崩塌、滑坡是露天矿山最常见的工程地质灾害。它也是发生频度最高、对露天矿山安全影响最大的灾害。崩塌、滑坡主要分为几个方面:①为采空区山体滑坡,主要是由于超量开采而引起;②为露天采矿场边坡失稳;③为排土场、堆渣场边坡失稳,或者尾矿坝垮塌。崩塌、滑坡的产生与特定的自然环境、工程地质条件等密切相关,对于矿山而言,主要是由于采矿活动的影响。
6、地下水位下降
无论是露天开采矿山或是地下开采矿山,都需不同程度地疏干排水。疏干排水容易引起地下水位下降,形成大的疏排漏斗,引起地下、地表水系破坏,地表蓄水能力下降,农田干枯,水井干涸。地下水位下降带来的危害将很难恢复,对于岩溶充水矿床,高强度的矿山疏干排水容易引起岩溶塌陷,给附近居民生产生活带来很大的影响。
7、泥石流
矿山泥石流危害较大.一方面泥石流危及采矿安全,另一方面泥石流会危害矿山周围的生产生活安全。据2004年福建省矿山地质环境调查统计.目前全省的矿山废渣、尾矿堆场有2800余处,除少数。国营大中型矿山企业外,数量众多的个体私营小矿山开采中产生的废渣、尾矿随选随排,常堆积在山坡或沟谷.缺乏规范管理,在汛期暴雨诱发下,易形成泥石流灾害。
8、滑坡
主要发育在石炭系、二叠系地层中。滑体为砂页岩,滑床面主要为层理面、节理裂隙面,坡面形态呈阶梯状、直线型及不规则型,后缘拉张裂隙呈弧线、折线,滑体两侧发育有羽状剪切裂隙,前缘舌部发育有张裂隙。
三、矿山地质灾害形成的原因
1、煤矿开采缺乏整体规划。
2、中小型煤矿肓目生产,开采不规范,技术落后,对矿山地质破坏较严重,易诱发矿山地质灾害。
3、煤矿地质灾害防范意识差。对煤矿地质灾害的危害对象及危害程度认识不够,没有整套切实可行的监测制度。
4、在开采前未进行“矿山地质环境影响评价”。
5、缺乏有效的矿业资源综合开发利用规划,矿山开采布局不合理,因矿界重叠、争抢资源而破坏保安矿柱引起的山体崩塌、滑坡等事件时有发生。
6、采矿者环保和防灾意识淡薄,大部分矿山在采矿前未进行环境影响评价,使灾害隐患得不到有效的防范。
7、矿山企业专业技术人员馈乏,大多数矿山未进行采矿方案设计,采空区过大,未留足保安矿柱,废弃坑道未及时封填,边坡过陡、乱堆、乱排、无序采矿等不合理的采矿活动随处可见,从而引发地质灾害。
8、三废处理设施缺乏,致使尾矿、废渣乱堆乱放,在适当的雨量激发下,易产生滑坡、泥石流灾害。
四、矿山地质灾害防治措施
1、重点防治区防治措施
(1)合理设计边坡参数,加强边坡监测,建议作挡墙稳固边坡, 开挖后如果出现开裂变形, 建议做专门的工程地质勘察。
(2)对于原有的灾害点,做好边坡加固和预防工作,尽量消除因矿山开采而诱发灾害复发的隐患。
(3)渣场弃渣严格作好方量及边坡坡度的设计,作好挡墙设计,设置拦渣坝,防止泥石流的产生。并充分、合理利用渣场,严禁随意弃渣(特别在公路沿线)。
(4)对于坑道开采。在坑道内一定要作好支护,做到边开采边支护,防止因矿顶坍塌、冒顶等而产生的危害,尤其上方有住户处要预防引起上部地面开裂。
(5)作好坑道的排水设计, 以防因矿坑涌水造成危害。
(6)设置监测点,作好监测记录与分析工作,确保在易于发生灾害地段防患于未然。
(7)开采结束后,对矿区进行统一规划,计划进行矿山复垦工作,恢复矿山生态功能。
2、次重点防治区防治措施
在进场公路、矿山生活区建设中,会形成大量的边坡和一定数量的弃渣,可能形成边坡失稳,造成滑坡和塌方;沿途不合理的弃渣可能造成水土流失,可能形成坡面泥石流,可能有滚石和飞石危害。
(1)科学合理设计边坡参数,并进行合理支护和加固,边坡上方应设置排水沟,做好地表挡排水措施。
(2)加强工地管理,合理堆放弃渣,严禁随意弃渣;在险要地段建设拦挡滚石和飞石的设施:
(3)开采结束后,将弃渣场扒平覆土,植树还林,恢复植被。
3、一般防治区防治措施
区内无主要建筑物和工程项目建设.主要可能因地表岩体的破碎而造成水土流失。应严禁越界开采,减少人为扰动,做好植被保护和水土保持。
4、地质环境恢复方案及措施
为防止水土流失和恢复植被和景观,矿山须规划进行矿山复垦工作,以恢复矿山生态功能。
5、 树立科学发展观,做好长远规划,树立局部与全局,开发与保护统一的观念,做到合理开发:充分利用,有效保护。要切实贯彻执行《矿产资源法》《地质灾害防治管理办法》《山西省地质灾害防治条例》等一系列政策。对河津市的矿产资源做好开发利用与保护规划,对不合理的煤矿不设置采矿权,原有的一律封闭。
6、要加强地质灾害知识的宣传工作,提高广大群众对地质灾害的认识。
7、政府应督促矿山企业开展矿山地质环境调查,查明存在的主要环境问题及潜在危害。
五、结束语
矿业是我国一个很大的行业,对国家的经济发展有着促进作用。近年来,我国矿业灾害频发,究其原因是各种各样的。矿业地质灾害不仅给矿工带来生命危险而且对当地居民的生活也带来危害,所以,对于矿业地质灾害的学习是至关重要的。
参考文献
1 引言
蕉岭县位于广东省东北部,韩江上游。蕉岭县隶属于梅州市,面积957.1km2,人口224637人,是一个以低山和丘陵地貌为主的山区县。受区域地形地貌、地质环境条件和人为等因素影响,区内崩塌、滑坡、地面塌陷、水土流失等地质灾害发育,具有灾害数量多、发生频率高、危害大等特征,是广东省地质灾害易发县之一。
据不完全统计,近十多年来,县内发生地质灾害共370处,其中滑坡110处,崩塌223处,地面塌陷37处,水土流失面积20.32km2。地质灾害共造成2人死亡,3人受伤,损毁房屋510间,面积7653m2,直接经济损失总额1053.64万元。目前,区内大部份灾害点处于不稳定状态,在强降雨或人为因素诱发下随时都可能复活成灾,严重威胁灾害体周边居住的2391人的生命安全,潜在经济损失达1982.50万元。对该县地质灾害分布特征及影响因素进行分析和研究,对指导当地政府防灾减灾工作有着积极的指导意义。
2 蕉岭县地质环境条件
蕉岭县属低山丘陵地貌。山地、丘陵占全县总面积的81%,盆地占19%。全县千米以上山峰6座,其中东北部的金山笔海拔1170m,位居第一,皇佑笔海拔1150m,排在第三,西部的铁山嶂海拔1164m,排行第二。地势总体上北高南低。山地主要分布在县境的中部、东南部、西北部,海拔在500m以上;丘陵主要分布在测区的东西两翼,海拔100-500m;盆地分布在测区中部长潭至三圳、新埔以南一带,海拔100m以下。
地貌形态与构造、地层岩性关系密切,是内外地质营力长期作用的结果。按成因类型可分为构造侵蚀、构造剥蚀、溶蚀堆积、侵蚀堆积四种成因类型。
3 蕉岭县地质灾害特点
3.1 类型相对单一。有滑坡、崩塌、地面塌陷、水土流失4种灾害类型。且以滑坡、崩塌为主,共有333处,占灾害点总数的90%;地面塌陷次之,共37处,占灾害点总数的10%。
3.2 规模小。在370处地质灾害点中,小型规模350处,占总数的94.59%。
3.3 分布相对集中。从工程地质岩组看,滑坡、崩塌地质灾害主要分布在测区东西两翼的层状较软变质岩组 中;地面塌陷主要分布在环蕉岭盆地四周的层状强岩溶化较硬碳酸盐类岩组 中。从地形地貌看,地质灾害主要分布在低丘陵~高丘陵地段,低山及台地区少量分布。从行政区分布看,地质灾害主要集中在南 (105处)、蓝坊(66处)、新铺(63处)、长潭(49处)四个镇。从发生时间看,地质灾害多发生在每年的3~9月,这一时段为测区地质灾害多发期。
3 蕉岭县地质灾害分布特征
3.1 地质灾害的时间分布特征
