甘肃省矿山地质灾害及其基本特征.docx

甘肃省矿山地质灾害及其基本特征胡向德，黎志恒( 甘肃省地质环境监测院，甘肃 兰州730050 )摘要:甘肃是矿产资源大省，矿产开发利用规模大、强度高，因而矿山地质环境问题突出，其中矿山地质灾害的危害和威胁尤其严重。 本文基于实际调查数据，论述分析了甘肃省矿山地质灾害的主要类型、基本特征及其危害特点。 根据 调查结果，甘肃省主要发育五类矿山地质灾害:采空地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流和矿坑突水。 在这五类灾害中，采空 地面塌陷分布最广、造成的直接经济损失最严重，滑坡发生频次高、造成人员伤亡最大，矿坑突水灾害分布范围、发生 频次和危害程度相对最低。 各类灾害的分布和发育特征受地质环境条件及矿山开采规模和开采方式的控制，灾害的 危害特点与其分布和发育特征和活动特点有关。关键词:矿山地质灾害;采空地面塌陷、滑坡;崩塌;泥石流;矿坑突水;甘肃省文章编号:1003 -8035 (2010 )02 -0035 -05中图分类号:p642. 2文献标识码:a调查数据，论述分析了甘肃省矿山地质灾害的主要类型、基本特征及其危害特点。引言甘肃省是我国西部重要的能源、有色金属矿产基 地。目前，有西北钢城嘉峪关市、石油城玉门市、镍都 金昌市、铜城白银市等数个矿业城市，共有各类持证矿 山企业 2942 个，其中大型矿山 27 个，中型矿山 63 个， 小型矿山 1438 个，小矿 1414 个，形成了采矿、选矿、冶 炼和加工基本配套的生产体系1 。截至 2007 年，甘肃 省矿业及 相 关 原 材 料 加 工 制 品 业 总 产 值 1320. 49 亿 元，占 全 省 工 业 总 产 值 的 70. 63% ，年 增 长 率 约0矿山地质灾害的主要类型甘肃省由矿产开发活动引发的地质灾害具有分 布广、发生频率高、突发性强、影响大、危害严重等特 点。目前已经发现的矿山地质灾害类型主要有:采空 地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流和矿坑突水等五种。截1至 2007 年 底，甘肃省发生矿山 地 质 灾 害处349( 次) ，其中采空地面塌陷 105 处，占矿山地质灾害总数的 30. 1 % ;滑 坡 149 处，占 42. 7 % ;崩 塌 26 处，占7. 4 % ;泥 石 流 61 处，占 17. 5 % ; 矿 坑 突 水 8 次，占2. 3 % ( 图 1 ) 。统计结果显示，在五类灾害中 滑 坡所 占的比例最大，是矿山地质灾害中发生频次最高的灾 害类型，其次为地面塌陷，矿坑突水灾害发生频次相 对最低。表 1 显示，在区域上，甘肃省 13 个地区发生 了矿山地质灾害，其中采空地面塌陷灾害分布最广， 除酒泉、天水 地 区 外，其 余 地 区 均 有 分 布; 其 次 为 滑 坡、泥石流、崩塌灾害，矿坑突水灾害分布区域最小， 目前仅在兰州、陇南两个地区出现。分布矿山地质灾 害的 13 个地区中，陇南、平凉、酒泉、兰州、白银五个 地区灾害发生频次相对较高，武威、定西、金昌、平凉、 天水较少。2 。甘肃省内已经开发利用的矿产 75 种，其26. 08%中开发利用较充分的矿产有:煤、石油、铁、铜、铅、锌、镍、铂族、硒、金、银、石灰岩、萤石、石棉等 40 多种1 。 然而，与全国其它省区类似，由于在矿产资源大规模开 发前缺乏系统的规划、开发过程中缺乏科学合理的管 理和环境保护措施，因而甘肃省在对矿产资源开发利 用同时，也诱发和产生了众多的环境地质问题，如地质 灾害、水土污染、土地荒漠化、盐渍化、草场退化等。据 初步统计，至 2007 年，全 省 矿 产 开采诱发的滑坡、崩 塌、泥石流及地面塌陷等地质灾害 349 处(次)，每年因 矿山地质灾害造成的经济损失达 1. 58 亿元以上;矿山 占用和破坏土地面积约 264. 95km2 ，水资源及含水层 系统受到影响和破坏的面积达 93. 15km2 。 频发的矿 山环境地质问题不仅严重危害了矿区周围的居民生命 财产安全，使当地已经非常脆弱的生态环境更加恶化， 同时极大地影响和制约着甘肃社会经济及矿业经济的 可持续发展。