某礦山強降雨泥石流特征及防治對策技術探討

劉蒙蒙

（甘肅省地質礦產勘查開發局第三地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730050）

礦山會堆積大量的廢石棄土，棄渣的堆放受水文地質、氣候條件、巖土力學性質等相關因素的影響，在降雨量增加季節，極易誘發礦山泥石流，礦山泥石流的發生具有突發性、破壞性、運動快速、歷時短暫等特點，其危害嚴重，對人類生產生活場所、交通運輸、礦企的基礎設施等造成嚴重破壞[1-3]。當前，我國礦山泥石流問題十分突出，且災情相當嚴重。因此，分析礦山泥石流災害及其成因，對于加強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、發育特征、防治對策進行了分析研究，旨在為礦山地質災害的防治提供可靠科學依據。

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強降雨，3h內各縣區均突遇多年未遇強降雨，局部地區1h降雨量達74.8mm，5h降雨量達166.3mm。受“7.18”暴洪及“8.02”降雨影響，臨夏州部分礦山爆發泥石流災害，致使礦區周邊居民受災。

1 礦山泥石流發生概況

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制和引發因素

2.1 地形地貌條件

研究礦區所發生泥石流地貌類型主要為低中山地貌，物質組成主要為風積黃土，土質疏松，具垂直節理，土體孔隙發育，出現的溝谷多呈“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，上游形成區地形比較開闊，周圍山高坡陡，地形便于碎屑物質的集中。中游流通區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。下游堆積區地形多為的河谷階地，便于碎屑物質的堆積。

2.2 松散固體物質儲量條件

礦山泥石流物源主要為棄土棄渣物源、其次為坡面物源，溝谷發育沖蝕（側蝕）、滑坡等不良地質現象，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

礦山泥石流產生的條件主要為降雨，根據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的搬運介質，在物源、地形有利條件下，它是礦山泥石流的最直接誘發因素。

3 礦山泥石流特征

3.1 物源特征

礦山泥石流流域內的松散物補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。堆積物主要由粉質粘土、礫石、碎石等組成，偶見塊狀礦石，土質成分含量較多，主要為粉質粘土。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粘土夾碎石為主。

表1 松散物質儲量匯總表

3.2 流體重度

根據現場配漿法、經驗公式計算法兩種方法，最終確定礦山泥石流流體重度為14.55KN/m3。

3.3 流量

根據配方法和形態調查法計算結果分析比選，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算采用糙率系數表法計算，將泥石流中各種阻力因素都用糙率系數表示，在按一般水力學的薛齊－曼寧公式計算流速。

表2 洪峰流量和平均流速計算表

一次泥石流過流總量Q通過計算法確定。根據礦區現場勘查后確定，本次礦山泥石流歷時3h，洪峰流量Qc（m3/s）按泥石流暴漲暴落的特點，將其過程線概化成五角形，按規范[5]附錄I式I.6進行計算。

Q=KTQc

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

QH＝Q（γc-γw）/（γh–γw）

表3 礦山泥石流過流總量和沖出量計算表

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算公式。

表4 整體沖壓力和塊石沖擊力計算表

按照規范[6]附錄I式進行計算。結果見表5。

表5 泥石流爬高、最大沖起高度和彎道超高計算表

4 防治對策

研究礦區的上游溝道狹窄，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，兩側滑坡發育，布設攔擋壩基本條件不具備；中下游溝道較寬，寬度7m～14m，兩側坡體坡度較緩，坡度25°～40°。溝道較順直，布設攔擋壩基本條件具備。另外由于中游發育H3滑坡，滑坡下游設置攔擋壩回淤，可反壓滑坡坡腳，穩固滑坡，并起到削弱洪峰的作用。為保護礦區周邊群眾安全，從溝口至入河口溝道進行清淤，并布設雙側排導堤，修補已有排導工程，最終將泥石流沖出物排出。

5 結語

（1）礦山泥石流屬于暴雨溝谷型稀性高頻泥石流。

（2）區域“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）調查表明，流域內具有礦山泥石流發育的良好物源、水文條件、地形條件,再次發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+排導堤+攔擋壩。這些治理措施實施后，具有良好的防災效益、環境效益、社會效益。