调查结果显示,蕉岭县地质灾害发生的时间季节性明显。在133处建卡点中,已知发生时间的灾害点125处,其中有114处是发生在3~9月的雨季,占91.20%,其余11处(主要是地面塌陷)发生在旱季,占8.80%。滑坡、崩塌不管是自然还是人为因素诱发的,往往发生在大气强降雨期间或延后几天,说明大气降雨是滑坡、崩塌发生的最主要的外在诱因;而地面塌陷以上特点并不明显(图1)。
3.2 地质灾害的空间分布特征
从空间分布看,蕉岭县地质灾害主要分布在测区东西两翼。东翼即蓝坊镇程坑村至南 镇多宝村一带,共有灾害点174处,占测区灾害点总数的47.03%,灾害点密度0.68处/km2;西翼即新铺镇徐溪村至长潭镇长潭水电站一带,共有灾害点101处,占测区灾害点总数的27.30%,密度达0.61处/km2;中部蕉岭盆地两侧至广福一带灾害点共84处,占测区灾害点总数的22.70%,分布密度为0.30处/km2;其余区域灾害点很少。
调查区地质灾害空间分布与工程地质岩组、地形地貌、人类工程活动、降雨量等关系密切。
就工程地质岩组而言,测区东西两翼以震旦系层状较软变质岩组为主,岩石破碎,土质疏松,吸湿性强,经雨水长时间渗透、浸泡,重力增加,极易诱发崩塌、滑坡地质灾害。测区共有崩塌、滑坡灾害点333处,其中267处分布在此类岩组中,占80.18%;而分布着层状强岩溶化较硬碳酸盐类岩组 的区域――如蕉岭盆地周边区域,岩溶发育,遇天旱或人为因素造成水位下降,易诱发地面塌陷,测区共有37处地面塌陷,全部分布在这类岩组中。
就地形地貌而言,测区绝大多数灾害点分布在标高100~500m、自然坡度较陡的丘陵区,而标高>500m的低山区和标高
就人类工程活动而言,地质灾害多发生在人类工程活动频密的农村、公路沿线、矿山。据统计,测区人类工程活动诱发的灾害点共345处,占总数的93.24%。
就降雨量的分布而言,蕉岭盆地两翼及蕉城镇以北区域多年平均降雨量相对较大(>1650mm),地质灾害主要分布在这一区域,两者分布的区域基本一致。
3.3 地质灾害体的规模特征
根据实施细则灾害体规模分级标准,本次调查确定的370处地质灾害点的分级结果是:大型6处,占灾害点总数的1.62%;中型14处,占3.78%;小型350处,占总数的94.60%。调查区地质灾害体规模以小型为主。
3.4 地质灾害点的危害程度
根据实施细则地质灾害危害程度分级判别标准,测区370处地质灾害点除1处已无潜在危害外,其余369处的危害程度分级结果是:重大级2处,较大级59处,一般级308处。测区地质灾害的危害程度以一般级(轻级)为主。
4 地质灾害影响因素
4.1 大气降雨的影响
大气降雨是诱发测区滑坡、崩塌、水土流失地质灾害的主要自然因素。特别是久旱之后的连场大暴雨,在较短的时间内迅速增加致灾体自重,并减小致灾体与灾源体之间的摩擦力,打破原有平衡,导致滑坡、崩塌地质灾害的发生。如2003年5月17日,在短短的18个小时内,蕉岭县下了132mm雨量,山上、路旁,崩、滑地质现象随处可见,在已查明灾害发生时间的125处灾害点中,有25处发生在2003年5月16日这一天。调查结果显示,测区约有91%的地质灾害发生在3-9月的雨季;从空间分布上看,地质灾害主要分布在降雨量1650~1800mm的区间,大气降雨对地质灾害形成的影响可见一斑。
4.2 人工边坡的影响
人工削坡是诱发滑坡、崩塌地质灾害重要的人为因素之一。在测区345处人为地质灾害点中,人工边坡灾害点331处,占95.94%。其中乡村削坡建房边坡灾害点292处,占人工边坡灾害点的88.22%;公路边坡灾害点37处,占11.18%;水利工程边坡2处,占0.60%。调查区内,乡村建房和公路建设留下的人工边坡坡度绝大多数在65°以上,坡高5~25m不等,几乎不做任何防护,为滑坡、崩塌地质灾害的发生提供有利条件。
4.3 矿产资源开发的影响
测区矿产资源开发是人为诱发地质灾害的另一个重要原因。测区开采的矿种主要有水泥用灰岩、建筑用砂石粘土、煤炭三种。其诱发的地质灾害主要有地面塌陷和水土流失两种类型。地下采矿(主要为水泥用灰岩矿山)留下的采空区诱发采空区塌陷;地下采矿抽排矿井水或打穿溶洞引起的地下水位变化诱发岩溶塌陷。在测区345处人为地质灾害点中,地下开采石灰石诱发的地面塌陷共14处(其中采空区塌陷1处,岩溶塌陷13处),占人为灾害点总数的4.06%。比例不算高,但已造成的直接经济损失却占人为灾害损失的79.34%。露天采石取土矿山造成地表水土流失。据县国土资源主管部门2003年初资料和本次实地调查资料,全县94家露天矿山(其中12家为已关闭矿山)共造成水土流失面积0.39km2。水泥生产是蕉岭县的支柱产业,其产值占全县工业产值的49.7%(2002年),随着水泥生产规模的扩大和城乡一体化进程的加快,石灰石和建筑用砂石粘土的需求量将越来越大,采矿业对地质灾害形成的影响不容忽视。
4.4 群众防灾意识的影响
测区广大群众防灾减灾意识淡薄也是影响地质灾害形成的重要原因。主要表现在三个方面:一是建房选址时极少考虑周围地质环境因素,削坡过陡,也没有采取任何护坡措施;二是发现地质灾害征兆时,没有及时采取“避让”措施,1994年5月蓝坊镇石湖村石碧潭自然村发生2死2伤的崩塌灾害就是没有及时避让造成的;三是防治时机和措施不合理,没等崩、滑体完全稳定下来,就实施清土作业,而且多是由下而上进行清理。这些都是群众防灾减灾意识淡薄,缺乏地质灾害防治知识的反映。
综上所述,测区地质灾害的发生是多种致灾因素交互作用的结果。工程地质岩组是地质灾害形成的内在要素,它在一定程度上决定着地质灾害的发育程度和类型;地形地貌是地质灾害形成的外在条件,它制约着崩、滑、塌等致灾地质作用的形成;大气降雨是地质灾害形成的激发因素,决定着地质灾害发生的速度和时间。影响地质灾害形成的最主要和最直接的因素是人类工程活动本身,人们在改造环境创造美好生活的同时,也为毁灭这种美好生活创造条件。
5 地质灾害防治对策
5.1 根据灾害点的轻重缓急,合理安排治理顺序
据统计,测区内危险性大、严重威胁群众生命财产和交通安全的近期治理灾害点共有28处(含2处重要地质灾害点、21处较重要地质灾害点、5处危害程度小但有可能随时发生灾变的灾害点);中期治理灾害点92处;远期治理灾害点164处。
5.2 根据灾害点实际情况选择相应防治措施
防治措施包括两种:一是避让;二是工程治理。避让包括暂时避让和永久避让(移民);工程治理包括地表截排水、地下排水、削方减载、压脚、挡土墙、坡面防护、锚固、灌浆、种植被等。测区内绝大多数灾害点的规模较小,可选用工程治理的办法;对那些无法采用工程治理或工程治理费用过大的灾害点,如蓝坊镇大光村蛟湖自然村滑坡,宜选择永久避让。区内水土流失可发动村民种树、植草,提高地表植被水平进行治理。
5.3 加大宣传力度,提高广大群众减灾防灾意识
据统计,测区削坡建房造成的灾害隐患点共240处,占区内灾害点总数的84.51%。群众很少意识到削坡建房可能诱发地质灾害的问题。因此,要减轻地质灾害造成的损失,根本办法是要增强广大群众"居安思危"意识,帮助他们认清地质灾害的危害性,提高它们抗避灾害的能力。建议蕉岭县各级政府和部门多做这方面工作,面向社会广大群众,加大宣传力度,全面提高群众减灾防灾的意识和水平。
5.4 建立地质灾害群测群防网络
对灾害隐患点进行经常的、长期的系统的监测,及时掌握灾害点的变化情况、发现灾害征兆,是防灾减灾工作的重要内容,是避免人员伤亡、减少财产损失的有效途径。
1、地质灾害类型
根据本次补充调查,主要地质灾害以崩塌、滑坡为主,局部有地面塌陷、泥石流等地质灾害。经本次补充调查地质灾害点中仍有隐患点,各地质灾害情况见地质灾害类型统计表1。
