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二、地質災害的成因我縣地質災害形成的原因較復雜,總體上表現在地質條件、自然條件和人為因素三方面。1、地質條件我縣地質災害多發生在寒武系杷榔組和志留地層,即砂質、泥質頁巖及薄層砂巖、泥巖,該類巖層上部和下部均為厚度大、巖性較硬的灰巖或白云巖,抗風化能力強;而該類砂巖、頁巖或泥巖硬度小,極易被風化,長期下來,形成相對較平緩的地形,并附著較厚的碎屑物和坡積物,在山區坡度較大地區,受暴雨影響,極易誘發滑坡。我縣90%的地質災害均發生在這類巖層。2、自然條件我縣屬典型山區縣,山高坡陡,不少村民就居住在坡度為30度—40度的山坡上、坡腳下或陡坎下。加之我縣雨水充沛,年降雨量一般在1400mm左右,若連續降雨在130mm以上或每小時降雨量達100mm以上時,極易形成滑坡或局部崩塌。3、人為因素主要是因修公路、開砂石場及村民挖宅基地而引起的。這些地方很大程度上破壞了自然坡度的穩定性,增加了自然坡度的臨空面,從而形成崩塌和滑坡隱患,一旦條件成熟,極易整體下滑或崩塌。這種人為因素造成的地質災害很難準確預測,使人防不勝防。
金屬礦產資源對經濟的發展有非常大的促進作用,我國逐漸加大了對金屬礦產資源開發力度,但由于金屬礦產資源開采技術相對落后,開采不合理,礦山地質災害和采礦事故頻繁發生,嚴重危害著金屬礦山的安全生產。研究我國金屬礦山地質災害和防治措施具有非常重要的意義,筆者通過概述金屬礦山地質災害類型,提出了相關建議,希望為推動我國礦山地質災害防治事業的發展做出貢獻。
1 我國金屬礦山地質災害狀況
地質環境作為影響社會經濟發展的一個關鍵因素,為人們正常生活和工作提供一個良好的環境,但地質環境如果受到破壞,就會引發地質災害,影響人們的生存和發展,造成巨大的經濟損失,影響社會穩定。我國是一個地質災害頻發的國家,近年來,由于人為原因引發的地表塌陷、泥石流、滑坡等地質災害導致的直接損失高達330億元/年,是制約我國經濟發展的瓶頸,地質災害的防治工作已成為目前亟待解決的一項問題[1]。
地質災害的一個重要組成部分就是礦山地質災害,指的是因為人為開采而導致的地質災害。我國人口不斷增多,經濟增長速度較快,對能源的開采和利用率居世界首位,尤其在進入1980年后,我國對金屬礦產資源的需求量劇增。我國基本國情是金屬礦產資源儲備量較大,為了滿足社會發展的要求,金屬礦產資源勘探開發力度加強[2]。但我家尚未形成統一、規范的金屬礦產資源開采制度,加上缺乏先進的開采技術,在強調經濟效益最大化的同時忽略了礦山開采工作的安全性,引發了一系列的資源浪費、生態破壞、環境污染等復雜的問題,出現多種多樣的礦山地質災害。面對嚴峻的現實狀況,金屬礦山企業要落實可持續發展,這是一項長期、復雜而艱巨的戰略任務,對實現經濟和生態的協調發展具有很高的實用價值。
2 金屬礦山地質災害類型
巖爆、冒頂片幫、地表塌陷、泥石流、礦震、采空區崩塌及環境污染等是金屬礦山地質災害的幾種主要類型,這些重大地質災害的危害性極大。
2.1 巖爆
作為金屬礦山深部開采中危害性較大的一種地質災害,巖爆主要是因為巖石承受不住過高應力而突然猛烈釋放并出現巖石爆裂的現象[3]。發生巖爆時會釋放彈性變形勢能且發生很突然,對采礦面造成巨大的破壞,危及工作人員的安全,嚴重時甚至引發礦震、毀壞礦井的后果。
隨著金屬礦山開采力度的增大,巖爆發生頻率及強度顯著增大,破壞力較大,發生后還會出現圍巖崩落的現象,產生大量的粉塵,因此必須要提高對巖爆災害的重視,對巖爆的防治措施進行探討。
2.2 冒頂片幫
金屬礦山開采引發的最直接的一種地質災害就是冒頂片幫,指的是采礦空間內或其他工作地點的頂巖出現墜落、崩塌的現象,突發性強、發生頻率大。由于該災害發生前沒有顯著的特征和征兆,增大了防范的難度,一旦發生就會造成巨大的人員傷亡。
2.3 地表塌陷
金屬礦山開采過程中的最典型的地質災害即地表塌陷,這種地質災害是長期不科學開采行為積累的后果,不同地區的地表塌陷程度存在較大的差異,造成的經濟損失也各不相同。礦山企業在采礦后沒有及時進行填充或填充失調等不恰當的做法,只為追求眼前的利益,而忽略了長久的發展,是引發地表塌陷最主要的誘因,導致極其嚴重的后果[4]。
2.4 礦山地震
由開采而導致的金屬礦山地震的震源一般較淺,但因為突發性強,還會產生一系列的連鎖反應,嚴重損害地表、井下工作面,是一種發生頻率較大的地質災害。引發礦山地震的原因比較復雜,常見原因有瓦斯突出、開采載、冒落等,一些嚴重的礦震災害可能會導致區域性地震,所以非常有必要對其進行勘探和研究。
2.5 大面積采空區崩塌
大面積采空區崩塌是一種常見金屬礦山地質災害,同時也是井下危害性最大的災害之一。在開采過程中如果應用崩落采礦法、空場采礦法,就會在地下礦山中出現崩落空區及采空區,隨著開采工作的進行,采空區數量不斷增多,面積不斷擴大,積累到一定程度時就會引發大面積采空區崩塌,造成嚴重的損害,危害井下工作人員的生命安全。政府應極其重視大面積采空區崩塌地質災害,對可能引發該災害的采空區隱患進行深入的研究,充分利用先進的科學技術,通過有效的措施防止地質災害的發生。
2.6 礦坑突水
目前,礦坑突水危害性極大,發生的次數也越來越多,已經成為嚴重威脅我國金屬礦山安全開采的因素。礦坑突水來勢迅猛,突然涌進礦山井巷中,危害礦山生產和安全,在一些開采不合理的礦井中很容易發生礦坑突水的情況[5]。此外在地質條件復雜的大水金屬礦床中也存在很大的地質災害隱患,但只要對該地區的水文地質進行詳細的調查和研究,就能有效的避免礦坑突水地質災害的出現。
2.7 高地應力
金屬礦山在進入深部開采后,發生高地應力的可能性隨深度的增加而增大,硬質巖內部的初始地應力在20MPa以上,對井下支護結構有著嚴格的要求,增大了掘進的難度。高地應力會引發井巷圍巖變形的現象,是誘發礦山地震、巖爆的前提,尤其在我國西北或西南地區的發生可能性最大[6]。開采工作因巷道圍巖的變形或破壞受到阻礙,這就需要對高地應力金屬礦山開采方案進行研究,采取有效的防治措施。
2.8 泥石流
在金屬礦山地下開采中,崩落過程中的地下工作面很可能會同地表貫通,形成崩落通道,使水、泥沙、石塊等地表物體構成的洪流涌入井下,發生泥石流。此外,在金屬露天礦山中,由于暴雨、暴風雪等天氣引發的山體滑坡也會出現泥石流災害,產生巨大的破壞力,對礦井造成毀滅性的災難。流速快、破壞力大、發生突然是泥石流最顯著的特點,而金屬礦山井下作業面積有限,如果發生泥石流,必然會造成巨大的經濟損失和人員傷亡。
2.9 地下水系破壞
為了避免礦井被涌水淹沒,在金屬礦山開采過程中要根據開采設計對地下水進行疏干排水處理,導致地表水流量減少,地下水位明顯降低,不僅使地下水系統遭到破壞,還會形成降落漏斗區,很難在短時間內恢復,從而易引發地面沉降、地面塌陷等災害的發生,加劇了水資源的危機。
2.10 地質環境污染
礦井開采過程中,尾礦及矸石的堆積、礦井污水的排放都會加劇地質環境的污染程度,對地下水質產生影響,破壞土壤結構和地表植被,影響地表的穩定性,造成裂縫、塌方和滑坡等嚴重的后果。
3 我國金屬礦山地質災害防治措施
3.1 加強對金屬礦山地質災害研究工作的重視
政府已經意識到金屬礦山防災減災工作的重要性,但由于對礦山地質災害防治缺少深入的研究,思想認知程度較淺,在不斷的研究中雖然已經獲得了一些進步,但是研究的范圍較小,具有很大局限性。再加上缺乏相關研究的具體資料,沒有及時解決礦山地質災害問題,又不斷滋生出新的問題,無法形成一個良性的研究過程[7]。要想從根本上達到礦山防災減災的目的,就需要全面的認識金屬礦山地質災害,將其擺在戰略性的位置。
目前金屬礦山地質災害的頻繁發生,還存在大量潛在的引發地質災害的隱患,這就要求一方面要加大對開采技術的研發力度,樹立綠色開采理念,利用先進技術達到金屬礦山開采和經濟的協調發展;另一方面要加強礦山開采工作人員的防災減災教育和培訓力度,堅持“以防為主,防治結合”的原則,讓礦山地質災害防治意識深入到職工心中。
3.2 強化礦產資源法制建設和執法力度
要基于金屬礦山的基本特征,以地質災害防治條例和土地管理法為指導,將多項指標結合起來,不斷創新和提煉,健全金屬礦產資源開發法治制度,形成一套金屬礦山可持續發展指標體系[8]。政府應提高對金屬礦山地質災害防治工作的重視,加強對地質災害的監督、管理,通過法律制度來約束礦山企業的采礦行為,加強對礦山生態經濟系統的控制和管理,協調金屬礦山開采、環境保護、經濟發展間的關系。
3.3 構建金屬礦山地質災害數據庫
對金屬礦山地質災害進行詳細、深入的普查分析和預測研究,正確的認識礦山地質災害的類型,發展現狀及未來趨勢,掌握隱患點的狀況。動員全社會的力量,開展大規模的調研,逐步構建完善的金屬礦山地質災害數據庫,實現礦山地質災害信息快速、高效的傳播,從而指導地質災害的分析、評價工作,將損失講到最低。
3.4 加大對地質災害防治工作的投資力度
防災減災是一項龐大的系統工程,需要一定的資金保障,要減少礦山地質災害就要充分發揮政府的帶頭作用,將其礦山減災納入經濟和社會發展規劃中,提供充足的資金保障,保證金屬礦山地質災害防治工作的順利進行。
3.5 開展金屬礦山地質災害防治專題研究
將地質災害防治工作貫徹到金屬礦山開采的整個環節,在開采前要預先設定進行災害評價,在開采過程中一旦發現存在地質災害隱患,應采取有效的措施及時進行勘察和處理,深入開展金屬礦山地質災害發生機理和應對機制研究,從源頭上進行治理,建設相應的監測預警體系。
4 小結
金屬礦山地質災害問題嚴重制約著我國礦山企業的可持續發展,對我國經濟發展帶來的不利影響,嚴重危害著人們的生命和安全,金屬礦山地質災害防治工作是目前一項重大的任務。這就要求加大對金屬采礦導致的地質災害和防治措施的研究力度,基于金屬礦山綜合治理和開發利用的角度,根據礦山的實際情況,制定針對性的可持續發展指標體系,完善相關的法律體系和方法,構建金屬礦山地質災害信息數據庫,全面落實金屬礦山防治工作,實現金屬礦山企業的可持續發展。
參考文獻:
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[6]羅江發.淺析礦山地質環境治理[J].中小企業管理與科技(上旬刊), 2010(01).
