张维科 吴鑫泷

（1、四川省川建勘察设计院，四川 成都 610000；2、四川省交通厅交通勘察设计研究院，四川 成都 610000）

1 前言

邻水县田家湾集群煤矿地处华蓥山山脉中南段，邻水县四海乡四海村境内，地理位置东经106°46′45″—106°46′59″、北纬 30°13′13″—30°13′38″。矿区北距邻水县约30km、距广安市约60km。自田家湾集群煤矿开采以来，矿区及周边矿碴堆积体堆积成片，国土资源遭到严重破坏，矿碴堆积体有形成泥石流的可能，将严重威胁下游人民的生命财产安全，制约当地经济的发展。

田家湾集群煤矿属于民营矿山，矿山建于九十年代，于2002年矿业秩序治理整顿时关闭。该矿山主要为当地农民私自开采修建的小煤窑。据现场调查访问，整个矿山共有煤窑窑井多达十几处。

田家湾集群煤矿共包括两处开采区，两处开采区分别位于两条相邻的冲沟内，两条冲沟相距约500m。

2 自然环境概况

2.1 气象与水文

矿区气候属于亚热带温暖湿润气候。全年只分旱、雨两季。一般每年6-10月为雨季，11月-翌年的5月为旱季。最大年降雨量为1709.9mm(1979年)，最低年降雨量为837.9mm(1966年)，日最大降雨量222.3mm，小时最大降雨量88.6mm，多年平均降雨量1150-1300mm，邻水县西部高登山至宝顶一带（即田家湾集群煤矿所在区域）则可达1800mm，为华蓥山地区的降雨中心。降雨分配极不均匀，主要集中在夏季，其中约40%的雨量又以暴雨、阵雨的形式降下；秋季以绵雨的形式降下；冬季降雨量最少，仅占6%（见表2－1）。

年平均气温16.8℃，月平均气温最低为一月份3.5℃，最高为七月份28℃，日最低气温出现在一月份的高登山一带，可在-6--3℃之间，日最高气温出现在七月和八月上旬可达43℃。

表2-1 邻水县年月降雨量表（1971-2000）(单位:mm)

华蓥山山脉隆起成为地面径流的分水岭，其东侧溪沟及冲沟均汇入御临河。区内地表沟谷发育，多为季节性溪沟，呈树枝状分布，暴雨季节，常引发山洪。

矿区位于华蓥山山脉中南段东侧，地形起伏较大，区内多发育溪流、冲沟。矿区内主要发育有由西向东流向的两条冲沟，沟内旱季一般无流水，雨季水量较大，一般流量可达2.0～5.0 m3/s，主要水源为降雨，沟水沿煤炭沟矿渣堆积区坡脚向下游汇入御临河。

2.2 地形地貌

矿区区域地貌属侵蚀构造中低山区，山脉走向总体平行于主构造线方向、呈线状延伸。在区内强烈的构造作用和岩层差异风化的双重作用下，形成槽谷和山脉平行的侵蚀构造中低山、单面山地貌。

矿区地处华蓥山脉的中南段、为中低山山地，由一组北东向的山岭与谷地组成。矿区地势西高东低，海拔高一般400～1200m。

矿碴堆积区周边表层植被较好，主要为灌木林和草地，堆积区周边植被覆盖率达95%。

2.3 地层岩性

根据现场踏勘和区域地质资料，矿区内地层主要为：第四系人工堆填土层（Q4ml）、第四系残坡积层（Q4el+dl）、二叠系上统吴家坪组（P2W）。

2.3.1 第四系人工堆填土层（Q4ml）

主要为矿山开采堆积的矿碴，分布于矿区沟谷内，为碎块石土，结构松散-中密，干-稍湿，灰黑色，主要岩性成份为灰岩，碎石粒径一般2～6cm，块石块径一般20～30cm，个别块径大于40cm，碎块石含量50～60%，煤屑、粉质粘土和角砾等充填。