本县的地质灾害点从构成灾害体的岩土和动力因素类型分析,本次补充调查新发现土质成因6处,岩质成因的2处,自然因素引发的1处,人为因素引发的6处,土质成因占75%;岩质成因占25%。自然因素引发的占12.5%,人为因素引发的占87.5%。
2、地质灾害分布特征
地质灾害虽种类繁多,产生因素各异,但地质灾害的群体性和诱发性,许多地质灾害不是孤立发生或存在的,常常可能是后一种灾害的诱因。它们具有群发性特点。有许多的地质灾害是由于气象、地质作用和人为因素诱发的。地质灾害发生时间集中在4-8月份,占全县灾害总数的96.55%。可见滑坡、崩塌、泥石流等突发性地质灾害发生时间与灾害性暴雨降雨时段几乎是同步发生、集中并发(表2,图1)。
3、地质灾害形成条件及影响因素
本县地质灾害是由自然因素和人为因素综合作用的结果。自然因素中地形地貌、工程地质岩组是形成灾害的内因条件,强降雨和人类工程活动是外在引发因素。
3.1、自然因素作用
(一)地形地貌与岩组类型
地形地貌(特别是微地貌)与工程地质岩组是地质灾害形成主要内因条件。地质灾害与地形地貌联系紧密,在海拔50-250m丘陵台地,由于人口相对密集,人类工程活动较频繁,其地质灾害总数占68.0%,通过进一步的分析,这些灾害点微地貌多为坡高10-40m、坡度45-75°的斜坡或边坡上;块状较硬-坚硬岩综合体(Ⅴ)、层状较软~较硬碎屑岩综合体(Ⅲ),层状较软较硬变质岩综合体(Ⅳ)发生的地质灾害点最多,占灾害点总数的79%。
(二)降雨
强降雨是地质灾害重要外在引发因素。图1可以看出,历年来强降雨发生在4-8月,而4-8月发生的地质灾害占已发生的总数的96.55%,这些地质灾害主要类型为滑坡、崩塌、泥石流,均与雨水关系密切,另外,从地质灾害发生的时间分析,灾害发生与强降雨时间稍滞后,强降雨开始时间为4月份,高峰期为6月份,而地质灾害高发期为6月份。可以看出,降雨时段与灾害发生时间具有一致性,往往是暴雨特别是特大暴雨条件下,引发的地质灾害较多。
3.2、人为因素作用
城乡建设、道路交通建设是本县地质灾害主要诱发因素。据统计,因人为因素引起的地质灾害占地质灾害总数的85.71%,由此可见,人类工程活动强度与地质灾害形成有着密切的关系,因此对工程建设项目开挖边坡进行有序管理、控制人工削坡过陡、对工程项目进行必要的地质灾害危险性评估是减少地质灾害发生的重要因素。近年实施地质灾害规划后,人们重视地质灾害,人为因素引发地质灾害和总地质灾害数大大降低。
综上所述,地形地貌及岩土工程地质类型是形成地质灾害的内在因素,而降雨和人类工程活动则是形成地质灾害的外在诱发因素。
4、地质灾害易发区划分
4.1、分区原则
地质灾害易发区是指容易产生地质灾害的区域。易发区的划分主要依据地质灾害现状和潜在隐患,并综合考虑地形地貌、地层岩性、地质构造、人类工程活动强弱、降雨情况的基础上进行的,并尽量与原规划一致的原则。将调查县划分为高易发区、中易发区、低易发区和不易发区四类。
4.2、分区方法
地质灾害易发区划分目的是把地质条件复杂、地质灾害发育现状和易发程度参差不齐的评价区,划分成若干地质灾害活动条件和易发程度相近的单元,作为确定评价参数,实现全县评价的基础,它所反映的是不同地区地质灾害易发程度。
根据本次县地质灾害实地调查资料,每处地质灾害点类型、规模、发生时间、成因分析、空间分布、灾害点密度、已发生灾害危害程度、稳定状态、潜在危险性大小等定量~半定量资料,按中国地质环境监测院颁发的《细则》和广东省地质环境监测总站编发的“报告编写要求”。 本着“区内相似、区际相异”的原则,进行条件类比,采用定性和半定量综合分析方法,划分地质灾害易发区。具体边界按照地质灾害形成条件及分区划分标准表定性确定。将县地质灾害划分为高易发区(A)、中易发区(B)、低易发区(C)和不易发(D)四大类(区)。
4.3、地质灾害易发程度分区
全县地质灾害高易发区共有三处(A1~A3),主要分布在低山丘陵、丘陵台地,总面积751.2km2,占全县总面积26.87%。工程岩、土体类别主要为块状较硬~坚硬岩综合体(Ⅴ)、层状较软~较硬变质岩综合体(Ⅵ)以及层状较软~较硬碎屑岩综合体(Ⅲ)。地貌以低山、丘陵台地为主,少部分平原。自然边坡25-65°,基岩强烈风化,节理裂隙发育,风化壳、残坡积层厚5-30m。植被发育,森林覆盖良好。
地质灾害高易发区现仍有地质灾害隐患点10处,占全县灾害点总数66.67%,其中崩塌4处,滑坡6处。其危害程度分级属重大级2处,较大级6处,一般级2处。本区主要地质灾害有滑坡、崩塌。诱发地质灾害因素主要是人类工程活动、暴雨等。地质灾害高易发区受威胁人口614人,预估潜在经济损失4495万元。
地质灾害中易发区共分3个亚区,主要分布在低山、丘陵台地及平原地区,总面积1002.8km2,占全县总面积35.88%。岩土体类别主要为层状较软~较硬碎屑综合体(Ⅲ)、层状较软~较硬变质岩综合体(Ⅳ)、块状较硬~坚硬综合体(Ⅴ)、层状较硬碳酸盐类岩综合体(Ⅵ)。自然坡角25-65°,风化强烈,残坡积层厚8-25m,植被发育良好。山区群众削坡建房,边坡坡角50-70°,坡高8-30m,形成不稳定危险斜坡,较易产生崩塌、滑坡等地质灾害。
地质灾害中易发区现仍有地质灾害点5处,占全县灾害点总数33.33%,其中崩塌1处,滑坡3处,地面塌陷1处。其危害程度分级属较大级3处,一般级2处。本区主要地质灾害有滑坡、崩塌,其次为岩溶地面塌陷。诱发地质灾害因素主要是道路建设、削坡建房等人为因素和暴雨山洪等。地质灾害高易发区受威胁人口24人,预估潜在经济损失565万元。
全县地质灾害低易发区划分5个亚区,主要分布在县北东、南西以及中北部中低山地区,主要地貌类型为中低山、平原、盆地,总面积811.2km2,占全县总面积29.03%。工程岩、土体类别主要为中、高压缩性土体综合体(Ⅰ)、层状较软红色碎屑岩综合体(Ⅱ)、层状较软~较硬变质岩综合体(Ⅳ)、块状较硬~坚硬岩综合体(Ⅴ)。自然坡角5-70°,边坡坡角45-75°,坡高3-30m,处于较不稳定状态,较易产生崩塌等地质灾害。
全县地质灾害不易发区共有2个亚区(D1~D2),分布断陷盆地和冲积平原上,总面积229.8km2,占全县总面积8.22%。工程岩、土体类别主要为中、高压缩性土体综合体(Ⅰ)、层状较软红色碎屑岩综合体(Ⅱ)。地貌以平原和残丘为主。自然边坡0-15°,基岩强烈风化,节理裂隙发育,风化壳、残坡积层厚2-20m。植被中等发育~发育,森林覆盖良好。人类工程活动(道路建设、削坡建房)频繁,可能产生地面沉降灾害和河岸崩塌等地质灾害。
5、防治区的划分与防治建议
地质灾害防治目标是:建立健全全县地质灾害防灾减灾规章制度、法规体系、管理体制及运行机制;通过对人民群众进行防灾减灾宣传教育,增强其防灾意识,提高有关地质灾害的科学知识水平;大力开展群防群测工作,使自然因素造成的地质灾害经济损失和人员伤亡显著减少,人为因素导致的地质灾害得到有效控制。根据地质灾害易发程度分区结果和地质灾害潜在的严重危害程度,地质灾害分布、发育规律、特征等,结合调查县的经济实力,提出了适宜县地质灾害防治规划的建议,将地质灾害的防治规则建议分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区。根据地质灾害防治轻、重、缓、急,将地质灾害防治分期分为近期防治、远期防治。
重点防治区(A)防治对策和措施:采取有效的工程措施防止地质灾害,并对未来可能发生的地质灾害加以防范。主要措施如:地表排水、削方减载、坡面防护、支挡、抗滑桩、种草等措施或其中几种组合。防治对策和措施:一是加强汛期的监测,如山村滑坡,在未进行治理之前,汛期应派人专门值守,对滑坡进行严密监测;二是工程治理,可在坡脚修挡土墙、锚杆格构、坡面防护等措施进行加固治理;三是对一些小型的地面塌陷进行回填处理。
