喀斯特山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害成因及治理方案

秦 趣 ,諶洪星 ,崔小平

(1.六盤水師范學(xué)院生物與地理科學(xué)系, 六盤水 553004; 2.六盤水師范學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程系, 六盤水 553004)

六盤水市西部山區(qū)礦產(chǎn)資源豐富,煤炭資源種類齊全,煉焦用煤比重大;其它礦產(chǎn)資源有30余種,較多的有鐵、鉛、鋅、鎳等.礦產(chǎn)開發(fā)引發(fā)了山體滑坡、崩塌和泥石流等災(zāi)害.六盤水市處西南喀斯特山區(qū),形成了喀斯特山區(qū)礦業(yè)城市特有的災(zāi)害特征.本文在分析城市地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及成因的基礎(chǔ)上,提出了治理方案和建議.

1 研究區(qū)概況

六盤水市位于貴州西部,與云南接壤,地處東經(jīng)104°18′20 ～ 105°42′50″、北緯25°19′44″～ 26°55′33″之間.其礦產(chǎn)資源豐富,是我國西南地區(qū)的新型能源、原材料和煤化工基地.據(jù)統(tǒng)計,全市煤炭保有資源儲量148.7億噸,煤層氣淺層資源量1.42萬億m3,煤礦資源在城市經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位.

同時,六盤水市屬于喀斯特山區(qū)城市.境內(nèi)海拔高度1400～1900 m,巖溶地貌發(fā)育,碳酸巖分布面積占土地總面積的63.18%左右,約6263km2,其中石漠化面積達(dá)2575km2,約占土地面積的26%,是西南巖溶區(qū)石漠化最嚴(yán)重的地區(qū)之一[1].

2 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及成因

六盤水市是我國山地地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)之一.據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,六盤水市目前共有地質(zhì)災(zāi)害點1043處.滑坡、地裂縫和崩塌是六盤水市地質(zhì)災(zāi)害的主要類型,分別占總災(zāi)害次數(shù)的59.9%、20.0%、12.2%.地質(zhì)災(zāi)害給人民生命財產(chǎn)造成巨大的損失,據(jù)不完全統(tǒng)計,該地區(qū)共有9321戶、40148位居民的房屋開裂或毀壞,因災(zāi)搬遷5009戶居民,直接經(jīng)濟(jì)損失16285.5萬元[2].

2.1 滑坡形成原因

滑坡是巖體自重應(yīng)力、構(gòu)造力、滲透力和震動力綜合作用的結(jié)果.在喀斯特山區(qū),地質(zhì)環(huán)境十分脆弱,當(dāng)發(fā)生災(zāi)害性降水時,更易發(fā)生滑坡災(zāi)害.2004年5月29日18時至30日凌晨4時,六盤水市水城縣金盆鄉(xiāng)營盤村魚嶺組一帶出現(xiàn)150mm的強降雨,30日3時20分左右魚嶺組上方陡斜坡處的表層松散坡積物發(fā)生滑坡,造成3戶村民房屋被掩埋,11人死亡,重傷4人,輕傷1人.根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,滑坡長90m,寬24m,體積約6500m3,由表層殘坡積松散堆積物組成,滑坡屬淺層推移式土質(zhì)滑坡.該斜坡地形較陡,大部份在40度以上,且沖溝發(fā)育,表層巖體為軟質(zhì)碎屑巖,風(fēng)化強烈、破碎,地質(zhì)環(huán)境條件差,是地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū).

2.2 地面塌陷及地裂縫的形成原因

地面塌陷及地裂縫主要分布在煤礦采空區(qū).地面塌陷、地裂縫展布與礦井采掘平面相吻合;主裂縫走向與巷道一致,規(guī)模與煤炭的開采情況有關(guān),較大的地面塌陷及地裂縫主要發(fā)育于大型煤礦采空區(qū)上部及其外圍地帶.中小型煤礦開采不規(guī)則,在地表往往形成不規(guī)則的、較密集的、小規(guī)模地面塌陷及地裂縫[3].六盤水市屬于山區(qū)巖溶地貌,在溝谷斜坡地帶更加容易發(fā)生地面塌陷及地裂縫.加上采礦廢渣堆放在在斜坡上,遇到集中暴雨即造成災(zāi)害.六盤水市礦區(qū)較多,地面塌陷及地裂縫是主要地質(zhì)災(zāi)害之一;地處巖溶山區(qū),巖溶塌陷常見,加劇了地面塌陷及地裂縫的危害.上述嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害分布區(qū)主要有大灣、木果、汪家寨、蟠龍、新窯鄉(xiāng)、發(fā)耳鄉(xiāng)、都格鄉(xiāng)、羊場、柏果、樂民、板橋、響水、大山、馬依、老廠、新民鄉(xiāng)等.這些區(qū)域煤炭資源豐富,采礦活動強烈,由此而引發(fā)的地面塌陷及地裂縫嚴(yán)重.2008年,該區(qū)域共發(fā)生地面塌陷及地裂縫206處.

