秦巴山区矿产资源开采区地质灾害致灾模式研究*

陈建平，范立民，李 成，宁建民，杜江丽，郑苗苗

(陕西省地质环境监测总站，陕西 西安 710054)



秦巴山区矿产资源开采区地质灾害致灾模式研究*

陈建平，范立民，李 成，宁建民，杜江丽，郑苗苗

(陕西省地质环境监测总站，陕西 西安 710054)

摘要:秦巴山区地质环境脆弱，加之受到采矿工程活动的影响，区内地质灾害频发。目前矿产资源开采区内地质灾害研究相对较少。该文阐述了秦巴山区矿产资源开采区内开采现状，区内矿山以小型为主，开采矿类以金属矿产和建材非金属矿产为主，开采方式以露天开采为主；总结了秦巴山区地质灾害发育现状及采矿活动引发的地质灾害现状，采矿活动引发的地质灾害以泥石流为主，提出了4种致灾模式：采矿覆岩剧烈变形致灾型，采矿覆岩缓慢变形致灾型，采矿废渣与降雨耦合致灾型和露天边坡变形致灾型，并列举了部分典型地质灾害点。这对秦巴山区矿产资源开采区地质灾害防治具有重要的意义。

关键词:秦巴山区；地质灾害；致灾模式；矿产资源开采区；高强度开采

秦巴山区在复杂地质构造、深大断裂及强烈侵蚀、新构造运动等地质作用的影响下，区内突发性滑坡、崩塌、泥石流及地面塌陷等地质灾害频发，破坏力极强，加之区内地质环境脆弱、气候变化及人类工程活动频繁，以崩塌、滑坡、泥石流为主的地质灾害(隐患)数量多、分布广、密度大、频次高，危害严重[1-2]。同时，采矿等工程活动的影响进一步加剧了区内地质灾害发育条件，导致地质灾害的危害程度日趋严重。以往研究主要是针对秦巴山区的地质灾害成因、发育规律、空间分布规律、防治对策及预报预警等方面进行了研究，对矿产资源开采区内的地质灾害的研究相对较少[3-6]。因此研究秦巴山区矿产资源开采区地质灾害的致灾模式，对矿产资源开采区地质灾害防治具有重要的意义。

1秦巴山区矿产资源概况及开采现状

秦巴山区主要开采非金属、有色金属、贵金属、黑色金属。金属矿产分布在凤县、太白南部铅、锌、铜、金成矿区；勉县、略阳、宁强金、镍等多金属成矿区；潼关、华阴、洛南小秦岭金钼矿区与柞水、镇安、山阳及石泉—汉阴多金属成矿区；旬阳铅锌成矿带；周至—户县金、铜成矿带、大巴山—米仓山等金、银及有色金属成矿区。铁矿主要分布在汉中、商洛地区；铜矿主要分布在宝鸡、渭南东部、汉中、安康、商洛等地；铅、锌矿分布在宝鸡、汉中、安康、商洛等地，以宝鸡凤县和安康旬阳县分布较为集中；钼矿主要分布在渭南市东部和商洛的小秦岭地区；金矿主要分布在潼关县的南部和洛南县北部的小秦岭地区。金属矿产多赋存于寒武系—古近系地层中。建筑材料和非金属矿产，主要分布于紫阳、勉县、留坝、宁强地区，赋存于震旦—志留纪地层中。

据统计，秦巴山区共有矿山企业1 602家，按照矿山规模划分，大型65个，中型45个，小型1 492个(图1)。按矿类划分，能源矿产(石煤)97个，贵金属矿产91个，黑色金属矿产144个，化工原料非金属矿产77个，有色金属矿产137，冶金辅助原料非金属矿产23个，特种非金属矿产14个，建材及其它非金属矿产1 008个，其他矿产11个(图2)。按开采方式划分，井下开采401个，露天开采1 193个，井下及露天开采8个。区内矿山以小型为主，开采矿类以金属矿产和建材非金属矿产为主，开采方式以露天开采为主。

