矿山地质灾害危险性评价及防灾减灾对策研究

赵 辉

（山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250013）

1 研究区的地质条件概况

研究区地缘位置位于云南东北部，其交通位置如图1-（1）所示，研究范围覆盖曲靖、昭通、昆明三市，地理坐标范围为102°E-27°N，区内全长470Km，面积56800Km2。辖区内矿产资源及旅游资源丰富，人员活动相对频繁且密集。

但受早期煤、铜、铅、锌、锑、铁、磷等矿产资源开采的限制，区域内地理环境曾遭受破坏，且存在一定程度上的地质灾害隐患。区内地形受云贵高原及四川盆地约束，总体呈现西南部略高、而东北部低洼，其地形地势情况如图1-（2）所示，平均海拔高度2200m，高原区域高低错落，多峡谷及断陷带分布。若按成因划分，区内属侵蚀性河谷、山地、山间盆地、科斯特地貌，其地貌发育状态如图1-（3）所示。

除上述区域性的地质概况，该区域内气象及水文地质条件也是产生灾害隐患的重要影响因素[1,2]。研究区地处我国西南地区，具有典型的亚热带高原季风气候特点，且山林密度大，区内气候条件差异性较大，表现为海拔高、低常导致温度、湿度的差异性极为明显，同时垂向、水平地带性差异也极大。雨季多集中在5-10月初，其中夏季降水量较为充沛，同时区内水系发达，山林沟壑间常伴水系，起源头分别来源于长江水系和珠江水系。夏季水系补水以降雨为主，冬季主要以地下水和冰雪融水为主。

2 矿产资源开发与地质灾害诱发因素分析

2.1 研究区内矿山资源开发情况及常见地质隐患

据统计截至2017年年末，研究区内已探明矿种共计52种，主要包含战略储备性矿产1种、典型金属矿产8种、常见非金属矿产44种，目前开发矿岩种类多集中于煤、铁、铅、铜、磷、水泥、砂岩以及黏土等常见矿物[3,4]。由于开采矿种复杂，矿岩具体的开采形式也较多，如煤炭、铜、铁等开采多采用平硐或井下作业开采，而砂岩、部分煤炭开采则主要以露天开采中转场地的采选为主。由于作业场地种类分布差异以及该区域内特殊的地貌和气候条件，导致随着生产过程发展而出现井口坍塌（如图2-（1）所示）、矿山边坡滑坡（如图2-（2）所示）、地表沉陷（如图2-（3）所示）、泥石流等区域性的地质灾害。

2.2 地质灾害信息提取与分布特征分析

由于滇东北地区的特殊地形、地貌以及气候特征，导致该区域地质灾害诱发在空间上呈现出一定的规律性。其信息及分布特征的基本规律主要体现在如下几个方面：

（1）与区域内的岩层分布及岩性特性具有强约束关系，且与地形、地貌及季节性降水关系显著；滇东北地区区域内岩性分布多为软硬夹层相间的松散岩体沉积而成，抗压、抗剪强度相对较低，常易在外部扰动作用下出现区域性的崩塌滑坡。从历史数据来看，这类灾害隐患的频发区多为第三系位置存在砂质泥岩，且区域地貌导水特性较差位置。

（2）复杂地质构造所主导；由上述特征分析可知，上述区域性的灾害隐患主要是外部扰动作用影响产生。但由于该区域内构造相对复杂、节理裂隙、断层发育较密集，从而加剧了软弱岩层的割裂特性。因此，在断层和类断裂性的地质构造附近，地质隐患较为频发。

2.3 地质灾害发育趋势及诱因分析

图1 研究区交通、地势及地貌图

图2 研究区内矿山常见地质隐患

根据前述地质灾害分布特征可知，区内地质灾害发育类型较为复杂，分布情况主要受复杂地质构造牵制，分布范围极为发散，灾害隐患点多且呈现出多样性、复杂性。加之受到附近矿区的采动影响，导致诱发特征呈现出极为明显的群发性、联锁特性以及偶发性。研究中针对于这一实际情况，总结出区内主要的灾害诱因为如下几个方面：

