礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策研究

趙 輝

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250013）

1 研究區(qū)的地質(zhì)條件概況

研究區(qū)地緣位置位于云南東北部，其交通位置如圖1-（1）所示，研究范圍覆蓋曲靖、昭通、昆明三市，地理坐標(biāo)范圍為102°E-27°N，區(qū)內(nèi)全長(zhǎng)470Km，面積56800Km2。轄區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源及旅游資源豐富，人員活動(dòng)相對(duì)頻繁且密集。

但受早期煤、銅、鉛、鋅、銻、鐵、磷等礦產(chǎn)資源開(kāi)采的限制，區(qū)域內(nèi)地理環(huán)境曾遭受破壞，且存在一定程度上的地質(zhì)災(zāi)害隱患。區(qū)內(nèi)地形受云貴高原及四川盆地約束，總體呈現(xiàn)西南部略高、而東北部低洼，其地形地勢(shì)情況如圖1-（2）所示，平均海拔高度2200m，高原區(qū)域高低錯(cuò)落，多峽谷及斷陷帶分布。若按成因劃分，區(qū)內(nèi)屬侵蝕性河谷、山地、山間盆地、科斯特地貌，其地貌發(fā)育狀態(tài)如圖1-（3）所示。

除上述區(qū)域性的地質(zhì)概況，該區(qū)域內(nèi)氣象及水文地質(zhì)條件也是產(chǎn)生災(zāi)害隱患的重要影響因素[1,2]。研究區(qū)地處我國(guó)西南地區(qū)，具有典型的亞熱帶高原季風(fēng)氣候特點(diǎn)，且山林密度大，區(qū)內(nèi)氣候條件差異性較大，表現(xiàn)為海拔高、低常導(dǎo)致溫度、濕度的差異性極為明顯，同時(shí)垂向、水平地帶性差異也極大。雨季多集中在5-10月初，其中夏季降水量較為充沛，同時(shí)區(qū)內(nèi)水系發(fā)達(dá)，山林溝壑間常伴水系，起源頭分別來(lái)源于長(zhǎng)江水系和珠江水系。夏季水系補(bǔ)水以降雨為主，冬季主要以地下水和冰雪融水為主。

2 礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素分析

2.1 研究區(qū)內(nèi)礦山資源開(kāi)發(fā)情況及常見(jiàn)地質(zhì)隱患

據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2017年年末，研究區(qū)內(nèi)已探明礦種共計(jì)52種，主要包含戰(zhàn)略儲(chǔ)備性礦產(chǎn)1種、典型金屬礦產(chǎn)8種、常見(jiàn)非金屬礦產(chǎn)44種，目前開(kāi)發(fā)礦巖種類(lèi)多集中于煤、鐵、鉛、銅、磷、水泥、砂巖以及黏土等常見(jiàn)礦物[3,4]。由于開(kāi)采礦種復(fù)雜，礦巖具體的開(kāi)采形式也較多，如煤炭、銅、鐵等開(kāi)采多采用平硐或井下作業(yè)開(kāi)采，而砂巖、部分煤炭開(kāi)采則主要以露天開(kāi)采中轉(zhuǎn)場(chǎng)地的采選為主。由于作業(yè)場(chǎng)地種類(lèi)分布差異以及該區(qū)域內(nèi)特殊的地貌和氣候條件，導(dǎo)致隨著生產(chǎn)過(guò)程發(fā)展而出現(xiàn)井口坍塌（如圖2-（1）所示）、礦山邊坡滑坡（如圖2-（2）所示）、地表沉陷（如圖2-（3）所示）、泥石流等區(qū)域性的地質(zhì)災(zāi)害。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害信息提取與分布特征分析

