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        礦山地質災害評估與治理工作思路探討

        2019-01-02 02:13:00李小龍
        中國錳業(yè) 2018年6期
        關鍵詞:坡面巖體礦區(qū)

        吳 瓊,路 亮,李小龍

        (青海省柴達木綜合地質礦產勘查院,青海 格爾木 816000)

        我國在實行計劃經濟的時候只注重自然資源的開發(fā)速度,未能詳細完善的做到對礦山周圍地理環(huán)境的保護與治理。隨著多年來各礦山地區(qū)的資源不斷開發(fā),礦山規(guī)模不斷增大,礦山深度逐漸增強,開發(fā)過度的后遺癥逐漸體現(xiàn),很多礦山地區(qū)出現(xiàn)了大面積的坍塌、裂縫、滑坡等大型自然災害,這位礦山地區(qū)的人們生命帶來很大威脅,同時也影響到礦山地區(qū)人們的正常生存環(huán)境。為了降低災害的發(fā)生頻率,減少對人們的生命安全威脅,也為國家保護現(xiàn)有的資源,我們應該對礦山地區(qū)進行評估與治理,恢復礦山地區(qū)的自然狀態(tài),促進區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護,實現(xiàn)經濟可持續(xù)發(fā)展。

        1 礦山地質災害評估方法

        我們在對礦山地質災害進行評估的時候,要選擇合適的評估方法才能科學準確的將礦山的地質災害危險性評估出來。在選擇災害評估方法時,要結合礦山地質災害的實際情況與環(huán)境進行,主要表現(xiàn)在對礦區(qū)所在區(qū)域的資料搜索程度、礦區(qū)所在地的地形、地質條件、礦體分布、礦山開采情況,礦區(qū)曾經發(fā)生過的地質災害等這些因素[1-2]。只有全方位的了解了礦區(qū)的這些情況才能對礦區(qū)進行地質災害評估。礦山地質災害評估方法主要分為以下幾類。

        1.1 專家評估法

        這種對礦區(qū)地質災害的評估方法主要是選用在當?shù)厣罟ぷ髁撕芏嗄辏瑢τ诋數(shù)氐牡刭|災害發(fā)展比較了解的專家,根據(jù)經驗對礦區(qū)災害發(fā)生的可能性進行直接評估。各種評估災害的優(yōu)點是專家可以結合現(xiàn)場的眾多因素以及對當?shù)氐刭|的熟悉了解進行全面考慮,而且還會結合自己的經驗快速高效的對地質災害進行評估。但是這種評估方法使得調查人員現(xiàn)場調查的工作量非常大,而且受人為因素影響較大,其評估結果的準確性完全取決于專家的評估水平。

        1.2 參數(shù)合成法

        這種方法主要主要是根據(jù)專家自己的經驗,對可能導致礦區(qū)災害的因素進行分析,然后將分析的結果運用公式加權平均,以加權平均值作為最終評估結果。這種評估方法運用的是定量評價,應用相關軟件和數(shù)學公式進行計算,工作效率較高,但是很多時候礦區(qū)所在地的地理條件非常復雜,影響礦區(qū)災害的因素很多,不能客觀全面的評估出礦區(qū)災害[3-4]。

        1.3 模糊綜合評估法

        這種評估方法主要利用的是模糊關系的特征,將對礦區(qū)進行調查分析得出的多個指標,綜合評估出礦區(qū)災害體的隸屬等級狀況。這種評估方法由于收取的數(shù)據(jù)較多,具有很好的分辨性和可比性,但是也存在很多指標無法定量定性,使得最終評估存在的誤差較大。

        1.4 運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計與人工智能評估

        這種方法借助的是統(tǒng)計學原理,運用神經網絡、向量機、灰色聚類,對礦區(qū)災害進行調查和統(tǒng)計分析,按照地質災害的發(fā)育規(guī)律建立模型,然后根據(jù)所建模型進行預測評估,這種評估方法既科學又準確,而且定量化的程度較高,唯一的不足就是操作比較復雜。這種評估方法多用于對礦區(qū)歷史地質災害和礦區(qū)現(xiàn)狀收集,在調查的數(shù)據(jù)豐富情況下運用,能夠得出符合礦山地質災害發(fā)育現(xiàn)狀的結論[5-6]。