（1）崩塌地貌发育，易出现陡坡、松散土体堆积且存在大型临空面的区域；

（2）滑坡或地表坍塌现象多发区域；

（3）泥石流隐患在该区域内较发育。

3 矿山地质灾害危险性评价与防灾、减灾对策

3.1 危险性基础评价单元建模

为突破研究区内的地域限制，研究中在研究区内划分了基础性的评价单元。其中，基础评价单元的建模文中采用规则格网进行划分，同时考虑到计算机的计算能力与实际问题研究的现实意义，具体网格划分出的单元尺寸为5km＊5km的规则格网，整合边界范围后，全区内共划分出3856个规则评价单元。

3.2 基于加权平均法的灾害危险性评价方法

考虑到真实状态下，地质灾害诱因常为多种表征因素的综合作用，往往单一因素的分析根本无法对真实状态下的灾害状态进行有效评述。鉴于此种考量，研究中尝试采用引入加权平均法对该区域内的灾害危险性进行合理评述，其中由因子组合确定出的危险性的综合评价模型如式①。

式中：Aj表示研究中第j个基础评价单元的灾害危险性指数；wi为评价模型的第i个评价因子的对应权重；ti为评价模型的第i个评价因子的对应评价得分。

综合上述模型，研究中确定出的危险性评价因子主要包括如下：

图3 危险性评价因子

对于评价指标的权重已经极为成熟，故文中主要采用层次分析法进行处理，该方法的具体步骤为：

（1）按照指标因子确定出的层次结构，构建判别矩阵；

（2）利用判别矩阵确定最大的特征值和特征向量；

（3）采用CR指标（CR=CI/RI，其中CI表示一致性指标，RI表示平均且随机一致性）判别和检验矩阵的一致性；

（4）为整体的层次逻辑进行排序，确定出各指标的评分。

3.3 危险性区划与灾害级别分析

根据上述计算和评价方法，研究中最终按照危险性不同的预警级别确定出4组不同的预警区域，并对各区域的频发区域进行标记，其灾害危险性划分结果如下。

3.3.1 灾害红色高危预警区域

红色预警区是灾害的高发区域，在研究区内红色预警出现在河流集中的高山峡谷区域，同时部分石灰岩采剥区域也是此区域的高危灾害区。区域辐射面积约为14562.57km2。

3.3.2 灾害橙色中危预警区域

经计算后，确定中型危险区域主要分布于盐津县、昭阳区东南部等具有浅部切割的山体。此部分多集中于非金属矿山的开发，辐射面积为23473.92km2。

3.3.3 灾害黄色低危预警区域

该部分区域集中于南部，集中于巧家县等具有较好植被覆盖的区域。区域内主要的历史灾害来源于采石场内的部分区域崩塌，但仅威胁设备、建筑的公共财产安全。

3.3.4 灾害绿色无危害区域

该区域主要集中于中部，特点是离矿山和采石场较远，历史记录上仅表现为偶有年份出现小面积的泥石流。

3.4 防灾、减灾建议及对策

综合对比滇东北地区多矿山、大区域的隐患评价和分析结果，研究中最终总结出如下四个方面的防灾、减灾对策，以最大限度的保障从初期隐患排查到后期监测、监管的全寿命周期内的防灾、排险任务。

（1）规划矿山开采，提高矿山环境治理水平；

（2）提高灾害隐患的实时监测力度和手段；

（3）提高对矿山采剥废石的综合治理和监管；

（4）制定相关法规，强制提高高危区域的监管力度。

4 结论

我国现阶段至未来很长一段时间将仍需要矿产资源来维持国家的经济发展，因此，对矿山地质灾害的合理控制仍将是未来很长一段时间需要持续考虑的关键问题。本文以滇东北地区多矿山、大区域的分析任务为研究对象，从灾害分布特征以及灾害诱发特点等多方面入手，量化的对研究区内的灾害危险性进行有效的评价，对该区内的不同风险状况进行了分类评价。该方法的提出，在一定程度上提高了滇东北区域的风险评估能力，同时也对于其他类似的大区域灾害性评价能起到一定的借鉴作用。