陕西环境地质研究——2014年陕西省地质灾害防治学术研讨会论文集(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：范立民

出版社：中国地质大学出版社

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陕西环境地质研究——2014年陕西省地质灾害防治学术研讨会论文集试读：

前言

陕西省地貌类型复杂，地形起伏大，既有高山峻岭为代表的秦岭山区，又有黄土高原沟壑地貌、沙漠地貌、峡谷地貌，独特的地貌、地质环境条件，决定了陕西地质环境条件复杂，地质灾害发育，严重威胁着人民生命、财产安全。

截至2013年底，全省共有各类地质灾害及隐患点15 231处，其中移民搬迁、工程治理消除危险点3 222处，减少受威胁群众8.5万余人，尚有地质灾害隐患点12 009处，威胁人口57.67万人，其中威胁1 000人以上特大型67处，威胁500～1 000人大型89处，威胁100～500人中型741处，威胁小于100人小型11 112处。陕北黄土塬区地质灾害以黄土滑坡、黄土崩塌、采空区塌陷为主，有地质灾害隐患点1 643处，多次发生大面积冒顶引发的浅层塌陷型地震，震级2.4～3.2级；关中地区以黄土滑坡、地面沉降及地裂缝灾害为主，有地质灾害隐患点2 818处；陕南山区地质灾害以残坡积层滑坡、膨胀土滑坡、基岩崩塌、泥石流为主，有地质灾害隐患点7 548处。陕西省地质灾害易2发区38个，总面积18.89万km，占全省总面积的92％。其中高易发222区3.73万km，中易发区7.25万km，低易发区7.91万km。论文集用较多的笔墨论述了陕西省地质灾害发育特征、成因机理、防治对策和效果，展示了近年来陕西省地质灾害领域取得的新成果。

陕西省矿产资源具有分布广、种类全、区域特色明显的特征。截至2013年底，陕西省查明发现各类矿产138种，查明资源储量的91种，尚未查明资源储量的47种。全省已开发利用的矿产114种，其中能源矿产7种、黑色金属矿产4种、有色金属矿产10种、贵金属矿产2种、冶金辅助原料非金属矿产9种、化工原料非金属矿产12种，建材、非金属及其他矿产70种。矿产资源开发的规模大、强度高，产生的矿山地质环境问题严重。论文集介绍了陕西省矿山地质环境研究现状，指出了矿山地质灾害类型及成因机理，展示了部分矿山地质环境治理效果，为矿山生态文明建设提供了基础资料和数据。

陕西暨关中盆地蕴藏着丰富的地热资源，早在隋唐时期，著名的临潼骊山华清池温泉、蓝田汤浴温泉和眉县汤浴温泉，已被古人用于医疗洗浴、旅游观赏。近年来，随着社会经济的发展和科技进步，地热资源开发利用形成热潮，先后施工地热井300多眼，地热水井口温3度最高达120℃，自流量最大可达306m/h。20多年来，建成了咸阳地热城，西安、渭南、宝鸡等地地热资源也得到了较好的开发利用，不仅解决了城市供热、洗浴等问题，而且减少了燃煤，保护了环境，取得了显著的效益。论文集对地热资源也进行了论述。

陕西省地下水资源分布不均衡，北少南多，地下水类型包括第四系潜水、黄土裂隙潜水、岩溶承压水和碎屑岩潜水承压水、变质岩潜水等，地下水开发利用程度高，尤其是关中盆地地下水开发利用程度很高，地下水开采诱发的地面沉降、地裂缝问题突出。陕西省从1955年建立地下水监测站（现陕西省地质环境监测总站）以来，该站对全省尤其是关中盆地地下水动态进行了系统监测，提交了一系列监测报告和建议，得到了政府的采纳。20世纪80年代，西安地区长期高强度开采地下水，造成地下水水位大幅度下降，地面沉降加剧，地裂缝活动剧烈，严重影响了公共安全和城市发展。根据地下水监测成果，政府强制关闭了一批地下水井，引来黑河水，解决城市供水，不仅缓解了地下水水位下降，还延缓了地面沉降、地裂缝发育。20世纪八九十年代地面沉降活跃期不可想象的地铁、高层建筑群等重大工程建设项目，在今天都得以实现。

为了全面展示近年来陕西省在地质环境、地质灾害领域取得的新成果，陕西省地质学会、陕西省地质学会环境地质与灾害地质专业委员会决定在2014年底召开一次地质灾害防治学术研讨会，由陕西省地质学会、陕西省地质学会环境地质与灾害地质专业委员会、陕西省地质调查院主办，陕西省地质环境监测总站与陕西省地质调查中心承办，并列入2014年陕西省科学技术协会学术金秋重点学术活动，于2014年6月16日发出征文通知，得到了在陕各单位和工程技术人员的积极响应，截至9月20日共收到学术论文73篇，经专家评审，其中51篇入选本论文集，少数已发表的论文，为了便于交流，予以收录。本着文责自负、百家争鸣和鼓励年轻作者的原则，一些论文论述较为浅显，也予以采用。在征文过程中，得到了陕西省各地质勘查单位、有关高校的支持，编委会成员为论文征集、审稿付出了辛勤劳动，陕西省地质环境监测总站承担了本书出版的大量工作，中国地质大学出版社给予了大力支持，保证了论文集能够在研讨会前出版，在此一并表示衷心的感谢。

论文集编辑过程中，进行了文字润色，规范了参考文献的著录格式，统一了计量单位和有关术语，但未进行实质性修改。由于编者水平有限，时间仓促，书中难免疏漏或错误，恳请作者谅解、读者指正。编委会主任　郭三民2014年9月22日

煤炭资源的开采强度与地质灾害研究

基于煤炭资源集中连片开采导致的地面塌陷、泉水干涸及河流断流的实际监测资料，10年前作者提出统一规划、合理布局、适度规模、分散开发、保水采煤的陕北煤炭资源适度开发建议（范立民，2004、2005），并划分了保水开采地质条件分区（王双明等，2010），但由于科学开采模式与地方经济发展的尖锐矛盾，榆神府矿区窟野河流域、秃尾河流域的部分地段，煤炭开采强度一直过大，地质环境问题日益突出。近年来，这一高强度开采的不科学行为逐渐受到关注，并形成了一定的研究基础，李亮（2010）、张周权（2008）、滕永海等（2002）从不同角度研究了高强度开采诱发的地面变形和巷道围岩控制技术，一些文献还报道了高强度开采区地下水或瓦斯运移规律、铁路及村庄下高强度开采试验与房屋破坏规律等相关研究，主要是对单个井田（煤矿）范围内连续分布的综采工作面大采高条件下进行的研究，并提出了防治对策。范立民（2005）、王双明等（2009）基于陕北煤炭开采遇到的地质环境问题，提出了煤炭工业的区域性大规划问题，钱鸣高（2010）提出了煤炭科学开采技术体系，谢和平等（2012）提出了科学产能的概念和科学开采技术体系，从全国角度提出了煤炭的科学产能问题。这些煤炭开发理念与作者提出的适度开发理念不谋而合。

以上研究多将综采视为高强度开采，研究了综采条件下采动损害规律，研究了煤炭科学产能，但没有界定开采强度的定义及定量划分指标，未开展开采强度分区及与地质灾害发育关系的研究。因此，定义开采强度及量化指标体系，分析其与地质灾害发育的关系，有针对性地采取措施，减轻地质灾害发育程度，具有重要意义。1 煤炭开采强度

缪协兴教授将高强度开采表述为以大采高、大采面和快速推进为主要特点，在单位面积、单位时间内采出的煤量大。大采高，一般采高大于4.50m，神东、神南矿区已经达到7m。大采面，采面工作面长度大于200m，多数为300～450m，推进长度为2 000～7 500m。工作面之间煤柱间隔20m左右。高强度开采，生产效率大幅度提高，全部实现机械化开采，但对于开采强度，没有统一的概念和分类方法与指标。

本文将高强度开采定义为以平面上开采面积占比大、空间上工作面开采尺寸大、时间上开采速度（推进速度）快为特点的开采区域和开采方式。按照单位面积范围内开采区（采空区）占比，可划分为高强度开采区、中强度开采区和低强度开采区；按照采煤工作面规格划分，大采高、大规格采煤工作面分布区属于高强度开采区，相应的采高小、采煤工作面规格小的区域，为低强度采煤区。

1.1　面积开采强度

开采强度是指单位面积范围内煤炭资源开采量与总量的占比，或表述为单位面积范围内的开采面积与总面积之比。根据此定义，开采面积与规划区面积之比为开采强度的定量划分标准。我们将开采强度划分为极高、高、中、低4个级别，其极高开采强度开采区的开采面积与总面积之比大于0.6，高强度开采区的开采面积与总面积之比介于0.3～0.6之间，中强度开采区的开采面积与总面积之比介于0.1～0.3之间，低强度开采区的开采面积与总面积之比小于0.1。

高强度开发区：将拟规划区含煤区域全部或大部分割成待开发的井田，如榆神矿区三期规划区，划分的井田占规划区的80％，属于极高强度规划开发区，没有预留任何环境保护的缓冲区域，几乎全部含煤区均规划开发，不符合陕北生态环境特征。神府新民矿区含煤面22积2 324km，已经设置采矿权的开采面积2 300km，属于极高强度开采区。

高强度开采区：神府新民矿区是目前正在进行的高强度开采“典范”区，采矿权面积与规划区面积之比高达90％以上，目前采空区22面积约600km，每年以100km左右的速度扩展，开采强度之大，远远超过了地质环境承载力，不可逆转的地质环境破坏在所难免。

1.2　空间开采强度

主要考核两个指标：一是采高，一般指采高大于4.50m；二是指采煤工作面规格，一般工作面长度大于200m，推进程度大于2 000m，多数工作面根据井田规格设置，最大可达7 000m。工作面之间留设20m以下的安全煤柱，单个工作面连续平行排列，最终形成大范围的采空区，一旦煤柱失稳，会造成大范围顶板冒落和地面塌陷、裂缝发育，在沟谷地形区，可导致边坡滑动与崩塌等地质灾害。因此，我们将采高大于4.50m、采煤工作面长度大于200m、推进长度大于2 000m的大规格采煤工作面称为空间高强度开采区。将采高介于1.30～4.50m之间、采煤工作面长度100～200m、推进长度1 000～2 000m的区域，界定为中强度开采区。采高小于1.30m的区域，无论工作面长度与推进长度多大，其对应地面地质灾害发育程度都较低，称为低强度开采区。

目前榆神府区设计能力为10Mt/a的矿井，采高均大于4.50m，工作面长度200～450m，推进长度2 000～6 700m，均属于空间高强度开采类型，部分矿井鉴于生态水位保护目标，采用了限高开采，如榆—2树湾煤矿（设计能力8Mt/a），2煤层厚度11m，开采高度5.50m，开采上分层。而大柳塔（核定能力18Mt/a）、活鸡兔（核定能力19.80Mt/a）、哈拉沟（核定能力15.80Mt/a）、榆家梁（核定能力18Mt/a）、石圪台（核定能力12.3Mt/a）、张家峁（核定能力10Mt/a）、红柳林（核定能力15Mt/a）、柠条塔（核定能力12Mt/a）等煤矿，则全部是一次采全高，采高4～7m，多数在5m左右。对于薄煤层分布区，如榆家梁煤矿4号煤层开采区，煤层厚度0.70～1.50m，则一次采全高，不留顶底煤，工作面回采率可以达到90％以上，同一区域—2—1叠加了上部2、3号煤层的高强度开采，也属于高强度开采区。

1.3　煤炭开采强度指标的确定

根据以上叙述，煤炭开采强度主要考核指标包括单位面积内的开采区比例、采高及工作面规格。根据目前实际，采煤工作面按照大规格工作面（工作面长度200m及以上、推进长度2 000m以上），则煤炭资源开采强度可划分为极高、高、中和低强度开采，见表1。对于规划区，按照规划的井田（开采）占比计算。当采煤工作面规格减小，如采煤工作面长度小于100m、推进长度500～1 200m，则比照表1降低一个级别开采强度。表1　煤炭资源开采强度划分指标

值得提及的是，对于处于临界值的开采区域，尽管定级按照表1确定，但诱发的地质灾害及治理对策，则可按高一级开采强度的模式分析。

1.4　煤炭开采强度实例及环境影响（1）极高强度、高强度开采区实例。大柳塔煤矿大柳塔井，—2—2—21996年1月6日投产以来，1、2煤层已经开采完，其中1煤层由于分布范围小，采煤工作面规格不一，采高3～4.50m。其下部叠—2加的2煤层开采区，采高均大于4.50m，采煤工作面长度230～400m，推进长度3 000～6 700m，平面开采面积达到井田面积的75％左右，属于极高强度（局部高强度）开采区。由于开采强度高，区内原有的双沟、五当沟、王渠（泉）等沟流均已经干涸，地面地裂缝发育，黄土沟壑区深大地裂缝非常明显，对植被生长影响大。目前，陕北大型、特大型煤矿均属于此类开采强度。（2）中强度开采区实例。榆神矿区东南部二墩煤矿、白鹭煤矿、三台界煤矿、上河煤矿等，虽然具备极高强度开采的地质条件，但一直以房柱式（窄条带）开采方式为主，采高3～4.50m，平面开采区占采矿权面积的比例为30％～50％，采空区上方未发现地裂缝和地面沉降，采空区第四系地下水水位没有明显下降，基本保持了原生生态环境条件。（3）低强度开采区。目前本区只有部分薄煤层分布区属于低强度开采区，但叠加了下部（或上部）的厚煤层开采，也提高了开采强度。2 榆神府矿区煤炭开采强度分区

2.1　开采（发）强度分区

目前，研究区神东（即神府新民矿区、神南矿区）及榆神矿区一期、二期规划区均处于开采阶段，榆神矿区三期规划区处于规划阶段。我们将取得了采矿权、正在采煤的开采区称为开采强度（开采区），将已经做了整体规划、未颁发采矿权的区域称为开发强度（开发区）。

神东矿区范围内已经全部设置了采矿权，目前开采强度极大，除未开采的区域外，多数以一次采全高的综采方式开采，大柳塔煤矿采高4～7m（煤层厚度），推进速度快，一个工作面年产就达到10Mt，工作面长度初期为150m，目前为330m，推进程度初期为1 500m。目前根据煤层赋存情况确定，一般为5 000～7 000m，大采高、快速推进、大规格采煤工作面，使采空区上方地面出现了大量塌陷、裂缝和地面变形，泉水干涸，河流断流成为这一高强度开采区突出的地质环境特点，为全区高强度开采区。2

神南矿区面积440km，目前正在开采的煤矿有柠条塔、红柳林、张家峁煤矿及一些地方小煤矿，开采区面积占规划区面积的84.86％，为高强度开采区。

新民矿区设置了大中小型煤矿，含煤区均“瓜分”完毕，煤矿单井产量0.3～5Mt/a不等，采煤方式有综采、房柱式开采和炮采，除房柱式采煤区开采强度中等外，其余均属于高强度开采区。

榆神矿区一期规划区的地方煤矿开采区，规划为高强度开发区，实际多数煤矿采用窄条带开采方式，采用长壁布设工作面，采12m留8m的“窄条带”开采，面积开采率在0.5以下，开采强度中等。本区其余区域还规划了大保当、曹家滩等井田，全部为特大型煤矿，规划开采方式均为综采，属于高强度开发区。

榆神矿区二期规划区目前有锦界（核定能力19Mt/a）、凉水井煤矿（核定能力8Mt/a）及青草界（设计能力0.3Mt/a）、王家沟（设计能力0.3Mt/a）等小煤矿，其余地段为规划区未开发，可划分为高强度开发区和高强度开采区。

榆神矿区三期规划区处于项目环评阶段，规划了小保当一号等622个井田，规划区面积870km，规划的井田面积726km，占规划区面积的83.45％，属于高强度开发区。2

综上所述，榆神府区高强度开采区面积达2 403km，占区域面积2的31.67％，中强度开采区面积639km，占区域面积的8.42％。高强2度开发区面积1 687km，占区域面积的22.24％。规划区实施后，高强度开采区将占全部面积的53.91％（图1），严重超过了环境容量负荷，应该适当放缓未开工井田的建设步伐，尤其是神府新民矿区、榆神矿区未开工的井田，建议暂缓开发。图1　榆神府矿区开采（发）强度分区图

2.2　高强度开采区地质灾害调查

神东矿区的高强度开采，造成了泉水干涸（马雄德等，2010）和窟野河断流（范立民，2007）。这样的实例不胜枚举。1999年，锦界井田开始勘探、开发，尽管笔者通过不同途径呼吁暂缓开发（或不予开发）锦界井田（区），但没有奏效，10余年的开发实践，锦界煤3矿根据矿井实际涌水量设置了6 200m/h的排水能力，成为鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田矿井涌水量最大的矿井，不仅大幅度增加了煤炭生产成本和安全投入，而且对青草界沟、采兔沟水库（水源地）及秃尾河基流量也会产生较大影响。窟野河的今天（断流的季节河）会不会成为秃尾河的明天？值得我们认真思考！

高强度采煤区地质环境影响严重（陈建平等，2014；范立民，2014），在陕北侏罗纪煤田黄土地貌区，强烈的地表采动损害及地裂缝随处可见，高强度开采造成了严重的地面塌陷、地裂缝发育，对植被根系产生了较大拉裂，致使部分裂缝附近植被枯萎或盖度明显降低（图2），这种以黄土地貌区地面变形、地裂缝发育为特点的地质灾害，主要分布于大柳塔煤矿、榆家梁煤矿及新民矿区大部分煤矿、神木县西沟一带，尤其以榆家梁煤矿高强度开采形成的地面沉陷、地裂缝发育最为显著（图3）。而沙漠地貌区，虽然采动也造成了地表强烈变形，但由于沙地的松散，自然弥合作用较快，尤其是雨季，裂缝很快弥合，地表发现的难度大，一旦错过裂缝显现时间，很难再看到采动损害现象，但这并不能消除采动损害，尤其是萨拉乌苏组富水区，采动损害往往造成含水层地下水水位的下降，进而影响植被种群及生理指标。因此，榆神府矿区应该合理确定开发规模和调整开发布局，确保煤炭经济发展与环境保护相协调。图2　高强度采煤区植被盖度降低图3　高强度采煤大面积的地面变形与沉陷3 结论（1）提出了开采强度的定义，开采强度是指单位范围内煤炭资源开采量与总量的占比，或表述为单位面积范围内的开采面积与总面积之比。（2）初步给出了面积开采强度、空间开采强度和时间开采强度的定量指标，认为面积开采率达到0.6以上属于极高强度开采，0.3～0.6属于高强度开采，0.1～0.3属于中强度开采，0.1以下属于低强度开采；空间开采强度，采高达到4.50m属于高强度开采，1.30～4.50m属于中强度开采，1.30m以下属于低强度开采；时间开采强度未界定。本文以面积、空间开采强度组合后，确定一个区域的煤炭开采强度。（3）目前神东、神南矿区和榆神矿区的一期、二期开发区，开采强度过大，已经超过了环境承载力，建议停止在这些区域新建煤矿，原有煤矿不宜再扩大规模，并对采矿权面积小的一些煤矿进行关闭。榆神矿区三期已经规划，建设序幕已经拉开，建议只建设小保当一号井，其余规划井田暂不建设。榆神矿区西部可新建1处大型煤矿。

参考文献

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张周权.高强度开采区域孤岛回采的矿压显现特点的研究[J].能源技术与管理，2008（5）：9-11.

