小秦岭金矿区主要地质灾害及防治对策

小秦岭金矿区地质背景复杂，成矿地质条件良好，是我国重要的钼、钨、铝、金、银、铜、铅、锌多金属矿集区。长期以来，由于大规模的不计环境后果的矿产资源开发活动，造成了大量的矿山地质环境问题，如小秦岭金矿区的大部分金矿采矿坑口都沿沟谷流域或其支沟分布，采矿后的矿渣、废石沿自然边坡及沟谷堆放，形成了又高又陡的渣堆，不仅堵塞河道，污染水源，同时形成了不稳定斜坡，如遇暴雨发生山洪暴发，易形成泥石流等地质灾害，同时由于地下开采形成的大面积采空区诱发了山体滑坡、崩塌、土地植被破坏、地裂缝及地面塌陷等，严重威胁着矿区内居民的生命财产安全。自2005年以来，小秦岭金矿区矿山环境恢复治理工程的大规模实施，极大减少了潜在地质灾害的发生。但地质环境恢复治理过程中，也暴露出了一些地质问题评价方法、治理工程技术及设计方法与思路等方面的缺陷，提出了一些急需解决的理论课题，如部分矿坑虽进行了简单治理，但因对矿山环境问题的危害性缺乏明确评估，治理工程标准较低;简单套用规范或常规技术方法，对小秦岭金矿区矿山环境问题的针对性或适宜性不强;恢复治理工程设计方法与思路较为狭窄，缺乏矿山流域生态系统恢复、矿山环境系统与综合治理的观点等。

1 小秦岭金矿区主要地质灾害现状

小秦岭金矿区最突出的地质环境问题是矿山地质灾害，包括矿渣泥石流，弃渣堆滑塌，矿山开采诱发的崩塌、滑坡、地面塌陷及地裂缝等。豫西山区的灵宝、卢氏、洛宁3县(市)存在的滑坡体总数就达1336个，约占河南全省总数的85.5%;灵宝、卢氏、栾川、鲁山、洛宁及南召等县存在的泥石流沟有340条，约占全省泥石流沟总数的72%。小秦岭金矿区矿山地质灾害无论是数量，还是造成的危害都是河南省矿山中最大和最严重的，近年来，随着矿产资源的进一步开发，矿山地质环境恶化更加严重，使得小秦岭金矿区成为河南省地质灾害最严重的地区之一。

1.1 矿渣泥石流

矿渣泥石流是小秦岭金矿区金属矿山开采中危害最严重的地质灾害之一。矿渣泥石流主要分布于中低山区，以灵宝等地较为集中，具有突发性强、破坏性大之特点，常造成较大人员伤亡和巨大的经济损失，危害程度一般为重大级、特大级。矿渣型泥石流是一种典型的矿山泥石流类型，矿产资源开发过程中的废石、弃土不合理堆排构成了矿山型泥石流的主要物质，其发生、发展与自然发生泥石流或其他人为泥石流具有显著差别，主要表现为废渣块度较大、抗风化能力强、结构松散、孔隙度大、渣量丰富且持续堆积、地点集中，加上矿渣型泥石流沟一般沟谷深切、沟床纵坡比降大，因而矿渣泥石流具有人为性、易发性、频发性、危害集中性等特点。位于小秦岭金矿带东段北麓的大湖峪矿渣泥石流隐患沟中矿渣的物源特征、空间分布及其稳定状态，能很好地说明上述特点。

1.2 矿山开采诱发崩塌滑坡

矿山开采诱发崩塌滑坡是山地矿山常见的一种突发性地质灾害。采矿造成的高陡边坡，形成的悬空危岩体，采空塌陷形成的山体开裂等，在“崩落法”采矿、暴雨及矿山排水不当的情况下易引发山体崩塌或沿一定的软弱面向下滑动，可分为岩质崩塌(滑坡)和土质崩塌(滑坡)。以三门峡市为例，崩塌(滑坡)主要分布于卢氏、灵宝、渑池、陕县等地，岩质崩塌一般发育于自然沟谷侧壁、矿区采场边缘、居民房前屋后及交通线路两侧，土质崩塌(滑坡)集中发育于黄土塬边缘和山地丘陵区的厚层黄土覆盖区，尤其是道路两侧和居民房前屋后切坡处。

1.3 矿山开采诱发地面塌陷和地裂缝

矿山开采诱发地面塌陷也称采空塌陷，对土地资源的破坏、矿区安全的威胁以及次生地质灾害的诱发，在采矿中占有重要地位。采矿塌陷的机理和过程十分复杂，因为受到矿体形态、产状，采空区埋深、采厚比，矿体围岩工程地质结构、物理力学性质，矿区地质构造、地下水活动等多方面因素影响。目前有几种假说，如拱形冒落论和压力拱假说、悬臂梁(板)冒落论和冒落岩块碎胀充填论、冒落岩块铰结论和砌体梁平衡学说等，从不同角度解释各类矿山塌陷的形成机制。位于河南南阳市桐柏县的大河铜矿采矿引发的地面塌陷灾害，在金属矿山开采诱发地面塌陷中具有较典型的代表性。

