潼關礦山泥石流發育特征及防治探討

王葵穎

0 前言

礦山泥石流是山地礦產資源開發區比較多見的地質災害類型之一[1]，對人民生命財產和礦山生產活動產生過顯著影響。陜西潼關金礦區地處小秦嶺北麓，歷史上發生過數次礦山泥石流災害，造成了重大的人員傷亡和財產損失。例如：1994年7月11日，西峪上游大暴雨形成山洪，沖蝕溝道中采礦渣，形成泥石流，沖毀礦區公路9 km，涵洞3 km，淤埋文峪金礦礦山設備百余臺，51人死亡，上百人失蹤。7月12日，支溝洪水將文峪金礦尾礦庫潰壩，形成的坡面泥石流進入主溝，形成溝谷泥石流。1996年8月15日，東桐峪在強降雨作用下發生泥石流災害，沖毀房屋、橋梁、農田及金礦石，直接經濟損失340萬元。2010年7月23日，蒿岔峪旮旯溝在暴雨作用下，上游山體發生淺層梳狀滑坡，在溝谷匯聚形成泥石流，沖毀下游選礦廢渣，造成8人死亡的地質災害[2]。從礦業開發階段看，上述泥石流災害均屬開發活躍期的礦山地質災害，具有人為性、頻發性、再發性等特點。

泥石流的形成與發生受物源的含水率影響，土體的水理性質決定了土壤吸水量和透水量的大小和變化，而土壤的吸水性、持水性和透水性的變化直接影響了水分的入滲[3]。多年長期堆存的采礦廢渣，穩定性、孔隙度、物質組成、植被覆蓋等參數以及人類活動影響程度，均不同于開采新堆放的廢渣。堆放三年以上的廢渣的入滲速率和入滲時間的相關性明顯高于新堆放廢渣[4]。對于陜西潼關金礦區而言，目前隨著資源的枯竭，開發強度越來越弱。雖然新渣增量接近于零，但由于歷史廢渣堆組成結構、水分條件的改變，其礦山泥石流隱患依然嚴重。本文通過分析典型泥石流溝的地質環境條件和金礦開發廢渣堆發育特征，探討資源枯竭礦區的礦山泥石流防治思路。

1 典型泥石流隱患溝地質環境條件

善車峪位于潼關縣太要鎮，是潼關南部山區七條峪道之一，是重要的金礦開發區，其礦業開發主要集中在中、上游的干溝、鱉蓋子溝、對溝岔、偏岔一帶。善車峪主溝方向呈北北西向，海拔700～1900 m，縱坡降10.64%，峪道呈“V”字形。

1.1 地形地貌

干溝位于善車峪上游，溝長1.5 km，溝谷走向約65°，溝道橫斷面呈“V”字型，海拔1100～1500 m，縱坡降38%，匯水面積約 0.79 km2，兩側坡體坡度約 30°～40°，溝底一般寬 30～60 m。兩側山坡上植被多為喬、灌木及草地，出露基巖為條帶狀混合巖、斜長片麻巖等，巖石結構較完整，弱風化。陡峻的地形地貌條件有利于坡面徑流迅速匯集，勢能轉化為動能，且暴漲猛落，使得坡面水、溝谷水流具有較強的沖蝕和搬運能力。高陡的地形地貌為泥石流發生提供了條件。

1.2 地層巖性

地層巖性為太華群翁岔鋪組黑云母斜長片麻巖夾角閃斜長片麻巖，巖層片麻理產狀240°∠45°，塊狀結構，片麻狀構造，巖石節理發育，弱風化。

1.3 降雨量

研究區屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候，四季分明，年均氣溫13.6℃，年均降水量645.8 mm，最大年降水量984.7 mm（1958年），最小年降水量318.7 mm（1997年），季節分配不均，7月～9月三個月的降雨量占全年降水量的50.8%，且多為暴雨（圖1）。此前歷史上24 h最大降雨量113.4 mm（1985年7月24日），1 h為 93.2 mm，10 min為 26.2 mm（1960年7月22日）。極端降雨事件是該區域暴發泥石流的激發因素，由于礦渣的大粒徑、多孔隙等特征，一般降雨情況下，很難起動溝道堆積的礦渣。一旦遇到超強暴雨，由于特殊的地形條件，洪流快速匯集，形成超強洪流，搬運起動溝道礦渣，從而形成泥石流。例如在2010年7月23日誘發的旮旯溝泥石流時間，就是由于典型的超強降雨事件誘發，據氣象站統計資料，7月23日13:05～19:30的6.42 h內，累計降雨量142.9 mm，其中泥石流發生前1 h降雨量57.1 mm，前10 min為4.3 mm，為特大暴雨。高強度、短歷時的極端降雨直接誘發了“7.23”泥石流。

圖1 潼關縣多年月均降水量直方圖

1.4 開發活動

潼關金礦開發歷史悠久，北宋時即有開采記錄，而規模開發始于1975年，20世紀90年代達到高峰，后經礦山秩序整頓，金礦企業大幅減少。目前已經進入資源枯竭期，僅有零星開發活動。歷史上干溝分布數家金礦企業，開發方式以平硐為主，采出的礦石、廢渣隨意堆放于硐口。

