某礦山強(qiáng)降雨泥石流特征及防治對策技術(shù)探討

劉蒙蒙

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730050）

礦山會(huì)堆積大量的廢石棄土，棄渣的堆放受水文地質(zhì)、氣候條件、巖土力學(xué)性質(zhì)等相關(guān)因素的影響，在降雨量增加季節(jié)，極易誘發(fā)礦山泥石流，礦山泥石流的發(fā)生具有突發(fā)性、破壞性、運(yùn)動(dòng)快速、歷時(shí)短暫等特點(diǎn)，其危害嚴(yán)重，對人類生產(chǎn)生活場所、交通運(yùn)輸、礦企的基礎(chǔ)設(shè)施等造成嚴(yán)重破壞[1-3]。當(dāng)前，我國礦山泥石流問題十分突出，且災(zāi)情相當(dāng)嚴(yán)重。因此，分析礦山泥石流災(zāi)害及其成因，對于加強(qiáng)礦山泥石流的防治有著重要意義[4]。

本文以礦山泥石流為研究對象,對礦山泥石流的形成條件、發(fā)育特征、防治對策進(jìn)行了分析研究，旨在為礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治提供可靠科學(xué)依據(jù)。

2018年7月18日和8月2日，甘肅省臨夏回族自治州多地出現(xiàn)強(qiáng)降雨，3h內(nèi)各縣區(qū)均突遇多年未遇強(qiáng)降雨，局部地區(qū)1h降雨量達(dá)74.8mm，5h降雨量達(dá)166.3mm。受“7.18”暴洪及“8.02”降雨影響，臨夏州部分礦山爆發(fā)泥石流災(zāi)害，致使礦區(qū)周邊居民受災(zāi)。

1 礦山泥石流發(fā)生概況

礦山所在泥石流溝地勢北高南低，相對高差366.1m，溝道兩岸斜坡坡度一般為25°～70°。上游主溝道呈“V”字型，溝道狹窄，最寬處6.5m，下游溝道呈“U”字型。溝口至入河口相對高差31.7m，長度776m，溝口至入河口縱向平均坡降40.85‰。

2 礦山泥石流的成因機(jī)制和引發(fā)因素

2.1 地形地貌條件

研究礦區(qū)所發(fā)生泥石流地貌類型主要為低中山地貌，物質(zhì)組成主要為風(fēng)積黃土，土質(zhì)疏松，具垂直節(jié)理，土體孔隙發(fā)育，出現(xiàn)的溝谷多呈“V”字型，山高溝深，地勢陡峭，溝坡坡度一般25°～50°，主溝縱坡比在367.9‰，流域形狀便于水流的匯集，上游形成區(qū)地形比較開闊，周圍山高坡陡，地形便于碎屑物質(zhì)的集中。中游流通區(qū)多為狹窄陡深的峽谷，溝床縱坡坡度較大，使泥石流得以迅猛直瀉。下游堆積區(qū)地形多為的河谷階地，便于碎屑物質(zhì)的堆積。

2.2 松散固體物質(zhì)儲(chǔ)量條件

礦山泥石流物源主要為棄土棄渣物源、其次為坡面物源，溝谷發(fā)育沖蝕（側(cè)蝕）、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為礦山泥石流形成提供了大量松散固體物源。

2.3 水文條件

礦山泥石流產(chǎn)生的條件主要為降雨，根據(jù)氣象局提供的氣象資料，“7.18”暴洪及“8.02”降雨，臨夏州三十分鐘最大降水量37.4mm，十分鐘最大降水量14.3mm。均大于歷年觀測最大值，可見具備泥石流形成的水文條件。水不僅是礦山泥石流的組成部分，更主要的是松散固體物質(zhì)的搬運(yùn)介質(zhì)，在物源、地形有利條件下，它是礦山泥石流的最直接誘發(fā)因素。