由于滇東北地區(qū)的特殊地形、地貌以及氣候特征，導(dǎo)致該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)在空間上呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。其信息及分布特征的基本規(guī)律主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）與區(qū)域內(nèi)的巖層分布及巖性特性具有強(qiáng)約束關(guān)系，且與地形、地貌及季節(jié)性降水關(guān)系顯著；滇東北地區(qū)區(qū)域內(nèi)巖性分布多為軟硬夾層相間的松散巖體沉積而成，抗壓、抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低，常易在外部擾動(dòng)作用下出現(xiàn)區(qū)域性的崩塌滑坡。從歷史數(shù)據(jù)來(lái)看，這類(lèi)災(zāi)害隱患的頻發(fā)區(qū)多為第三系位置存在砂質(zhì)泥巖，且區(qū)域地貌導(dǎo)水特性較差位置。

（2）復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造所主導(dǎo)；由上述特征分析可知，上述區(qū)域性的災(zāi)害隱患主要是外部擾動(dòng)作用影響產(chǎn)生。但由于該區(qū)域內(nèi)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜、節(jié)理裂隙、斷層發(fā)育較密集，從而加劇了軟弱巖層的割裂特性。因此，在斷層和類(lèi)斷裂性的地質(zhì)構(gòu)造附近，地質(zhì)隱患較為頻發(fā)。

2.3 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育趨勢(shì)及誘因分析

圖1 研究區(qū)交通、地勢(shì)及地貌圖

圖2 研究區(qū)內(nèi)礦山常見(jiàn)地質(zhì)隱患

根據(jù)前述地質(zhì)災(zāi)害分布特征可知，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類(lèi)型較為復(fù)雜，分布情況主要受復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造牽制，分布范圍極為發(fā)散，災(zāi)害隱患點(diǎn)多且呈現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性。加之受到附近礦區(qū)的采動(dòng)影響，導(dǎo)致誘發(fā)特征呈現(xiàn)出極為明顯的群發(fā)性、聯(lián)鎖特性以及偶發(fā)性。研究中針對(duì)于這一實(shí)際情況，總結(jié)出區(qū)內(nèi)主要的災(zāi)害誘因?yàn)槿缦聨讉€(gè)方面：

（1）崩塌地貌發(fā)育，易出現(xiàn)陡坡、松散土體堆積且存在大型臨空面的區(qū)域；

（2）滑坡或地表坍塌現(xiàn)象多發(fā)區(qū)域；

（3）泥石流隱患在該區(qū)域內(nèi)較發(fā)育。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與防災(zāi)、減災(zāi)對(duì)策

3.1 危險(xiǎn)性基礎(chǔ)評(píng)價(jià)單元建模

為突破研究區(qū)內(nèi)的地域限制，研究中在研究區(qū)內(nèi)劃分了基礎(chǔ)性的評(píng)價(jià)單元。其中，基礎(chǔ)評(píng)價(jià)單元的建模文中采用規(guī)則格網(wǎng)進(jìn)行劃分，同時(shí)考慮到計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力與實(shí)際問(wèn)題研究的現(xiàn)實(shí)意義，具體網(wǎng)格劃分出的單元尺寸為5km＊5km的規(guī)則格網(wǎng)，整合邊界范圍后，全區(qū)內(nèi)共劃分出3856個(gè)規(guī)則評(píng)價(jià)單元。

3.2 基于加權(quán)平均法的災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

考慮到真實(shí)狀態(tài)下，地質(zhì)災(zāi)害誘因常為多種表征因素的綜合作用，往往單一因素的分析根本無(wú)法對(duì)真實(shí)狀態(tài)下的災(zāi)害狀態(tài)進(jìn)行有效評(píng)述。鑒于此種考量，研究中嘗試采用引入加權(quán)平均法對(duì)該區(qū)域內(nèi)的災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行合理評(píng)述，其中由因子組合確定出的危險(xiǎn)性的綜合評(píng)價(jià)模型如式①。

式中：Aj表示研究中第j個(gè)基礎(chǔ)評(píng)價(jià)單元的災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)；wi為評(píng)價(jià)模型的第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的對(duì)應(yīng)權(quán)重；ti為評(píng)價(jià)模型的第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)得分。

綜合上述模型，研究中確定出的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子主要包括如下：

圖3 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子

對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重已經(jīng)極為成熟，故文中主要采用層次分析法進(jìn)行處理，該方法的具體步驟為：