陕西省地质灾害调查监测成果评述

陕西省由南到北自然地理分带明显，气候差异大，降雨量极不均匀，地貌、地质构造复杂，加之人类活动频繁，使得全省地质灾害极为发育。地质灾害具有类型多、分布广、发生几率高、损失大的特点，所以中央和地方加大了地质灾害基础调查力度。“十一五”以来，在“十五”地质灾害调查的基础上，陕西省第二轮开展完成了50个县（区）地质灾害调查与区划工作，完成了56个县（区）面1:5万地质灾害详细调查工作。取得了较为详细的地质灾害资料，为地质灾害防治打下了坚实的基础。

目前已划分34个地质灾害易发区，占全省国土面积的92％。共有地质灾害隐患点12009处，灾害种类以滑坡、崩塌、泥石流为主，地面塌陷、地裂缝、地面沉降次之，直接威胁57万多人。地质灾害隐患点地域分布不均，陕南地区最多，占陕西省地质灾害隐患点的62.86％，关中地区与陕北地区分别占陕西省地质灾害隐患点的23.46％和13.68％。2 地质灾害监测预警体系初步建立

2.1　地质灾害群测群防体系建设“十一五”以来，对调查确认的地质灾害隐患点，建立了群测群防体系，落实群测群防人员，发放了明白卡。以单个地质灾害隐患点为监测预警基本单元，建立了县、镇、村三级管理体系和运行体系（图1）。截至2012年，陕西省完成了98个县（区）群测群防“十有县”建设，全面覆盖了陕西省山地丘陵重点县（区），进一步提升了陕西省基层地质灾害防治能力。2011—2013年陕西省国土资源厅联合中国地质环境监测院建设了“镇安县地质灾害群测群防示范县”。2014年，陕西省国土资源厅与中国地质环境监测院签署了共建“商洛市国家级地质灾害群测群防示范市”框架协议。图1　群测群防监测管理与运行框图

2.2　积极开展地质灾害气象预报预警系统建设

2003年省级地质灾害气象预报预警系统建立并运行，自2005年起，陕西利用“陕西省地质灾害气象预报预警系统软件”，对全省地质灾害进行分等级预报。2013年9月，陕西省发布了全国第一个地质灾害预警类地方标准《地质灾害预报技术规程》。目前陕南三市，陕北延安、榆林两市，关中宝鸡市共6个市建立了市级地质灾害气象预报预警系统及部分县地质灾害气象预报预警系统。省、部分市两级在汛期通过电视台发布地质灾害气象预报预警，同时将有可能发生灾险情的信息通过短信发送给有关部门地质灾害防治责任人，有关部门依据预报预警。

2.3　积极实施重大地质灾害点专业监测“十一五”以来，建立了旬阳县商贸街滑坡、临潼骊山滑坡、周至县任家城滑坡自动化监测站。2012年以来，在镇安县开展了地质灾害群测群防示范工程建设，重大地质灾害点安装了陕西省地质环境监测总站自主研发的自动化监测预警仪，进行时时监测预警。

对山阳中学滑坡、紫阳一中滑坡、佛坪关山滑坡和宁陕小学滑坡等专业仪器监测点，采用深部变形仪等进行滑坡深部位移及地面形变等专业监测，为地质灾害的研究防治积累了大量资料。

通过国土资源大调查项目，建立完善了西安地裂缝地面沉降监测系统。该系统由地裂缝自动监测仪器站、跨地裂缝带短水准剖面与对点、地面沉降分层标和地下水水位等监测网组成，已积累了大量的第一手监测资料。

2.4　坚持地质灾害检查、巡查“十一五”以来，加大检查、巡查力度，确保各项工作落到实处。每年汛期开展省、市、县级地质灾害检查与巡查。重点检查“两卡”“三案”“四级责任制”“五项制度”“十有县建设”落实和地质灾害治理项目进展、隐患点受威胁群众搬迁、法律法规学习宣传以及防灾工作经费落实等情况。同时，要求高度重视汛期地质灾害的监测、预警预报、应急调查工作，以高度的政治责任感和敬业精神，尽心尽力保护人民群众生命财产安全。

全省各县（区）完善“乡村为主、预警到户”的工作机制和坚持“镇不漏单位、乡不漏村、村不漏户”的原则，认真开展地质灾害隐患排查和巡查，重点对人口密集城镇、学校、交通干线、水利工程、在建项目施工场地和矿山采空区等地质灾害易发多发地段进行巡查排查。各县区对排查出的隐患点，制订和落实防灾预案，督促发放避险明白卡和防灾明白卡。通过完善这一新机制，逐乡、逐村、逐组、逐院落、逐户夯实地质灾害预防责任，确保在险情发生时受威胁的群众能够在第一时间撤离危险地段，最大限度减轻灾害带来的损失。3 防灾减灾效果明显

据统计资料，“十一五”以来，通过地质灾害气象预警、群测群防和地质灾害检查巡查等手段，成功避让地质灾害260起，避免人员伤亡17 747人，避免经济损失19 141万元，详见表1。表1　2006—2013年全省成功避让地质灾害统计表

避免人员伤亡最多的成功避让的案例是：2010年7月23日20时至24日6时，丹凤县竹林关镇局地突降大到暴雨，10小时降雨量达259mm，属有气象资料记录以来罕见的特大暴雨。24日凌晨2时，镇政府所在地背后的打柴沟泥沙巨石瞬间涌入竹林关小城镇大街小巷。一时间，村民房屋倒塌，机关、院落、门店泥流奔涌，灾情惨重，整个小城镇堆积泥沙石块达120余万吨。7月23日晚12时许，竹林关村委会将监测人员上报的异常情况报告给竹林关镇政府，镇政府接到报告后，镇党委、政府主要领导立即带领应急抢险队伍赶到现场，做好撤离准备，并电话上报县政府，要求尽快撤离群众。县政府接到竹林关镇政府报告后，根据气象、国土、水利等部门提供的相关汛情雨情信息，经会商后立即决定向竹林关镇政府发出撤离令。县委、县政府领导到达现场后，加强了现场指挥力量，经过勘查会商，当即决定撤出附近所有受泥石流威胁的群众2 000余人，避免造成重大人员伤亡。4 监测预警工作建议

陕西省的地质灾害监测预警工作取得了重要进展，但地质灾害监测预警水平还需进一步提高，针对陕西省地质灾害监测预警工作的现状提出如下建议。（1）全面完成地质灾害详细调查工作。全面完成剩余陕北黄土高原、渭北黄土台塬与秦岭山前40个地质灾害重点县（区）地质灾害详细调查。（2）加强地质灾害群测群防体系建设。将专业调查确认的地质灾害隐患点纳入群测群防网络体系，全面开展地质灾害防治高标准“十有县”建设。在开展地质灾害防治高标准“十有县”试点县建设的基础上向全省推广，提高群众地质灾害监测预警能力。（3）开展地质灾害监测预警科研工作。进一步开展陕南秦巴山区、陕北黄土高原突发地质灾害的监测预警预报科学研究工作，同步建立不同地质灾害监测专业监测点，提高单体地质灾害的监测预警水平。（4）进一步提高地质灾害气象预警预报水平。通过广泛收集研究与地质灾害发生相关的气象因素特别是降雨量数据，或开展模拟试验，较正预报预警方法和参数，提高地质灾害气象预警预报水平。5 结语“十一五”以来，陕西省地质灾害的监测预警工作取得了一定的成绩和防灾减灾效果，但是地质灾害监测预警体系建设是一项长期而艰巨的任务。由于地质灾害成因和影响因素的复杂性和多样性使监测预警预报工作难度加大。但经过不断开展科研工作和体系建设，将不断提高地质灾害的监测预预警预报水平，并将地质灾害造成的损失降到最小。

本文利用了陕西省地质环境监测总站近年来有关统计资料与调查研究成果，在此向有关工程技术人员表示衷心感谢！

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基于典型案例的陕西省突发地质灾害形成机理研究

陕西省是我国突发性地质灾害频发的省份。由于突发性地质灾害的隐蔽性、群发性、破坏性使其成为每年地质灾害防治的重点。本文对近10多年来已发生的大量突发地质灾害实例进行系统总结分析，研究其形成机理，进而提高突发地质灾害防治水平。1 地质灾害灾情概况

2001—2011年，陕西省共发生突发地质灾害近7 500起，造成760多人死亡失踪和近30亿元的直接经济损失，其中死亡失踪10人以上大型地质灾害13起（表1）。表1　陕西省大型地质灾害一览表2 地质灾害特征

2.1　时空分布特征

2.1.1　时间分布特征

分别从多年分布特征和年内分布特征进行分析。从多年来看，2003年、2010年发生灾害的次数较多，分别为4 150起和1 186起，造成的死亡失踪和经济损失分别为132人、13.78亿元和270人、9.61亿元。由于这两年降水强度大、降水集中、暴雨日多、连阴雨场次多等导致灾害频发、灾情严重。从年内看，突发地质灾害发生于汛期，5—7月份呈逐步增加趋势，到7月份灾情发生达到最高值，7、8月份至9月份灾情又呈下降趋势，但下降幅度明显小于5—7月份的增加幅度，灾情以7月份最为显著，占到汛期总灾情的30％～70％，见图1。

2.1.2　空间分布特征

空间分布从行政区和地貌单元两方面分析。各行政区发生地质灾害分布不均，西安市3.52％、咸阳市3.07％、渭南市1.4％、宝鸡市5.58％、铜川市图1　汛期地质灾害的时间分布1.41％、延安市1.18％、榆林市0.49％、安康市43.56％、汉中市15.97％、商洛市23.82％。大面积、群死性突发地质灾害主要发生在安康、汉中、商洛三市。从各地貌单元来看，陕北黄土高原为3.08％，关中盆地为13.57％，陕南秦巴山区为83.35％。这说明陕南地区是陕西省地质灾害防治的重点区域（图2）。图2　地质灾害的空间分布

2.2　类型和级别

对地质灾害进行类型统计表明（表2），滑坡灾害占62.05％，崩塌占12.71％，泥石流占16.13％，地面塌陷占2.87％，地裂缝占6.24％。因此，灾害类型以突发性滑坡、崩塌、泥石流灾害为主。对这些地质灾害级别进行统计，依据《地质灾害防治条例》中地质灾害造成的人员伤亡或经济损失标准进行的分级，地质灾害级别以小型为主，占90％～97％。表2　地质灾害类型统计表3 地质灾害发生原因分析

对近10年来7 500起突发地质灾害和13起大型地质灾害案例深入研究表明，特殊的地质环境是陕西省突发地质灾害频繁发生的根本原因，而地震、强降水、人类工程活动等为引发因素。

3.1　地貌

陕西省地貌类型按其形态成因和组合，自北而南为4个各具特色的地貌单元大区，即：沙漠高原、黄土高原、断陷盆地和基岩山地。

由于陕南属秦巴山地褶皱带，新构造运动比较强烈，多年平均降雨量在全省也最大，并且丘陵和低山地区也是人类活动的重要场所，因此，滑坡、崩塌及泥石流灾害频繁发生，灾害密度大。如2010年7月18日20时30分，安康市汉滨区大竹园镇七堰村一组寨子沟发生大型滑坡灾害。寨子沟长约320m，宽约30m，沟谷呈“v”字形，沟道纵坡角25°～30°，沟谷两侧坡角为40°～60°，沟谷总体走向约120°。滑坡后缘高程770m，前缘高程663m，相对高差107m。滑坡体积约4310×10m。滑坡滑动方向203°，冲入寨子沟后沿120°方向滑行200m，损毁七堰村一组，又转入七堰沟形成泥石流，沿60°方向在七堰沟内堆积长约500m，表现为先滑后流的特点（图3），滑坡造成12人死亡、17人失踪；而灾害密度小的陕北风沙高原区，地层基本上为水平状产出，总体地势平缓，新构造运动以缓慢上升为主，同时，干旱少雨，多风沙扬尘，人类活动较少，近些年地质灾害主要为人类采煤引起的地面塌陷。而灾点数最多的则是低山区，其次为黄土梁塬区。图3　安康市汉滨区大竹园镇七堰村一组滑坡灾害示意图

3.2　岩土体

岩土体是产生地质灾害的物质载体。对岩体来说，其节理裂隙的发育及贯通程度、层状岩体层理与坡向的关系、岩层之间的组合关系等都将直接影响岩体的稳定性。而对于土体来说，其内部发生滑坡的比例较小，大多数土体都是在降水作用影响下，沿其下伏基岩面产生滑动。如2010年7月24日10时左右，商洛市山阳县高坝店镇桥耳沟村5组发生滑坡灾害，造成6人死亡、18人失踪、3人受伤，53间房屋被3毁。滑坡体斜长200m，宽80m，厚度10m，体积约16万m，滑向50°。滑面后陡前缓，坡度为45°～65°，后部滑面为光滑的板岩层面，板岩倾向北，倾角约65°。滑坡组成物质为第四系坡残积黏性土及碎石土，含大量板岩风化块石；下伏为钙质板岩等变质岩。

不同类型的岩土体所形成的地质灾害有所不同，其中结构松散、抗剪强度和抗风化能力较低、在水的作用下其性质易发生变化的岩土，如松散覆盖层、黄土、红黏土、页岩、泥岩、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等，以及软硬相间的岩层所构成的斜坡易发生滑坡。而质地坚硬，节理裂隙发育，岩土体被分割成块状的坚硬岩层，如灰岩、砂岩等，以及垂直节理发育的黄土所形成的陡坡易发生崩塌。如2010年3月10日凌晨1时30分，榆林市子洲县双湖峪镇石沟大理河右岸发生黄土崩塌，造成27人死亡，17人受伤，直接经济损失220万元。崩塌体所处地貌类型为黄土峁，北侧紧邻大理河，斜坡体受大理河长期侧蚀影响，形成长300余米的高陡斜坡，走向120°，坡度约58°，坡底标高901m，坡顶标高1 020m。坡体被第四系上更新统马兰黄土所覆盖，土质为较疏松的砂质粉土，下伏三叠系纸坊组砂岩。崩塌体体积约3389 000m，整体下错约10m，移动方向北偏东30°。近9万m土体从高100多米处崩塌，强大的冲击力压埋和砸毁房屋致人死亡。

3.3　地质构造

通常情况下，地质构造对地质灾害的发生起到了一定的控制作用，构造单元上升区，河流下蚀作用强烈，地形较破碎，而断裂构造破坏了岩土体的完整性，使之破碎，节理裂隙发育，为地表水下渗提供了良好的通道，从而使岩体更易风化，形成地质灾害。同时沿断裂带两侧易形成陡崖，陡崖上岩体节理发育，易产生崩塌。

3.4　地震

地震直接破坏岩土体的结构，降低岩土体抗剪强度，同时，地震波在岩土体中传递使岩土体承受地震惯性力，并增加岩土体的下滑力，促使滑坡、崩塌灾害的发生。2008年5月12日14时28分四川省汶川县发生8级地震，汉中、宝鸡、咸阳、安康、西安、商洛等市受灾严重，房屋、交通、通讯以及部分生命线工程不同程度受损，同时引发加剧了296处地质灾害隐患和302起地质灾害灾情，造成陕西省内2人死亡、13人受伤和2.4亿元的经济损失。

3.5　强降水

具体表现在3个方面。

一是地质灾害的发生与降水量的分布有密切的关系。我省降水自南而北递减，南北相差大。如陕南米仓山降水达1 600mm，陕北定边仅为334mm，南北相差达1 200mm以上。与此相对应，陕南地区的地质灾害占全省总灾点的85％；关中地区地质灾害占全省总灾点的13％；陕北地区地质灾害占全省总灾点的2％。

二是局部地区强降水常常是群发性地质灾害发生的直接原因。从全省发生的伤亡性地质灾害来看，局部地区强降水常常导致群发地质灾害。如2002年6月8—9日，汉中市佛坪县24小时降水量489.2mm，引发了全县洪水泥石流灾害，全县因灾死亡143人、失踪105人，冲毁房屋10564间，23751亩（1亩＝666.6 .

平方米）农田被毁，直接经济损失5.2亿元。2003年8月28日20时至30日上午，安康市宁陕县近40个小时累计降水量达347mm，持续集中的强降雨诱发了大面积泥石流灾害。全县14个乡镇不同程度受灾，受灾最严重的是城关镇和汤坪镇。据县政府统计，城关镇倒塌房屋4 260间，危房8 480间，县城老街淤泥厚1～2m。基础设施遭到严重破坏，水、电、路、通信等全部中断，造成1人死亡，16人失踪，直接经济损失达10亿元。

三是汛期是每年地质灾害频发期。通过对引发地质灾害的因素分析表明，80％的地质灾害是由于降水引发的。我省每年地质灾害主要发生于6—9月份，地质灾害相对集中发生期恰恰是降水集中期。如2003年8月下旬—9月初、10月上旬，全省范围内出现连续强降水过程，各地累计降水量为，陕北榆林市200～500mm；延安市北部350～550mm、延安市南部600～750mm；铜川地区680～830mm；关中西部地区620～860mm，关中东部地区640～780mm；陕南西部580～890mm，陕南东部大部分地区710～960mm。洛南、柞水、宁陕、石泉、紫阳、镇巴等地860～1340mm，其中8月24日—9月18日宁陕县降雨量达576.4mm。与往年同期相比，98县（区）降雨普遍偏多2～9倍。集中的强降水诱发了全省性广泛分布的地质灾害，造成—1了巨大的经济损失，人员伤亡也比较严重。据统计，从5月1日0月31日，全省共发生地质灾害灾情、险情6 567起，分布在全省10个市，其中灾情4 142起（滑坡2 567起、崩塌334起、泥石流820起、地面塌陷44起、地裂缝377起），险情2 425起。汛期因地质灾害共造成66人死亡，25人失踪，93人受伤。而全省1—4月份灾情、险情仅为10起（其中灾情8起、险情2起），13人死亡，2人受伤。

3.6　人类工程活动

随着陕西省经济社会的快速发展，人类工程经济活动对地质环境的影响越来越大，加速了地质环境的变化，不规范、不合理的人类工程经济活动直接诱发或加剧了地质灾害的发生。主要表现在山区的城镇化、植被破坏、削坡挖脚、不合理地下开采和废渣乱堆乱放等，造成生态、地质环境恶化，水土流失严重，崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等灾害频发。

不科学的切坡取土常常导致灾害的发生。如2011年9月17日14时10分，西安市灞桥区席王街办石家道村白鹿塬北坡发生山体滑坡。滑坡体主堆积区长180m、宽230m，平均厚度6m、最大厚度10m，方3量约24.8m。滑坡体滑动320m，冲毁奇安雁塔陶瓷公司部分厂房与宿舍，造成32人死亡、5人受伤。此次地质灾害的发生除特殊的黄土结构、连续强降水原因外，当地的一家国营砖厂在1965年到1997年连续多年的取土，使地质灾害点边坡变陡，破坏了边坡的稳定性，也是导致此次滑坡灾害发生的因素之一。

削坡挖窑引起的崩塌滑坡现象在陕西省也很普遍，目前主要分布于广大的陕北黄土梁峁地带，关中黄土塬区也有少量分布。如延安市吴旗县吴旗镇宗湾子村1户人家，1992年在修建过程中，人工开挖坡脚，盲目削坡，形成高约25m、坡度约80°的高切坡。2002年7月25日16时35分，发生黄土滑塌，砸毁窑洞3孔，造成17人死亡。4 地质灾害防治对策（1）对陕南秦巴山区人口集中居住的城镇开展1:1万比例尺地质灾害详细调查和风险评估，为地质灾害防治及城镇化提供依据。（2）完善群专结合的群测群防网络体系。加强对易发区内群众及地质灾害隐患监测人的地质灾害防治知识宣传和监测的专业技术培训。（3）针对降水引发地质灾害特点，继续开展地质灾害气象预报预警服务，从省级向市（县）级推进。同时技术上进一步实现地质灾害气象预报预警技术的精细化、定量化、自动化改进，特别是加强对地质灾害气象预报预警判据的研究。（4）加快实施陕南、陕北移民搬迁工程，优先解决受地质灾害威胁的住户移民搬迁，从根本上消除地质灾害的威胁。（5）开发研制简易实用的地质灾害监测、预警仪器，提高地质灾害群测群防水平。

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关于滑坡防治微型桩设计中几个问题的探讨

微型桩是20世纪50年代由意大利Lizzi提出的，最初主要用于历史性建筑和纪念碑的加固，后来逐渐推广到欧洲和北美洲。近年来，国内一些设计和施工单位将其用于边坡和滑坡防治工程中，取得了一定的成效，为滑坡防治和边坡防护提供了新的思路。

微型桩的桩径一般小于300mm，成孔后采用压力注浆成桩，桩身可以采用钢筋混凝土结构，亦可采用钢管混凝土结构。微型桩的主要特点是：施工机具小，适用于狭窄的施工作业区；对土层适用性强；施工振动、噪音小；桩位布置灵活，可以布置成竖直桩，也可以布置成斜桩；与同体积灌注桩相比，承载能力高。正是由于它具有其他一些抗滑结构物所不具备的特点，因而在滑坡治理工程中得到了重视，开始用于实际工程并取得了成功。

由于微型桩在滑坡防治工程中的应用历史比较短，因此人们对其抗滑机理和破坏模式还没有充分认识，也没有形成一套成熟的计算理论。关于它在滑坡治理工程中的应用也有较大分歧，有人认为用微型桩治理滑坡或加固边坡是不可行的，理由是它属于细长的柔性结构，其承载能力非常有限。也有人认为，微型桩的配筋量很大，既可承受拉力和压力，也可承受弯曲应力，且位移很小，将其用于滑坡治理中，不失为一种好的方法。近年来的一些工程实践，已表明将其用于滑坡防治工程中是可行的。但由于认识的不一致，在微型桩设计方面也出现了一定的差异。随着微型桩在滑坡防治工程中的应用日益增多，加强微型桩的设计理论和工程应用的研究，发展符合实际工程特点的微型桩设计理论，对于合理设计和运用微型桩，提高其在滑坡治理工程中的可靠性和经济性，无疑具有重要的理论意义和现实意义。但由于多方面的原因，截至目前，关于微型桩在滑坡防治工程中的应用研究还非常有限，在实际应用方面还不同程度存在着一些不同的看法。本文结合课题组完成的物理模型试验成果，对微型桩设计中的几个问题谈一些粗浅的认识，希望对微型桩的设计有一定的参考作用。1 关于微型桩的抗滑作用问题

