探討礦山地質(zhì)災(zāi)害防治基本原則及模式

郭建華

（河北省地質(zhì)工程勘查院，河北 保定 071051）

1 礦山泥石流地質(zhì)災(zāi)害危害性及防治困難點(diǎn)

礦山泥石流地質(zhì)災(zāi)害是造成礦山基礎(chǔ)設(shè)施損毀的主要災(zāi)害形式，因地質(zhì)災(zāi)害帶來的經(jīng)濟(jì)損失巨大?；诖?，在規(guī)劃設(shè)計(jì)礦山工程時(shí)，要充分調(diào)查泥石流發(fā)生機(jī)理，對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害防治開展分析總結(jié)分布、針對(duì)不同作用機(jī)制下的泥石流應(yīng)對(duì)應(yīng)不同的防治模式和措施。在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)域開展有大量的泥石流治理工程，成效較好。但在泥石流防治上也面臨一些困難點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，受區(qū)域地貌地勢(shì)差異影響，山區(qū)泥石流的強(qiáng)度不同，流體的沖擊力及粘度也各有差異，由此導(dǎo)致山區(qū)泥石流成災(zāi)方式不盡相同。第二，地質(zhì)災(zāi)害在運(yùn)動(dòng)規(guī)律上有其復(fù)雜特殊性，在防治地質(zhì)災(zāi)害時(shí)需要對(duì)癥下藥，如防治措施不加細(xì)分，防治效果難言滿意。第三，地質(zhì)災(zāi)害防治方案不夠完善或成熟，泥石流防治經(jīng)驗(yàn)?zāi)０逄子脝栴}較常見[1]。

2 礦山泥石流地質(zhì)災(zāi)害工程防治原則

礦山泥石流地質(zhì)災(zāi)害工程防治在開展過程中需要遵守防治原則，不能一個(gè)模板重復(fù)套用[2]。在確定防治原則時(shí)主要參考以下要素：第一，礦山工程屬性；第二，泥石流危險(xiǎn)性指數(shù)，如泥石流的活動(dòng)特征及規(guī)律。在劃分泥石流危險(xiǎn)指數(shù)時(shí)，主要參考泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及潛在泥石流危害性評(píng)估。針對(duì)已經(jīng)發(fā)生的礦山地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)害，結(jié)合實(shí)際規(guī)模及實(shí)際造成的損害確定其危害性等級(jí)，對(duì)于潛在的礦山地質(zhì)災(zāi)害危害性主要以單溝活動(dòng)性為依據(jù)。以上兩個(gè)要素進(jìn)行綜合后，在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治原則的使用上，應(yīng)側(cè)重泥石流危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，即泥石流具備的致災(zāi)能力、規(guī)模、頻率等。具體而言，根據(jù)不同危險(xiǎn)性程度需采用的防治原則如下。

2.1 高危區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的防治原則

高危區(qū)域泥石流溝如存在于礦區(qū)施工范圍內(nèi)，應(yīng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)路線時(shí)盡量加以避讓，如確需穿越，可避讓泥石流危害較為嚴(yán)重的區(qū)域，對(duì)路線進(jìn)行部分修改。需要大面積避讓泥石流災(zāi)害時(shí)，可以在路線設(shè)計(jì)上采用多次跨河方案，對(duì)路線內(nèi)較大概率發(fā)生泥石流危害的路段進(jìn)行隧道穿越設(shè)計(jì)，或者在平坦河岸處選線。尤其是在等級(jí)規(guī)格較高的區(qū)域路線規(guī)劃上，既要考慮技術(shù)性，同時(shí)又要在能夠規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上提高經(jīng)濟(jì)性[3]。而涉及到中等級(jí)及低等級(jí)區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治，選擇繞避設(shè)計(jì)方案時(shí)要在經(jīng)濟(jì)及技術(shù)條件下進(jìn)行，如不具備條件，可以劃分出泥石流災(zāi)害最為多發(fā)的路段，做好礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警，對(duì)這部分路段重點(diǎn)監(jiān)控。