（1）按照指標(biāo)因子確定出的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建判別矩陣；

（2）利用判別矩陣確定最大的特征值和特征向量；

（3）采用CR指標(biāo)（CR=CI/RI，其中CI表示一致性指標(biāo)，RI表示平均且隨機(jī)一致性）判別和檢驗(yàn)矩陣的一致性；

（4）為整體的層次邏輯進(jìn)行排序，確定出各指標(biāo)的評(píng)分。

3.3 危險(xiǎn)性區(qū)劃與災(zāi)害級(jí)別分析

根據(jù)上述計(jì)算和評(píng)價(jià)方法，研究中最終按照危險(xiǎn)性不同的預(yù)警級(jí)別確定出4組不同的預(yù)警區(qū)域，并對(duì)各區(qū)域的頻發(fā)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，其災(zāi)害危險(xiǎn)性劃分結(jié)果如下。

3.3.1 災(zāi)害紅色高危預(yù)警區(qū)域

紅色預(yù)警區(qū)是災(zāi)害的高發(fā)區(qū)域，在研究區(qū)內(nèi)紅色預(yù)警出現(xiàn)在河流集中的高山峽谷區(qū)域，同時(shí)部分石灰?guī)r采剝區(qū)域也是此區(qū)域的高危災(zāi)害區(qū)。區(qū)域輻射面積約為14562.57km2。

3.3.2 災(zāi)害橙色中危預(yù)警區(qū)域

經(jīng)計(jì)算后，確定中型危險(xiǎn)區(qū)域主要分布于鹽津縣、昭陽(yáng)區(qū)東南部等具有淺部切割的山體。此部分多集中于非金屬礦山的開(kāi)發(fā)，輻射面積為23473.92km2。

3.3.3 災(zāi)害黃色低危預(yù)警區(qū)域

該部分區(qū)域集中于南部，集中于巧家縣等具有較好植被覆蓋的區(qū)域。區(qū)域內(nèi)主要的歷史災(zāi)害來(lái)源于采石場(chǎng)內(nèi)的部分區(qū)域崩塌，但僅威脅設(shè)備、建筑的公共財(cái)產(chǎn)安全。

3.3.4 災(zāi)害綠色無(wú)危害區(qū)域

該區(qū)域主要集中于中部，特點(diǎn)是離礦山和采石場(chǎng)較遠(yuǎn)，歷史記錄上僅表現(xiàn)為偶有年份出現(xiàn)小面積的泥石流。

3.4 防災(zāi)、減災(zāi)建議及對(duì)策

綜合對(duì)比滇東北地區(qū)多礦山、大區(qū)域的隱患評(píng)價(jià)和分析結(jié)果，研究中最終總結(jié)出如下四個(gè)方面的防災(zāi)、減災(zāi)對(duì)策，以最大限度的保障從初期隱患排查到后期監(jiān)測(cè)、監(jiān)管的全壽命周期內(nèi)的防災(zāi)、排險(xiǎn)任務(wù)。

（1）規(guī)劃礦山開(kāi)采，提高礦山環(huán)境治理水平；

（2）提高災(zāi)害隱患的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)力度和手段；

（3）提高對(duì)礦山采剝廢石的綜合治理和監(jiān)管；

（4）制定相關(guān)法規(guī)，強(qiáng)制提高高危區(qū)域的監(jiān)管力度。

4 結(jié)論

我國(guó)現(xiàn)階段至未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間將仍需要礦產(chǎn)資源來(lái)維持國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害的合理控制仍將是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間需要持續(xù)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以滇東北地區(qū)多礦山、大區(qū)域的分析任務(wù)為研究對(duì)象，從災(zāi)害分布特征以及災(zāi)害誘發(fā)特點(diǎn)等多方面入手，量化的對(duì)研究區(qū)內(nèi)的災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)，對(duì)該區(qū)內(nèi)的不同風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行了分類(lèi)評(píng)價(jià)。該方法的提出，在一定程度上提高了滇東北區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估能力，同時(shí)也對(duì)于其他類(lèi)似的大區(qū)域?yàn)?zāi)害性評(píng)價(jià)能起到一定的借鑒作用。