由于微型桩属于细长杆件，截面面积远小于一般抗滑桩的尺寸，因此能否在滑坡治理工程中起到理想的抗滑作用，一直是设计人员关心的问题。近年来，尽管在实践中已对微型桩的抗滑效果得到了证实，但在具体工程中，对其应用仍然存在着一定的分歧，甚至有人认为根本不可能起到抗滑作用。为了验证微型桩在滑坡防治工程中的作用，长安大学微型桩课题组结合国土资源大调查项目“滑坡防治微型桩技术大型物理模型试验研究”，先后进行了多组不同规模和不同工况的微型桩模型试验。试验分别进行了单桩试验、单排桩试验和群桩试验。

试验采用的滑坡模型是用黄土人工夯填而成，滑面采用人工预设滑面，滑面的位置和形状是根据计算确定的，其确定的依据是在不设微型桩情况下，使坡顶不加任何荷载滑坡处于极限平衡状态，随后，以此滑坡作为基础，分别进行不同工况下的微型桩试验。图1和图2分别为所进行的微型桩单桩试验和微型桩群桩试验，从图中可以看出，在坡脚设置微型桩后，要使滑体产生滑动，必须在滑坡顶面增加较大的荷载。这就说明微型桩的增设，提高了滑坡的抗滑力。以微型桩群桩为例其布置如图3所示，共布置了5排微型桩，微型桩的桩间距为0.6m，排距为0.15m，“品”字形布置，单桩长度4m，桩径60mm，采用桩周配筋，细石混凝土浇注，强度等级C25。为了取得试验数据，在微型桩钢筋上贴了电阻应变片，在桩前和滑体内埋设了土压力盒，还在滑坡前缘设置了位移计，通过这些手段，监测滑坡及微型桩的变形和破坏情况。试验时，在坡顶加载，直到微型桩出现破坏，加载量共达48kPa，说明微型桩的抗滑作用是明显的。根据试验过程中的数据分析，在该滑坡前设置微型桩，使滑坡模型的稳定系数由1.0提高到1.27。图4是微型桩的破坏剖面照片。在滑体滑移之后，各排微型桩都产生了破坏，破坏的位置都集中在滑面附近。图1　微型桩单桩试验图2　微型桩群桩试验图3　微型桩群桩布置图4　微型桩群桩开挖剖面2 关于微型桩的配筋问题

关于微型桩的配筋，在抗滑治理工程设计中也不统一，有采用桩心配筋，即成孔后在桩心放置一根或一束钢筋；也有采用钢筋笼，即采用桩周配筋。到底哪一种合理，没有一致的说法。实际上，微型桩如果作为抗压构件，按照桩心配筋是合理的，而在抗滑工程中，微型桩是作为横向受力构件，起着承受弯矩的作用，而采用桩心配筋，钢筋布置在抗弯截面的形心处，从理论上讲，这时的钢筋是不承受弯矩的。因此，在滑坡治理工程设计中，微型桩应该采用钢筋笼配筋或采用钢管作为加筋材料，这样才是合理的，采用桩心配筋，微型桩单桩的破坏形式与素混凝土桩的类似。

图5和图6分别是桩心配筋和桩周配筋时微型桩的破坏情况。从图中可以看出，两者的破坏形式有明显的不同，前者呈现脆性破坏形式，而后者呈现塑性破坏形式。图5　桩心配筋微型桩破坏形式图6　桩周配筋微型桩破坏形式

根据模型试验得到的桩顶位移对比图看出，在相同的荷载条件下，群桩的桩顶位移小于单桩，桩心配筋群桩的桩顶位移明显大于桩周配筋的群桩。在单桩、桩心配筋群桩、桩周配筋群桩试验中滑坡处于临滑状态时对应的加载量分别为20kPa、32kPa、44kPa，由于各组试验的滑坡模型及试验条件均相同，由此可判断，从抗滑效果来看群桩优于单桩，桩周配筋的微型桩优于桩心配筋的微型桩。

再通过比较两种配筋形式的微型桩的破坏情况可知：微型桩受滑坡推力作用后，桩身向滑坡前缘倾斜，由于微型桩的锚固深度较长，桩底附近的桩身基本不发生变形。桩心配筋的微型桩由于抗弯强度较低，受力后容易于滑面附近发生弯折破坏，致使微型桩的抗弯能力得不到发挥；桩周配筋的微型桩由于抗弯强度相对较高，可在一定程度上发挥微型桩的抗弯剪能力。因此，在微型桩的设计中采用桩周配筋的形式，并局部加强滑面附近的配筋，可起到较好的防治效果。3 关于微型桩的排数问题

关于微型桩在设计中的合理排数，各排之间的滑坡推力应该如何分配，也是微型桩设计中亟待解决的问题。本课题组结合模型试验及数值模拟成果，对此也进行了探讨。试验结果表明，土质滑坡在滑动过程中，微型桩受力是不均匀的，第一排受力最大，向后逐次减小。从物理模型试验结果可以看出，桩的排数不一样，力的分配规律有着较大差别。如在两排桩的情况下，无论是桩周配筋还是桩心配筋，分配在第一排桩上的推力均为平均值的1.2倍左右，分配在第二排桩上的推力约为平均值的0.8倍。在三排桩的情况下，分配在各排桩上的力不仅与桩的位置有关，还与桩的配筋形式有关。如在桩周配筋情况下，从第一排桩到第三排桩，实际受力与平均值的比值分别为1.35、1.08、0.57；在桩心配筋情况下，则为1.56、0.96、0.48。从中可以看出，桩周配筋比桩心配筋的受力要均匀一些。而在五排桩的情况下，这种不均匀性更明显。因此，从受力情况来看，在微型桩的布桩方式上，以3～5排最好，顶部以联系梁进行连接，使其成为整体，以充分发挥群桩的空间效应。如果超过5排，建议加密微型桩的间距，其作用比增加微型桩的排数效果要好。

对于岩质滑坡，特别是硬质岩滑坡，由于分配到各排微型桩上的滑坡推力大致相等，因此在设计计算时，可按均匀分布考虑，桩的排数可以根据滑坡推力的大小确定，不受5排的限制，但在平面上的布置最好不少于3排。4 关于微型桩的参数设计问题

微型桩的参数设计内容包括桩间距、桩长、桩的排数、注浆强度及混凝土强度、钢材等。课题组通过试验及对多种资料的成果综合分析，对微型桩的参数设计提出以下建议。（1）桩间距。为防止微型桩间距过密而产生群桩效应，或过疏使土从桩间流失，根据理论分析和工程经验，建议桩间距可按桩径的3～10倍考虑，岩土条件好时取上限值，差时取下限值。其平面布置以“品”字形（俗称“梅花形”）为好。（2）桩长。前已述及，微型桩的破坏位置在滑面附近，在破坏区以外，微型桩桩身的内力衰减很快，因此，从微型桩的抗弯能力来看，当桩身达到一定长度后，再增加桩的长度对于抗滑的意义不大。但从桩身开裂之后的受力状态考虑，桩的嵌固段应该有一定的长度，综合考虑微型桩的变形及受力情况，建议嵌固段的长径比一般不宜大于12:1。如果按照12:1设计尚不能满足嵌固段抗拔力的需要，建议通过调整桩间距来改善其受力状态。（3）桩的排数。表1是课题组综合物理模型试验和数值分析结果提出的黄土滑坡中微型桩群桩推力的不均匀分配系数η值。从表1可以看出，随着微型桩排数的增加，作用于第一排微型桩和最后一排微型桩的推力不均匀分配系数η值差值越来越大，以六排桩为例，最后一排承担的推力仅为第一排的1/6，也就是说，当微型桩的排数达到某一数值时，再增加微型桩的排数，对于抗滑的效果越来越不明显。但从前面的分析还可以看到，当微型桩结构从单桩→单跨“Ⅱ”形结构→双跨“Ⅱ”形结构发展时，其内力得到很大的改善。也就是说，三排桩的内力分布又比二排桩的合理，因此，在微型桩的设计中，建议对平行布置的微型桩排数以3～5排为宜，桩间以混凝土框架相连。表1　黄土滑坡中群桩推力的不均匀分配系数η值（4）注浆强度及混凝土强度。如果采用注浆工艺成桩，建议注浆水灰比控制在0.35～0.4为宜。如果采用灌注混凝土成桩，建议采用细石混凝土，强度不低于C25。（5）钢材。钢材应采用HRB335、HRB400、RRB400热轧钢筋，钢筋采用桩周布置方式。也可采用钢管或工字钢等截面惯性矩较大的型钢作为筋材，若采用废旧钢轨作为筋材，则应对钢轨进行材料力学性能试验，以取得实际的材料强度。5 结论

本文结合模型试验，对滑坡防治微型桩设计中的几个问题进行了讨论，得到了以下几点认识，可以作为微型桩设计的参考。（1）采用微型桩技术治理滑坡是完全可行的，通过在滑坡中设置微型桩，可以有效地阻止滑坡的变形及滑动，提高滑坡的稳定系数。（2）微型桩单桩的承载能力有限，必须依靠群体的能力来抵抗滑坡推力，建议对微型桩的平面布置以3～5排为宜。桩间以混凝土联梁相连接，通过联梁将微型桩连接成为整体，形成整体空间框架结构，以充分发挥微型桩群桩的承载作用。（3）采用桩心配筋的微型桩抗弯刚度较小，受力后容易于滑面附近发生弯折破坏，使微型桩的抗剪能力得不到发挥；桩周配筋形式的微型桩抗弯刚度相对较高，于滑面附近发生弯曲与剪切相结合的破坏。因此，建议在滑坡治理工程中，对微型桩尽可能采用桩周配筋，或采用钢管和“工”字形钢等具有一定抗弯能力的加筋材料。（4）对微型桩的参数设计提出了建议。

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泥石流灾害易发程度评价方法探讨

泥石流灾害是陕西省秦巴山区最严重的地质灾害类型之一。人类开发利用自然资源，气候变化异常，大暴雨频发，加之区内特殊地质条件，导致泥石流灾害发生并造成人员伤亡和财产损失。

据近年来地质灾害调查资料：2000年6月1日—7月15日，安康市境内出现5次强降雨引发泥石流灾害，其中紫阳县死亡202人，失踪10人；2002—2007年间佛坪县多次遭暴雨袭击，其中2007年8月29日—30日灾情较重，椒溪河两岸均发生泥石流灾害（图1），县境受灾人口达3.8万；2010年7月18日，汉滨区大竹园镇七堰村发生泥石流灾害，4人死亡，25人失踪（图2）……图1　2007年泥石流冲洪积物淹埋县城街道图2　2010年汉滨区大竹园镇七堰村发生泥石流灾害

据不完全统计，秦巴山区每年约有55人死亡或失踪于泥石流灾害，直接经济损失过5 700万元/年。泥石流灾害直接对人民生命财产造成威胁的同时，更严重的是泥石流冲蚀、堆积等导致的地质环境变化、生态环境恶化、工程建设环境复杂化。面对如此严重的灾情，研究泥石流灾害的易发程度分区，指导相关部门做好泥石流灾害防治工作，是摆在地质灾害防治工作者面前的一个重要课题。

针对单沟，泥石流易发程度研究方法较多，主要有聚类、灰色理论、模糊评判、神经网络等理论与计算方法，但对于区域泥石流，其易发程度评价的方法尚不多见。笔者依托于县（市、区）区划资料和汛期应急调查资料，完成了陕西省秦巴山区泥石流灾害易发程度评价。1 评价方法

泥石流灾害受控于各种自然条件，尤其是地质、地貌、降水、人类工程活动等。泥石流灾害的发生是自然界中内外营力综合作用的结果，其致灾因子归根结底有两种：一种是内因，另一种是外因。从地质环境背景而言，即内因有地形地貌、地层岩性、地质构造、地表植被等因素；从诱发因素而言，即外因有大气降水、地震、人类工程活动等因素。在这些因子中，有些是可以定量的，但往往因量纲的不同而无法进行比较和运算，还有一些因子是难以定量或不可定量的。笔者认为每一处泥石流灾害是融内外因子于一体的集中体现，从这些已经发生的泥石流灾害中寻找易发程度的分布规律，在此基础上结合研究区域的地质背景，如地形坡度、地层岩性、暴雨分布，最终形成区划结果，具体方法如下。

1.1　灾害图层

利用收集到的泥石流灾害地理坐标，在GIS中进行投影转换，生成泥石流灾害图层。以小流域图层为背景，统计单位面积内泥石流灾22害条数，大于0.008条/km的流域为高易发区，0.002～0.008条/km的2流域为中易发区、小于0.002条/km的流域为低易发区，合并同类项，初步生成泥石流灾害单灾种易发图层。

1.2　地质背景图层

将地质背景中能够进行量化的因子进行量化分区，即对地形坡度、岩土体、暴雨日数在已有数字地形底图进行量化分区。

地形坡度：分为3个级别，分别为＜10°、10°～25°、＞25°。研究认为＜10°区域发生泥石流的可能性较小，10°～25°区域发生泥石流的可能性较大，＞25°区域发生泥石流的可能性大。

岩土体：分为极硬岩石类、次硬岩石类、次软岩石类、极软岩石类、土体类、软硬相间岩类。研究认为极硬岩石类和次硬岩石类地区发生泥石流的可能性较小，次软岩石类和极软岩石类发生泥石流的可能性较大，土体类和软硬相间岩类发生泥石流的可能性大。

暴雨：年暴雨日数等值线分为＞2、1～2、＜1三个区。研究认为暴雨＞2天的山区发生泥石的可能性大，1～2天的发生泥石流的可能性较大，＜1天的发生泥石流的可能性较小。

1.3　考虑不能量化因素，叠加概化易发程度

将初步生成泥石流灾害单灾种易发图层与上述可量化的地质背景叠加，分析研究易发区的合理性，然后再根据区内的人类工程活动等其他影响因素判别纠正易发程度的级别，充分考虑不能量化的致灾因子，综合分析研究，形成最终成果。2 分区结果

根据上述方法，秦巴山区共分17个区，其中非易发区5个，易发区12个。在易发区中，高易发区5个，中易发区2个，低易发区5个，见图3。图3　秦巴山区泥石流易发程度评价图1.泥石流非易发区；2.泥石流高易发区；3.泥石流中易发区；4.泥石流低易发区；5.泥石流灾害；6.市政府所在地；7.县政府所在地；8.县界；9.省界；10.工作区范围

2.1　非易发区15

汉中、安康盆地等（A—A）：位于汉中、安康、商丹、洛南、太白盆地内。区内地势平坦，地形开阔，不具备泥石流形成的条件，为泥石流非易发区。

2.2　高易发区1

凤县—太白西高易发区（B）：位于凤县全部、太白西部分地1区。该区泥石流灾害密度最大，凤县是秦巴山区泥石流灾害较多的县之一，这些泥石流灾害中危险性最大的一次发生于1981年8月。近年来，汛期少有泥石流灾害发生，但泥石流孕灾母体即地质地貌条件客观存在且人口密度较大，年暴雨日数1～2d居多。2

略阳—宁强高易发区（B）：位于略阳全部、宁强大部、留坝1部分地区。该区内历史上泥石流危害性最大的一次发生于1981年8月，泥石流沿断裂带走向呈条带状展布。另外，地震是该区泥石流致灾因素之一，“5·12汶川大地震”在该区共引发各类次生地质灾害72处，虽无泥石流灾害发生，但形成大量的松散堆积物，在降雨的作用下，这些都将成为泥石流隐患，年暴雨日数大都大于2d。3

佛坪—镇安高易发区（B）：位于宁陕、镇安、柞水全部和佛1坪、汉阴、旬阳、汉滨区的部分地区。该区近年来区内暴雨频繁，暴雨日数3～4d居多，汛期均有不同程度的泥石流灾害发生，特别是2003年、2005年、2007年泥石流灾害损失惨重。2003年宁陕县和2004年佛坪县泥石流危害性属特大型，宁陕县以坡面型泥石流为主，佛坪县以沟谷型泥石流为主。暴雨是该区泥石流的主要诱发因素。4

紫阳—平利高易发区（B）：位于平利、紫阳、岚皋、镇坪部1分地区。该区近年来区内暴雨频繁，涉及的县市年暴雨日数3～4d居多，汛期均有不同程度的泥石流灾害发生，特别是2000年、2003年、2005年、2007年泥石流灾害损失惨重。2000年区内紫阳县联合乡渔泉村7组37人被洪水、泥石流吞没，村庄荡然无存。5

华县—潼关高易发区（B）：位于华县、华阴、潼关和洛南北1部地区。该区在1556年华县发生8级地震后，华山北坡进入水石流活跃期，长30km范围内分布有40多条泥石流沟，历史上发生过多次水石流灾害。秦岭主脊矿产资源，采矿形成的矿石和弃渣任意堆放，为泥石流提供了丰富的物源，如1994年7月11日潼关县境内西峪泥石流灾害，死亡51人。

2.3　中易发区1

城固—旬阳中易发区（B）：位于宁强、勉县、南郑、洋县、2西乡、镇巴、汉阴、汉滨区、旬阳等县（区）的部分地区。区内汉中盆地南北两侧泥石流较少，仅在宁强东部、汉台区和留坝有个别泥石流，为地质灾害中易发区，而安康盆地东侧的旬阳县泥石流灾害发育密度大，但近年来群测群防起到了明显的效果，而且部分点得到了有效的治理。2

渭滨区南—临渭区南—商南中易发区（B）：位于渭滨区、眉2县、周至、户县、长安、蓝田、临潼区和临渭区的南部山区。该区由两部分组成：一部分位于秦岭北坡，另一部分位于丹凤盆地的南北两侧。秦岭北坡历史上曾有多次泥石流灾害发育，泥石流类型种类较多，商丹盆地南北两侧泥石流主要为矿渣型泥石流。近年来该区人类经济发展的同时注意生态环境的保护，区内植被较好，泥石流灾害得到了有效的控制。

2.4　低易发区1

宁强—镇巴一线南中易发区（B）：位于宁强、南郑、西乡、3镇巴县南部的部分地区。该区为米仓山北坡，大部分地区人口稀少，由于山高沟深、云雾多、日照短、气候寒冷，人烟稀少，植被保护较好，为巴山林区，生态保护良好。2

紫阳—平利一线南低易发区（B）：位于紫阳、岚皋、平利的3南部山区。该区为大巴山北坡，区内大都为无人居住区，人类破坏自然地质环境的活动较少，区内植被覆盖率较高，为水石流低易发区。3

太白鳌山—长安低易发区（B）：位于太白县、周至县、眉3县、户县和长安县南部山区。该区地貌为高山和中山地貌，是太白山国家森林公园、太白山自然保护区、金丝猴自然保护区和朱雀国家森林公园，区内植被覆盖率较高。4

白河—山阳南低易发区（B）：位于白河、旬阳、镇安、山阳3的部分地区。鹘岭和郧西大梁控制了区内地形地貌的分布情况，区内南北两侧植被覆盖率高，滑坡、崩塌灾害发育，泥石流灾害不甚发育。5

陇县—金台北低易发区（B）：位于陇县、千阳、金台部分地3区。该区冰蚀地貌较发育，关山山地草原属秦岭地区2 000m夷平面，呈冰川地貌，植被覆盖良好，山顶灌木林丛生，泥石流不发育。3 实施效果

针对辖区内泥石流易发程度分级，各级管理资源主管部门采取了大量防治措施：一是积极开展矿山地质环境保护与恢复治理方案的编制及其治理工作，加大生态恢复力度，消减径流，从源头上减少泥石流的发生；二是规范人类工程活动，加强矿山开采监督管理，杜绝矿渣无序堆放，加强村镇建设过程中的选址及地质灾害危险性评估工作；三是开展气象预警工作，建立地质灾害应急减灾体系；四是充分发挥群测群防员的预警预报作用；五是对泥石流集中分布区且严重威胁生命财产安全的泥石流灾害和隐患采取了拦挡、隔栅坝、排导等治理工程；六是多方筹措资金，加大了地质灾害移民搬迁力度。