图1　矿山规模分类占比图

图2　矿山按矿类组成结构图

2地质灾害现状

秦巴山区由陇山余脉、秦岭和巴山组成，地形地貌复杂，褶皱、断裂作用及岩浆活动强烈，地质环境脆弱，暴雨集中，加之不合理的人类工程活动和大规模的矿业开发，进一步恶化了地质环境，造成地质灾害发育，灾害损失严重[7]。如2015年8月12日，山阳县发生特大型山体滑坡，造成8人死亡、57人失踪，直接经济损失达5亿元(图3)。据统计，目前区内共有各类地质灾害及隐患点8 595处，其中滑坡7 428处、崩塌684处、泥石流449处，地面塌陷34处(图4)，威胁42.07万人的生命安全，威胁财产约84.4亿元，威胁学校337所、各类单位265个。其中险情等级中等以上的地质灾害隐患点532处，含滑坡426处、崩塌43处、泥石流63处，威胁25.68万人的安全，威胁财产约37.4亿元。

图3　山阳“8.12”特大滑坡灾害

图4　地质灾害类型占比图

根据2001-2014年14年的地质灾害灾情统计，秦巴山区共发生2 834起，占全省灾情总数的73%，导致969人死亡，144人受伤，直接经济损失达到34.6亿元。

据不完全统计，秦巴山区矿产资源开采区内由采矿活动引发的地质灾害及隐患点112处，其中地面塌陷13处，地裂缝15处，崩塌13处，滑坡15处，泥石流56处。

3矿产资源开采区致灾模式

根据秦巴山区矿产资源开采区的特点，将采矿活动引发的地质灾害致灾模式分为四种：采矿覆岩剧烈变形致灾型，采矿覆岩缓慢变形致灾型，采矿废渣与降雨耦合致灾型和露天边坡变形致灾型。

3.1采矿覆岩剧烈变形致灾型

主要为采空区地面塌陷，金属矿山地下开采形成采空区，采空区上覆岩体在自重和上覆岩体的压力作用下，产生向下的弯曲与移动，当顶板岩层内部形成的张拉应力超过岩层的抗拉强度极限时，直接顶板发生断裂、跨塌、冒落，接着上覆岩层相继向下弯曲、移动，随着采空范围的扩大，移动的岩层也不断扩大，从而在地表形成塌陷坑[8]。洛南县王河沟钼矿发现采空区塌陷坑14处，威胁矿山道路的安全(图5)。2003年凤县铅锌矿地面塌陷造成7人死亡。

图5　洛南县王河沟钼矿采空区地面塌陷

3.2采矿覆岩缓慢变形致灾型

开采造成覆岩缓慢变形、弯曲，并引发地面塌陷裂缝。在地势平坦的区域，地表最明显的移动和变形是产生沉陷裂缝、陷落坑等；在山区，地表的移动和变形除具有一般的地表移动形式外，还存在滑坡和滑移两种形式[9-10]。据调查，秦巴山区矿产资源开采区内采矿活动共引发崩塌和滑坡28处，其中23处为地下采空区变形引发的。主要集中分布于凤县、勉—略—宁金属矿区。如2003年9月23日，宁强锰矿发生中型滑坡，造成4人死亡，其平面和剖面示意图见图6、图7。

图6　滑坡平面位置示意图

图7　滑坡剖面示意图

3.3采矿废渣与降雨耦合致灾型

由于采矿废石土、选矿尾矿渣等固体废弃物不合理堆放，挤占沟道，堵塞河道，造成行洪不畅，在一定的水动力条件下，导致堆渣移动、滑移、崩塌，从而产生泥石流[11]。采矿废渣发生泥石流的形式多以沟谷泥石流为主，坡面泥石流次之，除了暴雨引发外，采矿爆破、矿震、采空塌陷等也会引发泥石流[12]。

此类灾害多发生在小秦岭金矿区、凤县—太白金属矿区，开采过程中产生大量矿渣在沟道中堆积，还有违规堆放的不安全尾矿库，均会形成泥石流物源。加之降雨量大，在暴雨季节会形成泥石流[13]。据调查，秦巴山区矿区共有泥石流及隐患点56处，均为采矿废渣堆积引起。如1994年7月的暴雨引发了潼关金矿区特大泥石流灾害，造成51人死亡，上百人失踪，直接经济损失上亿元。2010年潼关金矿区蒿岔峪“7.23”泥石流造成8人死亡，4人受伤(图8)，该泥石流平面Spot5遥感影像图见图9。略阳县煎茶岭镍矿在1998年暴雨时，黄家沟上游矿渣被冲下，形成泥石流，毁坏下游尾矿库坝。受2008年汶川地震影响，黄家沟尾矿库四期坝局部滑塌，约3×104m3尾砂泄入西渠沟河，形成泥石流，使下游河道堵塞，6户村民54间房屋被毁，上游形成堰塞湖，约16.67 hm2农田被毁，幸无人员伤亡(图10)，该泥石流平面分布示意图见图11。