2.2 中危區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的防治原則

礦山工程需要穿越中等危險(xiǎn)屬性的泥石流溝，在防治上也可采用路線局部調(diào)整或規(guī)避的方式，例如選用橋梁來對(duì)泥石流多發(fā)區(qū)進(jìn)行跨越避讓。泥石流堆積扇面如果覆蓋了公路路線，或者因客觀因素礦區(qū)通行路線必須選址于泥石流堆積扇面部位，此時(shí)可以選擇泥石流堆積扇的縫隙處進(jìn)行分散設(shè)橋，也可測(cè)量泥石流活動(dòng)較弱，災(zāi)害發(fā)生時(shí)間較為規(guī)律的部位進(jìn)行架橋或鑿隧。在中危區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治上，也需要根據(jù)等級(jí)來確定具體防治方案，如等級(jí)高，首選高架及隧道形式，如等級(jí)不高，在滿足技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)性的前提下可以使用大橋設(shè)計(jì)方案，如以中小橋涵過水方式。此外，針對(duì)中危區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治，還需要采取必要的輔助手段，如增設(shè)可以起到泥石流攔截作用的工程等。

2.3 輕危地質(zhì)災(zāi)害的防治原則

礦區(qū)內(nèi)通行路線設(shè)計(jì)上如果穿越區(qū)涉及到泥石流災(zāi)害，但相比而言不具有過高的危險(xiǎn)等級(jí)，泥石流活動(dòng)較為穩(wěn)定，同時(shí)能夠有效防治泥石流溝時(shí)，在路線上應(yīng)首先考慮經(jīng)濟(jì)性。此時(shí)可以合理測(cè)量路線的寬度及標(biāo)高，預(yù)留泥石流活動(dòng)的安全空間或攔截區(qū)。在泥石流扇區(qū)進(jìn)行跨越時(shí)，可以采用大中橋方式，如所設(shè)計(jì)路線等級(jí)設(shè)定為中等級(jí)或低等級(jí)，可以采用中小橋涵過水的方式。低危公路泥石流方式需要突出方案的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)，同步加設(shè)泥石流攔截處理配套工程。

3 礦山泥石流地質(zhì)災(zāi)害工程防治模式探討

泥石流本身具備的特性是造成公路泥石流危害的首要因素，如泥石流溝類型特點(diǎn)、泥石流性質(zhì)、公路所處區(qū)域與泥石流溝之間的空間關(guān)系等，因公路所在區(qū)域泥石流自身因素特點(diǎn)不相同，在礦山地質(zhì)災(zāi)害工程防治模式上需要因地制宜。

3.1 結(jié)合礦區(qū)地貌因素選擇正確地質(zhì)災(zāi)害防治模式

礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成與山區(qū)溝谷地貌因素息息相關(guān)，根據(jù)溝谷地貌的不同特征，泥石流可以分為溝谷型泥石流、坡面型泥石流。坡面型泥石流在形成及運(yùn)動(dòng)上主要處于同一個(gè)坡面，一般不具備過大的泥石流溝流域。溝谷型泥石流在構(gòu)成上主要包括了形成區(qū)、流通區(qū)及堆積區(qū)，各區(qū)有明顯分割，泥石流溝流域面積大。