采取必要的治理措施后，秦巴山区泥石流的防范工作取得了明显的社会效益，成功预报了多起泥石流灾害的发生，避免了大量人员伤亡和财产损失。4 结语（1）采用密度法量化区域地质灾害易发程度，用地质环境背景进行校正，形成秦巴山区泥石流灾害易发程度分区评价，在实际中已得到了充分的应用，对陕西省泥石流地质灾害的防治工作具有一定的指导意义。（2）地质灾害是动态变化的，尤其泥石流灾害的发生、发展往往是不以人的意志为转移的。长期以来，陕西省地质灾害防治相关部门已经从被动的抗争、经验性的抵御到逐步科学的防治，尽可能合理、经济地做好泥石流的减灾防灾工作。（3）由于泥石流运动的复杂性和突发性，真正做到科学有效的防治还需要我们地质工作者孜孜不倦的努力和探索，以及不断地实践、深化和提高。

致谢：本项目得到了陕西省国土资源厅的大力支持、得到了陕西省地质学会王德潜教授和西北大学李昭淑教授的悉心指导，在此表示衷心的感谢！

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黄土地区崩塌灾害变形破坏特征及稳定性分析

近些年来，受降雨、人为工程活动等因素影响，陕西省黄土地区崩塌灾害日趋增多，每年均有不同程度的黄土崩塌造成人员伤亡和财产损失。为了更有效地防治黄土崩塌，研究其发生的机理，分析其稳定性并提出合理可行的应急治理措施显得十分迫切和必要。本文通过对陕西永寿仪井镇王家庄黄土崩塌野外实际调查并结合室内试验研究，在对黄土崩塌体的基本形态、工程地质条件、变形破坏特征、形成原因等有了足够认识的前提下，对其形成机制进行了综合分析，在此基础上，对黄土崩塌体稳定性进行了定性定量评价，提出了应急治理初步方案，为减轻该崩塌体的危害性提供了解决方案。1 崩塌体工程地质条件

该黄土崩塌体位于陕西永寿县仪井镇王家庄。永寿县处于中朝准地台陕甘宁台坳黄土高原南缘残塬梁峁沟壑区，总地势北高南低。地貌类型主要为黄土残塬、黄土梁峁及中低山区。永寿梁呈脊梁状分布于辖区中偏北部，成为泾河与渭河两流域的分水岭，使整个地形向北、东、南3面倾斜。境内河流冲沟发育，将全县地貌切割的支离破碎，地形较为复杂。王家庄崩塌的工程地质条件主要特征如下。

1.1　地形地貌

仪井镇地貌单元属黄土残塬沟壑地貌，塬面破碎，王家庄崩塌点为黄土冲沟脑陡崖。该崩塌体宽约10m、长约400m、高15～30m、3体积约10.0万m，属大型黄土崩塌。坡度较陡，可达60°～80°。

1.2　地质构造

永寿县位于祁连、吕梁、贺兰山地形构造前弧东翼中段、秦岭纬向构造体系东西向构造带、陇西帚状枢纽构造体系东南端的复合部位。以富平、乾县至岐山大断裂为界，南为渭北构造斜坡带。县内断裂比较发育，按其力学性质分为压性、压扭性及张性、张扭性断裂，以复合式张扭断裂为主。

1.3　地层岩性

根据现场探井揭露、工程地质测绘及出露地层断面，研究区出露的地层岩性主要由第四系上更新统风积黄土（马兰黄土）、中更新统风积黄土（离石黄土）、全新统崩坡积物和人工堆填物组成。按其时代由老到新具体如下。eol（1）第四系中更新统风积黄土（Q）：该层分布于陡壁中下2 部，厚度大于10m，呈黄褐色—淡红褐色，硬塑，土质致密，具有针孔状孔隙，可见钙质结核和蜗牛壳，结核粒径0.5～1.5cm，垂直节理发育。eol（2）第四系上更新统风积黄土（Q ）：该层主要分布于陡壁上3部，厚度6～12m，呈浅黄色—黄褐色，可塑—硬塑，含零星钙质结核，可见蜗牛壳、钙质薄膜及植物根系。土质疏松，大孔隙发育，节理、裂隙发育。ml（3）第四系全更新统杂填土（Q ）：其主要分布于坡脚及沟底4处，呈浅黄色，以粉质黏土为主，土质杂乱松散，可见大量建筑垃圾和生活垃圾。

1.4　地震及水文地质条件

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），永寿县仪井镇地震基本烈度为Ⅶ度，永寿县地震动峰值加速度为0.10g。综合《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），永寿县抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。

区内地下水的补给、径流与排泄受地形地貌、地层岩性和气候条件影响，主要接受大气降水补给，局部地带受地表水补给。从宏观上看地下水的径流方向与地表水流方向一致，地下分水岭与地表分水岭一致，即山梁、斜坡地带为地下水的补给径流区，沟谷地带则为地下水、地表水的排泄区，由分水岭向沟谷区，地下水位由深变浅，富水性由弱变强。

根据含水介质及埋藏条件，将地下水分为：基岩裂隙层间水、黄土层裂隙孔隙水和第四系冲洪积层孔隙水。该崩塌坡体地下水埋藏较深，在坡体周围均未发现任何泉水迹象及湿地，对边坡稳定性影响较小。

工程地质平面图见图1。2 边坡变形破坏特征及成因分析

2.1　崩塌体基本形态3

崩塌体宽约10m、长约400m、高15～30m、体积约10.0万m，属大型黄土崩塌。威胁崩塌体上部近200m公路及王家庄30户、115人、90间房屋（含窑洞）的安全。

2.2　边坡变形破坏特征

坡体物质主要由马兰黄土、离石黄土、第四系崩坡积物和人工堆填物质组成。坡度较陡，可达60°～80°。其中，在王家庄西侧沿公路约200m长危险程度较高，已有3处崩塌点、2处崩塌隐患点、3处洞底与冲沟底部贯通的落水洞、2条与公路近平行的裂缝（长分别为9.5m和20m，缝宽10～30cm）、多条竖向发育的裂缝及2处汇水区域。为方便描述，将其分别记为：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号崩塌点；Ⅰ、Ⅱ号崩塌隐患点；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号落水洞；Ⅰ、Ⅱ号汇水区。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号崩塌点已经紧贴到公路边缘，直接威胁到公路的安全，如图2所示；Ⅰ、Ⅱ号崩塌隐患点竖向裂缝发育，并不断有局部垮塌，其中Ⅰ号崩塌隐患点水平裂缝较宽、竖向裂缝已经贯通，并在其底部形成出口，随时有崩塌的可能，如图3所示；Ⅰ、Ⅱ号汇水区位于公路东侧，由于排水不畅致使东侧路基遭到侵蚀破坏，并有继续加深的趋势，如图4所示；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号落水洞位于公路西侧，洞口直径为1.5～3.5m，底部与下部冲沟贯通，不断向公路退蚀，其中Ⅱ、Ⅲ号落水洞已经退蚀到公路边缘地带，并有继续退蚀和串联趋势，如图5、图6所示。图1　永寿县仪井镇王家庄黄土崩塌工程地质平面图图2　崩塌体边缘张裂缝图3　崩塌体裂缝竖向延伸至坡底图4　汇水区对公路的侵蚀破坏图5　Ⅱ号落水洞图6　Ⅲ号落水洞退蚀到公路边缘地带

2.3　边坡变形破坏成因分析

从野外调查来看，该崩塌形成的内在条件主要为：①边坡高陡（陡坎高15～30m），为崩塌形成提供了动力及地形条件；②黄土节理、裂隙发育，为崩塌的形成发育提供了内在地质条件；③黄土疏松、裂隙透水性较好，促进了边坡变形破坏的发展。

崩塌形成的外部因素主要为：①因人为工程活动开挖坡脚，使临空面暴露时间过长；②降水充沛，大量雨水入渗裂隙和坡体，饱和度增加，加剧了坡体失稳；③汶川地震波及此处，加剧了边坡裂隙发育，破坏了边坡的稳定性。3 崩塌体稳定性分析

3.1　边坡稳定性定量分析

为了最大限度地反映目前状态下边坡的稳定性，采取理正边坡稳定性分析软件进行了定量分析。参数取值主要考虑了以下几个因素：①崩塌体的物质组成及综合性状；②以c、ψ值的反算分析；③当地已发生崩塌的力学性质参数经验值；④崩塌土体的物理力学性质试验eoleol成果。对崩塌体Q及Q两组地层的探井进行了人工取样，根据土23工实验报告，并结合类似工程黄土参数及工程经验值，最终该边坡土体天然状态下的计算参数取值见表1。表1　天然状态下边坡稳定性计算参数取值

3.2　计算工况的确定

依据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330—2002），该崩塌点边坡安全等级应为Ⅱ级，圆弧滑动法算得的安全系数应不低于1.25。

根据目前坡体的稳定情况，考虑地震作用等不利因素的影响，稳定性计算按天然状态、地震作用下两种工况来考虑。地震影响下边坡稳定性计算参数选择：地震基本烈度为7度，水平地震加速度系数为0.1，地震综合影响系数为0.25。

因崩塌体坡体较陡，东侧为公路，汇水面积不大，且前缘形成近直立的陡坎，故坡体在降雨条件下很难形成饱和状态，因此不对饱和状态下的坡体稳定性加以计算。各种工况下的边坡稳定系数见表2。表2　原始坡形下边坡稳定性系数统计表

通过计算可知，安全系数K均大于1.25，说明该崩塌体目前处于整体稳定状态，只是崩塌体前部局部崩塌下错，而不会产生整体性崩滑。但是，前部的不断崩塌下错，使得崩塌体上部边缘不断向公路靠近，威胁公路的安全运营和公路东侧居民的生命财产安全。4 应急治理对策

针对该崩塌体的特点，采取应急治理措施如下。

4.1　I～Ⅲ号崩塌点和I、Ⅱ号崩塌隐患点

因Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号崩塌点和Ⅰ、Ⅱ号崩塌隐患点位于冲沟同一侧，并沿公路延伸方向发育，故将其统一考虑。黄土冲沟上宽下窄，沟底有大量崩、坡积物和人工堆填物，土质比较松散，承载力较差，不利于支挡结构的布置。拟采用填方压实措施，并重点考虑了如下几个方面：①填方高度不能过大；②填土与原状土在接触带上加强衔接处理；③填筑体上部的崩塌隐患体采用削方减载和对地表裂缝夯实回填处理；④确保堆填体的抗滑稳定。

4.2　落水洞

因Ⅰ号落水洞与地面裂缝已贯通，并有不断顺裂缝延伸方向拓展的趋势，因此拟采用夯实回填方案，即将Ⅰ号落水洞及与其贯通的裂缝夯实回填。Ⅱ、Ⅲ号落水洞较深，且与底部深沟贯通，并不断向公路方向退蚀，故不宜采用夯实回填，拟采用浆砌片石硬化层从公路路边铺设到Ⅱ、Ⅲ号落水洞洞边，减少地表水对洞壁的破坏，进而阻止其退蚀。

4.3　汇水区

Ⅰ、Ⅱ号汇水区位于公路东侧，因排水不畅致东侧路基侵蚀破坏，且有继续加深的趋势，拟采用拦水墙和过水涵洞相结合的方法进行治理。即，沿公路方向布置拦水墙，以阻止汇水对路基的侵蚀，同时采用过水涵洞对积水进行疏导。

4.4　崩塌体整体排水

拟在冲沟填筑面中部设一道排水沟，南起Ⅰ号崩塌点，北至护脚墙，最终流入原冲沟排出。坡面汇水及Ⅰ号汇水区积水通过排水沟排出坡体。5 结论

通过该黄土崩塌体的工程地质条件、变形破坏特征及应急治理措施，结合边坡稳定性分析成果详细讨论了该崩塌的形成机理，可得以下几点结论。（1）永寿县仪井镇王家庄崩塌临空面高陡，黄土疏松，裂隙发育，是产生边坡失稳变形从而形成崩塌的主控因素。（2）降雨、排水不畅，加之地震影响，是崩塌体变形破坏的主要引发因素，同时，该崩塌威胁上部公路及王家庄住户，开展应急治理十分必要。（3）根据崩塌体工程地质特征及稳定性分析评价结果，针对该崩塌体边坡治理，提出了排水、削方、堆填相结合的应急治理措施。

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徐州庞庄煤矿老采区保护煤柱边缘残余变形预计

煤层采空后，下沉盆地内任一点的地表移动过程可分为3个阶段：初始期、活跃期和衰退期。《三下压煤开采规程》（2000）规定，衰退期从活跃期结束时开始，到6个月内下沉值不超过30mm为止。随着衰退期的结束，可以认为地表（主要）移动期结束，亦即认为此时地表移动已基本稳定。事实上，地表移动基本稳定后，仍存在一定量的残余变形。并且，这个残余变形将持续相当长一段时间。

采用长壁开采、全部跨落法管理顶板时，已沉陷基本稳定的破坏覆岩中，各种岩体结构依然存在，伴随这些结构形成的残留空洞、裂缝、离层和破碎岩块欠压密现象仍然存在。随着时间推移，由于空气、水等的风化和侵蚀作用，岩体强度将弱化。因此，岩石破碎且连通性较好的“冒落带”将发生压密和位移，层间存在大量离层裂隙的“裂隙带”将发生岩块结构失稳和裂隙压密现象，呈完整层状结构的“弯曲带”将发生新的弯曲形变。在地表，这些压密、位移、失稳和弯曲形变，表现为“移动基本稳定”后的残余沉降和残余变形。残余沉降量及其持续时间与开采深度、覆岩性质、顶板管理方法及工程活动（如地下注排水）等有关。

由于残余沉降和变形数据的观测需花费数十年的时间，国内外对煤层采空区的地表沉降和变形研究一般着重于延续时间期内的地表移动，而对衰减期后的残余沉降研究较少，仅有少数学者提出过残余沉降随时间变化的参考值。对于老采空区地表残余沉降量的预计，目前尚无统一认识。

庞庄煤矿，由于资源枯竭，即将停采。徐州矿务集团计划利用庞庄煤矿工业广场的宝贵土地资源，建设华美2×300MW（CFB）机组发电厂。拟建厂区位于预留保护煤柱上。保护煤柱边缘的残余沉降、变形可能威胁到拟建电厂建筑的安全。所以，对建筑场地的残余变形量进行了预测计算，以评价其危险性。1 地质环境与煤层开采情况

庞庄煤矿工业广场位于徐州市西北角，场地地貌为古黄河泛滥形成的冲积平原，并经历了采空塌陷和地表填平的人工改造。自上而下，受煤层采空影响的地层有：第四系（Q）、上二叠统上石盒子组（Ps）、下二叠统下石盒子组（Px）和山西组（Ps）。岩层处于庞211庄背斜核部，地层倾角为2°～6°，断层发育一般，为简单构造类型。

第四系（Q）为冲积层砾石、砂礓、黏土、粉砂土和腐殖土，平均厚度76.0m；第四系下浮岩层为二叠系含煤碎屑岩类，上石盒子组（Ps）平均厚250m，下石盒子组（Px）平均厚217.0m，山西组21（Ps）平均厚113.0m。下石盒子组（Px）含1号、2号主采煤层、山11西组（Ps）含7号、9号主采煤层。1

庞庄井在1983年以前，主采下石盒子组1煤及2煤。1983年以后，开始回采山西组7煤和9煤。形成1煤、2煤与7煤、9煤搭配开采的局面。现在，主采山西组7煤、9煤。采煤方法以走向长壁为主，顶板管理均采用自然冒落法。这样，在庞庄煤矿工业广场周边，形成了多煤层的复式采空区（采空层数多达4层）。采空区具有开采强度大（累计开采厚度10m左右）、采空面积广、采空形成时间长、采空埋藏深的特点。

1煤、2煤上覆岩层，除部分粗砂岩为中硬岩石外，其余均为软弱岩石或极软弱岩石，采空形成于1968—1978年。7煤、9煤埋深比1煤、2煤深120m左右，且时间稍晚。7煤、9煤上覆岩层为中硬岩石，个别岩层为坚硬岩石，停采于1986—1992年。2 地表残余变形计算原理与方法

目前，老采空区的残余变形量计算主要采用两种方法：残余沉降系数计算法和数值计算法。数值计算法的理论基础是岩土的本构模型，计算参数选取的准确程度决定了计算的精度。由于跨落带、裂缝带中破裂岩体的物理力学参数（如抗剪强度指标、弹性模量、泊松比值等）等的确定，目前仍处于研究探索和数据积累阶段。这一点限制了其计算结果的可靠性和应用范围。而残余沉降系数计算法的理论基础是概率积分的随机介质模型。概率积分法是目前应用最广的开采沉陷模型，且实践过程中，积累了大量实测数据，参数取值可靠性较高。

评价区的开采深度与厚度比值大于30，这种条件下的地表移动变形在空间和时间上都具有明显的连续性和一定的分布规律，符合概率积分法的假定。本文采用以概率积分法为基础的残余沉降系数法进行地表变形量预测计算。

1954年，波兰学者Litwiniszyn（李特威尼申）创立了岩层移动的随机介质理论。概率积分法以该理论为基础发展而来。概率积分法假定，长壁采空区上方的地表沉陷分布具有以下两个特征。（1）充分采动条件下，地表沉陷最大下沉值W小于矿层采出厚0度M，即下沉系数q小于1。其原因是采动岩体的碎胀引起空隙增加造成的。（2）煤层开采后，采空区上方岩层产生垮落带、断裂带、弯曲带，并在地表形成一个比采空区大得多的下沉盆地。下沉盆地中，下沉量为0.5W的点（在概率积分法中为拐点）位于采空区边界内侧一0定距离（拐点偏移居S）。其原因是采空区边缘上方岩体中存在悬臂梁和砌体半拱结构，造成该边缘采空部位不能被充分充填和压实。

描述下沉盆地内中地表移动和变形的指标有下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形。对于半无限开采的缓倾斜煤层（α＜15°），地表下沉盆地走向主段面上地表移动与变形曲线为：式中：x——断面计算点坐标（m），坐标原点为开采边界在地表的投影；

S——拐点偏移距（m）；

W——为地表最大沉降值，W ＝Mqcosα（M.煤层采厚mm（m）；q.沉降系数；α.煤层倾角）；

r——煤层采空区影响半径（m），（r＝H/tanβ）（H.开采煤层平均埋深（m）；tanβ.主要影响角正切）；

b——水平移动系数；

计算老采空区地表残余沉降或变形时，假定在荷载作用下，或者风化作用下，破裂岩体内的空隙、裂隙、里层离缝完全闭合，下沉系数最大达到1，则残余下沉系数为：q'＝1—q

需要说明的是，长壁开采地表的残余沉降是一个长期的过程，工作面停采时间越长，采深越大，覆岩越软，残余沉降量越小。因此，对残余沉降系数取值时，应综合考虑停采时间、采深、覆岩物理力学性质，来修正当前下沉已完成的下沉系数q。

根据残余下沉系数，采用采空下沉盆地地表移动的相关预计方法，就可以计算出地表残余变形量。对于半无限开采缓倾斜煤层（α＜15°），走向主断面的最大地表残余变形计算公式及其位置如下（符号涵义同上）：3 参数取值与计算成果

由于地表残余沉降与变形预计的工作量极大，本文仅介绍2—2'剖面上的残余沉降与变形量的计算。2—2'剖面的地层与煤层采空情况见图1。

3.1　参数取值

3.1.1　系数或残余沉降系数（q'）

在参考前人的研究成果基础上，沉降系数取值综合考虑各煤层的停采时间、采深、覆岩物理力学性质，以及重复采动影响因素。1煤、2煤的采空区沉陷时间为30～40年，且覆岩较软。7煤、9煤的采空区沉陷时间较短，为16～22年，且覆岩相对较硬。但7煤、9煤采空区埋深较1煤、2煤大。此外，9煤与7煤间隔约20m，7煤处于9煤开采影响范围。受重复采动影响，9煤的下沉系数大于7煤。各煤层的沉降系数与残余沉降系数取值见表1。表1　残余沉降系数取值

3.1.2　水平移动系数（b）和主要影响角正切（tanβ）

依据庞庄煤矿502观测站实测资料，取水平移动系数b＝0.385，主要影响角正切tanβ＝1.70。

3.1.3　采煤要素（α、M、H）与采空影响半径（r）

采煤要素包括3项参数：煤层倾角（α）、采厚（M）、平均埋深（H）。采煤要素数据来自勘察成果和采矿资料。采空影响半径（r）根据公式r＝H/tanβ估算。采煤要素与采空影响半径参数取值见表2。图1　2—2'工程地质剖面及采空沉降变形预计图表2　残余变形概率积分法参数

3.1.4　拐点偏移距

考虑到7煤、9煤的残余沉降远大于1煤、2煤，取7煤、9煤拐点偏移距为4层煤采空区整体拐点偏移距。此外，考虑7煤、9煤上覆岩层为中硬岩石，1煤、2煤上覆岩层为软弱岩石，取整体沉降拐点偏移距为：S＝0.1（H+H）/279式中：H——7煤平均采深（m）；7

