礦山地質災害自動化監測方法探討

王 躍，高 山

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局，貴州 貴陽 550002)

貴州是全國地災最嚴重區域和重點防治區，全省現有地質災害隱患點1萬余處，圍繞地質災害隱患點的變形特征及影響因素進行專業監測，提升預警能力，對隱患點進行有效管控，最大限度保護人民生命財產安全。營河村地質災害最早發現于2017年6月，由于早期不規范采礦活動形成采空區引起上覆巖體結構破壞，長期受雨水沖刷破壞并堆積，大量山體滑塌堆積在礦區兩側沖溝內，嚴重威脅著周圍環境與人們的生命財產安全，潛在經濟損失約5000萬元。本文以營河村地質災害自動化監測方案設計為例，探討類似地質災害的自動化監測方法，提供科學的防治措施。

1 地質災害形成條件

1.1 地形地貌條件

礦區內整體地形北東高，南西低，地形相對高差約300m。地形坡度20°～60°，坡度較陡，地貌類型為溶蝕—侵蝕低中山河谷地貌。

1.2 物源條件

礦區內地表出露的主要礦層為第四系（Q）、二疊系峨眉山玄武礦（P2β）、二疊系中統棲霞組—茅口組（P2q+m）。區內大地構造屬揚子準地臺黔北臺隆六盤水斷陷威寧北西向構造地質變形區，礦區內斷層構造不發育。巖體節理發育一般，玄武礦柱狀節理發育。物源成分主要為第四系風化堆積物。

1.3 水源條件 （觸發條件）

礦區屬低緯度亞熱帶溫涼濕潤氣候，具有低緯度高海拔高原季風氣候特點，冬季寒冷、夏季溫涼、雨熱同季、冬春干旱、夏秋潮濕。年平均氣溫13.4℃，極端最低氣溫－15.3℃，極端最高氣溫32.3℃，穩定在10℃以上的日數138天。年降水量960mm，最大年降水量1436.5mm，最少年僅665.9mm，干濕季節明顯，五至十月（濕季）降水量占全年的88%。境內發育一條河流—營河，為一季節性河流，源頭呈樹枝狀，由北東向南西徑流。營河徑流主要來自降水，地下水補給次之，徑流不穩定，最終匯入馬擺河。

根據區內的礦層巖性、含水介質及地下水動力條件，地下水類型主要為第四系松散孔隙水。礦區內地下水主要靠大氣降水的滲入補給，受重力作用，沿松散孔隙及基巖裂隙、溶蝕裂隙中向下運移，并向地形切割深處由北東向南西徑流，最終在地形低洼處排泄出地表，大部分補給入地表河流中。

因此，降雨是觸發該地質災害的重要條件。

2 地質災害基本特征

營河村地質災害位于麻乍鎮營河村五組，發生于2017年6月11日，地質災害位于營河左岸，平面形態呈“Y”字型，由兩條分別為165°和230°方向的兩條沖溝匯聚而成。溝口至主河道距離約150m，流動方向分別為165°、230°。溝口扇形地完整性20%，發展趨勢為淤高。扇長約300m，扇寬約200m，擴散角約40°。補給段長度比約20%，流域面積約3km2。山體坡度約45°，松散物儲量約6000m3/km2，均厚約1.2m。沖出方量約12000m3。

該地質災害每年均會發生，方量隨雨水量的大小而不同。礦區植被覆蓋較差致巖體風化剝蝕嚴重，且地形坡度陡（20°～60°），相對高差大（50m～500m），為地質災害的形成提供了充足的物源區。地質地貌條件為山高坡陡，且具備“V”字型溝谷地貌，溝口開闊并于河道交匯，為地質災害的形成提供了良好的流通區。且形成礦區河流沖刷嚴重，為礦山地質災害的運移空間清空了障礙。礦區匯水面積大，在強降雨及暴雨來臨時由兩溝匯聚于溝口，為礦山地質災害的形成提供了動力條件。

3 監測內容和方法

3.1 監測內容

根據《貴州省地質災害專業監測技術指南》[1]（試行）要求，針對該地質災害隱患點特征分析，主要監測產生地質災害的影響因素和宏觀現象。即對地質災害形成區物源及災害形成和運動過程中產生的次聲波、泥水位變化進行監測。監測主要內容為形成礦區地質災害的物源區（固體物源、水源、降雨量）、流通區（泥水位、視頻）、堆積區（泥位視頻）及地質災害運動情況（泥位、次生）。

3.2 監測方法

通過分析，該地質災害隱患點采用的監測方法為自動雨量站、視頻監控終端、礦體位置泥水位監測儀、次聲監測儀等[2]。自動測量站監測：對礦山前期地質災害激發測量進行監測，用以判斷是否會啟動地質災害。采用有雨即存即報，定時上報，超過閾值加報的方式。視頻監控終端監測：對礦區內的地質災害的運動過程進行影像監測，用以判斷地質災害是否形成。在有礦山供電的情況下，視頻監測可利用光纖或ADSL進行信號傳輸。在僅靠太陽能和蓄電池供電情況下，視頻監測采用間斷供電的工作的模式。泥水位監測：對地質災害在溝道流動過程中的稀碎泥水位變化進行監測，以判斷地質災害是否匯流。采用連續或定時采集（不低于1次/1分鐘），整點上報，超出閾值加報的方式。整點時刻（或每間隔2/3/6……小時）發送一次災害位置數據，在災害位置值超過閾值時則實時發送數據。次聲監測：對地質災害在形成和運動過程中產生的次聲波進行監測，用以判斷災害是否形成。采用有人值守，不間斷采集的模式。平日數據存儲在內存卡中，定期人工取數據，當數據超過預設報警值時則啟用蜂鳴器喇叭報警。

通過上述監測方法為受威脅群眾提供災前預警，臨災避險等預警訊號。監測內容和方法詳見表1。

表1 礦區地質災害專業監測方法選取表

3.3 監測方法的有效性

由自動雨量站監測的雨量、泥水位監測的數據等指標確定，降雨量達到警報雨量閾值，同時參考災害位監測的數據等參數變化情況確定警示級別。根據警示級別加密專業監測頻率，啟動應急預案，劃定危險區和影響區，組織危險區內的施工人員迅速撤離避讓，組織應急搶險。

4 監測點布設

監測點的布置原則應保證地質災害的礦區物源區、流通區、堆積區都得到有效控制。因該地質災害形成區為兩溝源頭，堆積區為兩溝交匯處，故而擬在兩溝源頭穩固處布設自動監測站各1臺、視頻監控站各1處；在兩溝中地質災害形成區與礦山滑坡流通區交界處分別布設次聲監測儀各1臺；在兩溝礦山滑坡流通區位置選擇合適位置布設災害位置監測儀各1臺。監測點位布設見圖1。

圖1 監測站點布設圖

5 結論

（1）通過對地質災害監測內容和監測方法的探討，該地質災害在貴州山區具有代表性，為同類監測提供借鑒。

（2）采用自動雨量監測站、視頻監控終端、災害位置監測儀、次聲監測儀對地質災害隱患點進行監測，為受威脅群眾提供災前預警，臨災避險等預警訊號。

（3）根據對地質災害隱患點的影響因素及宏觀現象進行專業監測，即提升預警能力，對隱患點進行有效管控，又最大限度保護人民生命財產安全。