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(上接第440頁)
化群控的方法是大小群控的結合來實現優化群控與節能目的。所謂的大群控主要是指對冷水機組的運行的臺數進行開啟與停止的切換控制。小群控主要是指在空調區域的小范圍內實現非冷機設備的群組控制。通過大小群控的結合,并且為大小群控制定一個科學合理的的控制策略,這樣可以提高節能的效果。
7 冷水機組的軟啟動問題
冷水機組的軟啟動問題是在冷水機組優化控制中不可忽視的一個問題,通過冷水機組的軟啟動的控制能夠延長機組的使用年限以及達到更好的節能的目的。例如,冷水機組在運行過程中向外運送的冷水溫度往往會遠遠高于機組原先設定的溫度,這時候就需要軟啟動進行更好的機組控制才能更好地實現節能的目的。例如,冷水機組在運行的過程中,空調末端的設備一側實際需要的冷量遠高于機組供給的冷量時,冷凍水的溫度會迅速下降,這時候也需要軟啟動來實現群控的優化控制進而更好地實現節能目的。
8 結束語
本文主要是探究冷水機組的群控優化進而實現節能的目的,通過群控優化實現節能目的不僅符合當下的環保節約意識,也具有很強的現實目的。可以為大型建筑的中央空調節省部分能耗,也為用戶節約的能耗的資金,提高了能源利用率,節約的機組投資運行成本。當然,冷水機組的優化群控的策略還有很多,不會僅僅局限在本文討論的幾種策略中,優化冷水機組的群控進而達到節能目的的策略會繼續完善與提高,這樣可以進一步提高能源的利用率,大大減少損耗,將節能進行到底。
參考文獻
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關鍵詞: 水庫岸坡;地質災害;防治對策
Key words: reservoir bank;geological disasters;control countermeasures
中圖分類號:TV62 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2012)20-0075-03
0 引言
水資源是人類寶貴的財富,現在對水資源的開發利用已發展成防洪、農業灌溉、為城市供水、發電、養魚、旅游和航運等多功能綜合利用的水庫工程。然而水庫在蓄水過程及運行過程中,將導致庫岸斜坡原有的自然平衡條件失衡,引起坡體原有地形地貌及穩定性的變化,同時由于庫水位升高造成河流局部侵蝕基準和地下水位抬高,引起水位動態變化,使水庫岸坡地質結構遭受強烈改造,從而可能導致庫岸坍塌、崩塌、巖體蠕變、滑坡等多種地質災害,帶來嚴重后果。目前,三峽庫區地質災害防治對策主要是從岸坡劣化引起的塌岸、滑坡等自然災害入手。例如采用人工的方法如削坡減載,回填拋石壓腳,改善岸坡外部或內部排水條件利用錨固(索)、重力式擋土墻、錨定硅板墻、抗滑樁、阻滑鍵等進行抗滑與支擋等等[1-13]。但是目前鮮有從工程管理的角度對岸坡地質災害進行防治對策的研究,筆者在本文中從工程管理方面提出一些防治對策,具有一定的實用性和針對性。
1 水庫岸坡地質災害災情
三峽水庫是世界聞名的特大型水庫,庫岸長度超過5300km,直接受庫水位變化影響的滑坡1190個,不受庫水位變化影響但與三峽水庫移民工程有關的滑坡近3000個,其中體積超過1X10m的大型滑坡占60%左右[14]。水庫在運行期間,庫水位一年一度在145m至175m之間蓄水和消落,其30m的水位變幅相當于水庫修建前長江100年一遇的洪水漲落,岸坡地質環境必然發生顯著變化。如從2008年9月28日三峽水庫進行175m蓄水試驗至2009年3月18日,受試驗性蓄水和退水的影響,重慶庫區巫山、巫溪、奉節、云陽、開縣、萬州等14區縣發生了166處地質災害災(險)情,崩滑體總體積約6024萬立方米,已造成土地損失約2380畝,經濟損失約5億元。所發生的166處災(險)情點中,新生突發性災(險)情121處,占水庫誘發災情的73%。
顯然,治理庫岸地質災害,對于岸坡土地資源保護和開發利用,具有重要現實意義。然而,岸坡地質災害防治是一項復雜的系統工程[15],需要有科學的工程管理對策才能達到防治地質災害發生的目的。鑒于此,本文從防治體系、災害認識、管理模式、防治方案比選四個方面對庫岸地質災害防治進行了比較系統的分析。
2 庫岸地質災害的防治對策
2.1 完善防治機構,健全防治體系 完善的防治機構是開展各項防治工作的基礎,各級地方政府應在現代管理理念下,建立合理的組織體系,明確職責權限,保證思想、政策、機構、經費的到位,積極調整管理機構內部不合理之處,健全防治的運行機制。具體說來包括以下三方面:
中圖分類號: TD1 文獻標識碼: A 文章編號:
引言
由于我國很多企業的違規開采,極大的破壞了礦山的生態環境和地質水文狀況,引起了礦山地質災害的頻頻發生,給當地居民的正常生活帶來很大影響。為了盡可能的降低地質災害帶來的損失,就必須要針對不同的地質災害類型,采取相應的防治措施。
一、礦山地質災害類型
1、巖土圈層形變災害
在長期的礦產開采過程中,由于大量的礦石被開采運送出去,就使得礦山自身的巖土數量和形狀發生很大變化,導致巖土圈層結構嚴重失衡,這就極易引發誘發性地震、斷層錯位、地面沉降變形開裂、滑坡、泥石流,甚至是山崩等災害,造成難以估計的損失與危害。除此之外,若采用不合理的礦山開采手段與落手的開采方式,常會造成礦山地下工程災害事故的發生,如洞井塌方、冒頂、偏幫、鼓底、巖爆等。甚至有可能因采掘面不能維持平衡,即有可能產生巖石圈層應力突然釋放,導致巖石破裂迸裂,并向坑內大量噴射、爆散,從而給礦山帶來毀滅性災難。
2、地下水位異變災害
由于在礦產的開采過程中往往會挖掘到水位較淺的地下水層,若礦產生產過程中破壞到地下水層的結構穩定性,就會引起地下水位異變災害。當在礦井的開采過程中突然挖掘到壓力較大的地下水層,就會使礦井瞬間涌入大量水源,嚴重時會將礦坑填滿,造成不可估計的人員傷亡。這種現象多出現于沒有經過規范程序勘測而私自進行的開挖狀況。除此之外,坑內涌入砂漿泥石、地下水漏失等災害也會伴隨著地下水位異變而發生,影響到礦區開采正常生產以及當地居民的正常生活。
3、礦體內因引起的災害
這類礦山地質災害常常是因為礦山地質環境改變后,一些偶發因素造成的突變性的災難性后果。如瓦斯爆炸、煤層自燃、礦山火災以及地熱等。其中瓦斯爆炸是最為常見的災害事故因素,這主要是由于礦產開采時沒能做好通風設施而引起的。
4、礦山環境化學污染災害
由于某些礦產在開采生產過程中會形成一定的廢渣、廢水或其他垃圾廢物,若不能對這些物質進行合理處理,長期堆積下來就會對礦山造成嚴重的化學污染,破壞礦山自然生態環境。主要體現在尾礦庫潰堤、水土環境污染以及土地退化等幾方面。無論是哪一方面的化學污染,都會給當地地質條件帶來嚴重的危害。一旦災害形成,再要治理恢復原有的生態環境就非常困難了,因此礦山的環境化學污染危害是一種較為嚴重,影響時間較長的地質災害類型。
二、礦山地質災害發生的原因與主要問題
1、災害發生的原因
1.1客觀原因
礦山開采改變了原有的地質結構,現有開采技術有限,不論采用何種采礦手段,對自然環境的破壞是不可避免的,這也是誘發礦山地質災害的本質原因。
1.2主觀原因
國有企業轉制承包煤礦、小煤礦和私營煤礦存在較多管理問題,安全隱患嚴重。這是礦山地質災害頻繁發生的一個不可忽視的原因。
2、現存主要問題
(1)未建立統一的數據信息資源庫,對礦山地質災害的數據統計不足,不可能進行系統工程化的分析與研究。
(2)礦山企業對礦山地質災害的研究多為短期行為,缺少戰略性和長效性的研究,往往導致舊問題剛解決,新問題又出現的現象,研究深度不夠。
(3)礦山地質災害的預防需要投入大量資金,這就使得長期以來許多礦山企業寧愿災后治理也不愿預先防范,研究積極性不高。
三、礦山地質災害的勘查方法及防治措施
由于礦山的地質災害都在深部發生,勘查多采用遙感信息技術與物理勘查方法。目前常用的幾種勘查方法主要有:地球信息技術綜合方法、地球物理勘查方法、環境化學勘測方法等。根據礦山地質災害的類型特點可以看出,很大一部分地質災害都是可以通過采取措施進行預防來避免的,這就為防治礦山地質災害提供了一個有效的途徑,即預防處理。筆者多年來的地質工作經驗,提出了幾點防治措施,具體如下所示:
1、建立和完善礦山開采前的風險評估與環境評估,并制定環境保護與恢復治理的政策法規和規劃體系。做到開采前嚴格評估,開產中積極防范,開采后積極恢復,把礦山地質環境恢復與土地復懇納入法規,強制推行。
2、加強宣傳,普及礦山地質災害防治知識,提高礦山開采人員素質,增強其對地質災害的危機感與警覺性。提高礦山生產過程中全員防災、減災技能與手段,強化礦山地質災害的防、險避險、搶險培訓。
3、開發與應用先進的信息化、地球物理勘查手段、地球化學勘查手段,對礦山地質進行嚴密監視,對可能發生的潛在災害施行實時監測、動態監測,建立礦山地質災害監測系統,實現礦山地質與環境生態動態跟蹤與管理體系,避免重大人員財產損失。
4、加強礦坑、礦井邊坡設計,進行邊坡監測,堅固擋墻穩固邊坡地質構造,開挖后如果出現開裂變形,及時做地質勘察,并做好預防措施。合理建設尾礦礦壩,形成穩定礦場與尾礦庫,降低滑坡和塌方風險。
5、對于坑道開采,在坑道內一定要做好支護,做到邊開采邊支護,防止因礦頂坍塌、冒頂等產生的危害,尤其上方有住戶處要預防引起上部地面開裂,同時做好坑道的排水設計,以防因礦坑涌水造成危害。
6、加強礦山環境監督與檢查,進行全面、系統的地質環境和地質災害影響評估。對破壞生態環境的小礦、低產能礦場進行堅決關停。對于污染型采礦區,制定科學開采和“三廢”排放方案,減少次生地質災害的發生。進行礦場開采后生態環境恢復治理,對于可回填的廢礦進行積極回填。
7、對于閉坑礦山地質災害的防治和生態環境恢復,應該及時進行治理和生態恢復工作,全面推進礦山地質災害防治與環境綜合治理,進行復墾,提高土地復墾率,結合生態措施實施礦山生態環境綜合治理示范工程。棄渣場經處理后再敷表土、植草種樹。通過上述地質環境恢復工作,減少水土流失,恢復礦山的生態功能,達到生態恢復和維護人類與環境和諧的目的。
8、在礦山開采區應嚴格禁止私采亂挖和越界開采,減少人為擾動,做好植被保護和水土保持工作,積極推行地質環境恢復方案及措施為防止水土流失、恢復植被和景觀。監督與制止開采棄渣胡亂堆棄和不加處理排放,強制其必須統一堆放到開采境界線以外的礦山棄渣場內。
9、分層防治,根據不同礦山的地質條件和地形特點及礦山的開發利用方案,以及災點的分布特點劃分不同層次的防治區,以便采取相應的防治措施。一般分為重點防治區、次重點防治區和一般防治區。有針對性的開展礦山地質災害防治工作。