在甘肃省众多的矿山环境地质问题中， 以矿山地质灾害危害和影响最为突出。本文基于实际收稿日期:2010 -03 -01 ;修订日期:2010 -03 -20作者简介:胡向德(1966 ) ，男，高级工程师，长期从事地质灾 害勘查、评价和治理工作。e-mail:hu_xiangde 163 . com中国地质灾害与防治学报zhongguo dizhizaihai yu fangzhi xuebao2010 年36表 2 甘肃省矿山地质灾害规模统计表table 2 statistics of the geological hazards induced by mining in gansu province规模灾害类型划分依据数量合计 1 km2地面塌陷滑 坡 崩 塌 泥石流地面塌陷 滑坡崩塌 泥石流地面塌陷 滑坡崩塌 泥石流矿坑突水5614632210941112347843 100 10 m大型16 10 10 4 m3 20 10 4 m31 0. 1 km24 3100 10 10 m10 1 10 4 m320 2 10 4 m3 0. 1 km2 10 10 4 m3 1 10 4 m3 2 10 4 m3中型50图 1 甘肃省各类矿山地质灾害发生频次百分比fig. 1 frequency of each type of geological hazard induced by mining in gansu province小型283注:各类灾害划分指标中，地面塌陷为影响范围;滑坡、崩塌为滑、塌体体积，泥石流为堆积物体积。表 1 甘肃省矿山地质灾害的分布区域table 1 areas suffering from the geological hazards induced by m ining in g ansu province 县、兰州市、白银市、华亭县及崇信县等，这些区域地面塌陷面积约 72. 01 km2 ，占全省塌陷面积的 93. 6 % 。 采空地面塌陷大多初现于 20 世纪六、七十年代，八十 年代中、后期快速发展，九十年代后期至今，随着开采 规模的不断扩大，塌陷规模加速发展。 初步估计，目 前甘肃省采空地面塌陷的发展速率约为 53 hm2 / a。采空地面塌陷的范围、塌陷深度等受矿区地质环 境条件，矿产类型和储藏条件及开采方式、开采规模 等因素的制约。调查发现，采空地面塌陷主要发生于 大规模开采的煤、有色金属、黑色金属及个别岩金、岩 盐等矿区，如兰州窑街煤矿区、阿干煤矿区、金昌铜镍 矿区、白银铜矿区、镜铁山铁矿区、文县临江沟岭子锰 矿区、礼县李坝岩金矿区、漳县岩盐矿等。 煤矿开采 区的采空地面塌陷最为普遍。据初步调查，甘肃全省 已发现的 105 处中有 85 处位于煤矿开采区，占该类 灾害总数的 81 % 。究其主要原因是甘肃省煤层大部 分储藏于中生代构造盆地中，盆地内往往沉积了较厚 的新生代地层，煤层覆岩软弱，大厚度的煤炭开采形 成大面积采空区，覆岩陷落导致地表形成与储煤构造 走向一致的带状或鸡窝状塌陷区。相对煤层开采，甘 肃省其他矿种的矿体储存形态常为连续性较差的矿 巢、矿囊或矿脉、矿柱，因而，采空面积较小，塌陷规模 小。 甘 肃 省 煤 矿区 采空地面塌陷 区 面 积 多 在灾 害 类 型地区合计地面塌陷滑坡崩塌泥石流矿坑突水酒泉张掖 金昌 武威 兰州 白银 平凉 庆阳 天水 定西 陇南 甘南 临夏94828530111621105513721271136214911147111261103112213196126853124847266133786831349就规模 而 言3 ，甘 肃 省 矿 山 地 质灾害规模以小 型为主 ( 表 2 ) ，占 灾 害 总 数 的 81. 4 % ，中 型 次 之，占 灾害 总 数 的 14. 0 % ，大 型 较 少，只 占 灾 害 总 数 的4. 6 % 。矿山地质灾害的分布与发育特征受地质环境条件及矿山开采规模和开采方式的 控制，各类矿山灾害的分布和发育特征显著不同。2采空地面塌陷目前 发 现，甘 肃 省 采 空 地 面 塌 陷 105 处，面 积76. 94 km2 。采空地 面 塌 陷 主 要 分 布 于 河 西 地 区、陇 中地区和陇 东 平 凉 地 区，包 括 肃 南 县、山 丹 县、天 祝2. 