豫西地区金属矿山地质灾害风险评价研究

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矿产资源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础。河南省作为我国重要矿产资源大省之一,矿产资源的开发和利用在全省国民经济建设中占有举足轻重的地位。然而,由于认识的局限性等原因,在保障国民经济发展需要和创造巨大经济效益的同时,矿产资源的大规模开发利用导致了大量矿山环境问题的出现,严重影响和制约了本省矿业的可持续发展。河南豫西地区矿山地质灾害中,崩塌、滑坡、泥石流等灾害无论是数量,还是造成的危害都是河南省内最大和最严重的,已逐渐成为影响豫西地区可持续发展的主要地质灾害。分布在豫西山区的金属矿山,中于区域构造复杂,沟谷切割较深,地形高差大,植被稀少,地质环境脆弱,原本就是地质灾害多发区和易发区,加之矿产开采活动的诱发,又进一步加剧了该地区的地质灾害,矿区内最为典型和突出的地质灾害问题是矿渣型泥石流、矿渣堆滑塌等,以及地下升采引起的崩塌和滑坡隐患等。虽然目前一些重点项目工程采用治理措施,但对于整体矿山地质灾害问题的解决并没有起到缓解的作用。论文通过理论模型研究和实例分析两个方面,进行矿山地质灾害的风险评价。分别对矿山地质灾害区域性性及场地性危险性评价、经济类及人口类承灾体易损性评价、经济类及人口类承灾体风险性评价分析模型进行研究。以豫西秦岭金矿区枣乡峪乱石沟为例,分别对论文提出的危险性评价模型、易损性评价模型、风险性评价模型进行实例分析,综合考虑两种地质灾害叠加、沟谷流域地质灾害链效应,对矿山地质灾害风险评价体系与模型进行研究和实践,并提出矿山地质灾害治理应考虑周边或上一级地质灾害发生时,对下一级治理工程的影响,治理工程的安全系数应综合考虑且统筹安排,适当提高。通过上述的分析和研究,论文主要取得了以下一些成果和结论:(1)豫西地区金属矿山地质环境问题及治理。豫西地区金属矿山主要地质环境问题,包括矿渣泥石流和崩塌、滑坡等地质灾害。矿山地质环境条件有自然地理,地形地貌、地质构造、地层与岩性、水文地质等。矿山地质环境治理,包括历史上矿山地质灾害、矿山地质环境问题现状、矿山地质环境发展趋势预测、矿山地质环境治理现状。(2)矿山地质灾害危险性评价研究。按照研究尺度的大小,将矿山、泥石流及滑坡危险性评价分为区域和场地的危险性评价。区域泥石流危险性评价,从地形地貌、物源、地质条件、气象水文植被、人为活动及效果因子提出相应的评价指标,构建区域性泥石流危险性评价指标体系;场地性泥石流危险性评价,预测泥石流最大危险范围,在此基础上,建立泥石流危险性评价指标体系。对区域性和场地性崩塌、滑坡危险性评价,分别从地质环境、动力环境、人类工程经济活动因素中分别提出了相应的评价指标,并建立了区域性崩塌、滑坡危险性评价指标体系和场地性崩塌、滑坡危险性评价指标体系。将层次分析法(AHP)和模糊综合评判法(FCE)相结合的评价方法(AHP-FCE),运用于矿山地质灾害危险性评价中,分别介绍了两种模型的基本原理、步骤和计算模型。(3)矿山地质灾害易损性评价研究。分为易损性构成、易损性评价内容、承灾体价值评估、易损性评价四个方面。易损性的构成,根据矿山地质灾害的特点及灾害所造成的各种破坏效应,分为经济类易损性、人口类易损性。易损性评价的主要内容分为:承灾体类型、数量及其分布,承灾体价值,承灾体的破坏程度、价值损失率及破坏概率。承灾体价值评估,主要应用于承灾体损失期望值,即风险值的计算,对丁经济类承灾体,采用货币化的方法计算承灾体价值,对于人口类承灾体,采用人口密度方法作为承灾体价值评价的目标值。