次重点防治区(B)地质灾害防治对策:首先根据地质灾害点的危险程度、经济能力、分期分批进行治理;对于直接威胁人民生命财产安全、严重阻碍交通运输安全的划为近期治理。各级政府部门对地质灾害的危害性、防治的重要性、迫切性要有足够认识,教育群众、提高群众防灾意识。地质灾害防治措施:加强汛期的监测工作,本区主要是崩塌、滑坡,坡脚砌挡土墙或抗滑桩支挡,坡面锚杆或土钉支护,根据地形条件开挖环形排水设施,在条件许可下也可削坡卸载。
中图分类号:U45文献标识码: A
一、工程概述
新建铁路织金至毕节线石头寨隧道工程包括石头寨隧道和石头寨隧道平导,里程范围:正洞DK359+272~DK362+770,全长3.498Km;平导PDK359+272~PDK360+530,全长1258m。
石头寨隧道是织毕线重点控制工程,位于织金县金龙乡境内,洞身进口位于架盖河右岸的陡坡上,往南经大冲、黄山坝子、岩脚至七棵树冲沟边出洞,属云贵高原低中山溶蚀地貌,地面高程1204~1495m,自然坡度5°~60°,局部为陡崖,地形起伏较大。洞身穿越马场断层、依多背斜、张家寨断层等构造。隧道全长3498m(其中Ⅲ级围岩长1770m,Ⅳ级围岩长1340m,Ⅴ级围岩长388m,Ⅳ、Ⅴ级围岩占49.4%),为单线隧道,隧道最大埋深约282m。隧道施工设平导一处,位于隧道进口线左30m。平导里程DK359+272~DK360+530,全长1258m(其中Ⅲ级围岩长770m,Ⅳ级围岩长340m,Ⅴ级围岩长148m)。全隧道除DK359+548.29~DK361+074.2段(1525.91m)位于半径3500m的左偏曲线上外,其余均位于直线上,洞内线路纵坡为单向上坡,依次为进口28m为0‰平坡,洞身400m为10‰的上坡,洞身3050m的11.5‰的上坡,出口20m的6‰的上坡。
二、隧道施工时常见的地质灾害种类
隧道施工时时常会发生围岩变形、塌方与涌水等地质灾害,这些地质灾害问题发生的条件是各不相同的,然而,它们对于隧道施工所产生的巨大危害却又是大致相同的。下面便对这些隧道施工中常见的地质灾害问题逐一加以分析。
1、围岩变形破坏的问题
围岩变形破坏是隧道施工过程一类较为常见的地质灾害,这类灾害的一般表现是:支离破碎或较为松散的围岩山体产生冒落问题与塌方问题,带有膨胀性的大山岩体会局部地出现变形现象与塌滑现象,使得隧道的支护结构时常受到严重的破坏,导致大山岩体会出现岩爆现象。但是塌方是隧道进行施工过程中常见的地质灾害问题,其中大多数也都是由于围岩失稳问题而产生的突发性的崩塌状况,最终造成了重大的生产安全事故。
2、涌水与突水的问题
涌水与突水的问题也是导致隧道施工时常见的地质灾害的问题之一。涌水问题发生时,会携带着很多的碎屑,并和突水问题同时爆发在隧道节理裂隙的密集区域,而突水问题又经常地在岩溶的洞穴中与溶隙加以发育的相关地段以及含水层部分、隔水层部分的交界面处发生。
3、地面的坍塌与沉陷的地面的问题
坍塌问题与沉陷问题通常会发生在隧道的施工的整个过程当中,甚至会在施工过程结束以后还会有发生常见的地质灾害问题的可能性。地面产生坍塌的原因大多是在于隧道的长期涌水和抽取了大量的地下水之后而造成的,还有相当一部分的地面坍塌的发生原因是隧道的顶板发生冒落状况或塌方状况。但是地面的沉陷问题却大多数情况下发生在深埋的隧道施工过程的开始阶段时。地面坍塌问题和沉陷问题所导致的地质灾害不仅会给隧道的施工本身带来更大的施工难度,而且也会使得地表的建筑将受到严重破坏,并最终造成周围的生态环境进一步的恶化。
4、隧道施工过程中其他的地质灾害问题
除了上述比较常见的隧道施工过程中的地质灾害问题以外,在实际的施工过程中,包括瓦斯爆炸问题和淤泥带突泥问题等地质灾害也偶有发生,同样会对隧道的施工进度及从业人员的生命安全造成极大的威胁。
三、隧道施工过程中常见地质灾害问题的相关防治措施
随着隧道施工工作的逐步步发展,隧道施工工程的规模和埋深度也在逐渐加大,施工的地质条件也变得越来越复杂,隧道工程在施工前务必要做好相关地质方面的勘察工作与研究工作,只有这样,才能确保施工工程的顺利开展。但是实际操作时,很多的时候,隧道工程在施工以前虽然进行了十分充分的勘察工作与分析工作,但是开挖以后却意外地发现,很多的地质结构已经发生变化,和勘察工作获得的信息并不完全相同,甚至还产生了极大的差错。由于在不同的地质情况下是会产生完全不同的地质灾害的,所以必须依据施工现场的具体环境,并结合科学理论来进行分析工作,只有这样,才能最终制定出富有针对性的灾害防治措施。
1、塌方问题的防治措施
很多比较松散与支离破碎的围岩时常会产生隧道的塌方现象,通常意义上讲,这种情况下,就要对围岩在整体上进行加固稳定性与增大强度的处理工作。施工过程中较为常见的处理方式有超前长管棚和超前锚杆两种,这些措施都可以使围岩的稳定工作与强度增强工作得以顺利实现,从而使得隧道的塌方发生机率大幅度降低。而面对断面大隧道在进行开挖工作时,务必要对那些软弱围岩的相关部分都采取逐步进行开挖的施工方式,这样做的话,既能够使得围岩暴露的时间方面大大减少,而且在开挖以后,也能够立刻地开展支护处理工作,使得隧道的围岩在稳定性上大大地增加。
2、岩爆地质灾害的相关防治措施
在防治诸如岩爆类的地质灾害的时候,既能够采用预报监测的方式,也能够运用地应力来进行相关的卸除,采用多循环分步开挖方法和超前高压注水的方法等施工的方式来对岩爆灾害极有可能产生的相关部位来进行重点的监测工作与预控工作,以上措施都可以有效地缓解岩爆灾害造成的损失程度。
3、突水问题与涌水问题的防治措施
隧道施工时,一旦出现突水问题或是涌水问题等灾害,应当通过排和堵的具体措施,或者直接采用排堵相结合共同使用的相关措施来进行有效的处理工作。在对突水问题和涌水问题进行治理的同时,还要对施工工程的附近的暗河及溶洞的突水部位也做好监测工作与预控工作。通过监测与预控来实现对施工阶段的地质预报。进行监测和预控工作时,不仅需要要准确对溶洞与暗河和隧道的交汇位置的做出准确的分析,还要做到在隧道进行施工出现突水与涌水以后,对那些非岩溶深埋的隧道也要进行排水导坑和钻孔疏干的相关治理工作。岩溶隧道与浅埋隧道的治理还是要以堵的方式为主,尽量地阻止地下水位发生下降,还要防止地面出现塌陷情况和井泉干涸等现象,因为这些问题将直接地破坏到周围的生态环境。施工时还应该先使用隔水层开挖,然后再进行含水层的开挖,这样做能够有效地减少突水事故的发生概率,还能使用超前引排与超前预注浆等施工方法,也都能够有效地减少突水类灾害的发生。
4、地面坍塌与沉陷的防治措施
地面发生坍塌,可以采取回填、绕避等施工方式,有时还要对施工洞穴的顶板加固等措施,这些措施都可以有效预防地面坍塌和井泉的干涸,防止对周围环境造成的恶劣影响。很多浅埋隧道地表坍塌都是由隧道塌方造成的,所以可以在隧道开挖初期,采取锚初期的支护,控制隧道发生变形。
5、其他地质灾害的防治措施
隧道在施工中如果穿过煤层,很可能发生瓦斯爆炸,所以一定要对地质预挖部位进行地质的探测,加强地质隧道施工的超前预报十分重要。另外还有钻爆法隧道施工对防爆的处理和防治措施。
结束语
综上所述,隧道施工存在很多安全隐患和风险,但是施工中只要我们能认清常见的地质灾害成因,规范施工,做好防治防范措施,就能减少和避免这些地质灾害现象的发生,将隧道施工的风险和安全隐患降到最低。
1、地质灾害频繁发生,灾害损失不断扩大