H——9煤平均采深（m）。9

整体沉降拐点偏移距参数取值见表2。

3.1.5　角量参数

对于残余沉降盆地，计算煤层采空影响边界的角量参数采用岩层裂缝角和松散层移动角。角量参数选取，主要依据庞庄矿502和718工作面岩移观测成果数据，参数取值见表3。表3　残余沉降盆地影响边界的角量参数（δβ=γ）000

3.2　计算成果

最大残余沉降量与变形量，采用单层分算，最后累计的方法计算，计算结果见表4。残余沉降影响边界利用剖面作图法确定，其在剖面上的位置见图1。图中也标出偏移拐点位置，拐点位于采空区一侧，与7煤和9煤采空边界相距35m。表4　最大残余沉降量与变形量计算表

根据概率积分法的变形曲线展布规律，在2—2'剖面（图1）上拐点处，残余沉降（W'）为0.5W'，残余倾斜（i'）和残余水平位移m（U'）为最大值；向保护煤柱方向，该3个指标逐渐减小，至煤层采空影响边界趋于0；拐点处的曲率（K'）和水平变形（β'）为0，向保护煤柱方向，在x＝S—0.4r（取r＝200m）位置，此二指标增至最大。

利用查表法或内插法，可以求得x＝S（拐点）、x＝0（7煤、9煤采空边界）、x＝S—0.4r（曲率和水平变形最大处）3处的残余变形值（表5）。表5　残余沉降量与残余变形值计算表4 场地稳定性分析《三下采煤规程》（2 000）第27条规定，砖混结构建筑物极轻微—3和轻微损坏等级的允许值为：i≤3.0mm/m，K≤0.2×10/m，β≤3.0mm/m。

如图1所示，华美2×300MW（CFB）发电机组拟建工程场地西界位于曲率和水平变形最大处。由表4可知，此处残余倾斜值为i'＝2.47mm/m，残余变形值β'＝3.02mm/m。两者比允许标准值略大，不符合要求。

发电机组设施为一级重要工程，为保证其安全，建议对预留保护煤柱边缘，采取工程处治措施，以消除场地沉降电厂工程设施的危害。5 结论

根据长壁采空区残余沉降发生机理，可以采用概率积分法（随机介质模型）分析长壁老采空区地面的残余沉降与变形问题。为保障建筑物的长期安全，应该以岩体碎胀空袭压实致原岩状态，即残余沉降系数q'＝0，作为场地完全稳定标准。

采用概率积分法做保护煤柱边缘的地表残余变形分析时，其计算程序与地表移动预计基本相同，但需要对两项参数进行修正：①残余沉降系数q'，工作面停采时间越长，采深越大，覆岩越软，沉降量越小；②角量参数，以岩层裂缝角代替移动角。

应用残余变形概率积分法，完成了庞庄煤矿工业广场所处保护煤柱边缘的沉降与变形预测，为华美2×300MW（CFB）发电机组厂区的布局和场地处治措施，提供了必要的依据。

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关于陕南堆积层滑坡灾害的几点思考

镇安县位于秦岭山区，属秦岭南麓中段，山大沟深，地质构造复杂，深大断裂发育，岩体以浅变质的板岩、片岩及千枚岩为主，节理裂隙发育，较易风化。镇安县地质灾害及隐患多以滑坡为主，调查319点中286处滑坡占据绝大部图1　镇安县不同类型地质灾害分，为镇安县域内主要灾种（图1）。所占比例图2013年5—8月，我们对镇安县进行了1:5万的地质灾害野外详细调查，初步摸清了镇安县地质灾害现状。

镇安县滑坡基本为堆积层滑坡（土质滑坡），其多为山前堆积物，包括沟谷侧壁堆积物，山坡坡脚堆积物等。其上部基本为碎石土覆盖，表层天然植被或是人类耕地。滑动面多为岩土体接触面或紧贴其上形成的一定厚度滑动带。规模通常不大，大部分为中小型滑坡。其分布面广、数量大、活动性强，是镇安县灾害中威胁人口最多、最主要的灾害隐患类型。2 滑坡形成机制和运动特征

堆积层滑坡包括碎石土和含砾黏性土，区分主要在于土体颗粒和碎石粒径，此两项因素成为控制滑坡滑动特征和方式的主要因素。

2.1　形成机制

在镇安县甚至整个陕南地区的滑坡大都属于堆积层滑坡，其形成机理多为山坡或者沟谷壁类的凸凹斜坡在日积月累的风化及剥离搬运过程中缓变而来。其多半堆积于山脚、坡脚等相对低洼且利于暂时或者永久平衡处（图2）。滑坡堆积物往往由于重力效应，上层砾石含量较少而向下逐渐增多，在相对分界的薄弱地带，由于降雨下渗和地面人类灌溉下渗透水共同作用形成滑动带。地下水渗透紊流逐渐带走相对轻的细粒的砂土颗粒而留下较粗的砾石颗粒，形成蚁穴效应，降低滑动面（带）附近的土体组织结构强度，减小整个滑动面（带）的阻滑力（抗剪强度），形成滑坡失稳下滑。人类活动是加剧该类滑坡失稳的一个重要因素，包括工程增负、削坡建设及土地耕种灌溉等，主要是通过增大滑动力或者减小阻滑力来破坏滑坡的稳定或者增大其失稳程度（图3）。图2　镇安堆积层滑坡示意图图3　人类工程活动示意图

2.2　运动特征（1）持续性。堆积层滑坡是长久以来形成的地质形体，其形成过程就是自身的创造过程，对于千万年的地质演化中，逐渐形成的地质体来说，这是一种正常的地质现象，不会停止，动静相对只是间隔时间长短的问题。（2）缓变性。堆积层滑坡所具有的一个非常重要的性质，也是往往在静态力学计算中被忽略的一个性质。这种持续地质现象的出现是日积月累的，而非突发性的，每一次移动都会改变甚至重置土体内部的应力平衡状态。期间降水及灌溉渗流对滑动带造成的蚁穴效应是渐进的而非跨越式的。其鲜有突然发生的崩溃式滑动，而其变形量大部分主要建立在多次少量累进式前进的基础上。即使发生坍塌，也是部分坡度较陡，在多次推移式上部位移累进到极限时的小规模应力释放。人类工程活动也会诱发滑坡的突然失稳滑动，因为人类为土地肥美的堆积层土壤吸引，往往居住并耕种于滑坡体之上，山地工程活动经常削坡建设，其往往直接或间接地破坏阻滑区土体结构，造成累进式缓变蓄能的突然释放，使部分或者整个滑坡体在强降水或者灌溉紊流渗透的作用下瞬间失衡，造成滑坡灾害。（3）不可阻性。累进式堆积层是一个不可逆的过程，其每次强降水渗流都会造成或多或少的下错效应，出现大雨相对大滑，小雨相对小滑或者不滑的累进现象。如若被人为阻挡，这种累进效应在时间的推移下会迅速增大。随着时间的推移，总有下滑力大于工程极限的一天。其长期工程治理难度非常之大。以镇安县二中为例，前期进行的滑坡挡墙设计完全符合当时的力学安全系数。但是后来连年降雨灌溉造成的累进效果，使得当初的反演力学计算的土体现状被打破，墙体附近土体被压缩，土体力学及各种性质随着被挤密压实发生变化，土体的弹性随着自身相对位移的不断变化，其下滑分量逐渐增大而随着渗流掏蚀，阻滑力却在不断减小。这种变化自下而上积累，使得挡墙面处被动土压力迅速增大，逐渐超过墙体承受能力，在挡墙自身结构较脆弱处发生破坏（图4）。图4　镇安县二中滑坡累进示意图3 影响堆积层滑坡的几点因素

堆积层滑坡是在滑动力与阻滑力共同作用结果下运动的。因此对前后两者作用力产生影响的因素均可对其稳定状态造成影响。另外，堆积层滑坡是一个松散体，其内聚力相对较低，土体间抗压强度远大于抗拉强度，因此，滑坡体在整体引动的前提下，有时伴随着局部滑体的分离运动出现相对母体的部分滑动现象。（1）坡度。滑坡下滑力是重力沿滑床（或滑动面）方向的分力，坡度的增大直接导致下滑力增加，其直接减小滑坡的稳定系数，使滑坡更容易滑动。（2）地下水。地下水在堆积层滑坡中往往以接近滑床（不透水面）的孔隙水和岩体内部裂隙水存在，孔隙水在滑动带或者滑动面附近渗透流动，其在土体颗粒间隙产生紊流圈（图5），致使土体较小颗粒松动脱落并最终被渗流带走，逐渐掏空滑带土，破坏其结构，渐渐降低其阻滑强度，最终降低最大阻滑力，使滑坡稳定性降低，滑动几率增加。地下水渗流强度在相同的土体渗流系数下，取决于其水头差与水源供给。而水头差已由坡度因素决定，水源供给则主要来自降水下渗和灌溉下渗，在坡面无良好导水通道的情况下，降雨与灌溉水在松散堆积层上会迅速下渗。所以降雨和灌溉是直接影响滑坡稳定的重要因素之一。（3）土体分选。即土体粒径级配和所含砾石粒径。其直接决定了滑带土的天然阻滑力，而且土体分选也代表着滑带土在地下水渗流时对其破坏的抵抗程度，孔隙水渗流时同等条件下携带沙粒能力一定。所以有一定粗粒径和大部分细粒径充填其中的土体相对咬合力要高，其抵抗地下孔隙水渗流的破坏的能力也较强，反之较弱。（4）基底岩层现状。堆积层滑坡不少是沿岩土接触面滑动，其接触面岩石产状及风化程度对滑坡阻滑力的影响非常巨大，反向滑床和风化较弱的接触面阻滑力相对较大，反之较小。（5）人类工程活动。人类工程活动是引发突发性滑坡的最常见因素。堆积层滑坡土地肥沃，地势较基岩高山平缓且易于施工，人类往往选择居住并耕种于其上。近期修路破梁也日趋增多。修建于滑坡体上的工程往往增加负荷，加大滑动力。而大部房屋等工程活动集中于坡脚，其削坡行为直接破坏阻滑区，减弱最大阻滑力。在大规模降雨的前提下往往导致滑坡突然失稳，发生瞬间滑动的突发性灾害。图5　滑动带单元4 结语

堆积层滑坡是灾害隐患点的重中之重，占绝大部分数量，也是群测群防网络基层压力的主要来源。解决好堆积层滑坡灾害的科学管理问题，对整个群测群防网络乃至整个地质灾害防治网络都是至关重要的。以上只是在实践中总结出的一点浅见，未写入分级细化打分想法，仅作为建议和决策部门的参考。初步的探讨多有不成熟之处，需要在今后实践中逐步补充和完善。

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陕西省矿山地质灾害类型及基本特征

陕西省矿产资源丰富，其中陕北地区以优质煤、石油、天然气、盐类、黏土类矿产为主，关中及相邻地区以煤、建材矿产、地热、矿泉水为主，陕南秦巴山区以有色金属、贵金属、黑色金属和各类非金属矿产为主。全省矿山开采方式主要为露天开采和井下开采，能源矿产、黑色金属矿产、贵金属矿产、有色金属矿产以井下开采为主；冶金辅助材料用非金属、化工原料非金属、建材及其他非金属矿产以露天开采为主，部分采用井下开采的方式。

据2012年统计，全省共有矿山企业5 178个，从业人员30.5万人。其中能源矿山572个，占全省矿山数的11.05％；金属矿山393个，占全省矿山数的7.59％；化工、建材及其他非金属矿山4213个，占全省矿山数的81.36％。据2012年统计，全省矿山按生产规模分为大中、小型两类，大中型355个，占6.86％；小型4 823个，占93.14％。1 矿山地质灾害的主要类型

陕西省因矿业开发引发的矿山地质灾害类型主要有地面塌陷、地裂缝，其次为滑坡、泥石流、崩塌、矿坑突水6种。据本次调查统计，全省矿业开发引发的地质灾害683处，其中地面塌陷299处、地裂缝132处、滑坡111处、泥石流78处、崩塌43处、矿坑突水20处（表1）。表1显示，榆林、延安、铜川、渭南与汉中这5个地区矿山地质灾害数量较多，其他区域灾害相对较少。

根据开采不同矿类引发的地质灾害统计表（表2）可知，开采能源类矿山主要引发的地质灾害是地面塌陷、地裂缝和矿坑突水，其次是崩塌与滑坡；对于金属类、建材及其他类非金属矿山，主要引发的地质灾害是崩塌、滑坡和泥石流（图1）。表1　全省矿山地质灾害类型统计表　（单位：处）表2　全省不同矿类地质灾害统计表　（单位：处）图1　矿山地质灾害发生比例

对于矿山规模而言（表3），矿山地质灾害发生规模以小型为主，占总数的63.04％，中型次之，占总数的25.04％，大型最少，占总数的11.92％。表3　全省矿山地质灾害规模统计表　（单位：处）2 矿山地质灾害分布与发育规律

2.1　地面塌陷

采矿诱发的地面塌陷在陕西省内的10个市区均有分布（表1），主要集中分布于陕北、渭北地区。22

调查发现，目前已累计形成煤矿采空区面积达72 258hm（1hm2＝10 000m），占全省各类矿山采空区总面积的98.40％；煤矿采空22区地面塌陷面积26 586.71hm，占地面塌陷总面积（26 808.37hm）的99.17％；共发生地面塌陷299处，其中能源类矿山有239处、金属类47处、非金属类13处；发生于大型矿山30处、中型矿山31处，小型矿山238处。

地面塌陷主要集中在以开采煤矿为主的陕北、渭北地区，该区域煤层主要赋存于侏罗系、石炭—二叠系煤层，其煤层厚度大（2～10m），埋藏浅，一般埋深小于300m，产状平缓，煤层顶板以砂岩、泥岩为主，上覆第四系黄土和砂层。由于其深厚比较小，顶板和地表岩土体强度小，在高技术开采情况下（如采用长壁式机械化综采）形成大面积采空区，引发地面塌陷；相对煤层开采，陕西省金属矿产多呈脉状，围岩多为坚硬的基岩，力学强度大，开采引发的地面塌陷规模较小。陕西省矿业开发引发的地面塌陷均为地下采矿所诱发，其展布形态多为矩形、椭圆形，呈阶状递次整体塌陷或漏斗状，塌陷区及其外围伴生发育有大量地裂缝。

2.2　地裂缝

陕西省内矿业开发产生的地裂缝与地面塌陷是一种伴生或共生关系，常出现在地面塌陷区的边缘或外围，有时是地面塌陷的前兆。地裂缝主要分布于陕北、关中煤矿区，绝大部分与地面塌陷相伴生。

据调查统计，全省矿山共发生地裂缝132处，其中大型地裂缝11处、中型24处、小型97处。目前能源、黑色金属、化工原料非金属三大类开采矿山均有发生，且以能源类矿山为主，地裂缝数量达126处，占发生地裂缝总数的95.45％。地裂缝形成原因是煤矿开采形成的地面塌陷边缘或外围产生大量地裂缝；其他矿种开采由于围岩坚硬，力学强度大，产生的地裂缝较少。

另外，近年来，陕北榆神府矿区高强度开采造成了大量地裂缝。最新资料显示，地裂缝数量达到1802条（组），但这些地裂缝多分布于高强度开采区，如大柳塔—石圪台、榆家梁、常乐堡等一带。

2.3　崩塌与滑坡

矿山崩塌全省10个市均有发生，陕西省的地层岩性决定了黄土崩塌主要分布在陕北、关中黄土高原区和关中黄土台塬区，岩质崩塌主要分布在陕南秦巴山区。调查统计，全省因采矿活动发生崩塌43处。发生在煤炭矿山有18处，金属类矿山8处，非金属类矿山17处；发生于露天开采的矿山17处，井下开采的矿山26处。矿山崩塌多发生于小型矿山，占崩塌数的72.09％。

矿山滑坡除榆林市外其他9市均有发生，主要集中分布于黄陵、铜川、彬县旬邑煤矿区，凤县、略阳宁强金属矿区。全省因采矿活动发生滑坡111处，其中有大型滑坡11处、中型35处、小型65处。发生于能源类矿山75处，金属类矿山18处，非金属类矿山18处；露天开采矿山发生11处，井下开采矿山100处。

诱发崩塌与滑坡的主要因素有露天开采形成不稳定边坡、井下开采引起塌陷区边缘陡坎发生崩塌或滑坡。

2.4　泥（石）流

泥（石）流多发育在具备汇流条件的沟谷内。矿山在开采过程中，形成的采矿废石（土）、尾矿、煤矸石、生活垃圾等大量的固体废弃物堆放于沟谷中，在强降雨的作用下极易形成泥（石）流。其来势凶猛、突发性强、破坏力大，成为我省危害严重的矿山地质灾害之一。

调查结果显示，全省矿区共发生泥（石）流78处，其中大型泥石流8处、中型19处、小型51处；发生于煤矿3处、金属矿山51处、非金属矿山24处；发生于大型矿山3处、中型矿山6处、小型矿山69处；露天开采发生51处、井下开采27处。这些泥（石）流集中分布于陕南秦巴山区，其主要原因是该区域沟谷发育，金属矿山的废渣、尾矿丰富，强降雨发生频率高。

2.5　矿坑突水

矿坑突水是陕西省矿山开发引起的一种突发性井下地质灾害，来势凶猛、瞬时涌水量大、危害损失严重。据调查，已造成重大损失的矿坑突水有20处，其中煤矿18处、铅锌矿2处，主要发生于延安、渭南、铜川煤矿区。

造成突水灾害原因多由于矿山对矿区水文地质条件没有查明，探、防水措施不力等原因所致，水量来源于地表水、老矿区积水、底板冒水等。3 矿山地质灾害危害特征

陕西省内矿山地质灾害发生的数量多、危害大。本次调查统计，矿山地质灾害共造成62 992.96万元的直接经济损失，死亡225人（表4，图2）。表4　各类矿山地质灾害造成经济损失比率统计　（单位：万元）图2　矿山地质灾害经济损失比例

地面塌陷的危害是多方面的，常造成大量的植被与景观破坏、土地凹凸不平耕作困难、建筑物毁损、区域地下水位下降、井泉干枯、地表水系流量减小甚至断流，使矿区生态地质环境更加脆弱，危害持久难以恢复。省内地面塌陷已造成12人死亡，破坏农田、林草地、地面建筑物等共造成直接经济损失达14 178万元，地面塌陷破坏土地2面积达26808.37hm。

地裂缝的危害加剧了地面塌陷造成的经济损失，本次调查地裂缝的直接经济损失达4 021.23万元。崩塌多发生于小型矿山，其规模虽不大，但崩塌具有落差大、速度快、突发等特点，一旦形成灾害，损失巨大。本次调查崩塌直接经济损失1 536.80万元，死亡76人。

省内由于矿山开采引发的滑坡除榆林市外其他9市均有发生，造成直接经济损失10 642.33万元，死亡38人。

泥（石）流造成直接经济损失9 862.90万元，死亡75人，占各类地质灾害总经济损失的15.66％。

矿坑突水共造成直接经济损失22 751.70万元，24人死亡，主要发生于延安、渭南、铜川煤矿区，占各类地质灾害总经济损失的36.12％。4 结论（1）陕西省矿产资源丰富，区域分布特色明显，开发规模与开采强度大，导致陕西省内产生的矿山地质灾害数量较多，对人类的生命财产安全造成严重的危害。（2）根据实地调查结果显示，陕西省的矿山地质灾害类型主要有地面塌陷、地裂缝、崩塌与滑坡、泥（石）流及矿坑突水6类。其中地面塌陷、地裂缝和矿坑突水主要是开采能源类矿山形成的，泥（石）流主要发生在金属、建材及其他非金属类矿山，而对于崩塌与滑坡在各类矿山开发中均可形成。（3）陕西省的矿山地质灾害发生规模以小型为主，占总数的63.04％，中型次之，大型最少。（4）陕西省的矿山地质灾害类型中，地面塌陷和矿坑突水造成的人员伤亡和直接经济损失最严重，滑坡和泥石流造成的人员伤亡及经济损失较严重，地裂缝、崩塌造成的人员伤亡和经济损失相对较轻。

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陕西省矿山固体废弃物综合利用与治理技术探讨

矿山固体废弃物是矿山开采过程中所产生的煤矸石、废石（土）、尾矿，其以量大、处理工艺比较复杂而成为环境保护的一大难题。采矿活动排放的废弃物占压大量的土地资源，同时带来了一系列的环境问题，如区域性的环境污染、崩塌、泥石流等地质灾害、土地退化、农作物减产、生态系统及景观遭到破坏，而这些问题危害人类的健康和生命财产安全。陕西省煤矸石、粉煤灰等主要分布在陕北、关中煤炭开采区，矿渣、尾矿等主要分布在小秦岭金属矿区、陕南多金属开采区。目前很多的矿山固体废弃物综合利用和治理技术在经济技术方面仍不成熟，或是技术不完善，或是治理成本太高，加大了综合利用和治理的难度。因此，找到适合陕西省矿山固体废弃物综合利用途径与治理技术迫在眉睫。1 陕西省矿山固体废弃物现状