10、采復結合,礦山開采與環境治理恢復相結合,開采后及時填灌,并做好植樹植草等環境保護工作。決不以犧牲環保為代價進行開采,要避免先污染后治理,走以預防為主、采復結合的礦產資源勘查開發之路。
結束語
礦山地質災害發生的誘因大多數是由于人們在進行礦產開采時沒有做好相應的預防措施,才會引發各種各樣,種類繁多的地質災害,為礦山的自然生態環境帶來極大破壞,也在一定程度上影響了礦產開采的順利進行。為此,我們必須要充分認識到礦山地質災害的危害性,提高礦產開采水平,積極采取措施預防生產帶來的地質破壞,根據不同的礦產類型和開采方式,以及可能造成的地質災害類型,制定相應的防治方案,盡可能的降低礦山地質因遭受破壞而帶來的危害。
參考文獻
中圖分類號:P694文獻標識碼: A 文章編號:
一、我國礦山地質災害概述
我國是個礦業大國,又是最大的發展中國家,礦產資源的年消耗量很大。多年的粗放式的礦業開發,導致大部分礦山地質環境形勢嚴峻,部分礦區呈現加速惡化勢態。改革開放以來,社會經濟的快速增長對資源的需求更是與日俱增。市場經濟對國有礦山企業帶來很大沖擊,部分礦山注重追求經濟效益,安全和環保意識淡化,加之開采技術及生產設備的相對落后及礦區周邊大量無序的民采等多重因素的干擾,導致礦山多年開采積聚的災害隱患爆發,開采環境明顯惡化,礦山地質災害問題日趨嚴重,潛在的致災隱患不斷增多,且隨時可能發展成災,造成人員傷亡、設備報廢、設施損毀甚至礦井關閉、資源浪費等嚴重后果。
二、礦山地質災害主要類型
1、冒頂片幫
冒頂災害事故最為普遍,包括巖層脫落、塊體冒落、不良地層塌落,以及由于采礦和地質結構引起的各種垮塌。特別是礦巖穩定性差的難采礦體及軟弱夾層,易發生較大規模的垮落,引起采場和巷道冒頂事故。冒頂片幫常常無明顯前兆特征,具突發性,發生頻度高,難以防范,是礦山生產安全的主要危害。
2、采空區垮塌和地表塌陷
采空區垮塌和地表塌陷主要是由于地下采礦對地表的破壞。凡口鉛鋅礦因疏干產生地表塌陷1982個,影響范圍達675km2,受損農田約66.7km2,建筑物搬遷7 km2。采空區塌陷可引起地表積水,對采空區上的建筑物,道路、管線及農田帶來影響,嚴重時可引起山體滑移。
3、深部巖爆
巖爆是一種與地應力有關的地質災害,據悉,礦山進入1000 m以下進行深部開采時,由于高地應力,硬巖層往往發生巖爆。巖爆就其破裂機制而言,是一種開挖卸荷條件下巖石自身彈性應變能突然釋放所造成的脆性破裂或爆裂;爆裂造成的巖塊(片),則可以爆裂松脫、爆裂剝離、爆裂彈射或拋擲等不同方式脫離母體,其脫離方式、初速度和規模大小等與爆破時的破裂機制及釋放彈性應變能的多少和波及深度等諸多因素有關。
4、井下突水
井下突水主要由含水層引起,在違規操作或者非正常開采條件下,遇到積水巷道或采空區、溶洞、地下暗河等含水體,容易引起隔離巖層失穩,從而引起災害。尤其是在水體下采礦,應經過專門論證以及采取專門的防治措施。
5、崩塌、滑坡
崩塌、滑坡是露天礦山最常見的工程地質災害。它也是發生頻度最高、對露天礦山安全影響最大的災害。崩塌、滑坡主要分為幾個方面:①為采空區山體滑坡,主要是由于超量開采而引起;②為露天采礦場邊坡失穩;③為排土場、堆渣場邊坡失穩,或者尾礦壩垮塌。崩塌、滑坡的產生與特定的自然環境、工程地質條件等密切相關,對于礦山而言,主要是由于采礦活動的影響。
6、地下水位下降
無論是露天開采礦山或是地下開采礦山,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、地表水系破壞,地表蓄水能力下降,農田干枯,水井干涸。地下水位下降帶來的危害將很難恢復,對于巖溶充水礦床,高強度的礦山疏干排水容易引起巖溶塌陷,給附近居民生產生活帶來很大的影響。
7、泥石流
礦山泥石流危害較大.一方面泥石流危及采礦安全,另一方面泥石流會危害礦山周圍的生產生活安全。據2004年福建省礦山地質環境調查統計.目前全省的礦山廢渣、尾礦堆場有2800余處,除少數。國營大中型礦山企業外,數量眾多的個體私營小礦山開采中產生的廢渣、尾礦隨選隨排,常堆積在山坡或溝谷.缺乏規范管理,在汛期暴雨誘發下,易形成泥石流災害。
8、滑坡
主要發育在石炭系、二疊系地層中。滑體為砂頁巖,滑床面主要為層理面、節理裂隙面,坡面形態呈階梯狀、直線型及不規則型,后緣拉張裂隙呈弧線、折線,滑體兩側發育有羽狀剪切裂隙,前緣舌部發育有張裂隙。
三、礦山地質災害形成的原因
1、煤礦開采缺乏整體規劃。
2、中小型煤礦肓目生產,開采不規范,技術落后,對礦山地質破壞較嚴重,易誘發礦山地質災害。
3、煤礦地質災害防范意識差。對煤礦地質災害的危害對象及危害程度認識不夠,沒有整套切實可行的監測制度。
4、在開采前未進行“礦山地質環境影響評價”。
5、缺乏有效的礦業資源綜合開發利用規劃,礦山開采布局不合理,因礦界重疊、爭搶資源而破壞保安礦柱引起的山體崩塌、滑坡等事件時有發生。
6、采礦者環保和防災意識淡薄,大部分礦山在采礦前未進行環境影響評價,使災害隱患得不到有效的防范。
7、礦山企業專業技術人員饋乏,大多數礦山未進行采礦方案設計,采空區過大,未留足保安礦柱,廢棄坑道未及時封填,邊坡過陡、亂堆、亂排、無序采礦等不合理的采礦活動隨處可見,從而引發地質災害。
8、三廢處理設施缺乏,致使尾礦、廢渣亂堆亂放,在適當的雨量激發下,易產生滑坡、泥石流災害。
四、礦山地質災害防治措施
1、重點防治區防治措施
(1)合理設計邊坡參數,加強邊坡監測,建議作擋墻穩固邊坡, 開挖后如果出現開裂變形, 建議做專門的工程地質勘察。
(2)對于原有的災害點,做好邊坡加固和預防工作,盡量消除因礦山開采而誘發災害復發的隱患。
(3)渣場棄渣嚴格作好方量及邊坡坡度的設計,作好擋墻設計,設置攔渣壩,防止泥石流的產生。并充分、合理利用渣場,嚴禁隨意棄渣(特別在公路沿線)。
(4)對于坑道開采。在坑道內一定要作好支護,做到邊開采邊支護,防止因礦頂坍塌、冒頂等而產生的危害,尤其上方有住戶處要預防引起上部地面開裂。
(5)作好坑道的排水設計, 以防因礦坑涌水造成危害。
(6)設置監測點,作好監測記錄與分析工作,確保在易于發生災害地段防患于未然。
(7)開采結束后,對礦區進行統一規劃,計劃進行礦山復墾工作,恢復礦山生態功能。
2、次重點防治區防治措施
在進場公路、礦山生活區建設中,會形成大量的邊坡和一定數量的棄渣,可能形成邊坡失穩,造成滑坡和塌方;沿途不合理的棄渣可能造成水土流失,可能形成坡面泥石流,可能有滾石和飛石危害。
(1)科學合理設計邊坡參數,并進行合理支護和加固,邊坡上方應設置排水溝,做好地表擋排水措施。
(2)加強工地管理,合理堆放棄渣,嚴禁隨意棄渣;在險要地段建設攔擋滾石和飛石的設施:
(3)開采結束后,將棄渣場扒平覆土,植樹還林,恢復植被。
3、一般防治區防治措施
區內無主要建筑物和工程項目建設.主要可能因地表巖體的破碎而造成水土流失。應嚴禁越界開采,減少人為擾動,做好植被保護和水土保持。
4、地質環境恢復方案及措施
為防止水土流失和恢復植被和景觀,礦山須規劃進行礦山復墾工作,以恢復礦山生態功能。
5、 樹立科學發展觀,做好長遠規劃,樹立局部與全局,開發與保護統一的觀念,做到合理開發:充分利用,有效保護。要切實貫徹執行《礦產資源法》《地質災害防治管理辦法》《山西省地質災害防治條例》等一系列政策。對河津市的礦產資源做好開發利用與保護規劃,對不合理的煤礦不設置采礦權,原有的一律封閉。
6、要加強地質災害知識的宣傳工作,提高廣大群眾對地質災害的認識。
7、政府應督促礦山企業開展礦山地質環境調查,查明存在的主要環境問題及潛在危害。
五、結束語
礦業是我國一個很大的行業,對國家的經濟發展有著促進作用。近年來,我國礦業災害頻發,究其原因是各種各樣的。礦業地質災害不僅給礦工帶來生命危險而且對當地居民的生活也帶來危害,所以,對于礦業地質災害的學習是至關重要的。
參考文獻
1 引言
蕉嶺縣位于廣東省東北部,韓江上游。蕉嶺縣隸屬于梅州市,面積957.1km2,人口224637人,是一個以低山和丘陵地貌為主的山區縣。受區域地形地貌、地質環境條件和人為等因素影響,區內崩塌、滑坡、地面塌陷、水土流失等地質災害發育,具有災害數量多、發生頻率高、危害大等特征,是廣東省地質災害易發縣之一。
據不完全統計,近十多年來,縣內發生地質災害共370處,其中滑坡110處,崩塌223處,地面塌陷37處,水土流失面積20.32km2。地質災害共造成2人死亡,3人受傷,損毀房屋510間,面積7653m2,直接經濟損失總額1053.64萬元。目前,區內大部份災害點處于不穩定狀態,在強降雨或人為因素誘發下隨時都可能復活成災,嚴重威脅災害體周邊居住的2391人的生命安全,潛在經濟損失達1982.50萬元。對該縣地質災害分布特征及影響因素進行分析和研究,對指導當地政府防災減災工作有著積極的指導意義。
2 蕉嶺縣地質環境條件
蕉嶺縣屬低山丘陵地貌。山地、丘陵占全縣總面積的81%,盆地占19%。全縣千米以上山峰6座,其中東北部的金山筆海拔1170m,位居第一,皇佑筆海拔1150m,排在第三,西部的鐵山嶂海拔1164m,排行第二。地勢總體上北高南低。山地主要分布在縣境的中部、東南部、西北部,海拔在500m以上;丘陵主要分布在測區的東西兩翼,海拔100-500m;盆地分布在測區中部長潭至三圳、新埔以南一帶,海拔100m以下。
地貌形態與構造、地層巖性關系密切,是內外地質營力長期作用的結果。按成因類型可分為構造侵蝕、構造剝蝕、溶蝕堆積、侵蝕堆積四種成因類型。
3 蕉嶺縣地質災害特點
3.1 類型相對單一。有滑坡、崩塌、地面塌陷、水土流失4種災害類型。且以滑坡、崩塌為主,共有333處,占災害點總數的90%;地面塌陷次之,共37處,占災害點總數的10%。
3.2 規模小。在370處地質災害點中,小型規模350處,占總數的94.59%。
3.3 分布相對集中。從工程地質巖組看,滑坡、崩塌地質災害主要分布在測區東西兩翼的層狀較軟變質巖組 中;地面塌陷主要分布在環蕉嶺盆地四周的層狀強巖溶化較硬碳酸鹽類巖組 中。從地形地貌看,地質災害主要分布在低丘陵~高丘陵地段,低山及臺地區少量分布。從行政區分布看,地質災害主要集中在南 (105處)、藍坊(66處)、新鋪(63處)、長潭(49處)四個鎮。從發生時間看,地質災害多發生在每年的3~9月,這一時段為測區地質災害多發期。
3 蕉嶺縣地質災害分布特征
3.1 地質災害的時間分布特征