10. 01 km2以 上，最 大 7. 56 km2 ，塌 陷 坑 深 度0. 5 15. 0 m。山区和丘 陵 区内塌陷区周围的松动岩土体 通常为滑坡、崩塌多发地带。第 2 期胡向德，等:甘肃省矿山地质灾害及其基本特征37滑坡、崩塌甘肃省大部分矿山地处中、低山和丘陵地带，区 内侵蚀切割强烈，沟壑密集，地形高差大，山坡较陡， 断裂、褶皱发育，岩层软硬相间，属典型的滑坡、崩塌 易发区。采矿工程活动进一步加剧了滑坡、崩塌的发 展。已经发现的 175 处矿山滑坡、崩塌主要分布于陇 南、陇中及陇东基岩山区和黄土丘陵区。采矿活动对 滑坡、崩塌诱发作用主要表现为四个方面:地下采空 形成地面塌陷过程中诱发滑坡、崩塌;露天采矿开挖 后诱发滑坡、崩塌;废石渣、煤矸石不合理堆放失稳导 致滑坡、崩塌;采矿活动放炮震动及采矿区上部覆岩 陷落震动诱发滑坡、崩塌等，其中以地面塌陷和露天 采矿开挖引发的滑坡、崩塌最为常见。采空地面塌陷诱发的滑坡、崩塌分布于采空塌陷 周围的松动岩土区。目前，甘肃省地面塌陷区内发现 滑坡、崩塌 94 处，占 矿山活动诱发此类灾害总数的 53. 7 % 。采空地面塌陷引发的滑坡、崩塌也主要发生 在煤矿开采区，共计 76 处。 此类滑坡、崩塌滑坡、崩 塌新生型为主，但也常见一些老滑坡局部复活动，规 模上中等、大 型 为 主，多呈错落式滑动，滑 动 距 离 较 大。如平凉地区华亭煤矿区砚峡乡滑坡即为大规模 煤炭开采诱发的地表大面积塌陷过程中发生的大型 滑坡。2004 年下半年至 2005 年 2 月底，随着采空塌 陷，砚峡村北部坡体发生蠕动错落 式，滑 坡 长 500 m，土高原及祁连山北麓等地，这些区域具备泥石流形成的地形条件、水动力条件及充足的松散固体物源，属 泥石流中、高易发区。矿产资源开发利用破坏了脆弱 的地质环境和生态环境，加剧和诱发大量泥石流。甘 肃省矿山开采诱发和加剧泥石流主要表现在 4 个方 面:(1 ) 大面积露天剥离，乱采滥挖，肆意破坏植被， 造成矿区水土流失面积、强度不断增大，诱发和加剧 泥石流灾害。矿山开采工程剥离表土，松动坡面岩土 体，并破坏植被使其失去固结表土、削减洪峰的作用， 加剧了坡面水土流失强度，使 矿 区 沟 谷 逐 步 泥 石 流 化。甘肃省许多原来生态环境较好的区域，由于矿山 开采对地质生态环境严重破坏，泥石流频繁发生，如 兰州阿干 煤 矿，原 植 被 覆 盖 率 达 60 % 以 上，山 清 水 秀，林木繁茂，近 几 十 年 来 煤 矿 的 大 规 模 开 采，矿 区13 条沟谷全部 变 为 泥 石 流 沟，大 量 泥 沙 向 雷 坛 河 输 入，近年来雷坛河流域泥石流活动频繁，直接威胁兰 州七里河区的安全。(2 ) 大面积 采 空 地 面 塌 陷，地 表 岩 土 体 松 动，加 剧沟谷泥石流的发生、发展。这类泥石流也主要发生 于煤矿开采区，采空地面塌陷后，矿区地表裂缝纵横 交错，陷坑、陷槽密布，地表岩土体松动，在地表水流 的作用下，许多裂缝、陷槽不断发展为细沟、冲沟，加 大沟坡侵蚀强度，致使沟谷形成泥石流。(3) 采矿弃渣弃土、煤矸石在坡面及沟道内随意 堆放，直接诱发或加剧泥石流。这是甘肃矿山开采诱 发沟谷泥石流形成的主要形式。甘肃大部分矿山在开 采过程中均存在废渣弃土及煤矸石就近或随意堆放现 象，渣体物质松散，极易被水流冲蚀、搬运，成为泥石流 固体物质的重要来源。如平凉地区华亭县安口煤矿冯 家沟流域内乱采乱挖，矿渣、矿坑密布，采矿弃渣弃土 堆积量达 112 104 m3 ，占流域内松散固体物质补给量 的 91% ，导致该沟泥石流频繁爆发，直接危害安口镇居 民的安全4 ;兰州市阿干煤矿山寨沟、铁冶沟等 13 条 沟谷内弃渣弃土平均补给量达 64. 5 104 m3 ，为雷坛河 流域泥石流的形成提供了充足的物源。(4 ) 尾矿库溃坝溃决引发泥石流。 甘肃内大部 分国有大中型矿山尾矿坝设计比较合理，但是中小型 矿山中普遍存在有库无坝或尾矿坝设计不合理的现 象，导致泥石流发生或存在泥石流隐患，如:陇南成县 厂坝铅锌矿区 1 座尾矿库坝溃因暴雨溃决后引发泥 石流，造成 3 人死亡，毁房 170 多间。 目前矿区许多2. 2平均 宽 325 m，面 积 约 0. 