1.5 威脅對象

善車峪上游干溝內住有數十人的采礦工人，以及礦山工業場地、機械設備等設施，下游的主峪道內建有重要的國防設施。這些均可能遭受上游開采區礦山泥石流的潛在威脅。

2 典型泥石流隱患溝采礦廢渣的分布特征

2.1 廢渣堆分布

30年來的金礦開發，使干溝內采礦坑口眾多，形成“樓上樓”的采礦活動，采礦廢石隨意堆放，形成重重疊疊礦渣帶。經實地調查發現，溝內堆積廢渣約4.13萬m3，堆積面積約3.81萬m2，溝內松散廢石堆高度一般在10～25 m，個別高達30 m。渣石堆邊坡坡角30°～40°，大多處于失穩的臨界狀態。隨著廢渣的增加，河道“卡口”、“瓶頸”增多，多年洪水攜帶廢石淤積墊高河床達 1～3 m。

2.2 廢渣堆物質組成

潼關主要開采石英脈型金礦，采礦排放的廢石主要是含金石英脈的圍巖（片麻巖、角閃巖等）及含金品位極低的石英石，巖石抗壓、抗風化能力強（表1）。

無論1994年、1996年歷史上發生的泥石流地質災害，還是目前泥石流地質災害隱患，采礦廢石占泥石流物源的90%。廢石粒度級配寬，塊度大，孔隙度大（表2）。采礦廢石塊直徑大小懸殊、棱角明顯、混雜堆積。礫徑為0.2 cm×0.2 cm×0.2 cm～20 cm×30 cm×40 cm，平均為10 cm×15 cm×15 cm。廢石礫塊間存在較大的孔隙，山坡匯水能夠較快滲透通過廢石堆，很難將其浮托起或形成潰決型渣水混合物（表3）。隨著時間推移，溝坡兩側殘坡積物質的加入，細的物質含量增多，滯水能力增大，泥石流發生的可能性將增大。

表1 片麻巖工程力學參數

表2 物源顆粒級配

表3 物源容重、空隙度

2.3 廢渣堆穩定性

干溝溝長1500 m，廢渣補給長度與溝長比0.43，溝道兩側坡角40°，河道彎度率1.10，河道堵塞率0.87，渣量穩定性0.84，采礦強度大，渣石堆層層疊疊，渣堆大部分無擋護墻，穩定性差。在暴雨、礦震、重力等作用下，有向下滑塌的危險。

3 礦山泥石流的防治措施與建議

3.1 建立泥石流監測預警系統

在上游地表水匯流區，布設雨量監測站，參照歷史泥石流發生時降雨量，設立降雨量臨界值，形成南部山區降雨預警預報；在流通區建立泥位監測站、地聲監測器，采集泥石流實時信息，積累泥石流研究所需數據的同時，觸發報警系統；在下游設立報警系統和責任人，實現提前預警，避免災害傷亡。

3.2 形成區采用透水柔性穩渣措施

根據研究區采礦廢石類型，參照其他地區泥石流防治經驗，在廢石渣集中的上游支溝，采用鉛絲籠防治措施，即用鉛絲編制結成網格的籠狀物體，內填塊石，既起到攔渣穩渣作用，又具有透水性，并利用回淤，降低溝谷坡降，削減泥石流能量和流速，減少洪水對渣堆和壩體的沖擊作用，保證廢石堆邊坡穩定，減少滑塌形成泥石流，從源頭上消除和化解泥石流的成災因素。

3.3 流通區修筑攔擋設施

在溝道的中游通過修建多道攔砂壩，主要用于攔蓄泥沙，排泄上游洪水并疏干庫內積水和淤積物孔隙水；避免攔砂壩控制段內的上游重力侵蝕和下游溝道水力侵蝕，起穩定岸坡與滑坡，制止溝道下切和側向擺動的作用；抑制泥石流發生，限制（約束）泥石流運動，減輕泥石流災害的作用。

3.4 疏通河道，引導排水

排渣場應事先做好排水（如在棄渣下方事先修建維護方便的排水管道或其他通道）、防護等工作。主峪道內疏通河道、改善排水條件，清理溝內淤積砂礫石和滾石等，修建全流域河流通道，使水流在流域內順暢、迅速排向下游。

3.5 廢渣綜合利用

提高礦產利用率，減少廢渣排放對環境的影響；加大棄渣的再次利用率，用于采空區回填、筑路與建材等。

4 結論

（1）善車峪干溝地形陡峻，暴雨頻發，采礦廢渣發育，穩定性差，具備形成礦山泥石流的條件。

（2）在泥石流物源堆積區，針對采礦廢渣顆粒粗、孔隙度、透水性好的特點，建議采用鉛絲籠等工程手段固定物源，其具有造價低、施工速度快、自適應性強、選材容易、不增加泥石流物源及具有透水性等優點。

（3）在泥石流流通區，清理占據河道的廢石堆和障礙物，拓寬和疏通河道，修建護堤，保證行洪和泥石流的暢通。同時，采用重力壩、格柵壩等工程措施，攔蓄泥沙，控制廢渣穩定性的同時，有效降低靜水壓力，避免群死群傷的重大泥石流地質災害發生。

[1]徐友寧,何芳,張江華,等.礦山泥石流特點及其防災減災對策[J].山地學報,2010,28（4）：463-469.

[2]莊建琦,崔鵬,胡凱衡,等.溝道松散物質起動形成泥石流實驗研究[J].四川大學學報,2010,42（5）：230-236.

[3]吳欽孝,韓冰,李秧秧.黃土丘陵區小流域土壤水分入滲特征研究[J].中國水土保持科學,2004,2(2):1-5.

[4]陳華清,徐友寧,張江華.小秦嶺大湖峪礦渣型泥石流的物源特征及其危險度評價[J].地質通報,2008,27(8):1292-1298.