調查結果顯示,蕉嶺縣地質災害發生的時間季節性明顯。在133處建卡點中,已知發生時間的災害點125處,其中有114處是發生在3~9月的雨季,占91.20%,其余11處(主要是地面塌陷)發生在旱季,占8.80%。滑坡、崩塌不管是自然還是人為因素誘發的,往往發生在大氣強降雨期間或延后幾天,說明大氣降雨是滑坡、崩塌發生的最主要的外在誘因;而地面塌陷以上特點并不明顯(圖1)。
3.2 地質災害的空間分布特征
從空間分布看,蕉嶺縣地質災害主要分布在測區東西兩翼。東翼即藍坊鎮程坑村至南 鎮多寶村一帶,共有災害點174處,占測區災害點總數的47.03%,災害點密度0.68處/km2;西翼即新鋪鎮徐溪村至長潭鎮長潭水電站一帶,共有災害點101處,占測區災害點總數的27.30%,密度達0.61處/km2;中部蕉嶺盆地兩側至廣福一帶災害點共84處,占測區災害點總數的22.70%,分布密度為0.30處/km2;其余區域災害點很少。
調查區地質災害空間分布與工程地質巖組、地形地貌、人類工程活動、降雨量等關系密切。
就工程地質巖組而言,測區東西兩翼以震旦系層狀較軟變質巖組為主,巖石破碎,土質疏松,吸濕性強,經雨水長時間滲透、浸泡,重力增加,極易誘發崩塌、滑坡地質災害。測區共有崩塌、滑坡災害點333處,其中267處分布在此類巖組中,占80.18%;而分布著層狀強巖溶化較硬碳酸鹽類巖組 的區域――如蕉嶺盆地周邊區域,巖溶發育,遇天旱或人為因素造成水位下降,易誘發地面塌陷,測區共有37處地面塌陷,全部分布在這類巖組中。
就地形地貌而言,測區絕大多數災害點分布在標高100~500m、自然坡度較陡的丘陵區,而標高>500m的低山區和標高
就人類工程活動而言,地質災害多發生在人類工程活動頻密的農村、公路沿線、礦山。據統計,測區人類工程活動誘發的災害點共345處,占總數的93.24%。
就降雨量的分布而言,蕉嶺盆地兩翼及蕉城鎮以北區域多年平均降雨量相對較大(>1650mm),地質災害主要分布在這一區域,兩者分布的區域基本一致。
3.3 地質災害體的規模特征
根據實施細則災害體規模分級標準,本次調查確定的370處地質災害點的分級結果是:大型6處,占災害點總數的1.62%;中型14處,占3.78%;小型350處,占總數的94.60%。調查區地質災害體規模以小型為主。
3.4 地質災害點的危害程度
根據實施細則地質災害危害程度分級判別標準,測區370處地質災害點除1處已無潛在危害外,其余369處的危害程度分級結果是:重大級2處,較大級59處,一般級308處。測區地質災害的危害程度以一般級(輕級)為主。
4 地質災害影響因素
4.1 大氣降雨的影響
大氣降雨是誘發測區滑坡、崩塌、水土流失地質災害的主要自然因素。特別是久旱之后的連場大暴雨,在較短的時間內迅速增加致災體自重,并減小致災體與災源體之間的摩擦力,打破原有平衡,導致滑坡、崩塌地質災害的發生。如2003年5月17日,在短短的18個小時內,蕉嶺縣下了132mm雨量,山上、路旁,崩、滑地質現象隨處可見,在已查明災害發生時間的125處災害點中,有25處發生在2003年5月16日這一天。調查結果顯示,測區約有91%的地質災害發生在3-9月的雨季;從空間分布上看,地質災害主要分布在降雨量1650~1800mm的區間,大氣降雨對地質災害形成的影響可見一斑。
4.2 人工邊坡的影響
人工削坡是誘發滑坡、崩塌地質災害重要的人為因素之一。在測區345處人為地質災害點中,人工邊坡災害點331處,占95.94%。其中鄉村削坡建房邊坡災害點292處,占人工邊坡災害點的88.22%;公路邊坡災害點37處,占11.18%;水利工程邊坡2處,占0.60%。調查區內,鄉村建房和公路建設留下的人工邊坡坡度絕大多數在65°以上,坡高5~25m不等,幾乎不做任何防護,為滑坡、崩塌地質災害的發生提供有利條件。
4.3 礦產資源開發的影響
測區礦產資源開發是人為誘發地質災害的另一個重要原因。測區開采的礦種主要有水泥用灰巖、建筑用砂石粘土、煤炭三種。其誘發的地質災害主要有地面塌陷和水土流失兩種類型。地下采礦(主要為水泥用灰巖礦山)留下的采空區誘發采空區塌陷;地下采礦抽排礦井水或打穿溶洞引起的地下水位變化誘發巖溶塌陷。在測區345處人為地質災害點中,地下開采石灰石誘發的地面塌陷共14處(其中采空區塌陷1處,巖溶塌陷13處),占人為災害點總數的4.06%。比例不算高,但已造成的直接經濟損失卻占人為災害損失的79.34%。露天采石取土礦山造成地表水土流失。據縣國土資源主管部門2003年初資料和本次實地調查資料,全縣94家露天礦山(其中12家為已關閉礦山)共造成水土流失面積0.39km2。水泥生產是蕉嶺縣的支柱產業,其產值占全縣工業產值的49.7%(2002年),隨著水泥生產規模的擴大和城鄉一體化進程的加快,石灰石和建筑用砂石粘土的需求量將越來越大,采礦業對地質災害形成的影響不容忽視。
4.4 群眾防災意識的影響
測區廣大群眾防災減災意識淡薄也是影響地質災害形成的重要原因。主要表現在三個方面:一是建房選址時極少考慮周圍地質環境因素,削坡過陡,也沒有采取任何護坡措施;二是發現地質災害征兆時,沒有及時采取“避讓”措施,1994年5月藍坊鎮石湖村石碧潭自然村發生2死2傷的崩塌災害就是沒有及時避讓造成的;三是防治時機和措施不合理,沒等崩、滑體完全穩定下來,就實施清土作業,而且多是由下而上進行清理。這些都是群眾防災減災意識淡薄,缺乏地質災害防治知識的反映。
綜上所述,測區地質災害的發生是多種致災因素交互作用的結果。工程地質巖組是地質災害形成的內在要素,它在一定程度上決定著地質災害的發育程度和類型;地形地貌是地質災害形成的外在條件,它制約著崩、滑、塌等致災地質作用的形成;大氣降雨是地質災害形成的激發因素,決定著地質災害發生的速度和時間。影響地質災害形成的最主要和最直接的因素是人類工程活動本身,人們在改造環境創造美好生活的同時,也為毀滅這種美好生活創造條件。
5 地質災害防治對策
5.1 根據災害點的輕重緩急,合理安排治理順序
據統計,測區內危險性大、嚴重威脅群眾生命財產和交通安全的近期治理災害點共有28處(含2處重要地質災害點、21處較重要地質災害點、5處危害程度小但有可能隨時發生災變的災害點);中期治理災害點92處;遠期治理災害點164處。
5.2 根據災害點實際情況選擇相應防治措施
防治措施包括兩種:一是避讓;二是工程治理。避讓包括暫時避讓和永久避讓(移民);工程治理包括地表截排水、地下排水、削方減載、壓腳、擋土墻、坡面防護、錨固、灌漿、種植被等。測區內絕大多數災害點的規模較小,可選用工程治理的辦法;對那些無法采用工程治理或工程治理費用過大的災害點,如藍坊鎮大光村蛟湖自然村滑坡,宜選擇永久避讓。區內水土流失可發動村民種樹、植草,提高地表植被水平進行治理。
5.3 加大宣傳力度,提高廣大群眾減災防災意識
據統計,測區削坡建房造成的災害隱患點共240處,占區內災害點總數的84.51%。群眾很少意識到削坡建房可能誘發地質災害的問題。因此,要減輕地質災害造成的損失,根本辦法是要增強廣大群眾"居安思危"意識,幫助他們認清地質災害的危害性,提高它們抗避災害的能力。建議蕉嶺縣各級政府和部門多做這方面工作,面向社會廣大群眾,加大宣傳力度,全面提高群眾減災防災的意識和水平。
5.4 建立地質災害群測群防網絡
對災害隱患點進行經常的、長期的系統的監測,及時掌握災害點的變化情況、發現災害征兆,是防災減災工作的重要內容,是避免人員傷亡、減少財產損失的有效途徑。
1、地質災害類型
根據本次補充調查,主要地質災害以崩塌、滑坡為主,局部有地面塌陷、泥石流等地質災害。經本次補充調查地質災害點中仍有隱患點,各地質災害情況見地質災害類型統計表1。
本縣的地質災害點從構成災害體的巖土和動力因素類型分析,本次補充調查新發現土質成因6處,巖質成因的2處,自然因素引發的1處,人為因素引發的6處,土質成因占75%;巖質成因占25%。自然因素引發的占12.5%,人為因素引發的占87.5%。
2、地質災害分布特征
地質災害雖種類繁多,產生因素各異,但地質災害的群體性和誘發性,許多地質災害不是孤立發生或存在的,常常可能是后一種災害的誘因。它們具有群發性特點。有許多的地質災害是由于氣象、地質作用和人為因素誘發的。地質災害發生時間集中在4-8月份,占全縣災害總數的96.55%。可見滑坡、崩塌、泥石流等突發性地質災害發生時間與災害性暴雨降雨時段幾乎是同步發生、集中并發(表2,圖1)。
3、地質災害形成條件及影響因素
本縣地質災害是由自然因素和人為因素綜合作用的結果。自然因素中地形地貌、工程地質巖組是形成災害的內因條件,強降雨和人類工程活動是外在引發因素。
3.1、自然因素作用
(一)地形地貌與巖組類型
地形地貌(特別是微地貌)與工程地質巖組是地質災害形成主要內因條件。地質災害與地形地貌聯系緊密,在海拔50-250m丘陵臺地,由于人口相對密集,人類工程活動較頻繁,其地質災害總數占68.0%,通過進一步的分析,這些災害點微地貌多為坡高10-40m、坡度45-75°的斜坡或邊坡上;塊狀較硬-堅硬巖綜合體(Ⅴ)、層狀較軟~較硬碎屑巖綜合體(Ⅲ),層狀較軟較硬變質巖綜合體(Ⅳ)發生的地質災害點最多,占災害點總數的79%。
(二)降雨
強降雨是地質災害重要外在引發因素。圖1可以看出,歷年來強降雨發生在4-8月,而4-8月發生的地質災害占已發生的總數的96.55%,這些地質災害主要類型為滑坡、崩塌、泥石流,均與雨水關系密切,另外,從地質災害發生的時間分析,災害發生與強降雨時間稍滯后,強降雨開始時間為4月份,高峰期為6月份,而地質災害高發期為6月份。可以看出,降雨時段與災害發生時間具有一致性,往往是暴雨特別是特大暴雨條件下,引發的地質災害較多。
3.2、人為因素作用
城鄉建設、道路交通建設是本縣地質災害主要誘發因素。據統計,因人為因素引起的地質災害占地質災害總數的85.71%,由此可見,人類工程活動強度與地質災害形成有著密切的關系,因此對工程建設項目開挖邊坡進行有序管理、控制人工削坡過陡、對工程項目進行必要的地質災害危險性評估是減少地質災害發生的重要因素。近年實施地質災害規劃后,人們重視地質災害,人為因素引發地質災害和總地質災害數大大降低。
綜上所述,地形地貌及巖土工程地質類型是形成地質災害的內在因素,而降雨和人類工程活動則是形成地質災害的外在誘發因素。
4、地質災害易發區劃分
4.1、分區原則
地質災害易發區是指容易產生地質災害的區域。易發區的劃分主要依據地質災害現狀和潛在隱患,并綜合考慮地形地貌、地層巖性、地質構造、人類工程活動強弱、降雨情況的基礎上進行的,并盡量與原規劃一致的原則。將調查縣劃分為高易發區、中易發區、低易發區和不易發區四類。
4.2、分區方法
