专利名称：一种基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法
技术领域：
本发明属于泥石流防治领域，尤其涉及一种基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法。
背景技术：
山地地区因存在陡降的地形地貌、崩塌滑坡堆积物及残坡积物，因而在暴雨作用下，常常形成泥石流地质灾害。矿山泥石流是山地地区矿产资源开发过程中，因采矿废石弃渣不合理堆排引发形成的人工泥石流。山区矿产资源开发在促进经济社会发展的同时，修筑道路、削坡平整工业场地、露天剥采及井下开采等活动过程中，废石弃渣堆积在山坡上及沟谷中，极大地增加了泥石流形成的固体物源，破坏及压占土地植被，导致或加剧水土流失，恶化矿区生态环境，在强降雨作用下形成泥石流，因此山地矿山是矿山泥石流最为频发的地质灾害类型之一。矿渣型泥石流，也可称废石型泥石流，是泥石流的一种类型，其构成泥石流的松散固体物的90%来源于采矿过程中排放的废石渣。矿山泥石流除具有一般泥石流形成的地形地貌、松散物源和降水等三要素外，因其废石渣物源的特殊性(堆积位置集中、废渣持续堆积、废渣堆透水性能强、颗粒粗大等)，因此矿山泥石流具有人为性、频发性及可控性特点。陕西河南接壤的小秦岭金矿区是我国矿渣型泥石流地质灾害及其隐患的典型地区。自1975年小秦岭地区金矿开发以来，1994年、1996年、1998年、2012年先后在不同峪道发生了数十起泥石流地质灾害(表I)，最严重的当属1994年7月11日发生在陕豫交界的西峪峪道，强暴雨导致的泥石流，冲毁矿区公路9km，涵洞3km，淤埋文峪金矿矿山设备百余台，导致矿区交通、水电中断，51人死亡、上百人失踪的特大地质灾害。小秦岭金矿区地处中低山地区， 坡陡沟深，峰峦叠障，谷坡陡峻、流水下切强烈，主要峪道均呈“V”形谷，两侧山坡坡角大于35s。东部海拔700 2100m，西部1000 1800m，平均高程1500m，相对高差一般在400 600m，主峪道沟床纵坡降比一般在6 13%，峪道上游的支沟坡降比在25 35%。陡峻的地形地貌条件有利于坡面径流迅速汇集，山洪从势能转化为动能，且暴涨猛落，使得坡面汇水、沟谷山洪具有较强的冲蚀和搬运能力。高陡的地形地貌为泥石流发生提供了地形条件，采矿形成的巨大废石渣为泥石流提供了丰富的松散来源。采矿废石渣严重挤占和堵塞沟道，降低了河流排泄能力。矿渣型泥石流区别于一般自然泥石流的最大特征在于物源的特殊性。采矿废渣(矿渣)占到了泥石流物源的90%以上，这与其它山地地区因崩塌、滑坡或残坡积形成的泥石流物源有本质区别。由于废石渣以坚硬耐风化的岩浆岩、碳酸盐岩、深变质岩类等构成，且采矿废渣物源颗粒整体粗大，暴雨能够矿渣堆快速通过，与一般降水入渗导致松散物自重增加失稳形成泥石流的模式不同。矿渣型泥石流是在极端强降雨条件下，沟源高陡斜坡上隐形残破积物在强暴雨片蚀作用下形成梳妆浅层滑坡，下滑至沟底，在迅速汇集的山洪作用下转化成沟谷泥石流。泥石流在前进过程中通过冲蚀、侧蚀、底蚀作用导致泥石流规模不断加大，遇到堵塞形成堵溃放大了泥石流致灾效应。或上游形成的山洪途径废渣堆时，因废渣堆挤占行洪通道，山洪行洪不畅形成诸如堰塞湖形式而溃决；或侧蚀沟道边的废渣堆，导致废渣堆失稳垮塌堵塞山洪而垮塌形成泥石流。堵溃型泥石流形成模式，丰富泥石流的形成、运动及致灾理论，同时矿山泥石流防灾减灾提供了新的防治理念。综上所述，一般泥石流因细颗粒多，孔隙小，相互连接紧密，通水性能弱，因此降水会导致残坡积物中孔隙水压力持续增大而失稳形成坡面泥石流，或因透水性能差而堵水导致水压力增大形成沟谷泥石流。而矿渣型泥石流因采矿废渣颗粒级配粗，耐风化，细颗粒不足5%，孔隙度大，孔隙联通性能好，透水性能强，因此降水能很快通过废石渣堆，水压力几乎不起作用。因此，矿渣型泥石流形成模式不同于一般泥石流，主要是因沟谷洪水冲刷沟道边废石渣堆而失稳形成堵溃型泥石流；或因沟源高陡斜坡上隐形残破积物在强暴雨片蚀作用下形成梳妆浅层滑坡，下滑至沟底，在迅速汇集的山洪作用下转化成沟谷泥石流。冲蚀、侧蚀、底蚀作用导致沟道边废石渣不断加入堵塞沟道而堵溃放大了泥石流致灾程度。目前泥石流的预防是基于疏导和排水，治理基于固渣、拦挡。即通过疏浚行洪沟道、修建泥石流排导渠、截排水沟、拦渣挡墙，重力坝、格栏栅坝等，以及停淤场等防治工程及其组合来实现泥石流防治的目的。上述泥石流防治工程及其组合主要是基于降雨导致固体物源因内部水压力增大失稳而形成泥石流地质灾害而设防的，具有理论的科学性。