        2 礦山地質災害情況

        2.1 礦山地理簡介

        本文選擇的例證礦山為青海省某縣疏勒河哈拉湖流域歷史遺留礦山,礦區(qū)位于某縣境內,屬于大陸高原氣候,四季不分明,晝夜溫差較大,多風少雨。根據(jù)青海省氣象信息中心資料顯示,某縣常年平均氣溫為零下1.5℃,最高溫天氣為25.6℃,最低溫為零下35.8℃,常年處于冰霜期,冬長夏短,冬季長達280~202天,夏季只有85天。某縣大風日數(shù)較多,全年平均大風日數(shù)為70天,多西北風,平均風速45 m/s,八級以上大風,平均出現(xiàn)97天,最多可達141天。某縣平年平均降水量只有344.7 mm,而且降水多集中在3~5月份,年蒸發(fā)量可以達到1 613.9 mm[7-9]。

        2.2 礦山出現(xiàn)的地質環(huán)境問題

        該礦區(qū)經過長年的開發(fā)利用,使得該礦山的地理環(huán)境遭到了嚴重的破壞,按照破壞程度,由大到小依次分為地形地貌景觀破壞、土地資源的破壞、礦區(qū)地質災害及隱患。

        2.2.1 地形地貌景觀破壞

        該礦區(qū)屬于歷史遺留礦山,礦業(yè)開采活動早已經結束,現(xiàn)在屬于無責任主體礦山。但是由于以前進行礦業(yè)開采活動時,采用的是露天開挖形成巖體高陡邊坡,造成原生地貌景觀遭到挖損破壞,地形地貌景觀的破壞嚴重影響自然環(huán)境和生態(tài)文明的協(xié)調發(fā)展。

        2.2.2 土地資源的影響和破壞

        礦業(yè)在開采的時候,產生了大量的礦渣,將礦渣堆放在礦區(qū)周圍,以及移動礦渣所使用的大量運輸工具,對土地的過度碾壓造成對土地資源的嚴重破壞,雖然這些礦渣現(xiàn)在已經全部運走,但是對土地造成的破壞依然沒有恢復。通過觀察礦區(qū)周圍的土地類型可以發(fā)現(xiàn),礦區(qū)周圍多為荒山,而且植被覆蓋率可以達到70%,可以猜想被破壞區(qū)域以前也屬于植被茂盛的草地。

        2.2.3 形成的礦山地質災害與隱患

        該礦山以前主要作為砂石的采場,開采部位為山體基礎巖石,所以在該區(qū)形成了巖體崩塌的隱患。巖體的中部有一處規(guī)模較大的危巖體,高達30 m,長約70 ,邊坡走向為40(°),傾向130(°),傾角60(°)。該危巖體屬于三疊系灰?guī)r,這種巖體完整性差,容易發(fā)育裂隙,裂隙的寬度為1~2 cm,長度為24 cm,而且該巖體已經出現(xiàn)了崩落現(xiàn)象,工作的石塊堆積在坡腳,屬于礦山巖體崩塌隱患點[10]。

        1)對巖體崩塌災害形成的原因具體分析如下。

        首先是人為因素影響,在開采的過程中由人工開挖等活動造成了巖體穩(wěn)定狀態(tài)被破壞,巖體發(fā)生變形失穩(wěn),出現(xiàn)了巖體崩塌的隱患。其次由于青海省特殊的氣候造成巖體的風化,該礦山巖體隨著冷暖季節(jié)的變化,在凍融的長期作用下,多方面自然氣候因素導致該處巖體失穩(wěn)崩落。

        2)該礦區(qū)崩塌穩(wěn)定性計算

        據(jù)現(xiàn)場坡面觀察分析新源鎮(zhèn)315國道315 km處崩塌危巖體為滑移式危巖。

        經綜合分析崩塌體特征及其各種荷載情況,本次選定3種工況計算評價崩塌體穩(wěn)定性,分別為天然狀態(tài)(工況Ⅰ),持續(xù)暴雨(工況Ⅱ),地震狀態(tài)(工況Ⅲ)。

        計算公式如下:

        hw——裂隙充水高度,m,取裂隙深度的1/3;

        γw——取10 kN/m;

        Q——地震力,kN/m;

        K——穩(wěn)定性系數(shù);

        θ——滑面傾角,(°);

        c——粘聚力標準值,kPa;

        ψ——內摩擦角,(°);

        l——滑面長,m;