在坡面型泥石流防治上，礦山建設(shè)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)選防治模式，較為常用的模式有：明洞穿越、線路遷移、橋梁跨越、過水路面等幾種。明洞穿越模式根據(jù)坡面泥石流溝的匯流特點(diǎn)而定。此外，泥石流堆積扇體大，坡度陡的區(qū)域也以明洞穿越為主。線路遷移模式適用于危害路段比較狹長(zhǎng)，坡面泥石流溝通不明顯的情況。如采用線路遷移模式，應(yīng)在線路遷移處，即基礎(chǔ)設(shè)施與坡面泥石流交匯部位設(shè)置防護(hù)工程，如丁壩等，對(duì)坡面泥石流沖擊性進(jìn)行消解。橋梁跨越模式主要是對(duì)泥石流溝進(jìn)行跨越，如在泥石流能夠穩(wěn)定流通的區(qū)域或沖切溝分布較為集中的區(qū)域等設(shè)置橋梁。這一模式在高等級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施中較為適用。過水路面模式主要是選擇在礦山基礎(chǔ)設(shè)施與泥石流交匯部位設(shè)置混凝土抗侵蝕處，對(duì)泥石流進(jìn)行清淤。

在溝谷型泥石流防治上，可供選擇的防治模式有：?jiǎn)我慌艑?dǎo)、排攔結(jié)合、沉砂排導(dǎo)、過水路面等幾種。其中，單一排導(dǎo)模式適用于中等級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施，不僅用于泥石流防治，在其他災(zāi)害防治上也較為有效。此模式將排導(dǎo)槽進(jìn)行立體交叉，設(shè)置在基礎(chǔ)設(shè)施及地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的交匯部位，通過排導(dǎo)槽在基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)側(cè)將泥石流排至設(shè)施外側(cè)部位，降低泥石流的危害程度。但大規(guī)模大面積的泥石流裹挾大顆粒泥土?xí)r，不宜采用這一模式。排攔結(jié)合模式在中等級(jí)及高等級(jí)礦山基礎(chǔ)設(shè)施中常見常用，如泥石流帶有大顆粒及砂石，發(fā)生規(guī)模及流經(jīng)面積大，使用單一排導(dǎo)方法防治效果不佳，此時(shí)通過排攔結(jié)合，一方面發(fā)揮排導(dǎo)設(shè)施工程的優(yōu)勢(shì)，另一方面設(shè)置附屬工程，如攔壩于泥石流溝流通區(qū)，能夠起到泥石流砂石等物質(zhì)的攔蓄作用，使剩余小顆粒泥石流能夠經(jīng)由排導(dǎo)槽泄出。沉砂排導(dǎo)模式結(jié)合了沉砂法及排導(dǎo)法，在中等級(jí)設(shè)施中可以選用，該模式下，側(cè)部一般具有平坦地勢(shì)，泥石流也不具備較大的溝道縱坡，如單純采用排導(dǎo)槽進(jìn)行排導(dǎo)，容易導(dǎo)致泥石流出現(xiàn)停淤問題，對(duì)礦區(qū)周邊居民出行造成危害。采用沉砂與橋涵組合方式，能夠借助橋涵作用分流泥石流，然后將剩余泥石流截停在沉砂池，然后由基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)人員進(jìn)行清淤[4]。過水路面模式與坡面型泥石流防治中的做法大體相同，配合路面防沖刷及清淤保通方式處理泥石流。

3.2 結(jié)合流體粘度因素選擇正確的防治模式

根據(jù)流體粘度主要可以分為稀性泥石流及粘性泥石流兩類。據(jù)此，應(yīng)在對(duì)泥石流容重加以分析判斷的基礎(chǔ)上，根據(jù)其不同粘度屬性選擇相應(yīng)的防治模式。