我市位于罗霄山脉地区,地形地貌条件复杂,地形高差悬殊,地层岩性复杂,褶皱断裂发育,新构造运动活动强烈,在风化强烈的浅变质岩、花岗岩及红层分布的中低山及丘岗区,易发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。且点多面广,规模大,成灾快,爆发频率高。据统计,我市现具有一定规模,造成危害(或威胁)的各类地质灾害611处。其中滑坡464处、崩塌69处、泥石流25处、岩溶地面塌陷30处、采空区地面塌陷23处。因地质灾害已造成67人死亡、毁房1734间、毁田2302.2亩,潜在威胁人口22659人,房屋220__间,田土9605亩,潜在经济损失47086.16亿元。
2、矿山地质环境问题日渐突出
近年来,由于采矿活动的深度、广度日益扩大,不合理开采现象时有发生,因此造成的矿山地质环境恶化有明显的上升趋势,矿山地质环境问题的日渐突出,不仅影响了矿山企业的安全生产,同时也给当地居民的生产生活带来了巨大的损害和影响。我市主要矿山地质环境问题有矿山不合理开采引起的崩塌、滑坡、地表水及地下水疏干、地表开裂及由于矿渣不合理堆放形成的矿渣泥石流等灾害。如茶陵县境内的湘东铁矿开采因抽取矿井内积水,造成附近农田漏水和泉水干枯等。
3、地质灾害的发生造成水土流失状况日夜加剧。
地壳表面的剥蚀、侵蚀营力是地形地貌演变的最主要的外动力地质作用,它的作用方向就是不断将山地、丘陵逐渐切割、夷平,由于它的作用,必然将大量的土石带走,造成大量的水土流失。主要分布在宏夏桥花岗闪长岩体分布区和白垩系红层残坡积物发育区,由于流水冲刷,地表土层无植被覆盖,形成众多细沟,支离破碎,受冲刷泥沙堆积于农田河港中,造成河道淤塞。虽然总的水土流失不大,但其危害确相当严重。
二、我市地质环境保护现状
我市近年来加强了对地质环境开发利用与保护的力度,从基础做起,近十几年来,开展了一系列的保护地质环境的工作,并取得了显著的成效。
1、建立了地质灾害防治工作组织体系。
我市1996年成立了以主管副市长为组长的__市地质灾害防止领导小组。目前,各县(市、区)均成立了以主管领导为组长的县(市、区)地质灾害防治工作领导小组,有些县(市、区)还把这种组织形式推广到乡镇。近年来,我市地质灾害防治主体已基本落实到各级人民政府。地质灾害防治工作体系基本建立,有力地推进了地质灾害防治工作。
2、汛期地质灾害防治工作成效显著。
多年来,市国土资源局会同建设、水利、铁路、交通以及气象等部门为做好汛期地质灾害防治工作,紧紧抓住汛期部署、制度实施、督促检查、监测预警、应急调查等主要环节,努力预防和处置地质灾害。
周密部署汛期地质灾害防治灾工作。每年汛期前,召开汛期地质灾害防治工作会议,安排部署汛期地质灾害防治工作,编制年度市地质灾害防治方案、市地质灾害应急预案,市、县、乡层层签订防灾责任状,落实防灾责任。
认真执行汛期值班、险情巡查和灾情速报制度。对地质灾害严重多发区进行防灾工作巡查,对监测预警措施落实及重点治理工程实施情况进行检查,发现问题及时解决,确保汛期地质灾害防灾措施到位。
扎实做好汛期地质灾害群测群防工作。对主要的地质灾害隐患点明确了县、乡、村(点)三级监测避灾责任人,共明确了监测责任人1800多人,义务监测单位80多个;并形成了有200多名信息联络员及400名群众监测员的群测群防网络,通过完整的群测群防,我市地质灾害防治形成了灵活机动、快速高效反应能力。该网络在汛期启动运行,发挥了重要的防灾减灾作用。
3、地质灾害气象预报预警工作得以加强。
20__年以来,市国土资源局与省国土资源厅和市气象台密切合作,开展了地质灾害气象预警预报工作,成功预报多起群发性地质灾害,人员伤亡和财产损失呈年下降,地质灾害气象预报预警工作成效显著。
4、县(市、区)地质灾害调查与区划工作取得初步成效。
我市已完成3个县地质灾害调查与区划工作,一方面基本查明了这些地区的地质灾害发育状况;另一方面通过逐村走访,发放地质灾害防灾明白卡,建立了群测群防网络,为地方政府有效开展地质灾害防灾工作奠定了基础。
5、地质灾害勘察、设计、施工、监理和地质灾害性评估制度规范化。
一是严格资质审查,建立诚信评估体系;二是严格成果审查,对于__市评审的
报告建立了由国土、建设、交通、铁路、水利、煤炭等部门专家组成的报告成果审查专家库,保证了地质环境类报告的质量;三是组织培训,对资质单位技术人员进行各类地质灾害防治技术培训,提高其技术水平。这些工作确保了地质灾害勘察、设计、施工、监理工作和地质灾害危险性评估报告的质量。
6、扎实开展重大地质灾害隐患治理工程
1996年以来,向部、省争取专项治理资金和补贴,实施了湘东铁矿、炎帝陵滑坡等重大地质灾害勘察与治理工程。消除了一批重大地质灾害隐患。
7、地质遗迹保护得到了有效保护
我市攸县酒埠江境内发现岩溶地质遗迹,区内溶洞密集成群(已发现156个),多层发育,规模宏大,景观丰富,造型奇特,是湖南乃至全国位置最东、规模最大的溶洞群,也是我国小区域内岩溶地貌体系最完整的地点之一,堪称我国的“溶洞世界”和“洞穴博物馆”。20__年申报建立了酒埠江省级地质公园,20__年又获评为国家级地质公园。
三、地质灾害防治和地质环境保护存在的主要问题
1、基础工作比较薄弱
全市只完成了攸县、茶陵县和炎陵县3个县的地质灾害调查与区划,醴陵市在进行中,还有__县和市区范围内尚未进行调查与区划工作,全市交通干线、铁路、大中型水利枢纽、大中小学校、主要城市也未开展专项地质灾害基础调查,我市地质灾害类型\分布现状、形成规律、发展趋势、危害程度、潜在经济损失等情况尚未全面系统性基础资料,亟待进一步查清。
2、防治资金严重不足
在我市已经查明的611处地质灾害体中,得到有效工程治理和搬迁避让的只有17处,不足3%。主要原因是地质灾害防治投资机制尚未建立,投资主体不确定,来源渠道未落实,防止经费严重不足。地质灾害防治仍然处于被动状态,主动和有预见性的防灾减灾工作仍处于较低水平。
3、地质灾害监测体系尚不完善
全市大部分县(市、区)地质灾害防治工作未纳入国民经济和社会发展规划,以县(市、区)为基础的地质灾害监测机构尚未健全,地质灾害监测工作无专项资金来源,缺乏基层专业人员。群测群防基础工作开展难度大,防灾减灾应急处置能力较弱。
4、地质灾害监测预警有待加强
地质灾害监测预警工作起步于近几年,尚处于经验探索阶段,监测预警和应急处置专业化设备极为缺乏,国土资源、建设、水利、铁路、交通、气象等部门统一和相互联动的监测预警指挥体系尚未形成,地质灾害监测预警和处置突发重大地质灾害事件综合能力仍然较低。
5、矿山生态环境管理职能不清
现在的矿山环境的管理职能部门由多个部门承担,环保、国土资源、水流、林业等部门从各自职能的角度进行管理,管理难以到位。
6、古生物化石管理和地质遗迹保护法律仍是一个空白点。目前只有地方法规或部门规章。
四、今后工作建议
(一)、加强法制建设,加快古生物化石、地质遗迹保护立法步伐,国家将古生物和地质遗迹保护立法列入议事日程。同时充分利用各种宣传活动,进一步落实《地质灾害防治条例》(国务院394号令)、《湖南省地质环境保护条例》等法规,全面履行政府职能。
(二)、摸清底子,掌握全市地质灾害类型和分布情况。充分利用驻我市地质勘察队伍的技术优势,对全市地质灾害现状开展系统的大规模调查与建档,为防灾减灾提高基础依据。
(三)、以上述工作为基础,利用现代技术,包括地理信息系统技术、遥感技术及群去、全球地位技术等,建立全市地质环境与地质灾害监测及监控体系;利用现代信息技术,建立地质环境与地质灾害的信息系统、危险性分析评价系统和防灾减灾决策支持系统,并通过网络传输的手段,实现信息的全社会服务体系,为政府决策提供科学依据。
