湖北省云應膏鹽礦區地面塌陷防治措施建議

譚偉 李衛華 田巍

摘要：湖北省云應地區膏鹽礦資源豐富、開采歷史悠久，因采礦導致的地面塌陷問題也由來已久，造成的經濟損失巨大，嚴重威脅到了當地百姓生命財產安全，急需開展相應的防治工作。本論述從防治工作部署、監測預警方式、應急響應應對、治理措施幾個方面針對不同類型地面塌陷及塌陷不同階段提出相應的對策建議，包括工程治理措施、搬遷避讓措施、植物修復措施等。旨在通過以上手段保障當地百姓安全，達到防災減災的目的，為湖北省云應膏鹽礦區可持續發展提供技術支撐。

關鍵詞：地面塌陷；監測預警；防治措施

中圖分類號：P624文獻標志碼：A

經統計，湖北省云應地區因采礦導致的地面塌陷共計43處，共威脅人數近兩千多人，經濟損失達2 300萬元，急需開展相應的防治工作。通過合理布設監測設備可以快速捕捉災害發生的信號從而及時發布預警信息迅速開展應急處置、有效減輕災害造成的損失。通過對已發生地面塌陷區域開展工程治理，可以改善當地百姓生存環境，有利于和諧社會建設[1]。

1防治原則

地面塌陷防治應從可持續發展角度出發，樹立以預防為主，防治為輔的觀念，做到與生態環境保護密切結合。通過有效的防治措施，預防水土污染，穩定地質環境，有效減輕和遏制生態環境惡化，增加可利用土地資源，保障膏鹽礦建設發展。具體應遵循以下原則。

1.1加強地面塌陷監測預警工作

通過監測手段快速獲取地質環境條件變化數據，并及時發出預警信息，可為避險決策和應急處置提供關鍵依據。專業監測和群測群防相互補充，前者突出機理、定量預警預報、為治理論證提供依據，指導群測群防；后者是對地面塌陷危險區實施全覆蓋監測預警，實現及時避讓、自救、互救。

1.2加強應急反應與處置系統建設

突發地面塌陷應急準備與響應是控制、減輕災害可能造成的人身傷害、財產損失及環境破壞的有效措施，也是保障公共安全的重要手段。通過加強應急反應與處置系統建設，來應對可能的突發地面塌陷，以便災害發生時能夠做到反應及時、臨危不亂，有組織有秩序的搶險救災，減少不必要的損失。

1.3工程和生物措施相結合

通過工程措施改變地面塌陷的形成條件和致塌因素，使之向不利于地面塌陷形成的方向發展，從而達到防治的目的；生物措施主要是通過種植能凈化土壤環境的植物，恢復其原有農耕功能，達到對鹽堿化土壤治理修復的目的。可根據不同塌陷區特點采取多種措施綜合處置，利用不同措施的組合優勢達到最佳效果[2]。

1.4由點及面、逐步推廣

由于地面塌陷防治工作難度大、成本高，不宜集中統一開展，相反應按輕重緩急分三個階段開展：第一階段（2021～2022年）建立完善各礦區監測系統，實現監測預警自動化；第二階段（2023～2025年）根據監測結果選擇典型災害點開展相應防治工作試點，并對防治效果進行跟蹤監測，選點優先考慮以下條件：（1）威脅人數較多（≥30人），威脅重要設施；（2）尚未規劃或實施搬遷、治理；（3）后期規劃將作為功能性用地；（4）已開展過監測工作，具有相應監測資料；（5）成災機理較為典型。第三階段（2026～2030年）根據典型災害點防治工作效果，選擇合適的防治措施，由點及面逐步推廣到所有礦區。

2監測預警

2.1監測預警方法

監測預警方法要建立在群測群防與專業監測基礎之上。其中，群測群防監測主要是通過人工巡視，在發現異常現象時進行人工預警；專業監測依據地表變形、深部位移與地下水電導率等監測數據開展專業預警。監測預警工作流程如圖1所示。專業監測方法如下。

2.1.1深部垂直位移監測

深部垂直位移監測設備主要由電磁沉降儀、沉降管、沉降磁環組成，如圖2所示。電磁沉降儀是用于定期人工采集數據的儀器，由含有導線的鋼帶尺、不銹鋼磁性探頭、聲光指示器電路及平尺卷軸等組成；沉降管是給電磁沉降儀的探頭提供工作通道及作為沉降磁環的運動導軌；沉降磁環是一種磁性傳感元件。工作原理為：當安裝于設計深度的沉降磁環隨周邊土體發生位移時，通過從地面管口往下放探頭，探頭接近沉降磁環的區域時，感應到磁信號并通過導線傳遞至卷軸內的聲光指示器指示，此時讀取鋼帶尺上的刻度數值，對比初始讀數，得出每個磁環的位移量，從而獲取沉降數據。

