某矿山强降雨泥石流特征及防治对策技术探讨

刘蒙蒙

（甘肃省地质矿产勘查开发局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050）

矿山会堆积大量的废石弃土，弃渣的堆放受水文地质、气候条件、岩土力学性质等相关因素的影响，在降雨量增加季节，极易诱发矿山泥石流，矿山泥石流的发生具有突发性、破坏性、运动快速、历时短暂等特点，其危害严重，对人类生产生活场所、交通运输、矿企的基础设施等造成严重破坏[1-3]。当前，我国矿山泥石流问题十分突出，且灾情相当严重。因此，分析矿山泥石流灾害及其成因，对于加强矿山泥石流的防治有着重要意义[4]。

本文以矿山泥石流为研究对象,对矿山泥石流的形成条件、发育特征、防治对策进行了分析研究，旨在为矿山地质灾害的防治提供可靠科学依据。

2018年7月18日和8月2日，甘肃省临夏回族自治州多地出现强降雨，3h内各县区均突遇多年未遇强降雨，局部地区1h降雨量达74.8mm，5h降雨量达166.3mm。受“7.18”暴洪及“8.02”降雨影响，临夏州部分矿山爆发泥石流灾害，致使矿区周边居民受灾。

1 矿山泥石流发生概况

矿山所在泥石流沟地势北高南低，相对高差366.1m，沟道两岸斜坡坡度一般为25°～70°。上游主沟道呈“V”字型，沟道狭窄，最宽处6.5m，下游沟道呈“U”字型。沟口至入河口相对高差31.7m，长度776m，沟口至入河口纵向平均坡降40.85‰。

2 矿山泥石流的成因机制和引发因素

2.1 地形地貌条件

研究矿区所发生泥石流地貌类型主要为低中山地貌，物质组成主要为风积黄土，土质疏松，具垂直节理，土体孔隙发育，出现的沟谷多呈“V”字型，山高沟深，地势陡峭，沟坡坡度一般25°～50°，主沟纵坡比在367.9‰，流域形状便于水流的汇集，上游形成区地形比较开阔，周围山高坡陡，地形便于碎屑物质的集中。中游流通区多为狭窄陡深的峡谷，沟床纵坡坡度较大，使泥石流得以迅猛直泻。下游堆积区地形多为的河谷阶地，便于碎屑物质的堆积。

2.2 松散固体物质储量条件

矿山泥石流物源主要为弃土弃渣物源、其次为坡面物源，沟谷发育冲蚀（侧蚀）、滑坡等不良地质现象，为矿山泥石流形成提供了大量松散固体物源。

2.3 水文条件

矿山泥石流产生的条件主要为降雨，根据气象局提供的气象资料，“7.18”暴洪及“8.02”降雨，临夏州三十分钟最大降水量37.4mm，十分钟最大降水量14.3mm。均大于历年观测最大值，可见具备泥石流形成的水文条件。水不仅是矿山泥石流的组成部分，更主要的是松散固体物质的搬运介质，在物源、地形有利条件下，它是矿山泥石流的最直接诱发因素。

3 矿山泥石流特征

3.1 物源特征

矿山泥石流流域内的松散物补给源物分为三种类型：弃土弃渣物源、坡面侵蚀物源、沟床堆积物源。堆积物主要由粉质粘土、砾石、碎石等组成，偶见块状矿石，土质成分含量较多，主要为粉质粘土。流体稠度较高，堆积物分选性相对较差，磨圆度较差；沟道中下游段堆积物则以粉质粘土夹碎石为主。

表1 松散物质储量汇总表

3.2 流体重度

根据现场配浆法、经验公式计算法两种方法，最终确定矿山泥石流流体重度为14.55KN/m3。

3.3 流量

根据配方法和形态调查法计算结果分析比选，矿山泥石流不同频率（P=1%、P=2%和P=5%）泥石流洪峰流量见表2。

3.4 流速

矿山泥石流平均流速计算采用糙率系数表法计算，将泥石流中各种阻力因素都用糙率系数表示，在按一般水力学的薛齐－曼宁公式计算流速。

表2 洪峰流量和平均流速计算表

一次泥石流过流总量Q通过计算法确定。根据矿区现场勘查后确定，本次矿山泥石流历时3h，洪峰流量Qc（m3/s）按泥石流暴涨暴落的特点，将其过程线概化成五角形，按规范[5]附录I式I.6进行计算。

Q=KTQc

不同计算频率下一次泥石流冲出的固体物质总量QH（m3）按照规范[6]附录J中J.20提供的计算公式进行计算：

QH＝Q（γc-γw）/（γh–γw）

表3 矿山泥石流过流总量和冲出量计算表

矿山泥石流整体冲击压力采用铁二院公式[5]，泥石流体重大块石的冲击力按照对墩的冲击力计算公式。

表4 整体冲压力和块石冲击力计算表

按照规范[6]附录I式进行计算。结果见表5。

表5 泥石流爬高、最大冲起高度和弯道超高计算表

4 防治对策

研究矿区的上游沟道狭窄，呈V型，中下游呈U型，沟道纵比降367.9‰。上游沟道较窄，宽度3m～4m，两侧滑坡发育，布设拦挡坝基本条件不具备；中下游沟道较宽，宽度7m～14m，两侧坡体坡度较缓，坡度25°～40°。沟道较顺直，布设拦挡坝基本条件具备。另外由于中游发育H3滑坡，滑坡下游设置拦挡坝回淤，可反压滑坡坡脚，稳固滑坡，并起到削弱洪峰的作用。为保护矿区周边群众安全，从沟口至入河口沟道进行清淤，并布设双侧排导堤，修补已有排导工程，最终将泥石流冲出物排出。

5 结语

（1）矿山泥石流属于暴雨沟谷型稀性高频泥石流。

（2）区域“7.18”暴洪三十分钟最大降水量37.4mm，十分钟最大降水量14.3mm，均大于历年观测最大值，为矿山泥石流形成的提供了水文条件。

（3）调查表明，流域内具有矿山泥石流发育的良好物源、水文条件、地形条件,再次发生矿山泥石流的可能性较大。

（4）矿山泥石流治理推荐方案为：沟道清淤+排导堤+拦挡坝。这些治理措施实施后，具有良好的防灾效益、环境效益、社会效益。