煤矸石主要分布在陕北的榆阳区、神木、府谷、横山及黄陵县，关中的彬县、长武、旬邑县及铜川市、韩城市、蒲城、白水、澄城、合阳县。尾矿及废渣主要分布在凤县、太白县、潼关县、华阴市，陕南的洛南、山阳、柞水、镇安、旬阳、略阳、勉县和宁强等（区）县。4

据调查，全省矿山废渣多年累计积存量达7 789.98×10t，主要来自金属矿山，按照废渣的类型划分，废石（土）累计堆存量为1 44749.38×10t、煤矸石累计堆存量为1 618.48×10t、尾矿累计堆存量44为4 418.71×10t、粉煤灰累计堆存量为3.25×10t、其他废渣累计堆4存量为0.16×10t。4

矿山废渣年产出约2 376.25×10t，按照废渣类型划分，废石44（土）年产出量为229.05×10t、煤矸石为1 947.5×10t、尾矿为444196.76×10t、粉煤灰为1.57×10t、其他为1.37×10t。4

据调查，废渣总利用量约1 629.86×10t，按照废渣类型划分，其4中废石（土）年利用量为57.14× 10t、煤矸石年利用量为1 555.37×44410t、尾矿年利用量为15.86×10、粉煤灰年利用量为0.79×10t、其4他为0.7×10t。44

废渣年产生量为2 376.25×10t，利用量约1 629.86×10t，综合利用率为68.58％。按照废渣类型划分，其中废石（土）年产生量为44229.05×10t，年利用量为57.14×10t，利用率为24.95％；煤矸石年44产生量为1 947.5×10t，年利用量为1 555.37×10t，利用率为79.86％；44尾矿年产生量为196.76×10t，年利用量为15.86×10t，利用率为448.06％；粉煤灰年产生量为1.57×10t，年利用量为0.79×10t，利用4率为50.32％；其他废渣年产生量为1.37×10t，年利用量为0.7×410t，利用率为51.09％。

矿山废渣利用综合利用率为68.58％，其中能源矿山废渣利用率较高，煤矸石的利用率最高，达79.86％，其他类矿渣的综合利用率较低，主要是因为近年来煤炭矿山对煤矸石进行综合利用，主要用于矸石发电，充填采空区及塌陷坑，铺垫路基及场地、制砖等，而其他类矿山产生的废渣利用途径少，基本上都堆于废石场或沿沟道就地排放。2 矿山固体废弃物的危害

2.1　占用破坏土地2

矿山废渣占用土地约1 411.71hm，其中废石土渣堆占用土地约22592.81hm、煤矸石堆占用土地约293.24hm、尾矿库占压土地约22519.96hm、粉煤灰占压土地5.63hm，其他类占压破坏土地资源约20.07hm，对地质环境造成了严重影响。

2.2　污染环境4

废渣累计积存放量约7 789.98×10t。废渣大多露天置放，是主要污染源。废石土堆长期堆放，在风化、扬尘作用下增加了大气中的总悬浮物微粒，造成大气污染；煤矸石露天堆放，在风化、雨水淋滤作用下形成酸性废水，其中含有大量的硫酸盐，Hg、Pb重金属元素等，对居民地、农田、河流造成水环境和土壤的污染，此外煤矸石自燃后产生出大量的SO2、CO等有害气体，造成大气污染；粉煤灰的堆放，在风化、扬尘作用下增加了大气中的总悬浮物微粒，造成大气污染；尾矿废水中含有悬浮物、油类和有毒有害元素等，未经处理超标排放，将对环境造成污染。尾矿废水污染水体和土壤环境，直接会导致农作物减产，还可能导致谷物、蔬菜、水果等农产品有毒有害元素超标，人长期食用将导致慢性中毒。尾矿是经破碎磨细选矿后丢弃的矿渣，粒度细，表面干燥无覆盖时，遇大风将导致尾矿飞扬，形成沙尘，污染环境，人过量吸入，则可能导致尘肺病。

2.3　引发崩塌、滑坡及泥石流

矿山固体废弃物堆积过高，坡度过大，容易造成滑坡、崩塌。另外，由于降雨等作用使得固体废弃物的含水量达到饱和，易形成泥石流灾害。陕南金属矿区矿山大都直接将废渣、尾矿堆于沟谷中，成为泥石流的物质源，一旦山谷中形成较强的径流条件，即可能形成泥石流灾害。据调查，全省矿山共发现泥石流及其隐患点66处，给当地群众的生命财产安全造成严重的威胁。3 矿山废弃物综合利用与治理技术

目前的矿山固体废弃物治理主要有废渣土表面治理、废渣土堆边坡治理、废渣土堆处理和废渣土综合利用4种方式。废渣堆表面治理通过废渣堆整平和废渣堆覆土改良两个步骤进行治理，治理后可用作农业、林业和景观用地等。废渣堆边坡治理通过构筑边坡平台，坡脚堆大块石，覆土平整，种植乔、灌、草，硬岩边坡网格型种植等措施对废渣进行治理。废渣堆处理就是通过将采矿剥离土石，外排的废石土、矸石、粉煤灰等用于回填塌陷坑、地势低洼处、露天采矿坑等。废渣土综合利用方式主要有生产建筑材料、生产工业原料、生产矿物肥料、生产矿物原料与工艺品、煤矸石发电、做土壤改良剂等。目前矿山固体废弃物的综合利用与治理技术主要有以下几种。

3.1　煤矸石回填技术

煤矸石回填塌陷区和采空区是煤矸石利用的途径之一。煤矸石具有很好的抗风雨侵蚀性能，可作为塌陷区建筑用地的回填材料。利用煤矸石充填塌陷区，采用分层振动碾压或强夯法处理地基，可以获得较高的地基承载能力和稳定性。用煤矸石填塌陷区不仅解决了矸石的堆积占地及环境污染问题，同时还复造了土地，可用于耕作、建房、修路等。

煤矸石回填采空区的方法有水力充填法和风力充填法。该方法是将破碎的煤矸石、砂、碎石等固体废弃物混合后，然后用泵或者压缩空气将混合物送到井下充填，即可均匀紧密地留在矿井内充填采空区，以支撑围岩，防止或减小围岩垮落、变形，防止采空区地面塌陷。该方法可以降低煤矸石自燃的可能性，避免造成对环境的污染。但该技术治理费用大，不经济，目前使用的较少。

3.2　无废害开采技术

对于煤炭矿山的无废害开采主要是合理布置工作面，尽量做到矸石井下回填，不升井，以减少矸石排放量。

针对金属矿山开采过程中的废石和尾矿，研究开发能有效减少废石产生量的露天与地下联合开采技术，能实现矿业废料资源化的高浓度全尾矿充填技术，自然级配废石胶结充填技术。这些技术可以最大限度地减少矿山固体废弃物的产生，最大限度地实现废物资源化，从根本上解决矿山开采过程中的矿山地质环境问题。尾矿是金属矿山开采过程中的另一大固体废弃物，高浓度全尾矿挤压输送充填技术，通过浓密、沉降两段全尾矿脱水等重大技术工艺，提高高浓度全尾矿输送系统的可能性，可大幅度降低生产成本，实现全部尾矿的资源化和矿山零排放。

3.3　资源化利用

煤矸石是一种固体废物，同时也是一种重要的资源。品质好的煤矸石主要用于煤矸石发电、生产建筑材料、回收有益矿产品、制取化工产品、改良土壤、生产肥料。对品质较差不能用于以上几种的废矸石可用于工业场地建设回填、筑路、采空区充填、煤矿塌陷区复垦等。为了进一步提高煤矸石的利用价值，可以利用科技创新，争取开创一条上、下游衔接的煤矸石产业链，可用质量好的煤矸石生产煅烧高岭土等非金属矿物，或生产瓷质砖；用质量稍差的煤矸石发电或烧制墙体砖；余下的残渣用来制造水泥，生产免烧新型墙体材料或制造土壤改良剂，再用剩余的残渣来复垦塌陷地；暂时利用不了的煤矸石山可采取生物工程治理措施进行绿化，营造出优美的矿区环境。通过这样一条产业链，煤矸石的资源价值得以最大限度地发挥，避免了单纯利用煤矸石可能带来的二次污染。

尾矿中具多种有用矿物成分，而且许多元素的品位还很高，具有较高的再利用价值，但受经济技术水平的局限未能充分利用。尾矿资源的再生利用必须以先进的选冶工艺为依托，既能解决尾矿存在带来的环境问题，又不会引发新的环境问题。如贵州开磷集团在2008年研究出利用磷石膏—黄磷炉渣生产新型高强耐水磷石膏砖的“一步法”工艺，解决了磷石膏遇水软化的难题，开发出的磷石膏砖可替代黏土砖用作建筑材料，具有良好的经济和环境效益。如在“陕西旬阳县南沙沟铅锌矿采选废弃物综合治理”项目中，开展了尾矿烧结制砖综合利用研究，为旬阳县境内的有色金属矿山采选废弃物治理及综合利用开辟了新的途径。开展了矿山选矿尾矿灾害利用的试验研究，充分利用尾矿资源，研制烧结制砖、饰面砖等建材产品，实现尾矿资源的循环利用，取得了较好的效果。

3.4　尾矿库及废石（土）复垦技术

尾矿库停止使用后，由于水分的蒸发和排泄，表面干燥而暴露在空气中，形成一层不透气的外壳，承载力很低。在风蚀作用下，尾矿库粉尘污染严重。其复垦主要是处理其表面结构，提高抗风蚀作用。挖松表面的坚硬外壳，用碎石填充，对酸性尾矿库可用石灰石中和其酸性，对碱性尾矿库可用白云石中和其碱性，平整尾矿库表层，铺垫表土并掺入中和药剂和肥料，进行绿化。

矿山开采过程中都会产生废石和废渣土，废石渣土的排放占用大量的土地，其本身又是矿区的重要污染源，对大气、水体产生污染，同时还会引起滑坡、泥石流等地质灾害。废渣场复垦就是整治废石渣土场，恢复土地，进行绿化，减少或消除堆渣土场对环境的污染。废石渣土场的复垦主要包括废弃料的分采分堆和土场的整治，分采分堆实现废石渣土的合理立体分布，形成适合农业或林业的土层，废土石渣场的整治主要是对场地进行整平措施，然后表层铺上原来的表土或者另取新土覆盖，经过整平后选择合适的植物进行栽植。如陕西凤县四方金矿矿区地质环境治理项目，通过尾矿及废石渣土复垦，有效治理矿废渣堆泥石流隐患、崩塌隐患、滑坡隐患、废弃尾矿库占压土地等矿山地质环境问题，取得了较好的环境效益。

3.5　生物工程技术

目前矿山地质环境保护与恢复治理中较常用的有植物治理技术和细菌浸出技术。植物治理技术就是利用植物修复，以人工种植的方法形成连续的植物覆盖层，达到保持地面长期稳定性的成效。采用植被修复，可以起到巨大防护作用，诸如防治水土流失、加固残坡积物、增强边坡的稳定性，减少地质灾害的发生。如陕西秦岭北麓华山—少华山风景区废弃采石场地质环境治理项目，首先对采石场和废渣场进行推平修整，然后通过植树造林、草袋垒堰种草、挂网客土喷播等措施，使得采石场和废渣场地复绿率达到85％以上，创造了良好的生态效益。

细菌浸出技术是利用微生物作用把矿山固体废弃物中有价值的金属元素分解出来，然后从溶液中提取有用金属。在国外已广泛利用该技术回收废石中的铜元素，在我国的陕西“八一铜矿”、安徽“铜官山铜矿”等地也曾先后采用该技术回收废矿石中的铜元素。微生物处理技术具有广阔的发展前景，但其工艺较复杂，成本还较高，目前使用并不广泛。4 结论

陕西省矿山固体废弃物存量大、分布范围广、类型繁多、综合利用与治理技术不成熟、治理难度大、费用高，严重影响了矿山固体废弃物综合利用与治理的进程。本文从陕西省矿山固体废弃物的特点出发，介绍了煤矸石回填技术、无废害开采技术、资源化利用、尾矿及废石渣土复垦技术和生物工程技术等技术，得出以下结论。（1）矿山固体废弃物累计积存量和年产生量大，综合利用率较低，且利用手段单一。煤矸石主要用于矸石发电、充填采空区及塌陷坑、铺垫路基及场地等，而其他类矿山产生的废渣利用途径少，基本上都堆于废石场或沿沟道就地排放。这样容易占用大量的土地资源，引发崩塌、泥石流灾害，同时产生较严重的环境污染。（2）矸石回填技术可以防止采空区地面塌陷，降低煤矸石自燃的可能性，避免造成对环境的污染，但治理费用大，不经济；无废害开采技术可以最大限度地减少矿山固体废弃物的产生，最大限度地实现废物资源化，从根本上解决矿山开采过程中的矿山地质环境问题，并且可以减少矿山基建投资和生产成本，经济及技术上均可行；资源化利用技术是目前使用最广泛的，可以使得矿山固体废弃物的资源价值得以最大限度地发挥，避免了单纯利用可能带来的二次污染，经济及技术上均可行；尾矿及废石渣土复垦技术可以有效地减轻尾矿和废石渣带来的环境污染问题及降低引发崩塌、泥石流灾害的可能性，且目前技术成熟，经济可行；生物工程技术越来越受到重视，是一种很有发展前景的处理技术，目前主要使用的是植物治理技术，该技术工艺简单、易操作、成本较低，微生物浸出技术工艺较复杂、成本较高、使用还不广泛。

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陕西某黄土滑坡特征及治理剖析

全世界各大洲黄土及黄土状土分布的面积约1 300万km，占陆地总面积的9.3％，世界上许多国家，如美国中西部、俄罗斯的南部和澳大利亚等国均有黄土分布。我国黄土及黄土状土分布面积约64万2km，主要分布在黄河中游地区，西起贺兰山，东到太行山，北起长城，南到秦岭，分布的省份主要为甘肃、陕西和山西。

近年来由于工程建设的加剧和降雨强度的增加，导致黄土地区频繁发生滑坡，尤其是工程建设过程中的开挖坡脚、坡体堆载等活动，导致一些古、老滑坡发生再次活动，对正在建设或已经运行的工程构成了严重威胁，这就必须对其进行工程治理，消除或减轻滑坡灾害的威胁。按照国土资源部有关文件的精神，滑坡的防治工程必须进行勘查、设计、施工、监理、验收等。

本次以近期治理施工完成的某水泥厂西侧滑坡为例，从滑坡发育的地质环境条件，滑体、滑床、滑面特征，稳定性影响因素、稳定性分析、治理方案分析、治理后效果等方面进行论述。1 滑坡区地质环境条件

滑坡区地处中纬度地带，属于暖温带大陆性季风气候，冬冷夏热，四季分明，年平均气温12.9℃，年平均最高气温18.3℃，年平均最低气温8.5℃。多年平均降雨量为644.0mm，历史最大年降雨量高达943.0mm（2003年），最小年降雨量为382.4mm（1977年），日最大降雨量为169.7mm（1980年8月23日）。降雨的特点多为连阴雨、暴雨和连阴雨加暴雨，并且降雨主要集中在每年的7—9月份。

滑坡体坡脚原为沟道，后由于工程建设，沟谷大部分被填平，新形成的沟谷距滑坡较远，滑坡所在的斜坡，其沟道水系不发育。正常情况降雨均沿斜坡向坡脚沟谷汇流，由于滑坡使该段坡体破碎、裂缝发育，遇水多下渗到土体中形成了局部的地下水。

滑坡处于黄土梁峁区，沟壑、峁梁纵横，地形起伏较大，发生处为梁状斜坡，滑坡区高程介于760～880m之间，相对高差为120m，坡度约12°，中上部地形较缓，下部地形较陡。崩塌区高程介于770～840m之间，坡体前缘为陡坎，陡坎高约40m，陡坎上部为斜坡，坡度约30°。

滑坡所在区域内的地层主要有：新近系上新统沉积岩层、第四系中上更新统风积层、第四系全新统崩积与滑坡堆积层、第四系全新统冲洪积层和第四系全新统人工堆积层。

滑坡所在的区域，其大地构造部位为华北陆块西南缘，属祁连造山带与北秦岭造山带的结合部位。区域上为中国南北向构造带和东西向构造带交汇处，构造复杂，虽然历史上没有发生过强烈地震，但是小震活动较频繁。新构造运动强烈，喜马拉雅运动使丘陵抬升，千河及渭河侵蚀下切，再经第四纪黄土堆积与侵蚀，形成了现今的黄土台塬及黄土梁峁的地貌形态，并受渭河断裂和与其相交的一系列南北向断裂活动的共同作用和控制，使其断裂北侧的黄土地貌自西向东具明显差异。2 滑坡特征

2.1　老滑坡特征

水泥厂西侧的老滑坡地形呈扇形，有圈椅状陡壁，高10～15m。滑坡体北西南东长约520m，南西北东宽约300m，滑体平均厚度约4310.0m，体积约156.0×10m，属于大型滑坡，滑坡主滑方向约121°。滑体呈缓坡下降，平均坡度10°～13°，地表呈台阶式，梯形平台与两侧的陡坎相连，形态上呈中、上部地形较缓，下部较陡（图1、图2）。该滑坡2007年以前滑体上未发现有裂缝，滑体基本稳定。2007年以后由于在坡体前缘的坡脚遭到开挖，随即产生了较多裂缝，老滑坡复活。图1　滑坡的总体形态特征图2　滑坡的总体影像特征

2.2　滑坡复活后变形特征

滑坡复活后呈牵引式变形，即前缘滑动带动后部，一级一级向坡脚滑移变形。其变形程度从前缘坡脚至后缘坡顶逐渐减轻。依据变形程度的不同，可将整个滑坡及周边划分为滑坡堆积区（HD）、滑坡严重变形区（HY）、滑坡较严重变形区（HJ）、滑坡轻度变形区（HQ）和滑坡外围未变形区（WB）5种类型9个区块（图3）。

滑坡堆积区：位于滑坡前缘两侧，后缘为黄土陡坎，拉张裂缝十分发育，与滑坡主轴方向垂直；前缘为削坡开挖后的陡坎，坡脚处于临空状态。该区块的滑体主要为由上部滑塌堆积形成的黄土状土、砂岩混合物，结构松散；滑床为强风化砂岩，结构稳定；滑面为滑坡堆积物与下部砂岩的接触面。该区块每遇强降雨，松散的滑坡堆积物再次发生滑动，堆积于厂区内。图3　滑坡体变形程度分区图

滑坡严重变形区：位于滑坡堆积区的上方边坡，由于坡脚地带滑移，受其牵引形成错台，裂缝发育。表层拉张裂缝极其发育，大部分与滑坡主轴方向垂直，裂缝宽度一般为10～30cm，错台下错距离一般为20～50cm，呈整个坡体虽未彻底滑动，但坡体结构已完全破坏，下滑趋势明显，是目前最危险的滑坡隐患地块。

滑坡较严重变形区：位于滑坡严重变形区上方的坡体，受严重变形区坡体变形的牵引作用产生了较多的变形裂缝。该区块滑体主要由黄土组成，坡体结构较完整；滑床主要为泥岩，稳定性较好。滑面为上部黄土与下部泥岩的接触带。

滑坡轻度变形区：位于滑坡较严重变形区后方的坡体，是受较严重变形区坡体变形的牵引产生的轻度变形。该区块滑体主要由黄土组成，结构较完整；滑床主要为泥岩和黄土，稳定性较好。滑面为上部黄土与下部泥岩的接触带。

未变形区：位于滑坡周界的外围及滑坡前缘的厂区内，该区域内未发现变形迹象，处于稳定状态。

滑坡体上逐级出现不同程度的北东南西向的横向拉张裂缝，两侧壁附近出现北西南东向的纵向拉张裂缝。北东南西横向裂缝分布于各个台阶之上，中、下部的裂缝主要为本次调查裂缝，短而密，局部汇集成裂缝带；中、上部的裂缝主要为访问搜集资料裂缝，长而疏。滑坡后缘的裂缝出现于2009年，约170余米，缝宽2～3cm，后由于耕地深翻，裂缝被掩埋；公路旁的裂缝出现于2009年，近年来仍有加剧的迹象（图4），滑坡体上的裂缝主要位于滑体的前缘地带，裂缝以北东南西向的横向裂缝为主（图5）。图4　公路下方的裂缝图5　滑坡前缘的裂缝带3 影响因素及稳定性分析