        W——危巖體自重,kN/m。

        巖土物理力學參數(shù)的選取見表1。

        表1 穩(wěn)定性計算參數(shù)

        3) 穩(wěn)定性分析評價

        崩塌體的變形破壞模式主要以滑移式為主,其穩(wěn)定性計算結果如表2所示。

        表2 穩(wěn)定性計算參數(shù)

        根據(jù)野外工程地質調查及表2穩(wěn)定性計算結果,對該崩塌體的穩(wěn)定性評價如下。

        天然工況下,該邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。但工程地質調查表明,邊坡中上部曾多處出現(xiàn)巖體滑移及局部崩塌掉塊現(xiàn)象;

        巖體風化、暴雨或地震工況下,該邊坡穩(wěn)定性降低,地震時危巖體將失穩(wěn);

        從穩(wěn)定性分析計算結果可知,崩塌體在外力作用下容易失穩(wěn)發(fā)生崩塌災害,因此應采取必要的防治措施。

        3 對該礦區(qū)地質災害的治理工作

        3.1 治理原則與思路

        3.1.1 治理原則

        對該礦區(qū)環(huán)境恢復治理工作堅持科學規(guī)劃、穩(wěn)定實施、統(tǒng)籌兼顧、因地制宜的原則,然后按照施工的輕重緩急制定分階段施工方案,確保治理工作及時有序開展。將治理工作與礦區(qū)災害防治、環(huán)境保護、生態(tài)恢復、土地資源綜合利用緊緊結合的原則,實事求是解決實際問題,體現(xiàn)社會、經濟、環(huán)境和諧發(fā)展精神。治理的過程中采用科學論證、科學創(chuàng)新、科學管理和精心施工的原則,運用多元化籌資,整合多種資源與力量,做到??顚S谩⒍ㄆ诤瞬?,確保治理工作嚴謹有序、步步推進、順利完成。

        3.1.2 采砂場的治理思路

        對礦區(qū)環(huán)境的恢復治理主要目標是盡量使礦區(qū)恢復到原生態(tài)景觀,使礦區(qū)的環(huán)境能夠與周圍環(huán)境相互協(xié)調,維持以前的生態(tài)平衡。治理過程實施時,首先將對危巖體進行清理,然后對采挖坑洞進行巖塊碎石填平,最后是播撒草種,恢復以前的植被環(huán)境,通過這些措施的恢復,將使得該礦山地質災害隱患被消除,礦區(qū)及其周圍的環(huán)境得到明顯改善,推進生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

        3.2 治理措施

        3.2.1 危巖體清理措施

        對礦區(qū)災害危巖體進行清理時,清理的范圍要覆蓋全坡段,主要采用機械清理,運用人工配合將坡面上的崩坡石塊、危巖、孤石清理干凈,并且將礦區(qū)局部陡傾坡段進行削方處理,將強風化層進行挖除,清理掉評估認為可能出現(xiàn)的其他危險物。在清理之后,坡面不能出現(xiàn)嚴重的凹凸不平,要使得清理之后的危巖體坡面與周圍環(huán)境能夠平順連接。清理時采用自上而下的順序、分區(qū)跳段的方式進行,每段施工長度一般為15 m,清理的時候要注意避開雨季。對該礦區(qū)危巖體清理工作完成后,危巖坡面可以達到50(°),清理危巖14 234.2方,有效防止了礦區(qū)危巖崩塌,同時也減小了坡體的下滑力量,維護了防滑坡體的局部穩(wěn)定,降低了不安全因素。

        3.2.2 覆坑平整

        對某縣采砂場的現(xiàn)場進行勘查發(fā)現(xiàn),在斜坡體的下面部分有一處非常大而且深的采坑,采坑為不規(guī)則的圓形,面積大約有五十多平方米,所以對這種踩坑進行恢復時要是運用富坑平整的方式,將礦區(qū)斜坡凸起的其他碎石料以及廢棄的砂石運送至踩坑里進行填平,填平的時候先將大型巖塊和粗大的渣塊填在坑底,做到填實夯牢,上面再用廢棄的砂料堆及細砂土進行回填。這種填法可以保證經過長時間的雨水侵蝕,填好的踩坑不會再出現(xiàn)塌陷凹窩,保證與采坑周圍的坡體平面一致,經過后期植生袋的堆砌與播撒草種等工序完成后,這些采坑地區(qū)就可以恢復到礦業(yè)開采以前的生態(tài)狀況。