(四)、地质灾害的成因复杂,防治工作牵涉部门多,防治工作是一项社会性很强的工作,因此必须建立以政府为主导,主管部门负责,相关部门配合,单位和群众积极参与的放在体系。
(五)、地质灾害防治工作是一项责任重大的社会管理工作,必须纳入法制轨道,要制定相应的法律法规和工作职责制度,通过立法规范防灾治灾工作,应劲、应尽快结束当前临灾随机安排状态,实现以法防灾,以法治灾。
岩土圈层形变灾害主要表现在矿山地面和采空区塌陷、地表沉降、滑坡、泥石流等。其中,地面采空塌陷(崩塌)表现在岩土体被陡峭的张性破裂面分割,随着时间的推移而渐渐脱离母体,并垂直翻滚跳跃而下。该现象一般发生在地下以井巷开采的矿山,但是在喀斯特地区也会因矿井排水脱水而发生地面采空塌陷。地面采空塌陷不仅破坏耕地、道路和建筑物,还会直接导致一些地下隧道破坏的矿井坍塌,或是大气降水和地表水倒入坑内,造成沉没事故。地表沉降是隐患最大的地质灾害。据调查,我国华北、华东平原地区,每采万吨煤炭就要塌陷土地约3亩,依次计算,每年大概要塌陷一万亩地,预计到2035年,我国矿区将有许多村庄可能完全塌陷。地表沉降主要发生在煤矿采空区,尤其是那些矿石埋藏浅,地势相对平坦的矿山。滑坡主要分布在矿山道路两侧的高陡边坡以及矿山较陡的天然斜坡部位。而泥石流主要发生在山区,是由崩塌、恶劣环境共同导致。
1.2地下水位升降引起的灾害
地下水位升降引发的灾害主要有矿坑突水涌水和坑内溃沙涌泥两种。其中,矿坑突水涌水是最常见的矿山灾害,主要是由于生产过程中对矿坑涌水量估计不足,在采掘过程中贯穿透水断层时突遇暗河或蓄水溶洞,导致地面水或地下水大量涌入。坑内溃沙涌泥常与矿坑突水一起发生,一旦采掘过程中骤遇蓄水溶洞,坑内就会溃沙涌泥。
1.3矿体内因引起的灾害
这类矿山工程地质灾害是因为矿山地质环境改变后,一些偶发因素造成突变性的灾难性后果。主要有瓦斯爆炸、地热、煤层自燃以及矿山火灾等。其中瓦斯爆炸常见于煤矿,矿坑火灾常见于煤矿和一些硫化矿床。
2矿山工程地质灾害的主要防治措施
2.1分区防治
目前一般将矿山分为以下三个区域。
2.1.1重点防治区。
在重点防治区内,一定要在开采之前设置好监测点,同时还要做好以下五点。第一,合理设计边坡参数,并在重点防治区内作挡墙稳固边坡。第二,对于频发灾害地点,要做好边坡加固工作,消除灾害复发隐患。第三,渣场要严格做好边坡坡度的设计,并设置拦渣坝,防止发生泥石流的产生。同时还要严禁随意弃渣。第四,坑道开采时一定要做好坑道内支护工作,尽量边开采边支护,以防止因冒顶、矿顶坍塌等而产生的危害。第五,开采结束后,要统一规划矿山,并有计划地进行矿山复垦工作,尽力恢复矿山生态功能。
2.1.2次重点防治区。
在次重点防治区内,一方面要合理设计边坡参数,并进行科学支护和加固,在边坡上方还应设置排水沟,做好地表排水措施。另一方面还要加强工地管理,合理堆放弃渣,并在险要地段建设拦挡滚石或飞石的设施。
2.1.3一般防治区。
在该区内一般没有主要建筑物以及工程项目建设,发生灾害可能是因为地表岩体的破碎。所以应该严禁越界开采,适当减少人为扰动,并做好植被保护和水土保持。
2.2因地制宜,综合防治
地质灾害防治重在因地制宜、综合治理。对于即将发生的或是正在发生的地质灾害,应该采取适合本地情况的措施,标本兼治。如崩塌、滑坡的防治可以进行各种加固工程(支挡、锚固、减载、固化),并附以各种排水(地下排水、地表排水)工程。对于可能出现地面采空塌陷或地表沉降的区域应该及时采取人工回灌进行防治。总而言之,对于不同地区的不同灾害类型应该采取适宜的防治防范措施,不能盲目照搬其他地区的防治方法。
2.3加强矿山工程地质灾害勘探工作
矿山工程地质灾害勘探可以预测灾害发生的时间及危害程度,还可以探测灾害类型,为防治做好准备。目前最常见的勘探方法主要有以下三种。
2.3.1地球信息技术勘探。
该方法是利用遥感收集的“3S”技术,配上全球定位卫星系统,来掌握地质灾害的可能分布位置和地区。它能够精确定位高风险灾害,预测的灾难性趋势。
2.3.2地球物理勘探。
该方法主要是应用物理手段来获取岩土圈的相关信息,进而确定采空区、断层位移以及磁场的变化,它还可以确定与收集的信息相关的其他潜在灾害。
2.3.3环境化学勘探。
这是矿山工程地质灾害防治过程中最常使用的方法。应用此方法可以准确有效地确定污染因子,预测污染趋势,并追溯污染源,能够为污染区和污染控制方案开发提供了重要的科学依据。
2.4建立灾害网络预警监控信息系统
建立灾害网络预警监控信息系统是灾害防治工作的重要措施之一。在矿山火灾多发地区、滑坡泥石流多发区以及崩塌地面沉陷易发区,如果光靠人工监测显然无法达到要求,而且还不能及时发现。目前我国南方部分省区以及长江三峡地质灾害多发区全都设立了监测系统,而且取得了较好的预防效果。
2.5合理处理废弃物品,强化地质环境恢复工作
矿山挖掘、采取过程中,采矿设备和废弃物不要随意堆放,必须按要求统一堆放。在破坏采矿边界线以外的场地,还要有计划回填采空区,处理弃渣处理后的表土以及草种树的沉积。同时还要合理堆放弃渣并合理规划渣场的位置。矿山挖掘、采取结束后,相关单位要及时采取地质环境恢复方案和措施,来防止水土流失,并恢复植被和景观。另外,还要根据条件有计划地开展矿山复垦工作,最大程度上恢复矿山生态功能。
2.6强化矿山环境监督管理工作
矿山挖掘、采取是人类破坏自然最强烈的一种活动。为了防止“边建设边破坏,建设赶不上破坏”的被动局面,国家国土资源部门要对矿山地质环境实行强制性保护措施,加强依法行政,并严格落实矿山环境影响评价制度、地质灾害危险评估制度以及“三同时”制度。同时还要不定期对地质环境进行执法检查,公开惩处破坏矿山生态环境的个人和单位,并依法追究责任。对露天矿坑采面高、边坡失稳、废渣、废石多且堆放随意性强,以及汛期易发生滑坡、塌方、泥石流等地质灾害的地区,坚决惩处,不留任何余地。
【摘要】林州红旗渠是上世纪60年代林州人民自力更生修建的一项伟大水利工程,是中华民族精神的象征。红旗渠沿线各种类型地质灾害频繁发生,几乎每年都有崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生,对红旗渠的安全运行造成极大的危害。如何有效地防治沿线地质灾害,确保红旗渠顺畅其流,千秋永固,是我们值得研究的一个环境地质问题。
关键词 林州;红旗渠;地质灾害;防治工程;建议
1.前言
(1)婉蜒于太行山脉悬崖峭壁之上的红旗渠,被世人称之为“人造天河”,在国际上被誉为“世界第奇迹”。它是上世纪60年代林州人民自力更生修建的一项伟大水利工程。它还承载着“自力更生、艰苦创业、团结协作、无私奉献”的红旃渠精神,是中华民族精神的象征。
(2)红旗渠沿线地质条件极为复杂,各种类型地质灾害频繁发生。自红旗渠建成运行以来,几乎每年都有崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生。1996年8月3~4日,由于连降暴雨,总干渠沿线共有154处发生地质灾害,造成渠道淤塞,淤方达,渠墙倒塌840处,造成的直接经济损失达1. 17亿元,灾后的修复费用达1100余万元。多年来,平均每年用于地质灾害灾后修复的费用即达数百万元。如何有效地防治沿线地质灾害,确保红旗渠顺畅其流,千秋永固,是值得环境地质工作者研究的一项重要课题。
2.红旗渠沿线地质灾害现状
红旗渠总于渠长70. 61Km,跨越山西、河南两省,于山西省平顺县石城镇侯壁断下引浊漳河水入林州。沿线地质灾害类型主要有崩塌、危岩体、滑坡和泥石流等。通过调查发现沿线各种地质灾害共94处,其中崩塌24处,危岩体44处,滑坡12处,泥石流14处。
