秦嶺金礦開采區礦山泥石流發育特征及其防治對策研究
——以龍灣溝為例

李 鵬，曾 金

（1.長安大學地質工程與測繪學院，陜西 西安 710054；2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

20世紀80年代～90年代中后期我國礦業秩序十分混亂的典型礦區，無序開采、非法開采、亂采濫挖，或因資源枯竭礦山閉坑、或因企業破產、政策關閉及重組等原因，導致了嚴重的礦山地質環境問題。金礦開發產生了兩類典型而嚴重的礦山地質環境問題：

一是礦渣型泥石流災害隱患突出；二是選礦廢渣壓占土地、污染耕地極其嚴重。前人就礦山泥石流分布規律、特征、成災模式和防治對策進行了較多的研究，也取得了一定的研究成果[1-7]。

礦渣型泥石流地質災害和廢棄尾礦渣場污染農田這兩大類礦山地質環境問題，是我國山地金屬礦山開采的普遍性問題。因此，開展金礦區礦山地質環境問題的治理工程對于我國類似金屬礦山具有重要的借鑒意義和推廣作用。

1 區域地質環境概況

研究區地貌自南而北，依次劃分為秦嶺中低山、山前沖洪積斜塬區、黃土殘塬溝壑區、黃—渭河沖積平原區四個地貌單元分區。主要出露的地層為太古界太華群變質巖系和第四系全新統松散堆積物，由新到老依次為：第四系松散堆積物人工堆積物、崩積物、洪積物、沖洪積物和殘坡積物，太古界太華群變質巖系。研究理區地處小秦嶺太華臺拱與汾渭斷陷結合部，由于古老基底太華群的長期隆起和渭河斷凹的不斷下降，形成懸殊的地形地貌單元和構造單元。金礦區地形較陡，地表水排泄條件良好，水文地質條件簡單，根據野外調查并結合區域水文地質資料分析，地下水類型主要為淺部松散層孔隙水和基巖裂隙水，補給來源主要為大氣降水。

2 龍灣溝泥石流溝特征

2.1 泥石流形成過程

龍灣溝泥石流的孕育、發生和發展受多種因素的控制，其中，物源豐富，以采礦廢渣為主、匯水面積和溝道縱坡比較大是最重要的影響因素。根據走訪調查，2010年“7.23”持續性強降雨期間龍灣溝發生了一次規模較大的泥石流災害，上游松散的第四系覆蓋層遇水飽和后，沿著溝道傾瀉而下，沿途對溝底和兩側斜坡上的松散堆積物進行沖刷和再搬運，進一步補充了泥石流的物源。在其運移過程中，一部分粒徑較大的塊石在較為平緩開闊的地方堆積，剩余的泥沙攜帶者碎塊石順著溝道傾瀉而下，涌出并堆積在溝口的開闊地帶。通過走訪獲知，當時泥石流堆積范圍已覆蓋了溝口處的公路，并涌入河道，造成河流偏移。對當地居民的生命財產和出行造成了威脅。

2.2 泥石流形成的地質環境條件

2.2.1 地形地貌

龍灣溝地貌單元為低中山侵蝕地貌和溝口洪積扇，總體地形東南高西北低，高程最高1320m，最低948m，高差約372m。

主溝溝道較為順直，剖面上呈折膝狀，上陡下緩。上游匯水區面積0.36km2，縱坡降484.6‰，溝谷形態“V”字型，平均坡度43°。泥石流流通區長度375m，縱坡降239.7‰，平均坡度42°，溝谷形態“V”字型，溝道較為順直，切割深度一般0.5m～2m，局部可達2.5m。

2.1.2 地層巖性

龍灣溝出露的地層主要為太古界太華群和第四系全新統地層，由新到老依次描述如下：

（1）第四系松散堆積物（Q4）

（2）太古界太華群（Ar3）

主要巖性為花崗巖和片麻巖，顏色呈青色、肉紅色和灰色；巖質堅硬，強度較高，節理較為發育，風化程度微～中等。

3.3 固體物源特征

龍灣溝泥石流的主要物源是殘坡積物、崩坡積物、洪積物和礦渣。經現場調查統計，龍灣溝現有松散固體物質總方量約5.23×104m3，主要由大小不等的礦渣、塊石、泥沙和含碎石粉質粘土組成，塊石粒徑一般為0.5m～2.0m。。

3.4 泥石流類型劃分

龍灣溝泥石流按水源為暴雨型泥石流，按物源為礦渣型泥石流，按集水區地貌特征為溝谷型泥石流，按爆發頻率為低頻泥石流，按物質組成為水石型泥石流，按流體性質為稀性泥石流。

