礦山地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法探討

王 躍，高 山

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局，貴州 貴陽(yáng) 550002)

貴州是全國(guó)地災(zāi)最嚴(yán)重區(qū)域和重點(diǎn)防治區(qū)，全省現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)1萬余處，圍繞地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的變形特征及影響因素進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測(cè)，提升預(yù)警能力，對(duì)隱患點(diǎn)進(jìn)行有效管控，最大限度保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。營(yíng)河村地質(zhì)災(zāi)害最早發(fā)現(xiàn)于2017年6月，由于早期不規(guī)范采礦活動(dòng)形成采空區(qū)引起上覆巖體結(jié)構(gòu)破壞，長(zhǎng)期受雨水沖刷破壞并堆積，大量山體滑塌堆積在礦區(qū)兩側(cè)沖溝內(nèi)，嚴(yán)重威脅著周圍環(huán)境與人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，潛在經(jīng)濟(jì)損失約5000萬元。本文以營(yíng)河村地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)為例，探討類似地質(zhì)災(zāi)害的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法，提供科學(xué)的防治措施。

1 地質(zhì)災(zāi)害形成條件

1.1 地形地貌條件

礦區(qū)內(nèi)整體地形北東高，南西低，地形相對(duì)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(qū)內(nèi)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(tǒng)棲霞組—茅口組（P2q+m）。區(qū)內(nèi)大地構(gòu)造屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆六盤水?dāng)嘞萃幈蔽飨驑?gòu)造地質(zhì)變形區(qū)，礦區(qū)內(nèi)斷層構(gòu)造不發(fā)育。巖體節(jié)理發(fā)育一般，玄武礦柱狀節(jié)理發(fā)育。物源成分主要為第四系風(fēng)化堆積物。

1.3 水源條件 （觸發(fā)條件）

礦區(qū)屬低緯度亞熱帶溫涼濕潤(rùn)氣候，具有低緯度高海拔高原季風(fēng)氣候特點(diǎn)，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(wěn)定在10℃以上的日數(shù)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(jié)明顯，五至十月（濕季）降水量占全年的88%。境內(nèi)發(fā)育一條河流—營(yíng)河，為一季節(jié)性河流，源頭呈樹枝狀，由北東向南西徑流。營(yíng)河徑流主要來自降水，地下水補(bǔ)給次之，徑流不穩(wěn)定，最終匯入馬擺河。

根據(jù)區(qū)內(nèi)的礦層巖性、含水介質(zhì)及地下水動(dòng)力條件，地下水類型主要為第四系松散孔隙水。礦區(qū)內(nèi)地下水主要靠大氣降水的滲入補(bǔ)給，受重力作用，沿松散孔隙及基巖裂隙、溶蝕裂隙中向下運(yùn)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(bǔ)給入地表河流中。

因此，降雨是觸發(fā)該地質(zhì)災(zāi)害的重要條件。

2 地質(zhì)災(zāi)害基本特征

營(yíng)河村地質(zhì)災(zāi)害位于麻乍鎮(zhèn)營(yíng)河村五組，發(fā)生于2017年6月11日，地質(zhì)災(zāi)害位于營(yíng)河左岸，平面形態(tài)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(dòng)方向分別為165°、230°。溝口扇形地完整性20%，發(fā)展趨勢(shì)為淤高。扇長(zhǎng)約300m，扇寬約200m，擴(kuò)散角約40°。補(bǔ)給段長(zhǎng)度比約20%，流域面積約3km2。山體坡度約45°，松散物儲(chǔ)量約6000m3/km2，均厚約1.2m。沖出方量約12000m3。

該地質(zhì)災(zāi)害每年均會(huì)發(fā)生，方量隨雨水量的大小而不同。礦區(qū)植被覆蓋較差致巖體風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，且地形坡度陡（20°～60°），相對(duì)高差大（50m～500m），為地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了充足的物源區(qū)。地質(zhì)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(zhì)災(zāi)害的形成提供了良好的流通區(qū)。且形成礦區(qū)河流沖刷嚴(yán)重，為礦山地質(zhì)災(zāi)害的運(yùn)移空間清空了障礙。礦區(qū)匯水面積大，在強(qiáng)降雨及暴雨來臨時(shí)由兩溝匯聚于溝口，為礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了動(dòng)力條件。

3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)《貴州省地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》[1]（試行）要求，針對(duì)該地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)特征分析，主要監(jiān)測(cè)產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害的影響因素和宏觀現(xiàn)象。即對(duì)地質(zhì)災(zāi)害形成區(qū)物源及災(zāi)害形成和運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的次聲波、泥水位變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容為形成礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的物源區(qū)（固體物源、水源、降雨量）、流通區(qū)（泥水位、視頻）、堆積區(qū)（泥位視頻）及地質(zhì)災(zāi)害運(yùn)動(dòng)情況（泥位、次生）。