2.1崩塌。崩塌是指高陡斜坡上的岩土体完全脱离母体后,以滑移、滚动、跳动、坠落等为主的移动现象和过程。
2.1.1崩塌灾害的分布规律。崩塌灾害主要分布在红旗渠渠首——小谷堆寺段和青年洞——木秋泉段。其发育的工程地质岩土类型,一是松散松软岩土类及散体状风化变质岩类组成的陡倾斜坡,在降雨侵蚀、冲刷及人类工程活动等因素的诱发下,使边坡失稳而产生滑移式或滑塌式崩塌,如2000年7月5日发生在渠首附近的崩塌即属此种类型;二是层状碎裂硬碎屑岩类组成的峭壁,下部存在软弱夹层,区域性构造裂隙将硬碎屑岩切割成块体,当裂隙贯通后,岩体失稳而坠落,2001年8月,发生在山西境内豆口村附近的崩塌即属此种类型(图1)。
2.1.2崩塌灾害的规模。不同部位、不同边坡类型崩塌体的规模有所不同,按其体积大小可划分为4类:即
(1)特大型(大于1OOOOm3);
(2)大型(1010-10000 m3,);
(3)中型(500~ 1OOOm3);
(4)小型(小于500m3:)。按以上划分原则,红旗渠沿线特大型崩塌有3处,占崩塌总数的13%,大型崩塌有7处,占崩塌总数的29%,中型崩塌有5处,占崩塌总数的20%,小型崩塌有9处,占崩塌总数的38%。最大的崩塌体积为35190 m3,位于赵所NW280。、700m处。
2.1.3崩塌体的形态。
2.1. 3.1三棱体状、块状。这类崩塌体主要受节理形成的裂隙和岩性控制。岩层底部多为软弱岩层形成的岩腔,上部为巨厚层块状岩体,节理形成的裂隙成为崩塌体形状边界。 2.1.3.2不规则状。这类崩塌体主要发育在散体风化变质岩类组成的斜坡,受风化裂隙及卸荷裂隙控制,呈不规则状。
2.2危岩体。危岩体是正在开裂变形,并可能发生崩滑的危险山体。目前调查共发现44个危岩体,其中在总干渠渠首——青年洞段分布最为广泛,在渠长约26Km的范围内危岩体数目达42个之多,总方量达86499m3。
2.2.1危岩体的分布规律。危岩体主要分布于层状碎裂硬碎屑岩工程地质岩类中。危岩体的发育一是受地形控制,在山梁前缘突出部位的陡坡之上,风化裂隙、卸荷裂隙和构造裂隙集中发育,易使山体开裂变形,有些山体甚至出现支离破碎的状况;二是受岩性控制,由软弱岩层形成岩腔,造成上部岩体临空,易引发崩塌。
2.2.2危岩体的形态。
2.2.2.1柱状危岩体。主要为竖向棱角状、圆柱状、三棱柱状等,一般发育在岩体单层厚度大、受多条陡倾裂隙的切割、部分悬空的部位,此类危岩体共19个,占危岩体总数的43. 2%。
2.2.2.2不规则状危岩体。一般发育在岩层单层厚度薄、层间裂隙发育,且受多条不同方向裂隙切割,岩体本身严重变形、支离破碎,此类危岩体共17个,占总数的38.6%。
2.2.2.3 楔形状、块状和壳状危岩体。受裂隙和岩层厚度所控制,同时也受岩体强度控制。此类危岩体受陡倾裂隙和缓倾裂隙切割,其底部部分岩体己发生过崩塌或风化剥蚀、水蚀而使其部分临空。此类危岩体共8个,占总数的18. 2%。
2.2.3危岩体的规模。红旗果沿线危岩体规模大小不等。按体积的大小将其规模划分为3类:
(1)大型(大于500m3);
(2)中型(100~ 500m3);
(3)小型{小于1OOm3)。按以上原则划分,红旗渠沿线大型危岩体有26个,占危岩体总数的59.1%,中型危岩体有13个,占危岩体总数的29. 5%,小型危岩体有5个,危岩体总数的11. 4%。危岩体最大者体积约13500m3,位于东脑村291。红旗渠拐弯处(图2)。
2.3滑坡。
2. 3.1滑坡是指斜坡上的岩土体,在重力作用下,沿着一定的软弱面或软弱带,整体或分散地顺坡向下滑动的现象;本次勘查调查到红旗渠总干渠沿线滑坡地质灾害12处。
2.3.2主要分布在渠首(赵所段)。在调查中发现,滑坡一般发生在以下几种类型的边坡:(1)胶结较差的砾岩边坡。(2)土质松散、松软的边坡。(3)裂隙发育、岩体破碎且后缘有陡倾大裂缝存在的边坡。(4)由老崩塌堆积物组成的边坡。此外,层面裂隙发育、且裂隙面与坡面同向的边坡也易产生顺向滑坡。发育滑坡的边桩坡度一般在30~ 50。之间。红旗渠总干渠滑坡发生的位置有两种情况:一种是,滑坡发生在红旗渠上方的高陡斜坡,斜坡岩性有半胶结状砂砾岩、黄土状土,滑坡形成主要受斜坡坡度,粘性土夹层、排水条件等控制,在降雨、水浸、地震、爆破等诱发因素的作用下,变形失稳,滑移破坏,如小旦河滑坡。另一种是,滑坡发生在渠基,红旗渠渠基多座落于斜坡之上.渠基岩性为软质岩石或松散坡洪积物时,在水浸和重力的作用下,形成滑坡。如王家庄红旗渠12 +900—13 +070m处发生滑坡(图3),滑坡体长120m,宽20m,高30m.统计方量10.2×104m3,造成170m渠道全部毁没,损失惨重。
2.4泥石流。红旗渠总干渠共有沟谷泥石流5处,坡面泥石流9处。
2.4.1沟谷泥石流。沟谷泥石流的发生运动和堆积均在一条比较完整的沟谷中进行,其固体物质来源主要来自于沟谷中的松散堆积物以及其两侧支沟,形成区海拔一般在1200~ 1400m之间,其平面形态大致呈桃叶形、近花瓶形。主要分布在青草凹一棘针林沟一带,具体为青草凹东山沟、王家庄对岸小旦河、赵所村西南皇后后沟和杓铺西棘针林沟等四条沟谷。
2.4.2坡面泥石流。主要发生在松散松软岩土体工程地质类型。由冲洪积层、坡洪积层、风化残积层、黄土状土等松软松散岩土体构成的临渠斜坡,是坡面泥石流高发的主要地段。主要分布在浊漳河阶地、浊漳河支流河谷沟口、崩塌,滑坡发育的山坡及植被稀疏的风化残积层覆盖的斜坡地带。
3.地质灾害的形成因素
3.1地质灾害形成的地质环境条件。
3.1.1地形地貌环境。红旗渠总干渠沿线地处太行山区,由于浊漳河的长期侵蚀切割,造成沿河两岸山势陡峻,尤其是右岸,到处是悬崖峭壁或高陡斜坡。地形最高处海拔高达1500m,高差近千米。陡峭的地形构成了红旗沿线边坡失稳的重要因素。每年雨季朋塌、滑坡及泥石流等地质灾害经常发生。在红旗渠与冲沟交叉并拐弯处,一般向里凹,而经过山梁前缘并拐弯处一般向外突出,该处的山体斜坡是危岩体的高发地段。
3.1.2岩土体工程地质性质。
3.1.2.1 由太古界黑云斜长片麻岩和黑云角闪片麻岩组成的散体状风化变质岩类,一般形成坡麓地貌。表层风化破碎呈散体状;下部裂隙发育,岩质软弱,在临渠处或红旗渠穿山隧洞洞口上方坡度较陡处,易产生崩塌灾害。此类灾害在任村镇本秋泉附近渠段最为典型。
3.1.2.2由中元古界汝阳群浅紫红色、灰白色相间石英砂岩组成的层状碎裂微风化硬碎屑岩类,常以悬崖峭壁出现。在构造作用、风化作用和人工开挖的影响下,临渠附近岩层各种裂隙极其发育,在薄层石英砂岩中甚至引起岩体支离破碎。这类岩体最易形成危岩俸或崩塌灾害。据统计,在发现的44个危岩体中,就有42个属于该类岩体,占危岩体总数的95%以上,说明硬质脆性的石英砂岩是红旗渠沿线危岩体的高发地层。另外,渠内侧中元古界汝阳群石英砂岩地层中存在一层紫红色砂质页岩夹层,沿线分布比较普遍,厚度在1.2~2. 5m之间,不同渠段厚度有所差异。该层页岩由于较石英砂岩软,易风化破碎,遇水易软化,属石英砂岩地层中的软弱夹层,在临渠边坡上呈明显向里凹的特征,尤其在渠内侧下部,由于人工开挖、渠水冲刷等因素的作用下,部分渠段造成其上部石英砂岩地层形成临空带,其宽1.5~2. 5m不等。如渠首、豆口、青年洞附近等渠段最为典型。临空带的存在,加剧丁上部岩体的危险性,易使其上部石英砂岩地层中的危岩体发生变形,拉断而产生崩塌。