但是对于粗颗粒为主要的废石渣堆，因其高空隙、透水性能好的特点，如沿袭防治理念及工程措施，导致防治的针对性不强和治理的高代价，甚至可能会重蹈因拦沟修建的重力坝长时间聚集矿渣，堵溃而放大泥石流的灾害效应。目前，国内外尚无这种矿渣型泥石流形成模式的防治新技术方法。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，旨在解决矿渣型泥石流安全经济的防治方法。本发明实施例是这样实现的，一种基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，该防治方法包括以下步骤:矿渣型泥石流隐患沟的判别；泥石流沟物源的调查；泥石流沟谷地貌参数及水文参数测算；行洪通道的疏浚；设置轻型拦挡工程。进一步、矿渣型泥石流隐患沟的判别依据为:①采矿物源占到泥石流沟物源总量的90%以上；②直径大于2mm的粗颗粒占到物源颗粒级配的90%以上；③废石渣主要由较坚硬的矿山围岩颗粒组成，如深变质岩类、基性超基性岩类、花岗岩类、石灰岩类等。进一步、泥石流沟物源调查包括:废石渣数量、废渣总量、渣堆堆积场所、渣堆的稳定性及占据行洪通道等参数，代表性物源颗粒级配筛分与统计。
进一步、沟谷地貌参数及水文参数的测算包括:在地形图上计算泥石流隐患沟汇水面积、纵坡降等；实地测量沟谷两侧坡度、 最大行洪断面、流量、流速；调查收集历史上最大降水量、最大行洪断面等参数。
进一步、行洪通道疏浚工程的方法为:疏浚沟谷可能最大的行洪通道，清理沟道内影响行洪畅通的废石渣堆及其他障碍物，最大程度保证山洪运行的畅通，避免因行洪不畅掏蚀、侧蚀废渣堆而导致废渣堆垮塌堵塞行洪通道而形成堵溃型泥石流。进一步、设置拦挡工程的方法为:方法一:在废渣堆坡脚地带，将直径IOcm以上的大块废石装入铅丝笼，稳定堆排在废石渣坡脚边(具有坡面暴雨或沟道洪水快速通过的性能)，较细的废渣堆积在其后面，阻挡因洪水掏蚀废渣垮塌而堵塞河道；方法二:或在沟道边修建，浆砌拦渣挡墙，但一定要留足坡面水流的透水孔，使暴雨或坡面径流快速通过废渣堆，避免因降水入渗导致渣堆自重增加而失稳堵塞行洪通道，证废渣堆不进入沟道成为泥石流物源，即再大的暴雨只能形成山洪而不能形成泥石流，尽量避免拦沟修建重力坝等。本发明通过采用河道疏浚、废石渣拦挡措施，让暴雨、洪水快速通过废石渣堆，避免废渣进入行洪通道成为泥石流物源的方法，达到防治“堵溃型泥石流”的目的；同时减少因修筑重力坝(坝前淤积物源相当于零存整取)、隔栏坝拦大(大块石)放小(小块石和细粒物)导致溃坝而放大泥石流的灾害效应，因此发明具有安全、经济的特点；此外，本发明以预防为主，以疏导为主，结合铅丝笼或拦渣挡墙等轻型防治工程，减少因修建重力坝、排水渠的工程费用，具有 良好的应用前景和适用价值。
图1是本发明实施例提供的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法的流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图1示出了本发明提供的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法的流程，为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。本发明的实施例提供的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，该方法包括以下步骤:矿渣型泥石流隐患沟的判别；泥石流沟物源的调查；泥石流沟谷地貌参数及水文参数测算；行洪通道的疏浚；设置轻型拦挡工程。作为本发明实施例的一优化方案，矿渣型泥石流隐患沟的判别依据为:①采矿物源占到泥石流隐患沟物源总量的90%以上；②直径大于2mm的粗颗粒占到颗粒级配90%以上；③废石渣主要由较坚硬的矿石围岩颗粒组成。作为本发明实施例的一优化方案，调查泥石流沟物源包括:废石渣数量、渣堆总量、堆积场所、渣堆的稳定性、占据行洪通道等。