2.1.2地表位移監測

地表位移監測設備主要由高精度GNSS接收機、外置測量天線、太陽能供電系統及一體化立柱支架等組成如圖3所示。工作原理為：在監測區域內，采用“1+ N”模式，即建設安裝1個GNSS基準站及對應的多個GNSS監測站。各GNSS監測站與基準站接收機實時接收GNSS信號，并通過數據通訊網絡實時發送到控制中心，通過數據分析軟件獲取各監測點實時三維坐標，并與初始坐標進行對比，從而獲得對應監測點位移量，同時分析軟件根據事先設定的預警值而進行報警。

2.1.3地下水位、水質監測

地下水位、水質監測設備主要由遠程終端單元（簡稱RTU）、多參量水質分析儀、太陽能供電系統及一體化立柱支架等組成，如圖4所示。工作原理為：通過在水文孔中下放安裝多參量水質分析儀，感知地下水位、水質參數的變化，得到具體的數據并進行相應數據的處理轉換，經由數據傳輸線纜存入地面監測儀器RTU中，RTU對傳感器的數據進行讀取、存儲并上傳至云平臺，平臺對當前及長期的監測數據進行處理與展示，從而達到地下水位、水質在線監測的目的。

2.2預警判據

預警判據主要包括變形量、變形速率、變形特征、注采井鹵水濃度及水量等。

2.3預警模型與預警指標

（1）可根據群測群防和專業監測綜合研判的監測結果確定預警模型，建立四級預警指標。

（2）預警結果應根據不同類型的預警指標綜合判定（如圖5所示）。

2.4預警等級與信息發布

2.4.1地面塌陷監測預警等級

（1）紅色預警（警報級）：地面塌陷發生的可能性很大，各種監測數據變化很大，現場異常現象很明顯，短期內災害發生的概率很大。

（2）橙色預警（警戒級）：地面塌陷發生的可能性較大，各種監測數據變化較大，現場異常現象較明顯，短期內災害發生的概率較大。

（3）黃色預警（警示級）：地面塌陷發生的可能性小，各種監測數據變化較小，現場可見局部異常現象，短期內災害發生的概率小。

（4）藍色預警（注意級）：地面塌陷發生的可能性很小，各種監測數據變化很小，現場異常現象不太明顯，短期內災害發生的概率很小。

2.4.2預警級別調整

（1）預警級別提高

監測顯示，地面塌陷宏觀跡象及短臨前兆更加明顯，短期內大規模發生的概率增大，地面塌陷風險進一步增大，經會商認定后，可以提高預警級別。

（2）預警級別降低與解除

地面塌陷風險降低，發生概率變小，短臨前兆監測數據趨緩，經會商認定后，可以降低預警等級或解除預警。

（3）預警信息發布

①發布流程

預警信息由縣級以上人民政府自然資源主管部門發布，第一時間將相應等級預警信息告知相關責任人，并根據有關規定決定是否向社會發布。

②發布渠道

發布渠道包括電話、傳真、網絡、網站、電視臺、廣播、短信、微信、微博、QQ、電子顯示屏，以及高音喇叭、銅鑼、口哨等方式。

2.5預警響應

（1）藍色預警應對措施

藍色預警發出后，群測群防員應去現場對宏觀跡象進行巡查，并將有關情況進行反饋至鄉（鎮、街道辦事處）自然資源主管部門。

（2）黃色預警應對措施

黃色預警發出后，監測責任人、群測群防員應去現場對宏觀跡象進行巡查；技術支撐單位加強監測數據分析，開展中期預警，預測發展趨勢，并到現場進一步核查，并將有關情況反饋至鄉（鎮、街道辦事處）自然資源主管部門。

（3）橙色預警應對措施

橙色預警發出后，監測責任人、群測群防員應去現場對宏觀跡象進行巡查，加強對宏觀變形跡象的監測；技術支撐單位加強監測數據分析，開展短期預警，預測發展趨勢；鄉（鎮、街道辦事處）防災責任人會同技術支撐單位前往現場進一步核查，并將有關情況反饋至縣（區）級自然資源主管部門。

（4）紅色預警應對措施

紅色預警發出后，監測責任人、群測群防員應去現場對宏觀跡象進行巡排查，加強宏觀變形監測及短臨前兆監測，開展短臨預警，由其根據現場宏觀變形等實際情況判定是否提前組織地面塌陷危險區群眾進行轉移。縣級自然資源主管部門會同鄉（鎮、街道辦事處）和技術支撐單位前往現場進一步調查處置，若確屬災險情，則立即按照應急預案和災險情速報機制采取相應行動。