23 km2 ，滑 坡 体 积 3. 95106 m3 。兰州地区窑街煤矿区帽儿坪和炭洞沟滑坡及阿干煤矿区 14 处滑坡等均是在煤矿采空塌陷作用下 形成。采空地面塌陷引发的崩塌主要分布在覆岩为 坚硬、半坚硬基岩、且地表坡体陡峻的基岩斜坡和土 质斜坡段，数量较多，但规模较小。 目前仅见一处大 型崩塌和两处中型崩塌。露天开挖诱发的滑坡、崩塌主要分布于深大的露 天采坑边坡、砂石料厂爆破开挖边坡、砖瓦粘土矿开 挖边坡及采矿辅助工程开挖地段。 甘肃省内 175 处 矿山滑坡、崩塌中 47 处分布于上述地段，如金昌龙首 山镍铜矿露天采场边坡、武都唐家沟金矿采矿坑坑壁 等是此类滑坡、崩塌频繁发生。 此外，占甘肃矿山总 数 26. 6 % 的砖瓦粘土矿山大多开采第四系黄土或上 第三系泥岩，从斜坡坡脚处取土，常常造成小型土体 坍塌、滑塌，酿成灾害。2. 3 泥石流甘肃省矿山泥石流主要分布于陇南山地、陇中黄中国地质灾害与防治学报zhongguo dizhizaihai yu fangzhi xuebao2010 年38尾矿库沟谷存在泥石流隐患。2. 4矿坑突水矿坑突水是甘肃省发育频次较低的矿山地质灾 害，其主要分布于陇南、兰州地区。 已有的 8 次矿坑 突水灾害中，煤矿发生 5 次，铅锌矿发生 3 次，规模均 为小型，突水量 700 2000 m3 / h。 矿坑突水主要发生 在裂隙水较丰富的井下开采矿区。 煤矿矿坑突水多 为顶板突水，产生在覆岩裂隙较密集分布地段;铅锌 矿床矿坑突水对发育在基岩为碳酸盐岩建造的矿区， 井巷采掘延伸到岩溶水丰富地段引发突水，但井壁突 水方向不定。图 2 各类矿山地质灾害直接经济损失的相对比例fig. 2 proportions of economic losses by each type of geological hazard induced by mining in gansu province矿山地质灾害的危害特点截止 2007 年底，甘肃矿山地质灾害直接造成 74 人伤亡( 表 3 ) ，破坏土地 28681. 8 ha，造成房屋裂缝或 倒塌 7 万余间，毁坏矿山铁路 2000 多米，公路裂缝、 下陷或被埋约 130 km;全 省 有 235 个 村 庄 被 迫 搬 迁，380 个村庄的水源地受到破坏，500 多处井泉断流，矿 区及其附近 10 万多人因此用水紧缺。矿山地质灾害 造成的直接经 济 损 失 约 15826. 6 万 元 ( 图 2 ) 。 比 较 灾害造成的直接经济损失，甘肃省五类矿山地质灾害 的危害依次为采空地面塌陷、泥石流、滑坡、崩塌、矿 坑突水。表 3 甘肃省矿山地质灾害危害统计表table 3 losses by the geological hazards induced by mining in gansu province3耕地 占 9. 4 % 。 地 面 塌 陷 已 造 成 65 个 企 事 业 单 位、212 个村 庄 被 迫 搬 迁，累 计 直 接 经 济 损 失 9628. 5 万 元，占各类地质灾害总经济损失的 60. 9 % 。3. 2滑坡、崩塌甘肃省矿山滑 坡 伤 亡 34 人，损 毁 5236 间 房 屋，破坏土地面积 5079. 2 ha，其中耕地占 17. 6 % ，直接经济损失 1143. 8 万元，约占各类地质灾 害 总 经 济 损 失 的 7. 2 % 。甘肃省矿山崩塌伤亡 4 人，损 毁 214 间 房 屋，破 坏土地面积 38. 09 ha，其 中 耕 地 占 13. 3 % ，直 接 经 济 损失 达 462. 1 万 元，占 各 类 地 质 灾 害 总 经 济 损 失 的2. 9 % 。3. 3泥石流甘肃省矿山泥石流灾害伤亡 12 人，损毁 3134 间 房屋，破坏土地面积 15870. 8 ha，其中耕地 32. 2 % ，直 接经济损失 4494. 4 万元，占各类地质 灾 害 总 经 济 损危害对象灾害类型数量合计地面塌陷滑坡 崩塌泥石流 矿坑突水19344125伤亡人数( 人)74失的 28. 4 %。地面塌陷滑坡 崩塌泥石流 矿坑突水7693. 75079. 238. 115870. 