图8　潼关金矿区蒿岔峪泥石流

图9　蒿岔峪7.23泥石流沟Spot5 遥感影像图[14]

图10　黄家沟泥石流摧毁民房

图11　煎茶岭镍矿泥石流平面分布示意图

3.4露天边坡变形致灾型

在露天开采过程中，边坡局部地段岩体节理、裂隙发育，岩性较差，随着开采的延深，边坡暴露面积增大，暴露时间延长，加之人类工程活动的影响，使坡体前缘形成凌空面，破坏了边坡的原有应力分布，造成边坡开裂、塌陷及大面积滑坡[15]。多发生于石灰岩或砖瓦粘土露天开采区，露天边坡失稳常导致滑坡、崩塌发生[16]。据调查，秦巴山区矿区共有崩塌滑坡及隐患点28处，其中5处为露天采矿边坡引发。

4结论

(1)总结了秦巴山区矿产资源的开采现状和特点。秦巴山区主要开采非金属、有色金属、贵金属、黑色金属。区内矿山以小型为主，开采方式以露天开采为主。

(2)总结了秦巴山区地质灾害的现状。秦巴山区地质灾害以滑坡、崩塌为主，区内由采矿活动引发的地质灾害及隐患点112处，其中地面塌陷13处，地裂缝15处，崩塌13处，滑坡15处，泥石流56处，以泥石流为主。

(3)提出了采矿活动引发的地质灾害发育类型：采矿覆岩剧烈变形致灾型，采矿覆岩缓慢变形致灾型，采矿废渣与降雨耦合致灾型和露天边坡变形致灾型。

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*收稿日期：2015-11-26修回日期：2016-01-20

基金项目：国家重点基础研究(“973”)计划(2013CB227900)；中国地质调查局“西北地区矿产资源集中开采区矿山地质环境调查(1212011220219)

第一作者简介：陈建平(1987-)，男，陕西石泉人，硕士，工程师，主要从事矿山地质环境保护与地质灾害防治工作.E-mail：582941450@qq.com

中图分类号：X43

文献标志码：A

文章编号：1000-811X(2016)03-0110-04

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.03.018

Study on Geological Hazard Formative Mode of the Mineral Resources Exploration Area in Qinling- Bashan Mountains

CHEN Jianping，FAN Limin，LI Cheng，NING Jianmin，DU Jiangli and ZHENG Miaomiao

(GeologicalEnvironmentMonitoringStationinShaanxiProvince，Xi’an710054，China)

Abstract:The geological environment is fragile in Qinling- Bashan Mountains, and combine with the mining engineering activities, geological hazard takeplacefrequently. The currentresearches on geological hazard in mineral resources exploitation area are less.This paper expounded the current situation of mineral resources and exploitation in Qinling- Bashan mountains, the mining are mainly mini-type dimensions, mining class are mainly metal minerals, building materials and non-metallic mineral, mining method are mainlyopen pit mining; summarized the development situation ofgeological hazard,and which caused by mining activities of in Qinling- Bashan mountains, the geological hazard caused by mining activity is mainly debris flow. Then four kinds of modes were put forward: intense deformation caused by mining overburden rock, slow deformation caused by mining overburden rock,the coupling of mining waste residue and rainfall,and the deformation of open pit slope; and enumerated some typical geological hazard. It has great significance to the prevention and control of geological hazard in mineral resources exploration area.

Key words:Qinling- Bashan Mountains；Geologic Hazard；Formative Mode of Geological Hazard；Exploration Area of Mineral Resources；High Intensity Mining

陈建平，范立民，李成，等.秦巴山区矿产资源开采区地质灾害致灾模式研究[J].灾害学, 2016,31(3):110-113.[CHEN Jianping，FAN Limin，LI Cheng，et al.Study on Geological Hazard Formative Mode of the Mineral Resources Exploration Area in Qinling- Bashan Mountains[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(3)：110-113.]