3 礦山泥石流特征

3.1 物源特征

礦山泥石流流域內(nèi)的松散物補(bǔ)給源物分為三種類型：棄土棄渣物源、坡面侵蝕物源、溝床堆積物源。堆積物主要由粉質(zhì)粘土、礫石、碎石等組成，偶見塊狀礦石，土質(zhì)成分含量較多，主要為粉質(zhì)粘土。流體稠度較高，堆積物分選性相對較差，磨圓度較差；溝道中下游段堆積物則以粉質(zhì)粘土夾碎石為主。

表1 松散物質(zhì)儲(chǔ)量匯總表

3.2 流體重度

根據(jù)現(xiàn)場配漿法、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法兩種方法，最終確定礦山泥石流流體重度為14.55KN/m3。

3.3 流量

根據(jù)配方法和形態(tài)調(diào)查法計(jì)算結(jié)果分析比選，礦山泥石流不同頻率（P=1%、P=2%和P=5%）泥石流洪峰流量見表2。

3.4 流速

礦山泥石流平均流速計(jì)算采用糙率系數(shù)表法計(jì)算，將泥石流中各種阻力因素都用糙率系數(shù)表示，在按一般水力學(xué)的薛齊－曼寧公式計(jì)算流速。

表2 洪峰流量和平均流速計(jì)算表

一次泥石流過流總量Q通過計(jì)算法確定。根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場勘查后確定，本次礦山泥石流歷時(shí)3h，洪峰流量Qc（m3/s）按泥石流暴漲暴落的特點(diǎn)，將其過程線概化成五角形，按規(guī)范[5]附錄I式I.6進(jìn)行計(jì)算。

Q=KTQc

不同計(jì)算頻率下一次泥石流沖出的固體物質(zhì)總量QH（m3）按照規(guī)范[6]附錄J中J.20提供的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

QH＝Q（γc-γw）/（γh–γw）

表3 礦山泥石流過流總量和沖出量計(jì)算表

礦山泥石流整體沖擊壓力采用鐵二院公式[5]，泥石流體重大塊石的沖擊力按照對墩的沖擊力計(jì)算公式。

表4 整體沖壓力和塊石沖擊力計(jì)算表

按照規(guī)范[6]附錄I式進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果見表5。

表5 泥石流爬高、最大沖起高度和彎道超高計(jì)算表

4 防治對策

研究礦區(qū)的上游溝道狹窄，呈V型，中下游呈U型，溝道縱比降367.9‰。上游溝道較窄，寬度3m～4m，兩側(cè)滑坡發(fā)育，布設(shè)攔擋壩基本條件不具備；中下游溝道較寬，寬度7m～14m，兩側(cè)坡體坡度較緩，坡度25°～40°。溝道較順直，布設(shè)攔擋壩基本條件具備。另外由于中游發(fā)育H3滑坡，滑坡下游設(shè)置攔擋壩回淤，可反壓滑坡坡腳，穩(wěn)固滑坡，并起到削弱洪峰的作用。為保護(hù)礦區(qū)周邊群眾安全，從溝口至入河口溝道進(jìn)行清淤，并布設(shè)雙側(cè)排導(dǎo)堤，修補(bǔ)已有排導(dǎo)工程，最終將泥石流沖出物排出。

5 結(jié)語

（1）礦山泥石流屬于暴雨溝谷型稀性高頻泥石流。

（2）區(qū)域“7.18”暴洪三十分鐘最大降水量37.4mm，十分鐘最大降水量14.3mm，均大于歷年觀測最大值，為礦山泥石流形成的提供了水文條件。

（3）調(diào)查表明，流域內(nèi)具有礦山泥石流發(fā)育的良好物源、水文條件、地形條件,再次發(fā)生礦山泥石流的可能性較大。

（4）礦山泥石流治理推薦方案為：溝道清淤+排導(dǎo)堤+攔擋壩。這些治理措施實(shí)施后，具有良好的防災(zāi)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益。