地質災害易發區劃分目的是把地質條件復雜、地質災害發育現狀和易發程度參差不齊的評價區,劃分成若干地質災害活動條件和易發程度相近的單元,作為確定評價參數,實現全縣評價的基礎,它所反映的是不同地區地質災害易發程度。
根據本次縣地質災害實地調查資料,每處地質災害點類型、規模、發生時間、成因分析、空間分布、災害點密度、已發生災害危害程度、穩定狀態、潛在危險性大小等定量~半定量資料,按中國地質環境監測院頒發的《細則》和廣東省地質環境監測總站編發的“報告編寫要求”。 本著“區內相似、區際相異”的原則,進行條件類比,采用定性和半定量綜合分析方法,劃分地質災害易發區。具體邊界按照地質災害形成條件及分區劃分標準表定性確定。將縣地質災害劃分為高易發區(A)、中易發區(B)、低易發區(C)和不易發(D)四大類(區)。
4.3、地質災害易發程度分區
全縣地質災害高易發區共有三處(A1~A3),主要分布在低山丘陵、丘陵臺地,總面積751.2km2,占全縣總面積26.87%。工程巖、土體類別主要為塊狀較硬~堅硬巖綜合體(Ⅴ)、層狀較軟~較硬變質巖綜合體(Ⅵ)以及層狀較軟~較硬碎屑巖綜合體(Ⅲ)。地貌以低山、丘陵臺地為主,少部分平原。自然邊坡25-65°,基巖強烈風化,節理裂隙發育,風化殼、殘坡積層厚5-30m。植被發育,森林覆蓋良好。
地質災害高易發區現仍有地質災害隱患點10處,占全縣災害點總數66.67%,其中崩塌4處,滑坡6處。其危害程度分級屬重大級2處,較大級6處,一般級2處。本區主要地質災害有滑坡、崩塌。誘發地質災害因素主要是人類工程活動、暴雨等。地質災害高易發區受威脅人口614人,預估潛在經濟損失4495萬元。
地質災害中易發區共分3個亞區,主要分布在低山、丘陵臺地及平原地區,總面積1002.8km2,占全縣總面積35.88%。巖土體類別主要為層狀較軟~較硬碎屑綜合體(Ⅲ)、層狀較軟~較硬變質巖綜合體(Ⅳ)、塊狀較硬~堅硬綜合體(Ⅴ)、層狀較硬碳酸鹽類巖綜合體(Ⅵ)。自然坡角25-65°,風化強烈,殘坡積層厚8-25m,植被發育良好。山區群眾削坡建房,邊坡坡角50-70°,坡高8-30m,形成不穩定危險斜坡,較易產生崩塌、滑坡等地質災害。
地質災害中易發區現仍有地質災害點5處,占全縣災害點總數33.33%,其中崩塌1處,滑坡3處,地面塌陷1處。其危害程度分級屬較大級3處,一般級2處。本區主要地質災害有滑坡、崩塌,其次為巖溶地面塌陷。誘發地質災害因素主要是道路建設、削坡建房等人為因素和暴雨山洪等。地質災害高易發區受威脅人口24人,預估潛在經濟損失565萬元。
全縣地質災害低易發區劃分5個亞區,主要分布在縣北東、南西以及中北部中低山地區,主要地貌類型為中低山、平原、盆地,總面積811.2km2,占全縣總面積29.03%。工程巖、土體類別主要為中、高壓縮性土體綜合體(Ⅰ)、層狀較軟紅色碎屑巖綜合體(Ⅱ)、層狀較軟~較硬變質巖綜合體(Ⅳ)、塊狀較硬~堅硬巖綜合體(Ⅴ)。自然坡角5-70°,邊坡坡角45-75°,坡高3-30m,處于較不穩定狀態,較易產生崩塌等地質災害。
全縣地質災害不易發區共有2個亞區(D1~D2),分布斷陷盆地和沖積平原上,總面積229.8km2,占全縣總面積8.22%。工程巖、土體類別主要為中、高壓縮性土體綜合體(Ⅰ)、層狀較軟紅色碎屑巖綜合體(Ⅱ)。地貌以平原和殘丘為主。自然邊坡0-15°,基巖強烈風化,節理裂隙發育,風化殼、殘坡積層厚2-20m。植被中等發育~發育,森林覆蓋良好。人類工程活動(道路建設、削坡建房)頻繁,可能產生地面沉降災害和河岸崩塌等地質災害。
5、防治區的劃分與防治建議
地質災害防治目標是:建立健全全縣地質災害防災減災規章制度、法規體系、管理體制及運行機制;通過對人民群眾進行防災減災宣傳教育,增強其防災意識,提高有關地質災害的科學知識水平;大力開展群防群測工作,使自然因素造成的地質災害經濟損失和人員傷亡顯著減少,人為因素導致的地質災害得到有效控制。根據地質災害易發程度分區結果和地質災害潛在的嚴重危害程度,地質災害分布、發育規律、特征等,結合調查縣的經濟實力,提出了適宜縣地質災害防治規劃的建議,將地質災害的防治規則建議分為重點防治區、次重點防治區和一般防治區。根據地質災害防治輕、重、緩、急,將地質災害防治分期分為近期防治、遠期防治。
重點防治區(A)防治對策和措施:采取有效的工程措施防止地質災害,并對未來可能發生的地質災害加以防范。主要措施如:地表排水、削方減載、坡面防護、支擋、抗滑樁、種草等措施或其中幾種組合。防治對策和措施:一是加強汛期的監測,如山村滑坡,在未進行治理之前,汛期應派人專門值守,對滑坡進行嚴密監測;二是工程治理,可在坡腳修擋土墻、錨桿格構、坡面防護等措施進行加固治理;三是對一些小型的地面塌陷進行回填處理。
次重點防治區(B)地質災害防治對策:首先根據地質災害點的危險程度、經濟能力、分期分批進行治理;對于直接威脅人民生命財產安全、嚴重阻礙交通運輸安全的劃為近期治理。各級政府部門對地質災害的危害性、防治的重要性、迫切性要有足夠認識,教育群眾、提高群眾防災意識。地質災害防治措施:加強汛期的監測工作,本區主要是崩塌、滑坡,坡腳砌擋土墻或抗滑樁支擋,坡面錨桿或土釘支護,根據地形條件開挖環形排水設施,在條件許可下也可削坡卸載。
中圖分類號:U45文獻標識碼: A
一、工程概述
新建鐵路織金至畢節線石頭寨隧道工程包括石頭寨隧道和石頭寨隧道平導,里程范圍:正洞DK359+272~DK362+770,全長3.498Km;平導PDK359+272~PDK360+530,全長1258m。
石頭寨隧道是織畢線重點控制工程,位于織金縣金龍鄉境內,洞身進口位于架蓋河右岸的陡坡上,往南經大沖、黃山壩子、巖腳至七棵樹沖溝邊出洞,屬云貴高原低中山溶蝕地貌,地面高程1204~1495m,自然坡度5°~60°,局部為陡崖,地形起伏較大。洞身穿越馬場斷層、依多背斜、張家寨斷層等構造。隧道全長3498m(其中Ⅲ級圍巖長1770m,Ⅳ級圍巖長1340m,Ⅴ級圍巖長388m,Ⅳ、Ⅴ級圍巖占49.4%),為單線隧道,隧道最大埋深約282m。隧道施工設平導一處,位于隧道進口線左30m。平導里程DK359+272~DK360+530,全長1258m(其中Ⅲ級圍巖長770m,Ⅳ級圍巖長340m,Ⅴ級圍巖長148m)。全隧道除DK359+548.29~DK361+074.2段(1525.91m)位于半徑3500m的左偏曲線上外,其余均位于直線上,洞內線路縱坡為單向上坡,依次為進口28m為0‰平坡,洞身400m為10‰的上坡,洞身3050m的11.5‰的上坡,出口20m的6‰的上坡。
二、隧道施工時常見的地質災害種類
隧道施工時時常會發生圍巖變形、塌方與涌水等地質災害,這些地質災害問題發生的條件是各不相同的,然而,它們對于隧道施工所產生的巨大危害卻又是大致相同的。下面便對這些隧道施工中常見的地質災害問題逐一加以分析。
1、圍巖變形破壞的問題
圍巖變形破壞是隧道施工過程一類較為常見的地質災害,這類災害的一般表現是:支離破碎或較為松散的圍巖山體產生冒落問題與塌方問題,帶有膨脹性的大山巖體會局部地出現變形現象與塌滑現象,使得隧道的支護結構時常受到嚴重的破壞,導致大山巖體會出現巖爆現象。但是塌方是隧道進行施工過程中常見的地質災害問題,其中大多數也都是由于圍巖失穩問題而產生的突發性的崩塌狀況,最終造成了重大的生產安全事故。
2、涌水與突水的問題
涌水與突水的問題也是導致隧道施工時常見的地質災害的問題之一。涌水問題發生時,會攜帶著很多的碎屑,并和突水問題同時爆發在隧道節理裂隙的密集區域,而突水問題又經常地在巖溶的洞穴中與溶隙加以發育的相關地段以及含水層部分、隔水層部分的交界面處發生。
3、地面的坍塌與沉陷的地面的問題
坍塌問題與沉陷問題通常會發生在隧道的施工的整個過程當中,甚至會在施工過程結束以后還會有發生常見的地質災害問題的可能性。地面產生坍塌的原因大多是在于隧道的長期涌水和抽取了大量的地下水之后而造成的,還有相當一部分的地面坍塌的發生原因是隧道的頂板發生冒落狀況或塌方狀況。但是地面的沉陷問題卻大多數情況下發生在深埋的隧道施工過程的開始階段時。地面坍塌問題和沉陷問題所導致的地質災害不僅會給隧道的施工本身帶來更大的施工難度,而且也會使得地表的建筑將受到嚴重破壞,并最終造成周圍的生態環境進一步的惡化。
4、隧道施工過程中其他的地質災害問題
除了上述比較常見的隧道施工過程中的地質災害問題以外,在實際的施工過程中,包括瓦斯爆炸問題和淤泥帶突泥問題等地質災害也偶有發生,同樣會對隧道的施工進度及從業人員的生命安全造成極大的威脅。
三、隧道施工過程中常見地質災害問題的相關防治措施
隨著隧道施工工作的逐步步發展,隧道施工工程的規模和埋深度也在逐漸加大,施工的地質條件也變得越來越復雜,隧道工程在施工前務必要做好相關地質方面的勘察工作與研究工作,只有這樣,才能確保施工工程的順利開展。但是實際操作時,很多的時候,隧道工程在施工以前雖然進行了十分充分的勘察工作與分析工作,但是開挖以后卻意外地發現,很多的地質結構已經發生變化,和勘察工作獲得的信息并不完全相同,甚至還產生了極大的差錯。由于在不同的地質情況下是會產生完全不同的地質災害的,所以必須依據施工現場的具體環境,并結合科學理論來進行分析工作,只有這樣,才能最終制定出富有針對性的災害防治措施。
1、塌方問題的防治措施
很多比較松散與支離破碎的圍巖時常會產生隧道的塌方現象,通常意義上講,這種情況下,就要對圍巖在整體上進行加固穩定性與增大強度的處理工作。施工過程中較為常見的處理方式有超前長管棚和超前錨桿兩種,這些措施都可以使圍巖的穩定工作與強度增強工作得以順利實現,從而使得隧道的塌方發生機率大幅度降低。而面對斷面大隧道在進行開挖工作時,務必要對那些軟弱圍巖的相關部分都采取逐步進行開挖的施工方式,這樣做的話,既能夠使得圍巖暴露的時間方面大大減少,而且在開挖以后,也能夠立刻地開展支護處理工作,使得隧道的圍巖在穩定性上大大地增加。
2、巖爆地質災害的相關防治措施
在防治諸如巖爆類的地質災害的時候,既能夠采用預報監測的方式,也能夠運用地應力來進行相關的卸除,采用多循環分步開挖方法和超前高壓注水的方法等施工的方式來對巖爆災害極有可能產生的相關部位來進行重點的監測工作與預控工作,以上措施都可以有效地緩解巖爆災害造成的損失程度。
3、突水問題與涌水問題的防治措施
