喀斯特山區地質災害成因及治理方案

秦 趣 ,諶洪星 ,崔小平

(1.六盤水師范學院生物與地理科學系, 六盤水 553004; 2.六盤水師范學院環境與化學工程系, 六盤水 553004)

六盤水市西部山區礦產資源豐富,煤炭資源種類齊全,煉焦用煤比重大;其它礦產資源有30余種,較多的有鐵、鉛、鋅、鎳等.礦產開發引發了山體滑坡、崩塌和泥石流等災害.六盤水市處西南喀斯特山區,形成了喀斯特山區礦業城市特有的災害特征.本文在分析城市地質災害現狀及成因的基礎上,提出了治理方案和建議.

1 研究區概況

六盤水市位于貴州西部,與云南接壤,地處東經104°18′20 ～ 105°42′50″、北緯25°19′44″～ 26°55′33″之間.其礦產資源豐富,是我國西南地區的新型能源、原材料和煤化工基地.據統計,全市煤炭保有資源儲量148.7億噸,煤層氣淺層資源量1.42萬億m3,煤礦資源在城市經濟中占主導地位.

同時,六盤水市屬于喀斯特山區城市.境內海拔高度1400～1900 m,巖溶地貌發育,碳酸巖分布面積占土地總面積的63.18%左右,約6263km2,其中石漠化面積達2575km2,約占土地面積的26%,是西南巖溶區石漠化最嚴重的地區之一[1].

2 地質災害現狀及成因

六盤水市是我國山地地質災害的高發區之一.據有關資料統計,六盤水市目前共有地質災害點1043處.滑坡、地裂縫和崩塌是六盤水市地質災害的主要類型,分別占總災害次數的59.9%、20.0%、12.2%.地質災害給人民生命財產造成巨大的損失,據不完全統計,該地區共有9321戶、40148位居民的房屋開裂或毀壞,因災搬遷5009戶居民,直接經濟損失16285.5萬元[2].

2.1 滑坡形成原因

滑坡是巖體自重應力、構造力、滲透力和震動力綜合作用的結果.在喀斯特山區,地質環境十分脆弱,當發生災害性降水時,更易發生滑坡災害.2004年5月29日18時至30日凌晨4時,六盤水市水城縣金盆鄉營盤村魚嶺組一帶出現150mm的強降雨,30日3時20分左右魚嶺組上方陡斜坡處的表層松散坡積物發生滑坡,造成3戶村民房屋被掩埋,11人死亡,重傷4人,輕傷1人.根據現場調查,滑坡長90m,寬24m,體積約6500m3,由表層殘坡積松散堆積物組成,滑坡屬淺層推移式土質滑坡.該斜坡地形較陡,大部份在40度以上,且沖溝發育,表層巖體為軟質碎屑巖,風化強烈、破碎,地質環境條件差,是地質災害易發區.

2.2 地面塌陷及地裂縫的形成原因

地面塌陷及地裂縫主要分布在煤礦采空區.地面塌陷、地裂縫展布與礦井采掘平面相吻合;主裂縫走向與巷道一致,規模與煤炭的開采情況有關,較大的地面塌陷及地裂縫主要發育于大型煤礦采空區上部及其外圍地帶.中小型煤礦開采不規則,在地表往往形成不規則的、較密集的、小規模地面塌陷及地裂縫[3].六盤水市屬于山區巖溶地貌,在溝谷斜坡地帶更加容易發生地面塌陷及地裂縫.加上采礦廢渣堆放在在斜坡上,遇到集中暴雨即造成災害.六盤水市礦區較多,地面塌陷及地裂縫是主要地質災害之一;地處巖溶山區,巖溶塌陷常見,加劇了地面塌陷及地裂縫的危害.上述嚴重地質災害分布區主要有大灣、木果、汪家寨、蟠龍、新窯鄉、發耳鄉、都格鄉、羊場、柏果、樂民、板橋、響水、大山、馬依、老廠、新民鄉等.這些區域煤炭資源豐富,采礦活動強烈,由此而引發的地面塌陷及地裂縫嚴重.2008年,該區域共發生地面塌陷及地裂縫206處.

2.3 泥石流的形成原因

泥石流形成的3個基本因素:①山地河溝流域內,坡地上或河床內有數量足夠的巖土物質;②有足夠數量水體沖刷;③有切割強烈的山地地形.泥石流的形成主要取決于地質因素、水文地貌因素和氣象因素,然而,除此之外,植被、土壤、水文地質因素等有時甚至起決定性的作用.

六盤水市地處西南喀斯特山區,最高海拔2900.06m,最低海拔590.25m,地形起伏大,地形坡度一般在25°以上,溝谷相對高差達300～1000m,溝床平均縱坡在10°～20°,溝谷斷面多呈"V"字型,溝谷切割強烈,加上喀斯特山區植被破壞嚴重,開礦中亂采濫挖,隨意丟棄廢土廢石等固體碎屑物,在暴雨的激發條件下形成泥石流[4].2008年6月4日7時20分,六盤水市鐘山區老鷹山鎮木橋村福集組發生泥石流地質災害,造成50余棟房屋受損,253人受災,50人受傷.