2.3 泥石流的形成原因

泥石流形成的3個基本因素:①山地河溝流域內(nèi),坡地上或河床內(nèi)有數(shù)量足夠的巖土物質(zhì);②有足夠數(shù)量水體沖刷;③有切割強烈的山地地形.泥石流的形成主要取決于地質(zhì)因素、水文地貌因素和氣象因素,然而,除此之外,植被、土壤、水文地質(zhì)因素等有時甚至起決定性的作用.

六盤水市地處西南喀斯特山區(qū),最高海拔2900.06m,最低海拔590.25m,地形起伏大,地形坡度一般在25°以上,溝谷相對高差達(dá)300～1000m,溝床平均縱坡在10°～20°,溝谷斷面多呈"V"字型,溝谷切割強烈,加上喀斯特山區(qū)植被破壞嚴(yán)重,開礦中亂采濫挖,隨意丟棄廢土廢石等固體碎屑物,在暴雨的激發(fā)條件下形成泥石流[4].2008年6月4日7時20分,六盤水市鐘山區(qū)老鷹山鎮(zhèn)木橋村福集組發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害,造成50余棟房屋受損,253人受災(zāi),50人受傷.

2.4 崩塌的形成原因

崩塌災(zāi)害主要分布在切割強烈、邊坡陡峻的溝谷或斜坡地帶.巖石節(jié)理裂隙,斷層軟弱結(jié)構(gòu)面和斜坡臨空面對崩塌的形成起著重要作用.當(dāng)煤層采空區(qū)暴露面積大或礦柱保留較少時,常導(dǎo)致頂板塌落而使上覆巖層(石灰?guī)r)發(fā)育大量垂直裂隙,大氣降水沿裂隙擴(kuò)溶,使陡巖塊脫落整個山體面逐漸失穩(wěn),大塊巖體脫離母巖呈自由落體墜落[5],形成崩塌.近年來,隨著道路建設(shè)和采礦活動的增多,人為因素引發(fā)的崩塌大幅度上升.崩塌主要發(fā)生于地形陡峻的山崖地段,所處部位常與斷裂、節(jié)理和褶皺發(fā)育關(guān)系密切[6].

3 地質(zhì)災(zāi)害治理方案

根據(jù)礦業(yè)城市地質(zhì)災(zāi)害成因,結(jié)合喀斯特山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害實際,從技術(shù)、管理和規(guī)劃等方面對山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行綜合治理.

3.1 技術(shù)措施

(1) 改進(jìn)采礦方式

充填法采礦是預(yù)防采空塌陷最有效的方法.煤礦等沉積型礦山開采采空區(qū)范圍大,建議改目前的頂板陷落法開采為自下而上異向開采,即用自深部向淺部的開采方式,可有效地防治煤礦采空區(qū)的反復(fù)塌陷.另外,還可采用先進(jìn)的采煤方式:①井下采煤矸石不出井,用于充填井下采空區(qū),既可減輕地面塌陷,又可避免排矸對環(huán)境影響;②同一煤層、多工作面協(xié)調(diào)開采,可減小地表不均勻下沉,減少傾斜和水平變形對房屋的影響;③分煤層交錯布置工作面,可減少不均勻下沉和靜態(tài)變形值,使部分變形得以抵消.不同煤層開采邊界交錯布置,錯距控制在40～80m.

(2)塌陷土地復(fù)墾

因地制宜進(jìn)行塌陷地的土地復(fù)墾.地面塌陷深度較淺的地區(qū),宜采用回填方式復(fù)墾;地面塌陷深度較深的地區(qū),可采用改造成水庫、魚塘的方式復(fù)墾.具體復(fù)墾模式:①覆土造田; ②挖穴填土栽植果樹; ③整治改造成建設(shè)用地; ④邊建庫、邊復(fù)墾.