隧道施工時,一旦出現突水問題或是涌水問題等災害,應當通過排和堵的具體措施,或者直接采用排堵相結合共同使用的相關措施來進行有效的處理工作。在對突水問題和涌水問題進行治理的同時,還要對施工工程的附近的暗河及溶洞的突水部位也做好監測工作與預控工作。通過監測與預控來實現對施工階段的地質預報。進行監測和預控工作時,不僅需要要準確對溶洞與暗河和隧道的交匯位置的做出準確的分析,還要做到在隧道進行施工出現突水與涌水以后,對那些非巖溶深埋的隧道也要進行排水導坑和鉆孔疏干的相關治理工作。巖溶隧道與淺埋隧道的治理還是要以堵的方式為主,盡量地阻止地下水位發生下降,還要防止地面出現塌陷情況和井泉干涸等現象,因為這些問題將直接地破壞到周圍的生態環境。施工時還應該先使用隔水層開挖,然后再進行含水層的開挖,這樣做能夠有效地減少突水事故的發生概率,還能使用超前引排與超前預注漿等施工方法,也都能夠有效地減少突水類災害的發生。
4、地面坍塌與沉陷的防治措施
地面發生坍塌,可以采取回填、繞避等施工方式,有時還要對施工洞穴的頂板加固等措施,這些措施都可以有效預防地面坍塌和井泉的干涸,防止對周圍環境造成的惡劣影響。很多淺埋隧道地表坍塌都是由隧道塌方造成的,所以可以在隧道開挖初期,采取錨初期的支護,控制隧道發生變形。
5、其他地質災害的防治措施
隧道在施工中如果穿過煤層,很可能發生瓦斯爆炸,所以一定要對地質預挖部位進行地質的探測,加強地質隧道施工的超前預報十分重要。另外還有鉆爆法隧道施工對防爆的處理和防治措施。
結束語
綜上所述,隧道施工存在很多安全隱患和風險,但是施工中只要我們能認清常見的地質災害成因,規范施工,做好防治防范措施,就能減少和避免這些地質災害現象的發生,將隧道施工的風險和安全隱患降到最低。
1、地質災害頻繁發生,災害損失不斷擴大
我市位于羅霄山脈地區,地形地貌條件復雜,地形高差懸殊,地層巖性復雜,褶皺斷裂發育,新構造運動活動強烈,在風化強烈的淺變質巖、花崗巖及紅層分布的中低山及丘崗區,易發生滑坡、崩塌、泥石流等地質災害。且點多面廣,規模大,成災快,爆發頻率高。據統計,我市現具有一定規模,造成危害(或威脅)的各類地質災害611處。其中滑坡464處、崩塌69處、泥石流25處、巖溶地面塌陷30處、采空區地面塌陷23處。因地質災害已造成67人死亡、毀房1734間、毀田2302.2畝,潛在威脅人口22659人,房屋220__間,田土9605畝,潛在經濟損失47086.16億元。
2、礦山地質環境問題日漸突出
近年來,由于采礦活動的深度、廣度日益擴大,不合理開采現象時有發生,因此造成的礦山地質環境惡化有明顯的上升趨勢,礦山地質環境問題的日漸突出,不僅影響了礦山企業的安全生產,同時也給當地居民的生產生活帶來了巨大的損害和影響。我市主要礦山地質環境問題有礦山不合理開采引起的崩塌、滑坡、地表水及地下水疏干、地表開裂及由于礦渣不合理堆放形成的礦渣泥石流等災害。如茶陵縣境內的湘東鐵礦開采因抽取礦井內積水,造成附近農田漏水和泉水干枯等。
3、地質災害的發生造成水土流失狀況日夜加劇。
地殼表面的剝蝕、侵蝕營力是地形地貌演變的最主要的外動力地質作用,它的作用方向就是不斷將山地、丘陵逐漸切割、夷平,由于它的作用,必然將大量的土石帶走,造成大量的水土流失。主要分布在宏夏橋花崗閃長巖體分布區和白堊系紅層殘坡積物發育區,由于流水沖刷,地表土層無植被覆蓋,形成眾多細溝,支離破碎,受沖刷泥沙堆積于農田河港中,造成河道淤塞。雖然總的水土流失不大,但其危害確相當嚴重。
二、我市地質環境保護現狀
我市近年來加強了對地質環境開發利用與保護的力度,從基礎做起,近十幾年來,開展了一系列的保護地質環境的工作,并取得了顯著的成效。
1、建立了地質災害防治工作組織體系。
我市1996年成立了以主管副市長為組長的__市地質災害防止領導小組。目前,各縣(市、區)均成立了以主管領導為組長的縣(市、區)地質災害防治工作領導小組,有些縣(市、區)還把這種組織形式推廣到鄉鎮。近年來,我市地質災害防治主體已基本落實到各級人民政府。地質災害防治工作體系基本建立,有力地推進了地質災害防治工作。
2、汛期地質災害防治工作成效顯著。
多年來,市國土資源局會同建設、水利、鐵路、交通以及氣象等部門為做好汛期地質災害防治工作,緊緊抓住汛期部署、制度實施、督促檢查、監測預警、應急調查等主要環節,努力預防和處置地質災害。
周密部署汛期地質災害防治災工作。每年汛期前,召開汛期地質災害防治工作會議,安排部署汛期地質災害防治工作,編制年度市地質災害防治方案、市地質災害應急預案,市、縣、鄉層層簽訂防災責任狀,落實防災責任。
認真執行汛期值班、險情巡查和災情速報制度。對地質災害嚴重多發區進行防災工作巡查,對監測預警措施落實及重點治理工程實施情況進行檢查,發現問題及時解決,確保汛期地質災害防災措施到位。
扎實做好汛期地質災害群測群防工作。對主要的地質災害隱患點明確了縣、鄉、村(點)三級監測避災責任人,共明確了監測責任人1800多人,義務監測單位80多個;并形成了有200多名信息聯絡員及400名群眾監測員的群測群防網絡,通過完整的群測群防,我市地質災害防治形成了靈活機動、快速高效反應能力。該網絡在汛期啟動運行,發揮了重要的防災減災作用。
3、地質災害氣象預報預警工作得以加強。
20__年以來,市國土資源局與省國土資源廳和市氣象臺密切合作,開展了地質災害氣象預警預報工作,成功預報多起群發性地質災害,人員傷亡和財產損失呈年下降,地質災害氣象預報預警工作成效顯著。
4、縣(市、區)地質災害調查與區劃工作取得初步成效。
我市已完成3個縣地質災害調查與區劃工作,一方面基本查明了這些地區的地質災害發育狀況;另一方面通過逐村走訪,發放地質災害防災明白卡,建立了群測群防網絡,為地方政府有效開展地質災害防災工作奠定了基礎。
5、地質災害勘察、設計、施工、監理和地質災害性評估制度規范化。
一是嚴格資質審查,建立誠信評估體系;二是嚴格成果審查,對于__市評審的
報告建立了由國土、建設、交通、鐵路、水利、煤炭等部門專家組成的報告成果審查專家庫,保證了地質環境類報告的質量;三是組織培訓,對資質單位技術人員進行各類地質災害防治技術培訓,提高其技術水平。這些工作確保了地質災害勘察、設計、施工、監理工作和地質災害危險性評估報告的質量。
6、扎實開展重大地質災害隱患治理工程
1996年以來,向部、省爭取專項治理資金和補貼,實施了湘東鐵礦、炎帝陵滑坡等重大地質災害勘察與治理工程。消除了一批重大地質災害隱患。
7、地質遺跡保護得到了有效保護
我市攸縣酒埠江境內發現巖溶地質遺跡,區內溶洞密集成群(已發現156個),多層發育,規模宏大,景觀豐富,造型奇特,是湖南乃至全國位置最東、規模最大的溶洞群,也是我國小區域內巖溶地貌體系最完整的地點之一,堪稱我國的“溶洞世界”和“洞穴博物館”。20__年申報建立了酒埠江省級地質公園,20__年又獲評為國家級地質公園。
三、地質災害防治和地質環境保護存在的主要問題
1、基礎工作比較薄弱
全市只完成了攸縣、茶陵縣和炎陵縣3個縣的地質災害調查與區劃,醴陵市在進行中,還有__縣和市區范圍內尚未進行調查與區劃工作,全市交通干線、鐵路、大中型水利樞紐、大中小學校、主要城市也未開展專項地質災害基礎調查,我市地質災害類型\分布現狀、形成規律、發展趨勢、危害程度、潛在經濟損失等情況尚未全面系統性基礎資料,亟待進一步查清。
2、防治資金嚴重不足
在我市已經查明的611處地質災害體中,得到有效工程治理和搬遷避讓的只有17處,不足3%。主要原因是地質災害防治投資機制尚未建立,投資主體不確定,來源渠道未落實,防止經費嚴重不足。地質災害防治仍然處于被動狀態,主動和有預見性的防災減災工作仍處于較低水平。
3、地質災害監測體系尚不完善
全市大部分縣(市、區)地質災害防治工作未納入國民經濟和社會發展規劃,以縣(市、區)為基礎的地質災害監測機構尚未健全,地質災害監測工作無專項資金來源,缺乏基層專業人員。群測群防基礎工作開展難度大,防災減災應急處置能力較弱。
4、地質災害監測預警有待加強
地質災害監測預警工作起步于近幾年,尚處于經驗探索階段,監測預警和應急處置專業化設備極為缺乏,國土資源、建設、水利、鐵路、交通、氣象等部門統一和相互聯動的監測預警指揮體系尚未形成,地質災害監測預警和處置突發重大地質災害事件綜合能力仍然較低。
5、礦山生態環境管理職能不清
現在的礦山環境的管理職能部門由多個部門承擔,環保、國土資源、水流、林業等部門從各自職能的角度進行管理,管理難以到位。
6、古生物化石管理和地質遺跡保護法律仍是一個空白點。目前只有地方法規或部門規章。
四、今后工作建議
(一)、加強法制建設,加快古生物化石、地質遺跡保護立法步伐,國家將古生物和地質遺跡保護立法列入議事日程。同時充分利用各種宣傳活動,進一步落實《地質災害防治條例》(國務院394號令)、《湖南省地質環境保護條例》等法規,全面履行政府職能。
(二)、摸清底子,掌握全市地質災害類型和分布情況。充分利用駐我市地質勘察隊伍的技術優勢,對全市地質災害現狀開展系統的大規模調查與建檔,為防災減災提高基礎依據。
(三)、以上述工作為基礎,利用現代技術,包括地理信息系統技術、遙感技術及群去、全球地位技術等,建立全市地質環境與地質災害監測及監控體系;利用現代信息技術,建立地質環境與地質災害的信息系統、危險性分析評價系統和防災減災決策支持系統,并通過網絡傳輸的手段,實現信息的全社會服務體系,為政府決策提供科學依據。
(四)、地質災害的成因復雜,防治工作牽涉部門多,防治工作是一項社會性很強的工作,因此必須建立以政府為主導,主管部門負責,相關部門配合,單位和群眾積極參與的放在體系。
(五)、地質災害防治工作是一項責任重大的社會管理工作,必須納入法制軌道,要制定相應的法律法規和工作職責制度,通過立法規范防災治災工作,應勁、應盡快結束當前臨災隨機安排狀態,實現以法防災,以法治災。
巖土圈層形變災害主要表現在礦山地面和采空區塌陷、地表沉降、滑坡、泥石流等。其中,地面采空塌陷(崩塌)表現在巖土體被陡峭的張性破裂面分割,隨著時間的推移而漸漸脫離母體,并垂直翻滾跳躍而下。該現象一般發生在地下以井巷開采的礦山,但是在喀斯特地區也會因礦井排水脫水而發生地面采空塌陷。地面采空塌陷不僅破壞耕地、道路和建筑物,還會直接導致一些地下隧道破壞的礦井坍塌,或是大氣降水和地表水倒入坑內,造成沉沒事故。地表沉降是隱患最大的地質災害。據調查,我國華北、華東平原地區,每采萬噸煤炭就要塌陷土地約3畝,依次計算,每年大概要塌陷一萬畝地,預計到2035年,我國礦區將有許多村莊可能完全塌陷。地表沉降主要發生在煤礦采空區,尤其是那些礦石埋藏淺,地勢相對平坦的礦山。滑坡主要分布在礦山道路兩側的高陡邊坡以及礦山較陡的天然斜坡部位。而泥石流主要發生在山區,是由崩塌、惡劣環境共同導致。
1.2地下水位升降引起的災害