3應急響應措施

根據塌陷發生過程的不同階段，應采取不同的應急處置措施：在突發階段應采取有效的應急自救措施，在緩變階段應以外界救援為主；在暫時穩定階段則須開展相應工程治理措施消除隱患[3]。

應急自救：通過開展日常應急演練，增強百姓面對突發事件應急自救能力，在災害發生初期迅速開展自救逃生，減少不必要的傷亡與損失。

外界救援：當災害發生，應按照事先制定的應急預案快速響應，消防、公安、醫療等救援隊迅速開展相應疏散救援工作。

工程治理：在查明塌陷原因基礎上布置監測工作，確定地面塌陷進入暫時穩定階段后，即可開展必要的地質勘查工作，通過工程治理消除隱患。

4治理措施建議

4.1工程治理

4.1.1土洞型地面塌陷治理工程方案建議

工作區內調查已發生或潛在土洞型地面塌陷均位于鹽礦采空區，其治理工程主要措施如下：

（1）鹽井封堵：對廢棄鹽井，超期服役鹽井，以及鹽井井管出現嚴重銹蝕、錯斷等造成冒鹵的鹽井，嚴格按規范要求進行封堵。

（2）注漿：查清地下含水層、土洞分布及其影響范圍，采用鉆孔灌注法將一定比例的水泥漿注入塌陷區，填充地下孔隙（洞）、隔斷地下水流通道，加固巖土體結構，使之達到穩定狀態。

（3）塌陷坑回填：對已形成的塌陷坑開展勘查工作，查清土洞分布及其深度并進行回填夯實，提高承載力。

4.1.2冒頂型地面塌陷治理工程方案建議

工作區內調查已發生或潛在冒頂型地面塌陷均位于石膏礦采空區，其治理工程主要措施如下：

（1）采空區回填：在查清塌陷范圍及深度的前提下，對已形成的采空區及時用碎石土進行回填，并覆蓋粘土碾壓夯實。

（2）土地平整：對已穩定的塌陷坑地段，進行回填，平整土地，保持地面徑流通暢；對未穩定的塌陷坑地段，則不宜開展土地整理，以免殘余變形導致再次塌陷。

（3）截、排水：在塌陷坑及外圍修建截、排水溝，防治地面徑流沿地裂縫流入地下。

（4）注漿：采用鉆孔灌注法注入一定比例的水泥漿，填充地下空腔、隔斷地下水流通道，加固巖土體結構，防止冒頂型地面塌陷的發生。

4.2搬遷避讓

安置方式主要有就近安置、自主安置和集中安置幾種方式。其中：就近安置指在原址附近選擇安全區域安置，選址地可占用自己耕地、臨村（組）耕地或荒地；自主安置指投親靠友等自行搬遷的方式；集中安置指政府統一選址進行異地安置，新址選址應嚴格執行國家土地政策、本著安置與發展相結合的原則。

4.3植物修復

云應膏鹽礦區地面塌陷過程中，造成局部地區土壤鹽堿化而失去原有農耕功能，因此在防治過程中應該對鹽堿化土壤進行治理修復。其方法主要是通過種植能凈化土壤環境的植物，恢復其原有農耕功能，達到對鹽堿化土壤治理修復的目的。其中以種植草本和木本植物效果最好。草本植物主要包括草木樨、豬毛菜、艾蒿、補血草和苜蓿；木本植物主要包括白刺、杜梨和銀水牛果[4-6]。以上植物均能有效降低土壤中的鹽含量，對鹽堿土的改良效果均較好。

參考文獻：

[1]劉勇，譚偉，等.云應膏鹽礦區地面塌陷及地面沉降區調查與監測成果報告[R].湖北：湖北省地質環境總站.2021.

[2]鄧啟江.重大工程巖溶塌陷防治綜合研究[D].北京：中國地質大學，2010.

[3]羅小杰.巖溶地面塌陷理論與實踐[M].武漢：中國地質大學出版社，2017.

[4]陳剛，孫國榮，彭永臻，等.星星草人工草地氮素積累對松嫩鹽堿草地植被演替的影響[J].生態學報，2018（5）：2031-2041.

[5]張瑛，羅世武，王秉龍.紫花苜蓿改良鹽堿地效果研究[J].現代農業科技，2009（20）：121，125.

[6]高彥花，張華新，楊秀艷，等.耐鹽堿植物對濱海鹽堿地的改良效果[J].東北林業大學學報，2011，39（8）：43-46.