8矿坑突水矿坑突水具有突发生、隐蔽性、灾难性及难预防等 特点，其轻者增加矿井排水量，加大开采成本，重者造 成人员伤亡、淹井、生产停顿，甚至造成矿井与设备报 废。据统计，甘肃省矿坑突水造成 5 人死亡，直接经济 损失 97. 8 万元，占各类地质灾害总经济损失的 0. 6% 。4破坏土地( ha)28681. 8地面塌陷滑坡 崩塌泥石流 矿坑突水9628. 51143. 8462. 14494. 497. 8直接经济损失( 万元)15826. 6结论与建议在甘肃省众多矿山环境地质问题中，矿山地质 灾害分布最广、发生最频繁和危害最为严重。 目前，53. 1采空地面塌陷据初步统计，甘肃省矿山地面塌陷造成 19 人伤亡，损毁 61150 间房屋，破坏土地面积 7693. 7 ha，其中第 2 期胡向德，等:甘肃省矿山地质灾害及其基本特征39甘肃省主要发育五类矿山地质灾害:采空地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流和矿坑突水。在这五类灾害中，采 空地面塌陷分布最广、造成的直接经济损失最严重， 滑坡发生频次最高、造成人员伤亡最大，矿坑突水灾 害分布范围、发生频次和危害程度相对最低。各类灾 害的分布和发育特征受地质环境条件及矿山开采规 模和开采方式的控制，灾害的危害特点与其分布和发 育特征和活动特点有关。受管理体制和经费的限制， 截至 2007 年，仅 有 26. 9 % 的 矿 山 地 质 灾 害 得 到 治 理。因此，尽快实施有效措施，治理和预防矿山地质 灾害刻不容缓。根据甘肃省矿山地质灾害的发生特 点，结合在矿山地质环境恢复和地质灾害治理工程中 获得经验，建议:(1 ) 对于规模大、或危害严重、或治理难度大、或 治理经费巨大各类矿山地质灾害，采取以搬迁、避让 为主的措施。(2 ) 对采空 地 面 塌 陷，加 强 采 空 区 监 测，采 取 回 填塌陷坑、充填采空区、填埋地裂缝等工程措施。(3 ) 对于崩塌、滑坡，除加强监测外，建议首先考 虑地表排水、地下排水、削方减载、压脚、植树种草等主动性的工程措施，各种支挡工程作备选措施。(4 ) 对矿山 泥 石 流，建议采取拦排结合，稳 固 弃 渣，结合生物工程等综合措施。(5 ) 加大矿山环境保护执法工作，在加强落实矿 产资源开发中“谁开发，谁保护”、“谁污染，谁治理”、 “谁破坏，谁恢复”、“谁使用，谁补偿”原则的基础上， 尽快建立一种可行性更高的矿山环境保护与治理机 制，使矿山环境恢复与治理保证金制度的落实更加有效。呼吁建立“废 弃 及 老 矿 山 环 境 治 理 基 金 ”，进 一 步保证矿山环境恢复和治理工作的持续进行。参考文献:1 甘肃省国土资源厅. 甘肃省矿产资源总体规划 ( 2000 2010 年) r. 2003 .甘肃省国 土 资 源 厅. 甘肃省矿产资源 年 报2004 2007年r. 2007 .中国地质 调 查 局. 矿山地质环境调查与评估技术要求 r. 2005 .甘肃省国土资源厅，西北矿冶研究院. 甘肃省矿山尾矿 固体废料、土地复垦、矿山环境保护调查整治报告r .2002 .2 3 4 geological hazards induced by mining andtheir characteristics in gansu provincehu xiang-de，li zhi-heng( gansu institute of geological environment monitoring，lanzhou 730050 ，china)abstract:gansu is a province with variety of mineral resources. mining of these resources in gansu is therefore veryextensive. subsequently， mining has resulted in a series of environmental geological problems. among these problems，geological hazard is one of the severest. this paper described types，distri