(3)煤矸石綜合利用

為減少煤矸石風(fēng)化揚塵、自燃產(chǎn)生的廢氣對大氣污染及對水環(huán)境的破壞,防止煤矸石大量堆積產(chǎn)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害.可利用煤矸石生產(chǎn)建筑材料,建立矸石再選廠、回收煤炭,充分利用矸石熱值、建立矸石發(fā)電廠,利用煤矸石鋪路、充填塌陷坑、提取化工原料和稀有元素、生產(chǎn)礦物肥料等[7].

3.2 管理

(1)合理確定防治目標(biāo)

防治工程目標(biāo)包括防治對象的范圍、部位及工程防治應(yīng)達(dá)到的安全標(biāo)準(zhǔn).明確防治目標(biāo)是地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計的首要問題.為確定對防治對象范圍,應(yīng)對致災(zāi)地質(zhì)作用的活動單元,作整體考慮,不宜隨便切割取舍.在總體范圍內(nèi),則應(yīng)視險情的輕重緩急劃分出重點與一般,或主要與次要的不同部位.防治工程應(yīng)達(dá)到的安全標(biāo)準(zhǔn).

(2)多方案比選防治工程方案

每一處地質(zhì)災(zāi)害的防治,要達(dá)到穩(wěn)定地質(zhì)體和控制地質(zhì)災(zāi)害的目的.必須進(jìn)行多方案論證,從中選出最好的方案,達(dá)到地質(zhì)有效性、技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性[8].

(3)加強地質(zhì)災(zāi)害防治中的監(jiān)測工作

地質(zhì)災(zāi)害的險情變化,需要通過監(jiān)測才能較準(zhǔn)確地掌握,地質(zhì)災(zāi)害防治工程的效果,也需要通過監(jiān)測對比才能反映出來.因此,必須重視、加強地質(zhì)災(zāi)害臨測工作,并將之貫徹于地質(zhì)災(zāi)害防治的始終.監(jiān)測方法要經(jīng)濟(jì)實用,監(jiān)測網(wǎng)一經(jīng)建立,堅持監(jiān)測不斷,及時整理分析監(jiān)測資料,做出定期動態(tài)評價.

3.3 規(guī)劃

合理規(guī)劃山區(qū)企業(yè),嚴(yán)格禁止以犧牲地質(zhì)生態(tài)環(huán)境為代價,進(jìn)行掠奪式開發(fā)的惡劣傾向,做到規(guī)范開采各種礦產(chǎn)資源,在保護(hù)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境的同時并獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益.同時,須合理利用土地資源,制定社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃時,須避免在嚴(yán)重地質(zhì)危害區(qū)布設(shè)重要建設(shè)工程.

4 結(jié)語

六盤水市是西部喀斯特山區(qū)重要的礦業(yè)城市,地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重,影響著城市的可持續(xù)發(fā)展.應(yīng)根據(jù)地方政策的規(guī)劃,采取可行的治理方案,以保證礦業(yè)城市可持續(xù)發(fā)展.

[1] 王瑞江,姚長宏,蔣忠誠等.貴州六盤水石漠化的特點、成因與防治[J].中國巖溶,2001,20(03)∶ 211～216.

[2] 沈其俊,張照志,周賀玲.六盤水市地質(zhì)災(zāi)害特征及其防治對策[J].資源與產(chǎn)業(yè),2006, 8(01)∶ 89～ 92.

[3] 呂義清.煤礦開采誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害特征分析[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2004,19(增刊)∶ 254～ 257.

[4] 岳 境,姜國虎,張元彩.礦山開采引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害及其治理方案初探[J].資源環(huán)境與工程, 2006,20(05)∶536～ 538.

[5] 冉文瑞.貴州省開陽縣地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及成因淺識[J].資源調(diào)查與評價,2005,22(05)∶ 1～7.

[6] 秦 趣,諶洪星,劉興榮.基于人地關(guān)系的六盤水市地質(zhì)災(zāi)害影響分析[J].六盤水師范學(xué)院學(xué)報, 2010, 29 (04)∶67～70.

[7] 孔慶友,康鳳新,李守昌等.山東省礦山主要地質(zhì)災(zāi)害及其防治對策[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治報, 2005, 16 (03)∶72～76.

[8] 張永國,呂義清.山區(qū)采煤地質(zhì)災(zāi)害特征及經(jīng)濟(jì)分析[J].生產(chǎn)力研究,2006,(08)∶ 107～108.