2 小秦岭金矿区地质环境系统治理方法

2.1 灵宝秦岭金矿枣乡峪乱石沟

以灵宝秦岭金矿枣乡峪乱石沟为例，乱石沟为灵宝黄金投资有限责任公司金安分公司第二矿区，位于灵宝市故县镇正南枣乡峪河右岸，面积2.58km2，陇海铁路、连霍高速及310国道均由矿区北部通过，交通便利。矿区地形陡峭，沟谷狭窄，多年来探采矿产生的大量矿渣均直接顺坡堆积于河道沟谷中，且矿渣堆放混乱，严重影响了该区段的正常生产，在强降雨作用下，河道中大量废渣很容易形成泥石流灾害，严重威胁着下游村庄和人民群众的生命财产安全。

2.2 考虑灾害链效应的矿渣堆危险性分析

从灾害链效应的角度出发，以流域灾害系统评价的观点对乱石沟矿渣堆的危险性进行研究，在对单体矿渣堆进行危险性分析的基础上，考虑矿渣堆失稳形成碎屑流的破坏范围，采用变体积法估算碎屑流可能流动距离，绘制乱石沟矿渣堆失稳影响范围图。变体积法(UBCDFLOW)是Fannin.R.J.提出用来估算泥石流(或碎屑流)的滑移距离的一种统计经验模型，主要是通过碎屑运移过程中沉积物的体积和携带物的体积之间的平衡来估算。

2.3 矿山地质环境恢复系统治理

利用系统治理的思想，通过流域治理的方案代替以往的逐个矿山治理，采取拦渣墙、废渣清运、排水工程等工程措施，使矿山地质环境得到充分改善，有效地预防泥石流等地质灾害的发生，防止水土流失，从而使枣乡峪河流域的生态环境得到逐步改善。

治理工程按照“先治理危险性较大，容易引发严重后果的废渣坡，再治理其他的废渣坡;先治理上游，后治理下游”的顺序实施。对需要治理的沟谷采用较高标准综合整治。

治理措施:

2.3.1 拦渣墙工程

在1120坑口和1140坑口分别修建挡渣墙。挡渣墙上设泄水孔和溢水口，在溢水口下部紧邻墙体处修砌消能池，池长8.0m，宽2.0m，深2.0m。

2.3.2 废渣清运

对1120坑口西北部矿渣进行清运，共清理渣堆面积为2611.9㎡，清理矿渣平均厚度为1.5m，共清理矿渣3917.9m3。对1140坑口北部对矿渣堆进行部分清运，共清理渣堆面积为565㎡，矿渣厚度为3.5m，清理废弃矿渣1977.5m3。

2.3.3 排水渠

在1140坑口北部的渣堆上修建排水渠，排水渠不仅起到排水作用，同时也起到拦渣的作用，排水渠长55.6m，断面形式为梯型，底宽2.0m，顶宽3.5m，坡比为1∶0.3，两侧边缘砌筑宽度为0.3m，底部砌筑0.2m厚毛石，然后采用水泥砂浆抹平。

3 结论

3.1 河南小秦岭金矿区矿山地质环境问题成为河南省地质灾害最严重的地区，主要为采矿引起的矿渣泥石流、崩塌滑坡、地面塌陷及地裂缝等，这些地质灾害在成因上相互关联、互为因果，呈连锁反应。

3.2 矿山地质环境问题的发生是一个复杂的非线性演化过程，存在群发性和衍生性的特点。寻找支配矿山地质环境灾害演化的控制变量，建立矿山灾害发生与控制的基础理论，利用系统治理的思想，通过流域治理的方案代替逐个矿山治理，可以有效地改善和治理矿山地质环境和生态环境。

3.3 河南豫西灵宝秦岭金矿枣乡峪乱石沟主要地质环境问题为矿渣堆灾害，矿渣堆碎屑流在空间上逐级影响形成矿山地质环境灾害链。采用变体积法估算矿渣堆失稳形成碎屑流影响范围，从灾害链效应的角度出发对乱石沟矿渣堆的危险性进行研究，利用流域系统治理的思想，运用拦渣墙、废渣清运、排水工程等工程措施，使枣乡峪河流域矿山地质环境和生态环境问题得到了充分改善。

本研究贯穿地质环境灾害链和系统治理的思想，剖析小秦岭金矿区存在的矿山地质环境问题，以小秦岭金矿区秦岭金矿枣乡峪矿山环境恢复治理工程为例，分析调查乱石沟河道范围内的矿渣堆积情况及潜在危害，考虑灾害链效应对乱石沟矿渣堆进行危险性评价，并采用修建挡渣墙和排水渠、疏通河道等流域治理方案，有地的改善和治理矿山地质环境和生态环境。

参考文献：

[1] 田雅婷.重大灾害往往相互关联呼吁多学科研究“灾害链”机理与预测[N].光明日报， 2008-04-08.

[2] 韩金良，吴树仁，汪华斌.地质灾害链[J].地学前缘， 2009， 14(6): 11-23.

[3] 尹国勋，胡　斌，韩星霞.煤矿区环境地质灾害链及其环境效应[J].焦作工学院学报:自然科学版， 2010， 19(6): 426-429.