3.5 泥石流成因分析

龍灣溝泥石流的形成具備了物源、地形地貌和水源條件，但其爆發的主要原因是強降雨。

（1）物源條件：據現場調查，龍灣溝具有較豐富的物源，以坡面侵蝕、沖溝侵蝕和礦渣為主，結構松散，雜亂，這些松散物質為泥石流的形成準備了的固體物質。在強降雨作用下，降雨迅速入滲，飽和軟化松散土體，土體易隨雨水順溝道流動，形成泥石流災害。

（2）地形地貌條件：龍灣溝泥石流溝上游集水面積較大，具有匯水和匯聚固體物質的條件。溝頭至溝口高差372m，地形坡度較陡，有利于泥石流的流通。

（3）水源條件：從誘發因素來看，龍灣溝泥石流為暴雨型泥石流，潼關縣2010年7月23日境內持續強降雨為泥石流的爆發提供了足夠的水源。

3.6 泥石流易發性和危害性評價

3..6.1 泥石流易發性評價

石板溝泥石流均為暴雨型泥石流，主溝侵蝕速度大于支溝，溝口處的堆積扇高處于增長狀態，松散堆積物儲量較多，結合《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ/T0220-2006）中附錄C泥石流溝發展階段的識別表判斷，該泥石流處于發展期。

再根據該規范中附錄G泥石流綜合評分判斷方法來評價泥石流的易發程度，考慮溝谷的地形條件、沿程補給長度、河溝縱坡坡度、松散物儲量、流域面積及當地的降雨情況等15項影響因素進行綜合評價，石板溝泥石流15項因素得分之和為89分，屬易發泥石流溝。

3.6.2 泥石流危害性評價

該泥石流威脅行人的生命財產安全，泥石流一旦發生，將會造造成公路阻斷、堆積體涌入河道阻塞河流，間接威脅下游居民的安全。根據《泥石流災害防治工程勘查規范》（DZ/T0220-2006）第5.2.3的規定，潛在危害性等級為小型。

4 泥石流防治對策

根據泥石流溝的地質環境條件及分析計算結果，綜合提出了排洪渠+格賓籠擋墻+截、排水+植樹綠化的防治措施。

4.1 排洪渠

龍灣溝溝道較長，溝道相對較寬，從溝道中部開始設置排洪渠，排洪渠起始端設置為喇叭狀，有利于匯水，終點處接入公路邊涵洞口，排洪渠中心線與溝道主流中心線一致。由于現有涵洞已經堵塞，需進行清理疏通，方能把水排入主峪道。

共修建排洪渠579m，采用M10漿砌石砌筑，寬2.4m，高1m，底部為20cm厚C20混凝土墊層，每15m設置一道伸縮縫。

4.2 格賓籠擋墻

龍灣溝內頂部堆渣顆粒較大，采用Ⅵ類格賓籠擋墻進行前緣攔擋，攔截泥石流物源，施工方便且有利于排水。格賓籠擋墻規格采用φ8鍍鋅覆塑防腐處理網，網孔直徑10cm，外層用大礫石內層小礫石填充，可就地取材，加固渣堆坡腳。格賓籠擋墻長30m，高8.25m，底部設置0.5m厚砂石料墊層和0.5m厚C20混凝土擴大基礎。在龍灣溝中下段存在一堆細粒礦渣，堆積于溝道北側，沿溝道設置漿砌石擋墻，攔截物源，漿砌石擋墻長82m。

4.3 截、排水

在渣堆周圈地帶設置截水溝，把水流截至溝道內，截水溝尺寸同前，共布置169m。在攔渣擋墻下部布設排水溝，排水溝尺寸同前，共布置31m。

4.4 植樹綠化

在對渣堆進行攔擋之后，對上部進行挑穴植樹，種植白皮松，株距2m，樹高不小于1m，胸徑不小于8cm，打穴規格50×50×50cm，表層翻耕，使表層20cm～30cm疏松，利于雨水下滲、水分保持，在不利于植樹綠化的斜坡地帶種植草皮或者播撒藤蔓植物種子。綠化面積為2820m2。

5 結論

以秦嶺龍灣溝礦山泥石流為研究對象，采用野外調查和分析計算的手段，總結了龍灣溝泥石流溝的基本特征，提出了工程防治對策，得出的主要結論如下：

（1）龍灣溝泥石流的孕育、發生和發展受多種因素的控制，其中，物源豐富，以采礦廢渣為主、匯水面積和溝道縱坡比較大是最重要的影響因素。

（2）龍灣溝泥石流的主要物源是殘坡積物、崩坡積物、洪積物和礦渣。

（3）龍灣溝為易發性泥石流溝，按水源為暴雨型泥石流，按物源為礦渣型泥石流，按集水區地貌特征為溝谷型泥石流，按爆發頻率為低頻泥石流，按物質組成為水石型泥石流，按流體性質為稀性泥石流。

（4）提出了排洪渠+格賓籠擋墻+截、排水+植樹綠化的泥石流綜合治理措施。

該問題的研究對礦山泥石流的治理具有一定的指導意義。