地下水位升降引發的災害主要有礦坑突水涌水和坑內潰沙涌泥兩種。其中,礦坑突水涌水是最常見的礦山災害,主要是由于生產過程中對礦坑涌水量估計不足,在采掘過程中貫穿透水斷層時突遇暗河或蓄水溶洞,導致地面水或地下水大量涌入。坑內潰沙涌泥常與礦坑突水一起發生,一旦采掘過程中驟遇蓄水溶洞,坑內就會潰沙涌泥。
1.3礦體內因引起的災害
這類礦山工程地質災害是因為礦山地質環境改變后,一些偶發因素造成突變性的災難性后果。主要有瓦斯爆炸、地熱、煤層自燃以及礦山火災等。其中瓦斯爆炸常見于煤礦,礦坑火災常見于煤礦和一些硫化礦床。
2礦山工程地質災害的主要防治措施
2.1分區防治
目前一般將礦山分為以下三個區域。
2.1.1重點防治區。
在重點防治區內,一定要在開采之前設置好監測點,同時還要做好以下五點。第一,合理設計邊坡參數,并在重點防治區內作擋墻穩固邊坡。第二,對于頻發災害地點,要做好邊坡加固工作,消除災害復發隱患。第三,渣場要嚴格做好邊坡坡度的設計,并設置攔渣壩,防止發生泥石流的產生。同時還要嚴禁隨意棄渣。第四,坑道開采時一定要做好坑道內支護工作,盡量邊開采邊支護,以防止因冒頂、礦頂坍塌等而產生的危害。第五,開采結束后,要統一規劃礦山,并有計劃地進行礦山復墾工作,盡力恢復礦山生態功能。
2.1.2次重點防治區。
在次重點防治區內,一方面要合理設計邊坡參數,并進行科學支護和加固,在邊坡上方還應設置排水溝,做好地表排水措施。另一方面還要加強工地管理,合理堆放棄渣,并在險要地段建設攔擋滾石或飛石的設施。
2.1.3一般防治區。
在該區內一般沒有主要建筑物以及工程項目建設,發生災害可能是因為地表巖體的破碎。所以應該嚴禁越界開采,適當減少人為擾動,并做好植被保護和水土保持。
2.2因地制宜,綜合防治
地質災害防治重在因地制宜、綜合治理。對于即將發生的或是正在發生的地質災害,應該采取適合本地情況的措施,標本兼治。如崩塌、滑坡的防治可以進行各種加固工程(支擋、錨固、減載、固化),并附以各種排水(地下排水、地表排水)工程。對于可能出現地面采空塌陷或地表沉降的區域應該及時采取人工回灌進行防治。總而言之,對于不同地區的不同災害類型應該采取適宜的防治防范措施,不能盲目照搬其他地區的防治方法。
2.3加強礦山工程地質災害勘探工作
礦山工程地質災害勘探可以預測災害發生的時間及危害程度,還可以探測災害類型,為防治做好準備。目前最常見的勘探方法主要有以下三種。
2.3.1地球信息技術勘探。
該方法是利用遙感收集的“3S”技術,配上全球定位衛星系統,來掌握地質災害的可能分布位置和地區。它能夠精確定位高風險災害,預測的災難性趨勢。
2.3.2地球物理勘探。
該方法主要是應用物理手段來獲取巖土圈的相關信息,進而確定采空區、斷層位移以及磁場的變化,它還可以確定與收集的信息相關的其他潛在災害。
2.3.3環境化學勘探。
這是礦山工程地質災害防治過程中最常使用的方法。應用此方法可以準確有效地確定污染因子,預測污染趨勢,并追溯污染源,能夠為污染區和污染控制方案開發提供了重要的科學依據。
2.4建立災害網絡預警監控信息系統
建立災害網絡預警監控信息系統是災害防治工作的重要措施之一。在礦山火災多發地區、滑坡泥石流多發區以及崩塌地面沉陷易發區,如果光靠人工監測顯然無法達到要求,而且還不能及時發現。目前我國南方部分省區以及長江三峽地質災害多發區全都設立了監測系統,而且取得了較好的預防效果。
2.5合理處理廢棄物品,強化地質環境恢復工作
礦山挖掘、采取過程中,采礦設備和廢棄物不要隨意堆放,必須按要求統一堆放。在破壞采礦邊界線以外的場地,還要有計劃回填采空區,處理棄渣處理后的表土以及草種樹的沉積。同時還要合理堆放棄渣并合理規劃渣場的位置。礦山挖掘、采取結束后,相關單位要及時采取地質環境恢復方案和措施,來防止水土流失,并恢復植被和景觀。另外,還要根據條件有計劃地開展礦山復墾工作,最大程度上恢復礦山生態功能。
2.6強化礦山環境監督管理工作
礦山挖掘、采取是人類破壞自然最強烈的一種活動。為了防止“邊建設邊破壞,建設趕不上破壞”的被動局面,國家國土資源部門要對礦山地質環境實行強制性保護措施,加強依法行政,并嚴格落實礦山環境影響評價制度、地質災害危險評估制度以及“三同時”制度。同時還要不定期對地質環境進行執法檢查,公開懲處破壞礦山生態環境的個人和單位,并依法追究責任。對露天礦坑采面高、邊坡失穩、廢渣、廢石多且堆放隨意性強,以及汛期易發生滑坡、塌方、泥石流等地質災害的地區,堅決懲處,不留任何余地。
【摘要】林州紅旗渠是上世紀60年代林州人民自力更生修建的一項偉大水利工程,是中華民族精神的象征。紅旗渠沿線各種類型地質災害頻繁發生,幾乎每年都有崩塌、滑坡、泥石流等地質災害發生,對紅旗渠的安全運行造成極大的危害。如何有效地防治沿線地質災害,確保紅旗渠順暢其流,千秋永固,是我們值得研究的一個環境地質問題。
關鍵詞 林州;紅旗渠;地質災害;防治工程;建議
1.前言
(1)婉蜒于太行山脈懸崖峭壁之上的紅旗渠,被世人稱之為“人造天河”,在國際上被譽為“世界第奇跡”。它是上世紀60年代林州人民自力更生修建的一項偉大水利工程。它還承載著“自力更生、艱苦創業、團結協作、無私奉獻”的紅旃渠精神,是中華民族精神的象征。
(2)紅旗渠沿線地質條件極為復雜,各種類型地質災害頻繁發生。自紅旗渠建成運行以來,幾乎每年都有崩塌、滑坡、泥石流等地質災害發生。1996年8月3~4日,由于連降暴雨,總干渠沿線共有154處發生地質災害,造成渠道淤塞,淤方達,渠墻倒塌840處,造成的直接經濟損失達1. 17億元,災后的修復費用達1100余萬元。多年來,平均每年用于地質災害災后修復的費用即達數百萬元。如何有效地防治沿線地質災害,確保紅旗渠順暢其流,千秋永固,是值得環境地質工作者研究的一項重要課題。
2.紅旗渠沿線地質災害現狀
紅旗渠總于渠長70. 61Km,跨越山西、河南兩省,于山西省平順縣石城鎮侯壁斷下引濁漳河水入林州。沿線地質災害類型主要有崩塌、危巖體、滑坡和泥石流等。通過調查發現沿線各種地質災害共94處,其中崩塌24處,危巖體44處,滑坡12處,泥石流14處。
2.1崩塌。崩塌是指高陡斜坡上的巖土體完全脫離母體后,以滑移、滾動、跳動、墜落等為主的移動現象和過程。
2.1.1崩塌災害的分布規律。崩塌災害主要分布在紅旗渠渠首——小谷堆寺段和青年洞——木秋泉段。其發育的工程地質巖土類型,一是松散松軟巖土類及散體狀風化變質巖類組成的陡傾斜坡,在降雨侵蝕、沖刷及人類工程活動等因素的誘發下,使邊坡失穩而產生滑移式或滑塌式崩塌,如2000年7月5日發生在渠首附近的崩塌即屬此種類型;二是層狀碎裂硬碎屑巖類組成的峭壁,下部存在軟弱夾層,區域性構造裂隙將硬碎屑巖切割成塊體,當裂隙貫通后,巖體失穩而墜落,2001年8月,發生在山西境內豆口村附近的崩塌即屬此種類型(圖1)。
2.1.2崩塌災害的規模。不同部位、不同邊坡類型崩塌體的規模有所不同,按其體積大小可劃分為4類: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:)。按以上劃分原則,紅旗渠沿線特大型崩塌有3處,占崩塌總數的13%,大型崩塌有7處,占崩塌總數的29%,中型崩塌有5處,占崩塌總數的20%,小型崩塌有9處,占崩塌總數的38%。最大的崩塌體積為35190 m3,位于趙所NW280。、700m處。
2.1.3崩塌體的形態。
2.1. 3.1三棱體狀、塊狀。這類崩塌體主要受節理形成的裂隙和巖性控制。巖層底部多為軟弱巖層形成的巖腔,上部為巨厚層塊狀巖體,節理形成的裂隙成為崩塌體形狀邊界。 2.1.3.2不規則狀。這類崩塌體主要發育在散體風化變質巖類組成的斜坡,受風化裂隙及卸荷裂隙控制,呈不規則狀。
2.2危巖體。危巖體是正在開裂變形,并可能發生崩滑的危險山體。目前調查共發現44個危巖體,其中在總干渠渠首——青年洞段分布最為廣泛,在渠長約26Km的范圍內危巖體數目達42個之多,總方量達86499m3。
2.2.1危巖體的分布規律。危巖體主要分布于層狀碎裂硬碎屑巖工程地質巖類中。危巖體的發育一是受地形控制,在山梁前緣突出部位的陡坡之上,風化裂隙、卸荷裂隙和構造裂隙集中發育,易使山體開裂變形,有些山體甚至出現支離破碎的狀況;二是受巖性控制,由軟弱巖層形成巖腔,造成上部巖體臨空,易引發崩塌。
2.2.2危巖體的形態。
2.2.2.1柱狀危巖體。主要為豎向棱角狀、圓柱狀、三棱柱狀等,一般發育在巖體單層厚度大、受多條陡傾裂隙的切割、部分懸空的部位,此類危巖體共19個,占危巖體總數的43. 2%。
2.2.2.2不規則狀危巖體。一般發育在巖層單層厚度薄、層間裂隙發育,且受多條不同方向裂隙切割,巖體本身嚴重變形、支離破碎,此類危巖體共17個,占總數的38.6%。
2.2.2.3 楔形狀、塊狀和殼狀危巖體。受裂隙和巖層厚度所控制,同時也受巖體強度控制。此類危巖體受陡傾裂隙和緩傾裂隙切割,其底部部分巖體己發生過崩塌或風化剝蝕、水蝕而使其部分臨空。此類危巖體共8個,占總數的18. 2%。
2.2.3危巖體的規模。紅旗果沿線危巖體規模大小不等。按體積的大小將其規模劃分為3類:
(1)大型(大于500m3);
(2)中型(100~ 500m3);
(3)小型{小于1OOm3)。按以上原則劃分,紅旗渠沿線大型危巖體有26個,占危巖體總數的59.1%,中型危巖體有13個,占危巖體總數的29. 5%,小型危巖體有5個,危巖體總數的11. 4%。危巖體最大者體積約13500m3,位于東腦村291。紅旗渠拐彎處(圖2)。
2.3滑坡。
2. 3.1滑坡是指斜坡上的巖土體,在重力作用下,沿著一定的軟弱面或軟弱帶,整體或分散地順坡向下滑動的現象;本次勘查調查到紅旗渠總干渠沿線滑坡地質災害12處。
2.3.2主要分布在渠首(趙所段)。在調查中發現,滑坡一般發生在以下幾種類型的邊坡:(1)膠結較差的礫巖邊坡。(2)土質松散、松軟的邊坡。(3)裂隙發育、巖體破碎且后緣有陡傾大裂縫存在的邊坡。(4)由老崩塌堆積物組成的邊坡。此外,層面裂隙發育、且裂隙面與坡面同向的邊坡也易產生順向滑坡。發育滑坡的邊樁坡度一般在30~ 50。之間。紅旗渠總干渠滑坡發生的位置有兩種情況:一種是,滑坡發生在紅旗渠上方的高陡斜坡,斜坡巖性有半膠結狀砂礫巖、黃土狀土,滑坡形成主要受斜坡坡度,粘性土夾層、排水條件等控制,在降雨、水浸、地震、爆破等誘發因素的作用下,變形失穩,滑移破壞,如小旦河滑坡。另一種是,滑坡發生在渠基,紅旗渠渠基多座落于斜坡之上.渠基巖性為軟質巖石或松散坡洪積物時,在水浸和重力的作用下,形成滑坡。如王家莊紅旗渠12 +900—13 +070m處發生滑坡(圖3),滑坡體長120m,寬20m,高30m.統計方量10.2×104m3,造成170m渠道全部毀沒,損失慘重。