作为本发明实施例的一优化方案，沟谷地貌参数及水文参数的测算包括:在地形图上计算泥石流隐患沟汇水面积、纵坡降等；实地测量沟谷两侧坡度、最大行洪断面、流量、流速；调查收集历史上最大降水量、最大行洪断面等参数。本发明实施例的一优化方案，行洪通道疏浚工程的方法为:疏浚行最大洪通道，清理行洪通道内存在的废石渣堆。作为本发明实施例的一优化方案，设置拦挡工程的方法为:方法一:在废渣堆坡脚地带，将直径IOcm以上的大块废石装入铅丝笼，稳定堆排在废石渣坡脚边，透水而又拦挡住因废石渣不进入行洪通道，较小的堆积在其后面。方法二:或在沟道边修建浆砌拦渣挡墙，留足坡面水流的透水孔，使暴雨或坡面径流快速通过废渣堆，即再大的暴雨只能形成山洪而不能形成泥石流。下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。本发明的实施例提供的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，该方法包括以下步骤:SlOl:矿渣型·泥石流隐患沟的判别；S102:调查泥石流沟物源；S103:测算沟谷地貌参数及水文参数；S104:行洪通道疏浚工程；S105:设置拦挡工程。以下结合具体实施例对本发明作进一步描述。2004-2010年，发明人在小秦岭金矿区持续7年开展了矿渣型泥石流调查与防治研究工作，通过以下调查、研究及勘查工作:(I)历史上矿渣型泥石流回顾性调查，(2)矿渣型泥石流起动主要临界参数的模式实验和实验室有关参数的测试，(3)2010年7.23泥石流致灾过程及成灾模式研究，(4)典型泥石流沟防治的勘查、设计工作，(5)追踪了小秦岭金矿区及国内其他矿山泥石流防治工程措施，总结形成了矿渣型泥石流的防治模式及措施。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，其特征在于，该防治方法包括以下步骤: 矿渣型泥石流隐患沟的判别； 泥石流沟物源的调查； 泥石流沟谷地貌参数及水文参数测算； 行洪通道的疏浚； 设置高透水性能的轻型拦渣工程。
2.如权利要求1所述的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，其特征在于，矿渣型泥石流隐患沟的判别依据为:①采矿物源大于泥石流沟物源总量的90% ;②直径大于2_的粗颗粒大于物源颗粒级配的90% 废石渣主要由较坚硬的矿山围岩颗粒组成，如深变质岩类、基性超基性岩类、花岗岩类、石灰岩类。
3.如权利要求1所述的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，其特征在于，泥石流沟物源调查包括:废石渣数量、废渣总量、渣堆堆积场所、渣堆的稳定性及占据行洪通道的参数，代表性物源颗粒级配筛分与统计。
4.如权利要求1所述的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，其特征在于，泥石流沟谷地貌参数及水文参数的测算包括:在地形图上计算泥石流隐患沟汇水面积、纵坡降；实地测量沟谷两侧坡度、最大行洪断面、流量、流速；调查收集历史上最大降水量、最大行洪断面的参数。
5.如权利要求1所述的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，其特征在于，疏浚行洪通道的工程方法为:疏浚沟谷可能最大的行洪通道，清理沟道内影响行洪畅通的废石渣堆及其他障碍物，保证山洪通畅，避免因山洪行洪不畅掏蚀、侧蚀废渣堆而导致废渣堆垮塌堵塞沟谷通道而形成堵溃型泥石流。
6.如权利要求1所述的基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，其特征在于，设置拦挡工程的方法为: 方法一:在废渣堆坡脚地带，将直径IOcm以上的大块废石装入铅丝笼，稳定堆排在废石渣坡脚边，避免因洪水掏蚀废渣堆垮塌而堵塞河道；方法二:在沟道边修建浆砌拦渣挡墙，留足坡面水流的透水孔，使坡面径流快速通过废渣堆，避免因降水入渗导致渣堆自重增加而失稳堵塞行洪通道，保证废渣堆不进入沟道成为泥石流物源，即大暴雨只能形成山洪而不能形成泥石流，尽量避免拦沟修建重力坝。
全文摘要
本发明公开了一种基于矿渣型泥石流形成机理的防治方法，该防治方法包括以下步骤矿渣型泥石流隐患沟的判别；泥石流沟物源的调查；沟谷地貌参数及水文参数的调查；行洪通道疏浚工程；废渣堆拦挡工程。本发明通过采用一种透水性能高的拦挡废渣措施，让暴雨、山洪快速通过废石渣堆，避免废渣进入行洪沟道成为泥石流的物源的方法，达到防治“堵溃型泥石流”的形成与减少灾害损失的目的；同时减少因修建泥石流重力坝蓄积泥石流、隔栏栅坝拦大放小等最终可能因溃坝而放大了泥石流的灾害效应。此外，本方法是基于以疏导为主的防治理念，采用高透水性能的铅丝笼等轻型工程措施，减少因修建拦挡坝、排水渠的工程费用，具有良好的实际应用与推广前景。
文档编号E02B1/00GK103233440SQ201310151158
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者徐友宁, 张江华, 陈华清, 乔冈, 柯海玲, 刘瑞平, 杨敏 申请人:中国地质调查局西安地质调查中心