        3.2.3 植生袋恢復

        通過對該礦區(qū)地形觀察,礦區(qū)周圍多為坡面,所以考慮到附著力的問題,我們選用植生袋壘砌在坡面以防護坡面土壤與碎石在雨水的沖刷下大量流失造成后期的泥石流以及崩塌現(xiàn)象(如圖1)。在運用植生袋堆砌之前,先將或者不平整的地方運用碎沙碎土填平,確保整個坡面沒有很大的坡度與溝坎。選用的植生袋里面撒上是與當?shù)貧夂蛏L的草籽,根據(jù)某縣沙廠的氣候可以選用垂披堿草和青木一號老芒麥,這種草根系很長,在生長的時候會對植生袋內的土壤及坡面土壤起到加筋的作用,既可以保證植生袋牢牢的被固定在坡面上,同時也有助于防護大雨時節(jié)坡面水土流失,經過長年累月,植生袋內的草全部生長并扎下牢固的根系,植生袋就會和坡面融為一體,形成坡面表層土壤供植被生長。

        圖1 治理效果

        在選用植生袋進行護坡恢復時,礦區(qū)坡度不能高于45(°),同時在堆砌植生袋的時候,可以設計出不同的堆砌圖形,使堆砌的植生袋像美術創(chuàng)作一樣,形成豐富多彩的圖畫,而且當植生袋里面的草種長出綠草以后,會根據(jù)植生袋的堆砌圖案形成不同的綠色形狀,礦區(qū)整個坡面堆砌植生袋的地方出苗整齊,綠化效果非常明顯,具有很強的視覺沖擊力。

        4 法律制度保障

        4.1 完善生態(tài)恢復管理體制

        生態(tài)環(huán)境治理是近年來國家大力推進治理體系的重要組成部分,對于礦區(qū)自然災害的治理需要加強頂層設計,并成立了專門改革領導小組,通過國家統(tǒng)籌規(guī)劃與完善布局,從經濟、政治、文化、社會等各個層面入手,從系統(tǒng)上設定了生態(tài)環(huán)境問題恢復的頂層設計,協(xié)調推進的生態(tài)恢復體制改革的順利進行。礦區(qū)地質災害的恢復治理是一項多目標、多領域的集體活動,通過設立專門的生態(tài)治理監(jiān)管機構,可以在實施中融合各方力量,實現(xiàn)綜合治理的目標。設定專業(yè)監(jiān)管小組和管理隊伍對礦區(qū)生態(tài)恢復工作負責,明確各管理人員的權利,讓其按照相關制度規(guī)定,有責任、有義務、有原則的開展礦區(qū)環(huán)境恢復工作,并對相關管理人員完善配套的科學考評標準,使得礦區(qū)整個環(huán)境恢復治理工作從上至下職責明確。

        4.2 設定國家法律法規(guī)保障

        關于礦區(qū)災害恢復治理的相關法律規(guī)定名目眾多,如《礦產資源法》、《環(huán)境保護法》,2016年5月28日頒發(fā)的“土十條”、“大氣十條”、“水十條”等相關法律法規(guī)都是對環(huán)境治理提出的規(guī)定。這些法律法規(guī)雖然是針對中國全面環(huán)境治理,但是我們還可以針對具體的生態(tài)環(huán)境保護項目建立地方性規(guī)章制度,例如針對我國南北自然地理氣候分界線的秦嶺,于2013年在習近平總書記的重要指導下制定了《西安市秦嶺生態(tài)環(huán)境保護條例》,這項法律是我國第一個專門針對一座大山而成立的地方性法律法規(guī),通過這項法律規(guī)定,有力推進秦嶺礦區(qū)災害恢復治理工作。所以我們應該借鑒這種通過地方法律法規(guī)保護生態(tài)建設的做法,最大程度的保護礦山地質環(huán)境的恢復,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

        5 結 語

        對礦區(qū)地質災害的評估與恢復治理是一項非常重要的工作,既關系到現(xiàn)代人們的民生安全,也關系到經濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。而且,這項工作需要長年累月地進行,在恢復治理工作的時候要經過科學考察論證,設計選擇適合礦區(qū)環(huán)境恢復治理的最優(yōu)方案,在完善的法律法規(guī)與環(huán)境保護體制指導下有序進行。

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