滑坡系老滑坡复活，主要原因为滑坡前缘人工开挖坡脚，造成坡脚坡体失稳滑移，从而使老滑坡体从前部向中部和后部逐次带动复活。形成滑坡的主要因素包括以下几点。（1）地形。滑体地形总体较缓，坡度约12°，由于滑坡前缘坡脚开挖，形成了5～10m的陡坎，目前这些陡坎处多发生滑塌。滑体前缘地形较陡，受坡脚滑动变形带动影响，前缘坡体已经发生土体断开下错、垮塌，形成了一些错台和阶坎，使多处变形体临空，构成下滑的趋势。（2）坡体结构。滑坡所在的斜坡为一黄土梁，斜坡由上部黄土和下部砂、泥岩组成，为一双层结构斜坡。上部黄土受滑动作用裂缝发育，下部砂、泥岩为单斜地层，倾向80°～120°，倾角10°～25°，其倾向与斜坡坡向几乎一致，对坡体的稳定性不利，易于产生滑坡。（3）地下水。滑坡中存在的上层滞水，主要由降雨沿滑体上裂缝下渗至砂、泥岩层顶聚集而成。地下水埋藏较浅，水位随地形变化较大，沿坡脚砂、泥岩出露处均有露头，坡脚一带汇聚，水量较大。该上层滞水是影响本滑坡的主要因素之一。其作用主要表现在：①增加了土体重量；②降低了土体抗剪强度；③使土、岩界面处的泥岩软化，砂岩结构强度降低（手捏即碎）。该上层滞水受降雨影响明显，雨天水位迅速上升，各出水点水量变大，坡体多处产生滑动，雨后趋势渐缓。

结合滑坡的特征，定量和定性分析结果为：滑坡堆积区天然状态下基本稳定，饱水状态下不稳定；滑坡严重变形区天然状态下欠稳定，饱水状态下不稳定；滑坡较严重变形区天然状态下基本稳定，饱水状态下不稳定；滑坡轻度变形区天然状态下稳定，饱水状态下基本稳定。4 治理方案

本滑坡的治理工程在中前部采取抗滑桩与挡土板支挡，坡脚设置挡土墙拦挡，坡体周边及坡脚地带设置截、排水渠系，变形区进行坡面整治，前缘地面隆起进行换填处置。（1）抗滑桩与挡土板。在滑坡变形体前缘，从滑坡的南西周界至北东周界布设抗滑桩，桩型为挖孔灌注桩，截面为方形，尺寸2m×3m，桩间距（中心至中心）6m，总桩数50根；桩嵌入砂、泥岩，根据砂、泥岩工程性质，1～26号桩桩长为30m，27～50号桩桩长为25m。（2）挡土墙。在滑坡前缘距坡脚2.0m处设置挡土墙，阻挡降水形成的坡面流泥等进入厂区。挡墙总长350m，其中K1～K2和K3～K7段长220m；K2～K3段挡土墙与截水盲沟结合，墙长130m。（3）坡面整治。桩后坡体整治包括充填裂缝、挖高填低、碾压密实、播撒草籽，桩前坡体包括清除松散滑坡堆积物与滑坡变形隐患体。（4）换填治理。对滑坡前缘坡脚间的地面隆起变形，采取换填治理。（5）截、排水渠系。沿滑坡严重变形区、堆积区外围和抗滑桩、挡土墙设置地表截、排水渠系，并穿过厂区接入周边沟道。在滑坡前缘坡脚挡土墙靠山侧设置地下截水盲沟，两端设置集水井。

具体治理措施见图6。图6　滑坡防治方案平面布置图5 治理效果

该滑坡采取分期实施治理的方案，一期工程设计22根抗滑桩桩，2013年5月实施，采用两序开挖，朓一挖一，在滑坡治理区设置监测体系。监测数据显示，施工开始后受施工影响，坡体变形有加剧的趋势，平均位移速率达到5.2mm/d，平均沉降速率达到2.3mm/d；第一批抗滑桩浇筑后，治理后的坡体变形逐渐趋缓，变形曲线呈现明显的拐点，滑体上监测点水平位移平均速率降至2.1mm/d，平均沉降速率降至0.34mm/d，2013年10月施工结束后，坡体变形量很小，数据基本在测量误差范围内波动，总体基本稳定，说明滑坡治理效果明显（图7）。图7　滑坡治理工程实例6 结语

通过对该典型黄土滑坡的勘查、设计、治理及后期的变形监测，致力于提供同类型滑坡的经验，为陕西同类滑坡的治理提供借鉴和参考。

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榆神府矿区采煤引起的地质环境问题及治理

榆神府矿区是煤炭资源富集区，煤炭的形成是在漫长的地壳运动过程中，经历了3次聚煤作用，形成了石炭—二叠纪、三叠纪、侏罗纪3个不同的地质时代的煤系，国家规划的14个大型煤炭建设基地，本区有神东、陕北2个。含煤炭土地面积占榆林市总土地面积的54％，煤炭资源的预测储量为2800亿t，探明储量为1460亿t，占全省已探明储量的86％，占全国已探明储量的12％。按照规划分为神府矿区、榆神矿区、榆横矿区和吴堡横沟矿区，2013年原煤产量达到3.38亿t，占全省的60％以上，成为我国最重要的成长型原煤产地。

近年来，随着煤炭开采强度的不断提高，出现了一系列地质环境问题，地裂缝发育，地面塌陷点多，地下水渗漏严重，一些泉水、井干涸，河流断流，地质环境变异，并引发地质灾害和生态破坏。1 煤矿采空区地质灾害类型

1.1　采空区塌陷地质灾害

近年来由于采空区塌陷形成的山体崩塌、地面塌陷、地表裂缝等地质灾害日渐增多，给工农业生产、基础设施和当地群众的生命财产2安全造成严重威胁。神木县储煤面积4 500km，县境内各类煤矿1642个，占有井田面积1 402.69km，其中采空区面积和塌陷区面积分别22为212km和72.67km，涉及146个煤矿、7个乡镇及300个自然村3万余人。目前，塌陷区已损毁房屋3 538间，水浇地3 262亩，旱地21 178亩，林草地76 525亩。如大柳塔三不拉村张家渠小组受大柳塔煤矿开采影响，村庄四周塌陷，塌陷区距村民宅院仅30m左右，将该村困为“地上死岛”，群众生存受到严重威胁。店塔镇范家沟村受榆家梁煤矿的开采影响，造成该村山体支离破碎，村民被迫迁移。受神东公司活鸡兔矿井开采影响，中鸡镇李家畔村第二村民小组的房屋全部开裂，成为危房，神东公司虽然给予支助搬迁安置，但与建新居所需资金差距甚大，群众生活十分艰难。采空塌陷区还严重威胁着地方公路和乡村公路等基础设施，同时造成电力输电线路倒杆断线、通讯线路中断。仅2005年到2007年，榆林供电局主网线路府、神、榆双网110kv线路北恒线，由于采空区下沉，导致四腿倾斜、矸府线杆塔整体变形，需紧急抢修，水锦线杆塔严重变形，塔头当场折断，造成直接经济损失近千万元以上（图1、图2）。图1　受损房屋图2　采空塌陷

1.2　采空区诱发的塌陷型地震

陕西省地震信息网发布地震（塌陷）的信息，称北京时间2008年10月26日12时09分（震中位于北纬39.10°，东经110.20°）、26日13时56分（震中位于北纬39.00°，东经110.30°）、27日01时37分（震中位于北纬39.10°，东经110.20°），三时间段发生地震（塌陷），级别分别为3.1级、2.5级、2.8级。近年来，榆神府矿区共发生塌陷型地震57次，爆破地震1次（表1），震级1.5～3.3级，多数为2.8级左右，均为采空区大面积冒落形成的浅源地震，震源深度均为0km，即震源发生在约100m的浅源。表1　榆神府矿区塌陷型地震统计表

1.3　采煤造成的地下水渗漏及保水采煤问题

保水采煤技术是近年来建立的一种科学开采技术体系（范立民，2005，2011），旨在促进生态脆弱矿区采煤与地下水资源、地质环境保护并举的采煤目标，近年来，形成了较为完整的技术体系和方法并推广应用，取得了显著的成效。

采空塌陷区造成水资源破坏，由于煤层埋藏浅、煤层厚、基岩薄等地质环境条件，采空塌陷区容易造成地下水层破坏，从而引起区域性地下水泄漏、水位下降，使矿区及周边大范围内的地下水均衡系统受到破坏。从神木县的情况看，已导致不少井泉下漏、淤坝干涸、树木成片枯死，已有数十条地表径流断流，矿区村庄普遍发生水荒，失去了人类生存的基本条件。3

煤田开发前，神木县永兴沟在夏季枯水期的流量为0.2m/s、黄333羊城沟为0.1m/s、西沟为0.3m/s、孙家岔沟为0.15m/s、朱盖沟为3330.3m/s、活鸡兔沟为0.3m/s、石窑沟为0.25m/s，而现在处于夏季丰水期，却全部干涸。

窟野河是黄河一级支流，现在一年有2/3的时间断流，变成了季节河。还有中鸡束鸡河村因受活鸡兔煤矿开采影响，致使3座水库和18眼水井全部干涸，群众被迫到5km之外的小水沟拉水或高价买水吃。大柳塔镇母河沟村、双沟村受大柳塔镇煤矿开采影响，以前水量为30.05m/s用于灌溉的泉水现在已全部枯竭，200多亩水地弃耕，双沟村原有的100多亩果园，大部分果树因地下水位下降、泉水干涸而枯死，而且杨树、柳树等乔木也大片枯萎，植被破坏，粮食减产，水资源破坏的生态灾难日趋严重。

1.4　采空区残留煤的自燃隐患

采空塌陷区的面积日渐扩大，不仅致使地下千疮百孔，地上环境恶化，而且火灾隐患也日渐增大，直接威胁着矿区群众的生命健康安全。煤矿企业“切豆腐块”式的快速开采方式，导致地表不断成片割裂，裂缝不断加大和延伸，但不能同时高效地进行治理，导致矿井漏风严重，将引发采空区余煤氧化自燃，造成发生火灾的严重隐患。2 地质环境治理

2.1　消除地面塌陷、裂缝和残留煤自燃的安全隐患

因过度开采煤炭形成的采空区，造成了地面塌陷、裂缝和残留煤自燃等安全隐患，对当地村民的生命财产安全及新农村建设构成威胁。

井采空巷长期受自然界的风化、剥蚀和地下水的冲蚀、淋溶，煤柱片帮缩小直到坍塌，导致地面塌陷、裂缝。空气沿地面裂缝进入采空区后，随着时间的推移，采空区内氧气聚积含量增加，浮煤及残留煤会慢慢自燃，最终引起采空区残留煤大面积自燃，对当地村民的生命财产安全及新农村建设构成威胁。通过对小煤矿残留煤柱采用露天开采，将彻底消除小煤矿采空区对新农村建设带来的地面塌陷、裂缝及残留煤自燃的安全隐患。

2.2　带动采空区村民经济发展，解决采空区村民不稳定问题

由于近年来煤炭资源的大规模开发，榆林市不少土地已成为采空区，地面塌陷，水源渗漏，植被枯死，部分村庄现在已经丧失了基本生存条件。村民不仅原来的农业收入受到严重影响，部分农户出现因采矿返贫的趋势，有的困难户甚至陷入了无地、无水、无房的“三无”困难生活，部分村民生活十分困难。

新农村建设及生态环境综合治理工程的实施，将会直接惠及塌陷区的村民。煤炭资源露采及农田复垦过程可吸收大量劳动力，在土地使用方面当地村民也能得到一定的补偿，增加了村民的收入。同时，解决了因“矿竭村衰”及大量失地、失业农民引发的不稳定问题，也为本市发展畜牧业和手工编织业创造了条件。

2.3　减少煤炭资源浪费，保障下组煤开采的安全

榆神府矿区大型煤矿井田外侧放弃开采的边角煤，小煤矿井工开采残留的煤炭资源，均已放弃回采。特别是小煤矿井田内，原来为井工开采，回采率仅为20％～40％。可回收边角煤炭资源及采空区残留煤炭资源总量大，通过对其进行露天开挖，一方面减少煤炭资源的浪费，另一方面可弥补生态环境综合治理项目建设资金的不足。通过对采空塌陷区的治理，可为下阶段底部煤层的开采消除不安全隐患，确保资源的有序开采。

2.4　恢复地质环境，促进生态文明建设

通过对火灾隐患区的治理，能够从根本上杜绝自燃的发生，消除有害气体对矿井的危害，有效地保护环境、恢复植被，减少水土流失带来的损失，进一步减少对周边土体、水体、空气的污染，从而根本上保护了环境。

通过对治理区全部进行复垦治理，种植林草，树种选用油松、紫穗槐、沙柳、小叶杨等。治理工程完工后，治理区将成为山清水秀、环境优美的新农村。改善生态环境后，可大力发展农家乐餐饮项目，增加经济总量。

近年来，由于流域内露天煤矿堆土及河堤修建严重淤积了河道，若雨量集中，极易形成洪涝灾害。通过对河道进行清淤、修建防洪堤等治理措施，可以疏通河道，防止50年一遇的洪水危害。3 结论（1）榆神府矿区是我国西部最重要的原煤生产基地，煤炭产量已经接近4亿t，大规模、高强度采煤造成了一系列环境地质问题和地质灾害，尤其是地面塌陷、地裂缝、地下水渗漏问题严重，适度规模开发煤炭资源，才可促进区域经济健康发展。（2）榆神府矿区地质灾害类型主要有地面塌陷、地裂缝、采空区煤层自燃、采空区塌陷型地震等类型，同时，采煤对含水层结构破坏也不容忽视。（3）榆神府矿区地质环境治理任务艰巨，治理技术亟待研究，建议适度开发规模，减缓高强度开采造成的严重地质灾害，同时分类分区开展地质灾害治理工程，促进地质环境改善，保护地质环境。

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神木县矿山地质环境治理工程技术进展

我国是一个以煤炭为基础能源的发展中国家，陕西省榆林市神木县是煤炭资源丰富的能源型城市，煤炭采空问题对“三农”“四矿”和矿产资源型城市经济转折等热点问题的影响，已经成为阻滞矿山经济可持续发展的关键因素。其主要的负面影响表现在以下几个方面：一是近些年煤矿“关小上大”政策促使煤矿单井生产规模提高、开采方式发生改变，煤矿采空塌陷系数增大；二是地方小煤矿越界开采、无序开采“三下”压煤和国有煤矿的浅层保安煤柱，使老采空区发生塌陷；三是一些老矿区，采空区几乎遍及整个区域，“塌陷—搬迁、整治—再塌陷—再搬迁—再整治”的恶性循环使当地经济陷入困境；四是由于煤矿原有开采技术及设备滞后导致煤炭资源回采率低，且“三下”压煤状况严重，严重制约这些矿区的生产及可持续发展；五是煤矿开采未做好防火隔离措施及老煤矿闭坑封闭不严等现象，导致煤层自燃，煤炭资源浪费巨大。

由于陕西省内关于煤矿采空塌陷及煤层自燃灾害的治理经验匮乏，处于摸索阶段，本文旨在叙述国内外及周边省（市）关于煤矿采空塌陷及煤层自燃治理的技术和经验，希望对神木县煤矿治理工作起到借鉴作用。1 煤矿采空塌陷及火烧隐患现状22

神木县总面积7 635km，其含煤面积达4 500km，煤炭资源储量达500多亿吨。煤层结构简单，埋藏浅，而且煤质优良。境内煤矿共229个，其中大型煤矿8个、中型煤矿18个，其余203个煤矿属于集体、个体小型煤矿，主要分布于大柳塔、中鸡、孙家岔、西沟、永兴、店塔、麻家塔、高家堡、锦界、大保当乡镇。本次调查矿区总面积1 2956.67km。神木县229个煤矿中，已关闭的集体、个体小型煤矿100处；正在运营的煤矿129处，其中开采服务年限至2015年之前的煤矿有102个，2015年以后的煤矿有27个。地方小型煤矿采煤方法多为房柱法，大中型煤矿普遍采用机械化综采和普采。采用房柱式方式开采的煤矿206个，占煤矿总量的90％，剩余23个煤矿均采用长臂式机械化综采，占神木煤矿总量的10％。矿山企业主要以生产原煤为主，地方煤矿生产的原煤经简单的分级筛选后主要销往国内市场，神东公司通过洗煤精选后出口销售。2

目前神木县煤矿采空区面积达157.6km，采煤沉陷及火烧隐患区主要分布在大柳塔、中鸡、孙家岔、店塔、永兴、西沟、麻家塔、高家堡、锦界9个乡镇，共涉及200余个村庄，影响3万余人生产生活。

神木县存在采煤沉陷灾害煤矿74处，主要集中分布在大柳塔及2孙家岔两个乡镇。目前，全县采煤沉陷总面积达60.92km，其中国有2大中型煤矿沉陷区面积57.21km，占总面积的93.91％；地方小煤矿2沉陷区面积约3.71km。多年来采煤沉陷共损毁水浇地3262亩、旱地21178亩、林草地76525亩，直接受灾人口8213人。火烧隐患的主要表现形式是煤层自燃引起的着火、冒烟等迹象。全县目前存在煤层自2燃迹象的煤矿共有24个，其中易燃区21处，面积9.36km；着火区1322处，面积1.31km；火烧隐患影响面积达45km。2 国内采空区采煤沉陷及火烧隐患治理经验

多年来，国内很多煤矿和建设工程开展了煤矿采空区治理工作，取得了大量的相关经验。

20世纪60年代，辽宁抚顺矿区采用伪倾斜上行水砂充填长壁采煤法成功地开采了保护煤柱，同时对采空区进行了治理。山东新汶矿务局孙村、良庄、协庄等矿也开展过水砂充填试验。阜新、辽源、鹤岗、鸡西、淮南等矿区都曾使用水力充填法成功解决了“三下”采煤问题。—1

1978979年山东新汶矿务局对张庄煤矿进行了高浓度粉煤灰胶结充填随采随充试验，解决了粉煤灰脱水、流失、压缩沉降等关键问题，系统充填能力与河沙充填相比提高50％，且无堵漏事故。

2008年，河北冀中能源集团进行集中技术攻关，成功创造出两种充填开采技术方法。一种是利用原地面矸石回填井下。如邢台矿就是按照“以矸石换煤炭，以体积换体积”的思路，将矸石和粉煤灰进行合理配比，投放到井下对采空区进行充填。另一种是矸石不升井直接充填。如对邢东矿通过在建筑物下挖掘充填巷道，把地下开采产生的矸石直接充填到建筑物下的永久煤柱里，以实现矸石不升井，同时置换出原来用常规方法不可能采出的煤炭资源。目前，河北省已大力推广煤矿采空区充填技术。

2001—2002年，河南郑少高速公路采用注浆充填法对下伏采空区进行了治理。

2002年，江苏省京福国道主干线徐州东绕城公路东段煤矿采空区，采用注浆工艺进行采空区治理，治理后采空区路基能满足公路工程建设要求。

2005年建成的山西太长高速公路采用注浆法对下伏采空区进行了治理。

2009年，徐州市贾汪区江南科技创新中心采用加固注浆施工工艺对地下采空区进行治理，通过采用新型注浆材料，节约成本35％，充填效果良好。

内蒙古是我国煤炭探明储量最大的省份，20世纪80年代初期，由于小煤矿大量无序开采，形成众多采空区和老塘火。目前全区共有着火区235处，火点600多处，燃烧面积达70多平方千米。由于煤层自燃，不仅严重影响和污染了环境，而且对煤矿安全生产也造成了极大的安全隐患，同时浅表火区的存在影响着下部煤层的开采，形成资源呆滞，每年烧损资源量约2 000多万吨，造成了巨大的资源浪费。

面对严峻的形势，内蒙古各地按照因地制宜、科学施治、分类治理的原则，对煤矿火区采取以下措施：由业主限期治理；对煤田火区由政府统一组织招标，明确主体，集中治理；对具备连片治理条件的，采取集中连片治理。在具体的灭火方法上，煤层露头火区主要以剥离挖除火源为主，煤层深部火区则采取灌浆、隔离、沙土覆盖碾压、井下密闭等综合治理方法进行灭火，以达到肃清火源、杜绝复燃、标本兼治的目标。

如鄂托克旗宏斌煤矿，采用火区剥离坑分层回填、碾压平整、表层进行黄土覆盖、治理区植树绿化等方法进行综合治理，取得了良好的社会、经济效益，2010年11月30日至12月2日，经过自治区煤炭工业局组织国土资源、环保、水利、林业、煤监等部门和鄂尔多斯市、鄂托克旗煤炭局及有关专家组织验收，认为灭火效果符合《煤田火灾灭火规范》熄灭标准，火区治理达到了预期目标。同时治理区复垦的土地将纳入当地政府土地开发使用规划，永续利用。截至2011年9月，内蒙古全区已基本完成煤矿火区治理102处，正在施工治理的10722处，完成治理面积约42km，其中复垦绿化面积达21km，完成火区治理总工程量的60％。到2011年年底，内蒙古除鄂尔多斯市、乌海市、阿拉善盟之外各盟市将全部完成治理任务，到2012年末，内蒙古将全面完成自治区政府确定的煤田、煤矿火区治理任务。3 采煤沉陷及火烧隐患治理技术进展