易损性值计算模型,寻于经济类承灾体,综合考虑了承灾体与灾害体的位置关系、承灾体逃脱性及易损系数,全面描述了承灾体遭受破坏的可能性及损失的程度;对于人口类承灾体,综合考虑了包括人口的年龄结构、对于灾害风险的预防认识、房屋的结构类型、以及地质灾害预警体系是否完善在内等等因素。(4)矿山地质灾害风险性评价研究。建立包括危险性预测、易损性评价、风险预测在内的矿山地质灾害风险评价体系。危险性预测,针对区域性矿山地质灾害,提出不同危险性等级所对应的破坏概率;在矿山各单一灾种地质灾害危险性评价基础上,提出多种类型地质灾害在同一研究区域内同时发生时危险性评价模型。易损性评价,包括风险区确定、承灾体特性评价、承灾体抗灾性能分析。风险预测,分为经济类风险预测值和人口类风险预测值,经济风险预测值计算模型中包含地质灾害发生的概率、承灾体的经济价值总量、承灾体的易损性,人口类风险预测值计算模型中包含地质灾害发生的概率、人口密度、人口易损性。(5)枣乡峪乱石沟流域矿山地质灾害风险评价。分为危险性评价、易损性评价、风险性评价三个部分。危险性评价,采用层次分析法(AHP)和模糊综合评判法(FCE)相结合的评价方法,提出矿渣型泥石流灾害危险性评价图、崩塌灾害危险性评价图、综合考虑矿渣泥石流和崩塌灾害叠加的地质灾害危险性评价图,危险性评价等级分为高危险区、中等危险区、较低危险区、低危险区,高危险区主要分布在西壕、中壕顶部西侧、东壕DE33及DE31矿潭堆处以及1280矿渣堆分布区,较高危险区主要为西壕底部、中壕顶部东侧及乱石沟内主要山脊分布地段,此外除三岔口以上三条支沟的分布区域,乱石沟内其他地段稳定性较好。易损性评价,分别计算和分析了经济类承灾体价值评估及易损性值、人口类承灾体价值评估及易损性值。风险性评价,分别对经济类承灾体风险性评价、人口类承灾体风险性评价,评价等级分为高风险区、中等风险区、较低风险区、低风险区。经济类风险预测结果,高风险区主要为1620渣堆后部的矿工生活区,中等风险区主要分布在中壕、三岔口以及38和1280矿渣堆的后侧,较低风险及低风险区主要分布在简易碎石路、矿山公路以及1120、1140等渣堆的居民生活区。人口类风险预测结果,高风险区分布于1620渣堆后部的矿工生活区内,中等风险区分布面积最小仅分布于1280矿渣堆后部的局部地段,较低风险区分布面积较大,包括中壕、东壕、三岔口以及1280、D385及DW2矿渣堆后部的居民生活区,低风险区主要分布在简易碎石路、矿山公路以及1120、1140、DW4矿渣堆居民生活区以三岔口的部分地段。(6)枣乡峪乱石沟流域矿山地质灾害链式效应及系统治理。对沟谷流域乱石沟矿渣型泥石流的治理,应该考虑灾害链效应。如矿渣堆稳定性分析,下一级矿渣堆稳定性分析,应考虑上一级矿渣堆载或失稳对其稳定性的影响。以枣乡峪乱石沟有矿渣堆堆积的剖面为例,采用Plaxis 2DAE软件,分别计算了第1级矿渣堆堆载、第2级矿渣堆堆载,天然状态和饱水状态下,矿渣堆边坡的稳定性。稳定性分析结果显示,第2级矿渣堆堆载后,坡体整体稳定性系数降低,在饱水状态下,坡体处于极限平衡状态;第1级矿渣堆表面监测数据显示,坡而相临空方向位移增加,主应力增大,坡体塑性区由第1级矿渣堆肩部转移到第2级矿渣堆的整个坡面。矿渣堆治理工程,如挡渣墙或拦渣坝设计时,其安全系数除了考虑自身安全储备外,必须考虑上一级矿渣堆载或失稳给下一级矿渣堆增加的附加荷载,或上一级拦渣坝发生溃坝带来的附加效应,同时还要预防周边岩体发生崩塌、滑坡等地质灾害。矿山地质灾害治理工程安全系数应综合考虑,统筹安排适当提高。
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