3.1.2.3由寒武系、臭陶系灰岩、白云岩、泥灰岩组成的块状微风化中等岩溶化碳酸盐岩类,常以缓坡、圆形山包的地貌出现,临渠处边坡一般较为稳定;仅部分渠段,当地层倾向与坡面同向,且与渠走向垂直时,其上部的坡积物在雨水的冲剧下易形成小型滑坡。另外,在地层遭受强烈破坏、岩体破碎的地段,其物理力学性质差,在连续降雨的冲刷、浸蚀诱发下,易形成较大的滑坡。如1996年夏天发生在赵所村西北渠段的滑坡即属于这种类型。
3.1.2.4 由寒武系下统紫红色砂泥质页岩组成的薄层状中等风化较软碎屑岩类,由于其风化剥蚀作用强烈,在其形成的陡坎下常可见大量的风化剥落堆积体,这类岩体组成的边坡,在雨水冲刷下易产生崩塌、滑坡灾害。
3.1.2.5由第四系冲洪积、坡洪积物组成的松散、松软岩土类,一般呈阶地堆积地形。临渠处边坡稳定性较为复杂,胶结较好的砾岩层较为稳定(如杨耳庄一白家庄渠段),而胶结较差的卵砾石层以及混合土层,其边坡稳定性则较差,当边坡较陡时,易形成崩塌、滑坡和泥石流。如山西境内的王家庄附近滑坡即属于这种类型。
3.1.3新构造运动特征。红旗渠沿线处于新华夏系第三隆起带的东缘,新构造运动非常活跃,主要形式为差异运动和断裂活动,从区内的水系特征和宏观地貌上来看差异运动造就了基岩裸霹、沟谷深切、谷坡陡立,沟谷纵向坡度大,重力堆积物发育,是滑坡、泥石流灾害发生的地质基础。另外,不同规模的断裂和构造裂隙,常成为区内危岩体和崩塌产生的主要因素。
3.2地质灾害的诱发因素。
3.2.1大气降水。大气降水的冲刷和渗透作用,是产生崩塌、滑坡、泥石流的重要诱发因素。一是渗透水进入岩土体中,使岩土体抗剪强度降低;二是渗透水进入岩石裂缝,使裂隙水压力增加,可迅速改变岩土体原有的平衡状态,对地质灾害起到诱发和促进作用。据气象资料显示,林州市降水量主要集中在每年的7~8月份,约占全年降水量的60%左右,这个时段各种地质灾害发生最为频繁。
3.2.2融雪冻融作用。岩体裂隙中水的冰冻和融化产生的胀缩作用土体稳定状态,诱发崩塌、滑坡等地质灾害的发生。
3.2.3渠道渗漏。红旗渠经过40多年的运行,风剥水蚀,工程老化,年久失修,造成渠道勾缝脱落,渠墙渗蚀掏空,渗滑严重。渠道渗漏会引起渠基掏空,产生不均匀沉降,尤其是在渠基岩土工程力学性质较差的渠段,渠水下渗,使渠下土体达到塑性状态或当水渗入不透水层时,接触面含水,减少其摩擦力和粘聚力,使渠基或渠墙产生变形破坏,威胁渠道安全。
3.2.4地下水。主要表现在一些山前缓坡地段,渠内侧坡面上具有一定的汇水面积,松散堆积物较厚,且具有相对隔水层、植被发育,有利于地下水形成和运动。这些地段在地下水压力的作用下易造成渠墙变形破坏。如豆口村南、河口村西南以及柏树庄、尖庄和木秋泉附近渠段内墙崩毁多处。
3.2.5工程活动。
3.2. 5.1红旗渠的修建改变了沿渠山体斜坡的天然稳定坡角,同时加速了岩层的风化剥蚀,诱发崩塌、滑坡、泥石流的发生。
3.2.5.2干渠沿线进行旅游资源开发及基础设施建设(如道路修筑、景点建设)。
3.2.5.3与总于渠平行建设的新(乡)——河(口)公路改扩建工程开山放炮、挖土取石等破坏了地质环境。
3.2.6生物作用。主要为生物的物理作用及化学作用。植物的根劈作用使根茎沿危岩裂缝生长,裂缝扩大,使危岩体产生向临空方向的变形破坏。此外生物的分泌物对岩体的产生的分化破坏作用,加速危岩体变形失稳。
4.地质灾害防治工程措施
4.1危岩体防治工程措施。
4.1.1清除危岩体。规模小、危险性高,且所处边坡较稳定的危岩体,可予以清除,排除隐患。
4.1.2削坡。规模较大,底部部分较稳定的危岩体,可在上部清除部分危岩体,减小坡度和上部载荷,加强其稳定性。
4.1.3排水防渗。由于裂隙水压对于大部分危岩体的稳定有较大影响,因此在危岩体自身及其周边,应修建地表排水系统,防止岩体裂隙过量充水而导致岩体崩塌。
4.1.4固坡。对于底部塌空的危岩体,可在其底部进行支护,底部为软岩(风化破碎的薄层砂岩、页岩、泥灰岩等)的危岩体,进行底部喷浆护壁,防止其进一步风化、坍塌。危岩体自身整体性较好,可进行锚链加固等。
4.1.5遮挡。对于小型危岩体崩塌、落石,可对红旗渠进行棚硐等工程措施进行保护。
4.1.6监测预报。
(1)危岩体形变监测:主要手段包括:通过地面观察、形变测量、地倾斜测量、综合自动监测等方法从外部监测危岩移、裂缝变形、地面倾斜等现象;采用专控测斜、电测、声测、地应力测量等手段从内部监测危岩体的深部变形位移和应力变化。
(2)危岩体崩塌激发要素监测:主要监测降雨量、地震等。
(3)综合分析与预测预报:通过监测数据综合分析,建立危岩变形数值模型,确定崩塌破坏的临界值,建立预警系统。
4.2滑坡防治工程措施。
4.2.1治水。修建排水沟,拦截地表水,减少进入滑坡体的地表水量,减轻地表水对坡体的破坏。滑坡段渠底、渠帮进行防渗处理,防止因渠水下渗,而降低坡体的稳定性。
4.2.2固坡。修建抗滑桩、抗滑墙等支档工程。实施锚固工程,加固边坡,提高其稳定性。
4.2.3监测预报。
(1)滑坡体形变监测:以地面观察、形变测量、地倾斜测量、综合自动监测等方法监测裂缝变形、滑坡体水平位移、垂直形变以及滑坡体上树木、建筑等工程设施的形变情况。
(2)滑坡激发要素监测:主要包括地下水动态监测和地震监测。
(3)综合分析与预测预报:通过监测数据综合分析,建立滑坡变形数值模型,确定滑坡破坏的临界值,建立预警系统,对滑坡进行灾害预测预报。
4.3泥石流防治工程措施。
4. 3.1生物措施。泥石流防治的生物措施主要包括恢复植被和合理耕牧。一般采用乔、灌、草等植物进行科学地配置和营造,充分发挥其滞留降水、保持水土、调节径流等功能,从而达到预防和制止泥石流发生或减小泥石流规模,减轻其危害程度的目的。
4. 3.2工程措施。
4.3.2.1拦挡工程。修建谷坊、拦沙坝、格栅坝等,蓄水拦沙,减小泥石流流速、容重、规模,抬高局部沟段侵蚀基准,护床固坡,降低泥石流冲刷破坏能力,减轻沟床侵蚀。
4.3.2.2排导工程。修建导流堤、急流槽、束流堤等,引水输沙,规范泥石流路径,防止漫流,降低泥石流流速,削弱泥石流冲击破坏能力。
4.3.2.3 停淤工程。根据泥石流发育地区地形条件,修建停淤场,将泥石流引入预定场所减速停淤,防止漫流。
4.3.2.4沟道整治工程。采用固床沙坝、水泥沙浆砌石、石笼等方法保护泥石流沟坡,防止岸坡坍塌、滑移;在沟底进行铺砌或修建肋板稳固沟底,减少沟底冲刷。
4.3.2.5防护工程与错避工程。对泥石流地区的红旗渠、公路、桥梁、隧道、房屋等工程设施,进行防护或错避,抵御或避开泥石流的危害。防护工程包括修建护坡、挡墙、顺坝、丁坝等。错避工程主要包括跨越式错避、穿过式错避等。跨越式错避是指修建桥梁,使工程设施凌驾于泥石流沟上空,免受泥石流破坏。穿过式错避则是将工程设施置于泥石流沟地下,避开泥石流破坏。
4.3.3监测预报。除利用遥感技术,结合气象资料分析,进行区域泥石流活动中长期预报外,主要是利用降雨预测进行泥石流活动的短期预报和临灾警报。此外还可利用泥石流遥测地声警报器、泥石流超声波泥位警报器、地震式泥石流警报器等仪器直接监测泥石流活动,并进行短期预报和临灾警报。
5.结论与建议
(1)红旗渠沿线地质灾害的主要类型有崩塌、危岩体、滑坡和泥石流。崩塌24处,危岩体44处,滑坡12处,泥石流沟5处,坡面泥石流9处。地质灾害对红旗渠的安全运行造成巨大的安全隐患。
(2)建议尽快展开对红旗渠沿线地质灾害体进行详细勘查和治理工作,以确保红旗渠的安全运行,确保红旗渠顺畅其流,千秋永固。
参考文献
[1] 刘传正,地质灾害勘查指南,地质出版社,2000,17—166.
[2] 潘懋、李铁锋,灾害地质学,北京大学出版社,2002,85~132.