2.4 崩塌的形成原因

崩塌災害主要分布在切割強烈、邊坡陡峻的溝谷或斜坡地帶.巖石節理裂隙,斷層軟弱結構面和斜坡臨空面對崩塌的形成起著重要作用.當煤層采空區暴露面積大或礦柱保留較少時,常導致頂板塌落而使上覆巖層(石灰巖)發育大量垂直裂隙,大氣降水沿裂隙擴溶,使陡巖塊脫落整個山體面逐漸失穩,大塊巖體脫離母巖呈自由落體墜落[5],形成崩塌.近年來,隨著道路建設和采礦活動的增多,人為因素引發的崩塌大幅度上升.崩塌主要發生于地形陡峻的山崖地段,所處部位常與斷裂、節理和褶皺發育關系密切[6].

3 地質災害治理方案

根據礦業城市地質災害成因,結合喀斯特山區地質災害實際,從技術、管理和規劃等方面對山區地質災害進行綜合治理.

3.1 技術措施

(1) 改進采礦方式

充填法采礦是預防采空塌陷最有效的方法.煤礦等沉積型礦山開采采空區范圍大,建議改目前的頂板陷落法開采為自下而上異向開采,即用自深部向淺部的開采方式,可有效地防治煤礦采空區的反復塌陷.另外,還可采用先進的采煤方式:①井下采煤矸石不出井,用于充填井下采空區,既可減輕地面塌陷,又可避免排矸對環境影響;②同一煤層、多工作面協調開采,可減小地表不均勻下沉,減少傾斜和水平變形對房屋的影響;③分煤層交錯布置工作面,可減少不均勻下沉和靜態變形值,使部分變形得以抵消.不同煤層開采邊界交錯布置,錯距控制在40～80m.

(2)塌陷土地復墾

因地制宜進行塌陷地的土地復墾.地面塌陷深度較淺的地區,宜采用回填方式復墾;地面塌陷深度較深的地區,可采用改造成水庫、魚塘的方式復墾.具體復墾模式:①覆土造田; ②挖穴填土栽植果樹; ③整治改造成建設用地; ④邊建庫、邊復墾.

(3)煤矸石綜合利用

為減少煤矸石風化揚塵、自燃產生的廢氣對大氣污染及對水環境的破壞,防止煤矸石大量堆積產生滑坡、泥石流等地質災害.可利用煤矸石生產建筑材料,建立矸石再選廠、回收煤炭,充分利用矸石熱值、建立矸石發電廠,利用煤矸石鋪路、充填塌陷坑、提取化工原料和稀有元素、生產礦物肥料等[7].

3.2 管理

(1)合理確定防治目標

防治工程目標包括防治對象的范圍、部位及工程防治應達到的安全標準.明確防治目標是地質災害防治工程設計的首要問題.為確定對防治對象范圍,應對致災地質作用的活動單元,作整體考慮,不宜隨便切割取舍.在總體范圍內,則應視險情的輕重緩急劃分出重點與一般,或主要與次要的不同部位.防治工程應達到的安全標準.

(2)多方案比選防治工程方案

每一處地質災害的防治,要達到穩定地質體和控制地質災害的目的.必須進行多方案論證,從中選出最好的方案,達到地質有效性、技術可行性和經濟合理性[8].

(3)加強地質災害防治中的監測工作

地質災害的險情變化,需要通過監測才能較準確地掌握,地質災害防治工程的效果,也需要通過監測對比才能反映出來.因此,必須重視、加強地質災害臨測工作,并將之貫徹于地質災害防治的始終.監測方法要經濟實用,監測網一經建立,堅持監測不斷,及時整理分析監測資料,做出定期動態評價.

3.3 規劃

合理規劃山區企業,嚴格禁止以犧牲地質生態環境為代價,進行掠奪式開發的惡劣傾向,做到規范開采各種礦產資源,在保護地質生態環境的同時并獲得較好的經濟效益.同時,須合理利用土地資源,制定社會經濟發展規劃時,須避免在嚴重地質危害區布設重要建設工程.

4 結語

六盤水市是西部喀斯特山區重要的礦業城市,地質災害較為嚴重,影響著城市的可持續發展.應根據地方政策的規劃,采取可行的治理方案,以保證礦業城市可持續發展.

[1] 王瑞江,姚長宏,蔣忠誠等.貴州六盤水石漠化的特點、成因與防治[J].中國巖溶,2001,20(03)∶ 211～216.

[2] 沈其俊,張照志,周賀玲.六盤水市地質災害特征及其防治對策[J].資源與產業,2006, 8(01)∶ 89～ 92.

[3] 呂義清.煤礦開采誘發的地質災害特征分析[J].地球科學進展,2004,19(增刊)∶ 254～ 257.

[4] 岳 境,姜國虎,張元彩.礦山開采引發的地質災害及其治理方案初探[J].資源環境與工程, 2006,20(05)∶536～ 538.

[5] 冉文瑞.貴州省開陽縣地質災害現狀及成因淺識[J].資源調查與評價,2005,22(05)∶ 1～7.

[6] 秦 趣,諶洪星,劉興榮.基于人地關系的六盤水市地質災害影響分析[J].六盤水師范學院學報, 2010, 29 (04)∶67～70.

[7] 孔慶友,康鳳新,李守昌等.山東省礦山主要地質災害及其防治對策[J].中國地質災害與防治報, 2005, 16 (03)∶72～76.

[8] 張永國,呂義清.山區采煤地質災害特征及經濟分析[J].生產力研究,2006,(08)∶ 107～108.