2.4泥石流。紅旗渠總干渠共有溝谷泥石流5處,坡面泥石流9處。
2.4.1溝谷泥石流。溝谷泥石流的發生運動和堆積均在一條比較完整的溝谷中進行,其固體物質來源主要來自于溝谷中的松散堆積物以及其兩側支溝,形成區海拔一般在1200~ 1400m之間,其平面形態大致呈桃葉形、近花瓶形。主要分布在青草凹一棘針林溝一帶,具體為青草凹東山溝、王家莊對岸小旦河、趙所村西南皇后后溝和杓鋪西棘針林溝等四條溝谷。
2.4.2坡面泥石流。主要發生在松散松軟巖土體工程地質類型。由沖洪積層、坡洪積層、風化殘積層、黃土狀土等松軟松散巖土體構成的臨渠斜坡,是坡面泥石流高發的主要地段。主要分布在濁漳河階地、濁漳河支流河谷溝口、崩塌,滑坡發育的山坡及植被稀疏的風化殘積層覆蓋的斜坡地帶。
3.地質災害的形成因素
3.1地質災害形成的地質環境條件。
3.1.1地形地貌環境。紅旗渠總干渠沿線地處太行山區,由于濁漳河的長期侵蝕切割,造成沿河兩岸山勢陡峻,尤其是右岸,到處是懸崖峭壁或高陡斜坡。地形最高處海拔高達1500m,高差近千米。陡峭的地形構成了紅旗沿線邊坡失穩的重要因素。每年雨季朋塌、滑坡及泥石流等地質災害經常發生。在紅旗渠與沖溝交叉并拐彎處,一般向里凹,而經過山梁前緣并拐彎處一般向外突出,該處的山體斜坡是危巖體的高發地段。
3.1.2巖土體工程地質性質。
3.1.2.1 由太古界黑云斜長片麻巖和黑云角閃片麻巖組成的散體狀風化變質巖類,一般形成坡麓地貌。表層風化破碎呈散體狀;下部裂隙發育,巖質軟弱,在臨渠處或紅旗渠穿山隧洞洞口上方坡度較陡處,易產生崩塌災害。此類災害在任村鎮本秋泉附近渠段最為典型。
3.1.2.2由中元古界汝陽群淺紫紅色、灰白色相間石英砂巖組成的層狀碎裂微風化硬碎屑巖類,常以懸崖峭壁出現。在構造作用、風化作用和人工開挖的影響下,臨渠附近巖層各種裂隙極其發育,在薄層石英砂巖中甚至引起巖體支離破碎。這類巖體最易形成危巖俸或崩塌災害。據統計,在發現的44個危巖體中,就有42個屬于該類巖體,占危巖體總數的95%以上,說明硬質脆性的石英砂巖是紅旗渠沿線危巖體的高發地層。另外,渠內側中元古界汝陽群石英砂巖地層中存在一層紫紅色砂質頁巖夾層,沿線分布比較普遍,厚度在1.2~2. 5m之間,不同渠段厚度有所差異。該層頁巖由于較石英砂巖軟,易風化破碎,遇水易軟化,屬石英砂巖地層中的軟弱夾層,在臨渠邊坡上呈明顯向里凹的特征,尤其在渠內側下部,由于人工開挖、渠水沖刷等因素的作用下,部分渠段造成其上部石英砂巖地層形成臨空帶,其寬1.5~2. 5m不等。如渠首、豆口、青年洞附近等渠段最為典型。臨空帶的存在,加劇丁上部巖體的危險性,易使其上部石英砂巖地層中的危巖體發生變形,拉斷而產生崩塌。
3.1.2.3由寒武系、臭陶系灰巖、白云巖、泥灰巖組成的塊狀微風化中等巖溶化碳酸鹽巖類,常以緩坡、圓形山包的地貌出現,臨渠處邊坡一般較為穩定;僅部分渠段,當地層傾向與坡面同向,且與渠走向垂直時,其上部的坡積物在雨水的沖劇下易形成小型滑坡。另外,在地層遭受強烈破壞、巖體破碎的地段,其物理力學性質差,在連續降雨的沖刷、浸蝕誘發下,易形成較大的滑坡。如1996年夏天發生在趙所村西北渠段的滑坡即屬于這種類型。
3.1.2.4 由寒武系下統紫紅色砂泥質頁巖組成的薄層狀中等風化較軟碎屑巖類,由于其風化剝蝕作用強烈,在其形成的陡坎下常可見大量的風化剝落堆積體,這類巖體組成的邊坡,在雨水沖刷下易產生崩塌、滑坡災害。
3.1.2.5由第四系沖洪積、坡洪積物組成的松散、松軟巖土類,一般呈階地堆積地形。臨渠處邊坡穩定性較為復雜,膠結較好的礫巖層較為穩定(如楊耳莊一白家莊渠段),而膠結較差的卵礫石層以及混合土層,其邊坡穩定性則較差,當邊坡較陡時,易形成崩塌、滑坡和泥石流。如山西境內的王家莊附近滑坡即屬于這種類型。
3.1.3新構造運動特征。紅旗渠沿線處于新華夏系第三隆起帶的東緣,新構造運動非常活躍,主要形式為差異運動和斷裂活動,從區內的水系特征和宏觀地貌上來看差異運動造就了基巖裸霹、溝谷深切、谷坡陡立,溝谷縱向坡度大,重力堆積物發育,是滑坡、泥石流災害發生的地質基礎。另外,不同規模的斷裂和構造裂隙,常成為區內危巖體和崩塌產生的主要因素。
3.2地質災害的誘發因素。
3.2.1大氣降水。大氣降水的沖刷和滲透作用,是產生崩塌、滑坡、泥石流的重要誘發因素。一是滲透水進入巖土體中,使巖土體抗剪強度降低;二是滲透水進入巖石裂縫,使裂隙水壓力增加,可迅速改變巖土體原有的平衡狀態,對地質災害起到誘發和促進作用。據氣象資料顯示,林州市降水量主要集中在每年的7~8月份,約占全年降水量的60%左右,這個時段各種地質災害發生最為頻繁。
3.2.2融雪凍融作用。巖體裂隙中水的冰凍和融化產生的脹縮作用土體穩定狀態,誘發崩塌、滑坡等地質災害的發生。
3.2.3渠道滲漏。紅旗渠經過40多年的運行,風剝水蝕,工程老化,年久失修,造成渠道勾縫脫落,渠墻滲蝕掏空,滲滑嚴重。渠道滲漏會引起渠基掏空,產生不均勻沉降,尤其是在渠基巖土工程力學性質較差的渠段,渠水下滲,使渠下土體達到塑性狀態或當水滲入不透水層時,接觸面含水,減少其摩擦力和粘聚力,使渠基或渠墻產生變形破壞,威脅渠道安全。
3.2.4地下水。主要表現在一些山前緩坡地段,渠內側坡面上具有一定的匯水面積,松散堆積物較厚,且具有相對隔水層、植被發育,有利于地下水形成和運動。這些地段在地下水壓力的作用下易造成渠墻變形破壞。如豆口村南、河口村西南以及柏樹莊、尖莊和木秋泉附近渠段內墻崩毀多處。
3.2.5工程活動。
3.2. 5.1紅旗渠的修建改變了沿渠山體斜坡的天然穩定坡角,同時加速了巖層的風化剝蝕,誘發崩塌、滑坡、泥石流的發生。
3.2.5.2干渠沿線進行旅游資源開發及基礎設施建設(如道路修筑、景點建設)。
3.2.5.3與總于渠平行建設的新(鄉)——河(口)公路改擴建工程開山放炮、挖土取石等破壞了地質環境。
3.2.6生物作用。主要為生物的物理作用及化學作用。植物的根劈作用使根莖沿危巖裂縫生長,裂縫擴大,使危巖體產生向臨空方向的變形破壞。此外生物的分泌物對巖體的產生的分化破壞作用,加速危巖體變形失穩。
4.地質災害防治工程措施
4.1危巖體防治工程措施。
4.1.1清除危巖體。規模小、危險性高,且所處邊坡較穩定的危巖體,可予以清除,排除隱患。
4.1.2削坡。規模較大,底部部分較穩定的危巖體,可在上部清除部分危巖體,減小坡度和上部載荷,加強其穩定性。
4.1.3排水防滲。由于裂隙水壓對于大部分危巖體的穩定有較大影響,因此在危巖體自身及其周邊,應修建地表排水系統,防止巖體裂隙過量充水而導致巖體崩塌。
4.1.4固坡。對于底部塌空的危巖體,可在其底部進行支護,底部為軟巖(風化破碎的薄層砂巖、頁巖、泥灰巖等)的危巖體,進行底部噴漿護壁,防止其進一步風化、坍塌。危巖體自身整體性較好,可進行錨鏈加固等。
4.1.5遮擋。對于小型危巖體崩塌、落石,可對紅旗渠進行棚硐等工程措施進行保護。
4.1.6監測預報。
(1)危巖體形變監測:主要手段包括:通過地面觀察、形變測量、地傾斜測量、綜合自動監測等方法從外部監測危巖移、裂縫變形、地面傾斜等現象;采用專控測斜、電測、聲測、地應力測量等手段從內部監測危巖體的深部變形位移和應力變化。
(2)危巖體崩塌激發要素監測:主要監測降雨量、地震等。
(3)綜合分析與預測預報:通過監測數據綜合分析,建立危巖變形數值模型,確定崩塌破壞的臨界值,建立預警系統。
4.2滑坡防治工程措施。
4.2.1治水。修建排水溝,攔截地表水,減少進入滑坡體的地表水量,減輕地表水對坡體的破壞。滑坡段渠底、渠幫進行防滲處理,防止因渠水下滲,而降低坡體的穩定性。
4.2.2固坡。修建抗滑樁、抗滑墻等支檔工程。實施錨固工程,加固邊坡,提高其穩定性。
4.2.3監測預報。
(1)滑坡體形變監測:以地面觀察、形變測量、地傾斜測量、綜合自動監測等方法監測裂縫變形、滑坡體水平位移、垂直形變以及滑坡體上樹木、建筑等工程設施的形變情況。
(2)滑坡激發要素監測:主要包括地下水動態監測和地震監測。
(3)綜合分析與預測預報:通過監測數據綜合分析,建立滑坡變形數值模型,確定滑坡破壞的臨界值,建立預警系統,對滑坡進行災害預測預報。
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復植被和合理耕牧。一般采用喬、灌、草等植物進行科學地配置和營造,充分發揮其滯留降水、保持水土、調節徑流等功能,從而達到預防和制止泥石流發生或減小泥石流規模,減輕其危害程度的目的。
4. 3.2工程措施。
4.3.2.1攔擋工程。修建谷坊、攔沙壩、格柵壩等,蓄水攔沙,減小泥石流流速、容重、規模,抬高局部溝段侵蝕基準,護床固坡,降低泥石流沖刷破壞能力,減輕溝床侵蝕。
4.3.2.2排導工程。修建導流堤、急流槽、束流堤等,引水輸沙,規范泥石流路徑,防止漫流,降低泥石流流速,削弱泥石流沖擊破壞能力。
4.3.2.3 停淤工程。根據泥石流發育地區地形條件,修建停淤場,將泥石流引入預定場所減速停淤,防止漫流。
4.3.2.4溝道整治工程。采用固床沙壩、水泥沙漿砌石、石籠等方法保護泥石流溝坡,防止岸坡坍塌、滑移;在溝底進行鋪砌或修建肋板穩固溝底,減少溝底沖刷。
4.3.2.5防護工程與錯避工程。對泥石流地區的紅旗渠、公路、橋梁、隧道、房屋等工程設施,進行防護或錯避,抵御或避開泥石流的危害。防護工程包括修建護坡、擋墻、順壩、丁壩等。錯避工程主要包括跨越式錯避、穿過式錯避等。跨越式錯避是指修建橋梁,使工程設施凌駕于泥石流溝上空,免受泥石流破壞。穿過式錯避則是將工程設施置于泥石流溝地下,避開泥石流破壞。
4.3.3監測預報。除利用遙感技術,結合氣象資料分析,進行區域泥石流活動中長期預報外,主要是利用降雨預測進行泥石流活動的短期預報和臨災警報。此外還可利用泥石流遙測地聲警報器、泥石流超聲波泥位警報器、地震式泥石流警報器等儀器直接監測泥石流活動,并進行短期預報和臨災警報。
5.結論與建議
(1)紅旗渠沿線地質災害的主要類型有崩塌、危巖體、滑坡和泥石流。崩塌24處,危巖體44處,滑坡12處,泥石流溝5處,坡面泥石流9處。地質災害對紅旗渠的安全運行造成巨大的安全隱患。
(2)建議盡快展開對紅旗渠沿線地質災害體進行詳細勘查和治理工作,以確保紅旗渠的安全運行,確保紅旗渠順暢其流,千秋永固。
參考文獻
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[2] 潘懋、李鐵鋒,災害地質學,北京大學出版社,2002,85~132.