通过上述介绍，可以看出充填法、注浆法和剥采法及复垦绿化是我国煤矿目前采取最多的采空区、火烧区治理方法。

3.1　充填法

传统的煤矿采空区充填工艺有水力充填、粉煤灰充填、风力充填、矸石自溜充填、矸石带状充填等。（1）水力充填。是采用水力输送方式，通过充填管路将充填料浆送入采空区进行充填的方法。其是特厚煤层开采、“三下”开采、极易自燃煤层开采的较好方法，其地表减沉效果好于风力充填和矸石自溜充填，可以减轻煤炭开采对地面建筑和设施的损害。但由于水力充填需要有专门的充填设备及足够的充填材料，从而使井下回采工序复杂、工作强度大及吨煤成本增高。（2）粉煤灰充填。存在强度低、井下脱水、粉煤灰压缩率较大、井下排水污染环境等问题。（3）风力充填。是利用压缩空气的风压，将充填材料通过垂直管路输送到井下贮料仓，然后由普通输送机输送到采空区风力充填机，风力充填机利用风压，通过充填管道将充填材料输送到采空区进行充填的方法。其充填系统较为简单，没有排水、排泥系统，利用矿井掘进矸石充填，可做到矸石不出井。但要求设备费用高，管路磨损快，耗电量大，充填密度不及水力充填，地表减沉效果不如水力充填。（4）矸石自溜充填。是当煤层倾角较大时适用的一种充填方法。其充填设备简单，不需要专用设备，对充填材料的要求也不高，可就地取材，一般可将井下矸石或地面砂石材料直接送入采空区。充填后，采场压力降低，工作面可不采用密集支柱和木垛支护，可不留护煤柱、采空区隔离煤柱，并且不因煤厚变化而丢煤。但增加了采、运矸石系统和设备，充填成本高、降低回采工效，充填能力低，减沉效果不明显。（5）矸石带状充填。是沿工作面开切眼或推进方向，每隔一定距离垒砌一个矸石带来支撑顶板，以达到减少地表下沉的目的。其适用于采用炮采工艺的薄煤层工作面、交通不便的边远地区及缺煤地区或煤层小于0.8m的缓倾斜煤层以及不稳定煤层。但其在充填过程中如遇矸石料不足的情况，需要挑顶取料，会减弱顶板岩层稳定性，易造成直接顶、老顶离层下沉。

近年来河北省大力推广的原地面矸石回填井下及矸石不升井直接充填，是一种废石干式充填采空区的方法。通过将矸石和粉煤灰进行合理配比，把地下开采产生的矸石直接充填到采空区或建筑物下的永久煤柱里，以实现矸石不升井，同时置换出原来用常规方法不可能采出的煤炭资源，还治理采空区的目的。

3.2　注浆法

注浆法利用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入到土层、岩层的裂隙或孔洞中，使浆液和岩层一起固化凝为一体，从而改善地基的物理力学性质，增强地基承载力，确保采空区上建筑物整体稳定。采空区地基处理一般采用注浆法。利用注浆法对采空区地基进行处理可起到防渗、防漏、加固和纠偏等作用。

注浆法具有施工相对简单、安全性高、易于管理的特点，但缺点是材料用量较大，施工过程中注浆量的多少不仅直接关系到投资大小，更关系到治理效果的好坏，必须严格控制注浆量。同时，施工过程中由于采空区冒落带经沉降挤压，造成地层破碎、塌陷。钻进中部分钻孔卡钻、缩径现象十分严重。

最后，由于采煤区地面沉陷对地形地貌景观、土地资源等破坏严重，采用上述方法进行治理后，采空区沉陷灾害及隐患得到防治，但其对地面的影响破坏还需利用复垦绿化等生物措施进行治理，使采空区地质环境得到恢复。

3.3　剥离回填法

就是揭开覆盖土层和岩层，把着火源挖出来，浇灭，之后进行回填、复垦和绿化。这种方法简单易行，采用这种方法可以彻底治理煤矿存在的采煤沉陷及火烧隐患，减少煤炭资源的浪费，并使煤炭资源得到最大限度的回收利用。其缺点在于治理所需水源和地表恢复所需土壤量大。该方法适用于浅部开采的中小型煤矿沉陷区及火区治理。

3.4　生态恢复措施

复垦绿化生物措施是实现破坏土地植被恢复的关键环节，适用于全部矿区的地质环境恢复。可结合神木县当地城乡一体化建设规划，因地制宜改善生态环境。

山水田林路一体化建设。直接利用法即对大面积的塌陷特别是大面积积水或积水很深的水体以及未稳定塌陷地或暂难复垦的塌陷地，常根据塌陷地现状因地制宜地直接加以利用。如网箱养鱼、养鸭等。

采空塌陷地复垦利用方向可以为：“耕地+水产养殖用地”复垦模式、“建设用地+养殖用地”复垦模式或“养殖用地+林地”复垦模式。

兴建矿山公园。矿山公园是矿山地质环境治理恢复后，国家鼓励开发的以展示矿产地质遗迹和矿业生产过程中探、采、选、冶、加工等活动的遗迹、遗址和史迹等矿业遗迹景观为主体，体现矿业发展历史内涵，具备研究价值和教育功能，可供人们游览观赏、科学考察的特定空间地域。4 结语

采煤沉陷及煤层自燃是一个严重的经济、社会和环境问题，是当前政府和企业不得不面对的难题。在今后很长一段时间煤炭作为我省主要的能源是不会改变的，煤炭的大量开采还将继续，因此，加强科学研究，探索科学的采矿方式，提高采煤技术水平，完善采煤沉陷及煤层自燃的治理技术，并不断地探索新的治理模式是今后防治的主要途径。

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活鸡兔煤矿采煤沉陷危害及地质环境治理工程

活鸡兔煤矿位于陕北侏罗纪煤田神木北部矿区北部，处于毛乌素沙漠和黄土高原过渡地带，生态环境相对脆弱。神府煤田地质构造简单，煤层厚、埋藏浅、易开采。由于煤炭市场良好，大部分矿设计规模大，开采强度大，导致后果是形成大面积的采空塌陷区，引发严重的地质灾害和生态破坏。1 矿区采空区危害

由于诸多因素困扰，目前环境问题日益突出，给人民群众的生命财产安全造成损失，也使当地经济发展蒙受了一定程度的不良影响。采空塌陷区已经造成了如下几个方面的严重问题。

1.1　地面塌陷

近年来由于采空区塌陷形成的山体崩塌、地面塌陷、地表裂缝等地质灾害日渐增多，给工农业生产、基础设施和当地群众的生命财产安全造成严重威胁。受神东公司活鸡兔矿井开采影响，中鸡镇李家畔村第二村民小组的房屋全部开裂，成为危房，神东公司虽然给予了支助搬迁安置，但与建新居所需资金差距甚大，群众生活十分艰难。采空塌陷区还严重威胁着地方公路和乡村公路等基础设施，同时造成电力输电线路倒杆断线、通讯线路中断。房屋损坏及塌陷情况见图1。

1.2　地裂缝

地裂缝在活鸡兔矿区分布较多，与地面塌陷伴生出现，多呈圆弧状、阶梯状等，裂缝深度不等，裂缝宽0.01～0.3m，裂缝长1～300m，沙漠地貌区裂缝有自然弥合，黄土及基岩裸露区则很难弥合，必须进行人工填埋、碾压、覆土绿化治理。图1　房屋损坏及塌陷情况图

1.3　水资源遭受破坏

由于神府矿区有煤炭埋藏浅、煤层厚等岩性条件，采空塌陷区容易造成地下水层破坏，从而引起区域性地表水泄漏、地下水位下降，使矿区及周边大范围内的地下水均衡系统受到破坏。为此，范立民等（2005）提出了保水采煤问题，建立了保水采煤科学技术体系，一些煤矿按照保水开采技术，实现了采煤与水资源保护协调统一。但活鸡兔煤矿煤层极浅，煤层开采导水裂隙带发育到了地表，造成采空区塌陷，进而引发水资源遭受破坏。从神木县的情况来看，已导致不少井泉下漏、淤坝干涸、树木成片枯死，已有数十条地表径流断流，矿区村庄普遍发生水荒，一些塌陷区已失去了人类生存的基本条件。2 综合治理的目标及原则

2.1　治理目标

矿区位于活鸡兔煤矿边角位置。由于采空区的存在，造成地面裂缝、地面塌陷、残留煤自燃、地下巷道积水，释放大量有毒、有害气体，形成地下污染水体等地质灾害。为了彻底解决采空区带来的一系列地质灾害问题，贯彻政府有关能源开采的方针政策，使区内经济持续、稳定、和谐发展，在治理采空区时回收部分残煤，抵补治理费用，同时剩余的资金可以改善当地村民的基础设施，提高生活质量。

本次采空区塌陷地质灾害治理方案本着“以防为主、防治结合、因地制宜、突出重点、综合治理、标本兼治”的原则，其治理目标就是消除地下采空区，回收残煤，避免残煤在地下继续自燃、裂缝漏水、塌陷等灾害的产生，复土造田，保护环境，恢复生态环境。

2.2　综合治理原则

综合治理以保护和恢复自然生态环境为出发点，以建设社会主义新农村，改善当地生产生活条件为目标，促进经济与环境的协调发展。在遵守环境保护法、土地管理和建设社会主义新农村总体要求的同时，根据综合治理工程建设特点，提出以下应遵循的原则。（1）综合治理与社会主义新农村建设相结合。（2）山水田林路综合治理原则。（3）生态优先原则。（4）与主体工程相衔接的原则。（5）坚持经济可行的原则。（6）有序实施原则。3 矿区地质环境治理方法

3.1　治理方法的确定

根据区域地形地貌，塌陷区分布特征、煤层埋藏特征以及开采现状，设计可采用3个治理方案，分别为钻探注灌法方案、充填裂缝法方案及露天剥挖治理方案。

方案一：“钻探灌注”水泥砂浆或粉煤灰砂浆的治理方案

在治理区域采用地面水泥砂浆或粉煤灰砂浆注浆法充填采空区、隔离井下火区。地面采用深孔钻机向采空区打钻孔，采用水泥砂浆或粉煤灰砂浆注浆充填，填实灭火隔离区下部采空区，阻止火区自燃蔓延，消除自燃造成的安全隐患。

根据充填所需砂源和井下采空区位置，在地面设移动式充填站。该系统特点是将大量的充填材料，利用水力沿管路输送到治理区的采空区。

方案二：采用“充填裂缝”法

治理区地貌类型大体分为沟壑型、丘陵型及川地型3种地貌类型。对于因井工开采引起的地表沉降、移动、裂缝破坏等现象，依不同的类型分别采用自然恢复、种草及复土等措施。本区由于松散层厚度较薄、地表为丘陵，对采煤引起的塌陷坑及裂缝应采用机械、人工法推高填低，并尽可能地利用电厂粉煤灰充填塌陷坑及裂缝，以达到利于种草植树之目的。此方法需长期重复实施。

方案三：对塌陷区残留煤层露天剥挖治理方案

采空区内煤层覆盖层较薄，露天剥挖方案就是在采空区范围内自上而下分台阶开挖，露出采空区残留的煤炭后，挖除残留的煤炭，后期用黄土覆盖煤层露头，用开挖的剥离物回填采空区。最后回填开挖坑，平整及再覆盖黄土，并绿化复垦。

由于塌陷裂缝区裂隙发育，采用钻探注浆法灭火难度较大，成本较高，只能采用自燃煤层挖除法进行灭火。

3.2　治理方法对比

根据矿区的实际情况，方案一虽然可以治理，但投资大，全部采用本方案企业无法承担，没有产出，没有经济效益，且采空区上部的土地仍然没有得到治理。由于治理区内没有沙源，需另行寻找沙源地，这样虽然治理了老采空区，但又会形成新的生态环境问题。

方案二，在下部已无自燃煤层或潜在的自燃煤层时，本方案投资少，见效快，若有自燃煤层或潜在的自燃煤层，如果只采用本方案是不能根治的，随着时间的延续，旧的塌陷区填平了，新的塌陷区又出现，因而只能作为一种辅助方案。

而方案三不需要国家投资，利用回收的残煤价值，补偿灭火施工费用，略有盈余，且治理彻底，覆土造田效果好。显而易见，设计建议根据情况不同采用不同方案，对有残留煤炭资源且煤层正在自燃区采用露天剥挖的方式进行采空区及灭火治理，是最合理的方法。

剥挖方法的特点是采空区治理效果彻底，但施工工艺较复杂，前期投资大，适用于采空区距地表近、开挖深度不大、四周有临时堆放剥离物场地的采空区。此种方法可回收部分煤炭资源，以抵补项目投资。

矿区采空塌陷区及煤层自燃区特别适宜于利用剥挖的治理方式，其覆存的有利条件有以下几方面。—2（1）煤层厚度大、覆盖层薄。2煤层在本煤矿内埋藏深15.37～57.27m。煤层平均厚度约4.65m，煤层厚度变化不大，覆盖层薄，规律性明显，结构简单，含一层夹矸，夹矸岩性以泥岩为主，属稳定型煤层。原有的采煤方式落后，小煤矿采用“房柱式”开采，并且开采时间短，煤炭回采率低，可回收的资源量大。（2）生产剥采比小。在治理塌陷区内，残留煤的平均剥采比约336.0m/t，剥采比小于10m/t，也符合国家有关的露采煤炭技术开采条件。（3）具备外排的条件。在南侧为山坡地形，东南高，西北低，是初始临时外排的良好外排弃场。（4）水文地质条件简单。本区主要含水层有第四系全新统冲积层孔隙潜水含水层；侏罗系延安组砂岩裂隙潜水和承压含水层，由于煤炭，现已无水。（5）工程地质条件好。矿区位于鄂尔多斯台向斜东翼陕北斜坡上，矿区基本构造形态为北西倾斜的单斜构造，产状较平缓，倾角在1°左右，区内未见大的断裂及褶曲构造，工程地质条件好。

3.3　治理主要工序

地表塌陷的主要原因是：煤矿的采空区及火烧区的存在如果只单纯填平塌陷区是不能根治的，随着时间的延续，旧的塌陷区填平了，新的塌陷区又出现，长期重复作业。根本治理方法只能是通过把采空区上部的覆盖层全部挖出，重新回填、压实。为达到根本治理的目标，防止残留边角煤自燃，实行“分层剥离、交错回填”的办法，在把采空区上部的覆盖层全部挖出，重新回填、压实的过程中，要清理出残留的边角煤。这样才能彻底避免地表塌陷和残留煤在地下自燃造成对环境的污染。具体方法可归纳出如下步骤。

清除表土—剥挖煤层上的岩石—采出残煤—岩石回填—平整压实—表土回填—复垦—生态恢复—社会主义新农村建设。

消除表土：就是在开始治理初期，先将治理区地表以下5m的表土取出，单独堆放以备将来复垦时使用。

剥挖煤层上的岩石：表土清除以后，剥挖至煤层上部岩石，剥挖初期选好临时外排土场推放，后实现回填。

采出残煤：煤层上部岩石挖走以后，收集残余煤柱，运往临时煤场堆放。

岩石回填：残余煤量收集完成以后，将最先剥离的岩石回填，平整，压实，使用推土机与压路机共同作业，防止沉降与水土流失。

表土回填：岩石回填结束以后，将移走的表土重新均匀平铺在原地表，表土厚度约500cm，以备日后复垦。

复垦、绿化：表土回填以后，在回填范围内修筑水渠、堤坝、道路，为复垦做好准备，对其进行种草绿化。

社会主义新农村建设：生态环境基本恢复后，山水林田路统一规划，建设日光温室、蔬菜大棚、苗圃、农田，并为治理区农民提供宅基地，建设住宅和公共活动设施。4 治理效果

活鸡兔矿井治理区总面积为697亩，经过复垦治理后，已经形成防护林71亩，新修蓄水池（人工湖） 55亩，新修农业生态园为86亩，新建复垦基本农田245亩，李家畔住宅用地面积55亩，新修公路用地49亩，河道治理136亩。

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采用搜索滑面的方法定量确定均质土滑坡搬迁范围

我国地质灾害发育较多，滑坡地质灾害在全国范围均有分布，陕西省计划在“十二五”期间完成受地质灾害威胁的2##万人的移民搬迁工作。这些搬迁移民大多数受滑坡地质灾害威胁。对于一个滑坡而言，确定搬迁范围非常重要。

居民在滑坡中的位置关系一般分为坡前、坡中、坡后3种。居民处于坡前，坡前搬迁范围的确定属于预测滑坡滑距的课题，坡中居民是否需要搬迁是滑坡稳定的课题，坡顶搬迁范围的确定属于滑面判定和滑坡稳定课题，本文以韩城市城北村滑坡为例讨论坡顶搬迁范围的确定。1　坡顶搬迁范围的确定

对于下伏坚硬土层，已形成滑面比较明显的滑面的滑坡，滑坡后壁为搬迁范围的界限。边坡稳定性分析过程中最小稳定系数所对应的滑裂面为该边坡的最危险滑裂面。稳定系数较小的均质土坡最危险滑裂面后缘以外一定范围仍具有一定危险性。均质土坡，未形成明滑动面，坡体中下部陡、上部缓的土坡，搬迁范围难以确定，需要采用搜索滑面的方法推测滑动面。搬迁范围需要搜索具有一定安全度的最大范围的滑裂面后缘。

采用搜索滑面的方法确定滑坡的搬迁范围。该方法是在滑坡的每个剖面中，搜索稳定系数小于一定安全度的影响范围最大的滑动面，最终将每个剖面确定的滑面连接形成三维滑面，确定搬迁范围。2 固定剪出口的位置搜索滑动面的方法

采用李同录等（2004）提出的圆弧形滑动面搜索方法，已知滑坡剪入口的坐标A（x，y）和剪出口的坐标B（x，112y），将圆的半径R作为唯一的变量，圆2心坐标O（x，y）可以通过R表示为00图1　滑坡圆弧法计算示意图（图1）：x＝x+R×cosθ01y＝y+R×sinθ01式中：θ——OA和水平方向的夹角。

剪出口和剪入口的距离：

设AB与水平方向的夹角为α，OA和水平方向的夹角θ为：

此时进行滑动面搜索时只有1个变量R。滑动面搜索就变成了一维搜索问题。确定一组剪入口及剪出口点计算一个稳定系数最小值，再将剪入口和剪出口点分别沿坡顶和坡脚移动就可以得出边坡最危险滑裂面及最小稳定系数。3 用Excel电子表格搜索黄土滑坡最危险滑裂面

Wolf Thomas（1995）和Low等（1996，1997，1998）等提出了应用Microsoft Excel电子表和Solver工具搜索临界滑面的方法——电子表法，谭文辉等建立了基于Sarma法的电子表法优化模型法，这些都是应用于简单均质土层边坡，但是对于复杂土层尚未涉及。

本文以韩城市城北村滑坡为例阐述Microsoft Excel电子表和Solver工具应用于复杂地层边坡滑裂面搜索。复杂土层边坡滑裂面搜索在简单土层边坡滑裂面搜索的基础上需要解决两个问题，一是滑坡分条，二是土条重度计算及抗剪强度c、ψ判断。

3.1　土条划分

滑坡分条先在CAD图中划分好，将滑坡计算剖面地面线拐点和地层交点提取出来，地形起伏较大或土条太宽可以适当加点。提取的点的横坐标都是定值，土条边界所处的横坐标和圆形滑裂面的交点为土条底部点坐标，滑裂面底部和各地层线的交点在地层线上变化，横坐标和纵坐标都不确定。滑裂面半径确定，地层分界线和圆弧交点的坐标通过解直线和圆的方程交点求解出来，这些点随圆的半径及圆心的变化而变化。下面以韩城市城北村滑坡为例简述复杂土层滑坡土条分条过程。（1）在CAD中手动对分析剖面分条，地面线拐点处，地层线交点处都要分条。（2）在CAD中用多段线捕捉分条竖线与地面线交点描一遍。用list命令提取新描的多段线坐标，复制到Excel中，用Excel工具栏中的分列按钮将复制的坐标分列，将分列后的x坐标和y坐标分别粘贴到指定位置。（3）用圆的方程计算滑面底部的y坐标值，滑面底部y坐标的计算公式为：（4）计算圆与地层线的交点坐标。（5）对x坐标和对应的y坐标按照x大小排序，排序如果采用Excel工具栏的排序按钮圆的方程变化之后又要重新排序，本文采用交换法

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