在稀性泥石流防治上，其主要具有強(qiáng)紊動(dòng)性，阻力小及下切作用明顯等特點(diǎn)。對(duì)此，可以采用排導(dǎo)及攔擋相結(jié)合的方式，將排導(dǎo)工程設(shè)置在泥石流溝道，然后對(duì)泥石流溝床容重進(jìn)行分析，使用窄深排導(dǎo)槽對(duì)稀性泥石流進(jìn)行排導(dǎo)疏浚。此外也可以在沖溝部位架設(shè)橋涵，借助橋涵的作用實(shí)現(xiàn)泥石流排導(dǎo)。在粘性泥石流防治上，由于泥石流以黏稠泥漿形為主，自身帶有極強(qiáng)的侵蝕性，對(duì)公路危害較大。在防治上可以采用排攔相結(jié)合的模式，以排為主，輔之以攔，但如果泥石流規(guī)模過大，應(yīng)借助橋隧跨越的方式進(jìn)行繞避。在粘性泥石流的排導(dǎo)縱坡值等數(shù)據(jù)參數(shù)的獲取上主要結(jié)合容重因素確定。由于粘性泥石流的超強(qiáng)腐蝕作用，在設(shè)置排導(dǎo)槽時(shí)應(yīng)選用梯形或矩形，注意加寬排導(dǎo)槽，在排導(dǎo)槽上加設(shè)抗腐蝕材料。針對(duì)粘性泥石流不宜采用彎道排導(dǎo)方式，以免降低排導(dǎo)速率。如遇到大型粘性泥石流，可以在泥石流流通區(qū)設(shè)置攔砂壩，對(duì)泥石流的流量峰值進(jìn)行控制[5]。

3.3 結(jié)合礦山地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)形式選擇合理的防治模式

堵河型、淤埋型及沖毀型共同構(gòu)成了礦山地質(zhì)災(zāi)害。在具體選擇各種類型防治模式時(shí)，主要把握如下幾點(diǎn)。

針對(duì)堵河型災(zāi)害，其在短時(shí)間內(nèi)的流量較大，裹挾的砂石等固體物質(zhì)總量多，容易對(duì)主河造成堵塞，從而對(duì)礦區(qū)周邊基礎(chǔ)設(shè)施造成沖擊，導(dǎo)致周邊路基等部位被強(qiáng)力侵蝕。對(duì)此，在防治上，應(yīng)結(jié)合礦山地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)范圍，采用繞避方式避讓大流量流體侵蝕。如無法繞避，可以采用攔排方式對(duì)大顆粒泥石流物質(zhì)進(jìn)行攔截，削弱流體流量峰值[6]。在排導(dǎo)槽設(shè)計(jì)上，應(yīng)使其高于主河洪水位的出口高程，基礎(chǔ)在溝床下進(jìn)行2m嵌入，將排導(dǎo)出口縱坡角設(shè)定為10%。針對(duì)淤埋型地質(zhì)災(zāi)害，主要由于礦區(qū)周邊基礎(chǔ)設(shè)施在設(shè)計(jì)時(shí)沒有設(shè)置大的排泄斷面，排導(dǎo)比降不大。在防治上，可以設(shè)置加較窄深的排導(dǎo)槽，加快流體的排泄速度[7]。對(duì)淤泥嚴(yán)重區(qū)域，采用明洞及排導(dǎo)結(jié)合方式進(jìn)行排泄。針對(duì)沖毀型地質(zhì)災(zāi)害，其帶有極大的破壞性，對(duì)礦區(qū)周邊基礎(chǔ)設(shè)施及附屬設(shè)施能夠帶來毀滅性結(jié)果[8]。在防治上，應(yīng)設(shè)置較高跨度的橋涵，橋涵單跨應(yīng)能夠越過泥石流溝。也可以將橋墩設(shè)置在溝床部位，通過多跨及攔擋形式，對(duì)流體能量加以削減。

4 結(jié)語

礦山地質(zhì)災(zāi)害工程防治關(guān)系到礦山開采年限，在選擇具體的防治模式時(shí)，應(yīng)遵循防治原則，充分結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害防治標(biāo)準(zhǔn)，安全要求及地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)特性，精準(zhǔn)施策，對(duì)不同危險(xiǎn)等級(jí)的地質(zhì)災(zāi)害采用相應(yīng)的治理措施。與此同時(shí)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的活動(dòng)規(guī)律應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防及監(jiān)測(cè)，引入信息化手段方式，使礦山地質(zhì)災(zāi)害危害程度降到最低。