3.2 監(jiān)測(cè)方法

通過分析，該地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)采用的監(jiān)測(cè)方法為自動(dòng)雨量站、視頻監(jiān)控終端、礦體位置泥水位監(jiān)測(cè)儀、次聲監(jiān)測(cè)儀等[2]。自動(dòng)測(cè)量站監(jiān)測(cè)：對(duì)礦山前期地質(zhì)災(zāi)害激發(fā)測(cè)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用以判斷是否會(huì)啟動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害。采用有雨即存即報(bào)，定時(shí)上報(bào)，超過閾值加報(bào)的方式。視頻監(jiān)控終端監(jiān)測(cè)：對(duì)礦區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行影像監(jiān)測(cè)，用以判斷地質(zhì)災(zāi)害是否形成。在有礦山供電的情況下，視頻監(jiān)測(cè)可利用光纖或ADSL進(jìn)行信號(hào)傳輸。在僅靠太陽(yáng)能和蓄電池供電情況下，視頻監(jiān)測(cè)采用間斷供電的工作的模式。泥水位監(jiān)測(cè)：對(duì)地質(zhì)災(zāi)害在溝道流動(dòng)過程中的稀碎泥水位變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以判斷地質(zhì)災(zāi)害是否匯流。采用連續(xù)或定時(shí)采集（不低于1次/1分鐘），整點(diǎn)上報(bào)，超出閾值加報(bào)的方式。整點(diǎn)時(shí)刻（或每間隔2/3/6……小時(shí)）發(fā)送一次災(zāi)害位置數(shù)據(jù)，在災(zāi)害位置值超過閾值時(shí)則實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。次聲監(jiān)測(cè)：對(duì)地質(zhì)災(zāi)害在形成和運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的次聲波進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用以判斷災(zāi)害是否形成。采用有人值守，不間斷采集的模式。平日數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存卡中，定期人工取數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)報(bào)警值時(shí)則啟用蜂鳴器喇叭報(bào)警。

通過上述監(jiān)測(cè)方法為受威脅群眾提供災(zāi)前預(yù)警，臨災(zāi)避險(xiǎn)等預(yù)警訊號(hào)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法詳見表1。

表1 礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害專業(yè)監(jiān)測(cè)方法選取表

3.3 監(jiān)測(cè)方法的有效性

由自動(dòng)雨量站監(jiān)測(cè)的雨量、泥水位監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)等指標(biāo)確定，降雨量達(dá)到警報(bào)雨量閾值，同時(shí)參考災(zāi)害位監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)等參數(shù)變化情況確定警示級(jí)別。根據(jù)警示級(jí)別加密專業(yè)監(jiān)測(cè)頻率，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，劃定危險(xiǎn)區(qū)和影響區(qū)，組織危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的施工人員迅速撤離避讓，組織應(yīng)急搶險(xiǎn)。

4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置原則應(yīng)保證地質(zhì)災(zāi)害的礦區(qū)物源區(qū)、流通區(qū)、堆積區(qū)都得到有效控制。因該地質(zhì)災(zāi)害形成區(qū)為兩溝源頭，堆積區(qū)為兩溝交匯處，故而擬在兩溝源頭穩(wěn)固處布設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站各1臺(tái)、視頻監(jiān)控站各1處；在兩溝中地質(zhì)災(zāi)害形成區(qū)與礦山滑坡流通區(qū)交界處分別布設(shè)次聲監(jiān)測(cè)儀各1臺(tái)；在兩溝礦山滑坡流通區(qū)位置選擇合適位置布設(shè)災(zāi)害位置監(jiān)測(cè)儀各1臺(tái)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)見圖1。

圖1 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)圖

5 結(jié)論

（1）通過對(duì)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)方法的探討，該地質(zhì)災(zāi)害在貴州山區(qū)具有代表性，為同類監(jiān)測(cè)提供借鑒。

（2）采用自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站、視頻監(jiān)控終端、災(zāi)害位置監(jiān)測(cè)儀、次聲監(jiān)測(cè)儀對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為受威脅群眾提供災(zāi)前預(yù)警，臨災(zāi)避險(xiǎn)等預(yù)警訊號(hào)。

（3）根據(jù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的影響因素及宏觀現(xiàn)象進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測(cè)，即提升預(yù)警能力，對(duì)隱患點(diǎn)進(jìn)行有效管控，又最大限度保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。