该层堆积不均匀，堆积厚度一般5-15m、局部达20m以上，自然稳定坡度在32-35°。

2.3.2 第四系残坡积层（Q4el+dl）

分布于矿碴堆积区周边，主要为全风化的残积土，黄色、黄褐色、灰白色等，以粉质粘土为主，含碎砾石，可塑，稍湿，碎砾石含量占10-30%，结构较松软，层厚一般0.5-2m。

2.3.3 二叠系上统吴家坪组（P2W）

区内地层为二叠系上统吴家坪组，地层岩性以灰岩为主，层厚30—200m。岩层产状为倾向 215～319°，倾角11～57°。

3 矿山基本特征

目前，邻水县田家湾集群煤矿均已关闭。整个矿区仅存在矿渣堆积体。邻水县田家湾集群煤矿为地下开采，生产规模为约15万吨/年，根据《矿山地质环境保护与恢复治理方案编制规范》DZ/T223—2009附表D确定田家湾集群煤矿属小型矿山。

田家湾集群煤矿包括两处堆积区，即堆积一区和堆积二区，总堆积方量约22.6×104m3。

3.1 堆积一区基本特征

矿渣堆积一区内冲沟，为季节性沟，流域面积约1.1km2，主沟长约 1.65km，纵坡降约263‰，两岸斜坡植被发育较好，未发现崩塌、滑坡等不良地质现象发育。

堆积一区矿渣堆积体长度约488m，宽度约40～60m，总方量约12.6×104m3。该堆积体堆积坡度较陡，一般在30-40°。堆积体主要为碎块石土，性质不均匀，其碎块石含量55%以上，粒径一般3～10cm，最大者可达40cm，主要成分为灰岩、砂岩块体及煤渣碎屑。

堆积体呈松散～稍密，堆积体整体呈稳定状体，但部分堆积体由于堆积体前缘受沟水冲刷，呈欠稳定状态。堆积体表面植被不发育，整个堆积体表面呈裸露状，仅有零星杂草，堆积体表面雨水冲刷严重。经统计，泥石流动储量约6×104m3。

3.2 堆积二区泥石流基本情况

矿渣堆积二区内冲沟，为季节性沟，流域面积约0.85km2，主沟长约1.25km，纵坡约240‰，两岸斜坡植被发育较好，未发现有崩塌、滑坡等不良地质现象发育。

堆积二区矿渣堆积体长度约180m，宽度约50～80m，总方量约10×104m3。该堆积体堆积坡度较陡，一般在30-40°。堆积体主要为碎块石土，性质不均匀，其碎块石含量55%以上，粒径一般3～10cm，最大者可达40cm，主要成分为灰岩、砂岩块体及煤渣碎屑。

堆积体呈松散～稍密，堆积体整体呈稳定状体。堆积体表面植被不发育，整个堆积体表面呈裸露状，仅有零星杂草，堆积体表面雨水冲刷严重。经统计，泥石流动储量约5×104m3。

4 矿山泥石流发育条件分析

根据调查分析，矿山泥石流的成因主要有：

4.1 地形条件

邻水县地处华蓥山脉中段，地势西高东低，高差悬殊，起伏较大。地貌上大致以襄渝铁路为界，东部为中低山地貌区，该地貌区山峰重叠，沟壑纵横，谷底狭窄，山高坡陡，危崖耸峙，形成垄脊状山脉。田家湾集群煤矿区冲沟汇水面积较大，分别为1.1km2及0.85km2，纵坡上陡下缓，平均纵坡降约240～263‰。两岸斜坡坡度较陡，多大于45°，为泥石流水源汇集及流通提供了较好的地形条件。

4.2 物源条件

泥石流物源主要是田家湾集群煤矿矿渣。堆积体结构较松散，表面坡度较大，局部坡度达70°以上，在坡脚遭冲蚀局部有垮塌现象，经统计该部分物源约有12.6×104m3，其中可能参与泥石流活动的动储量约11×104m3，沟域内松散物源丰富，为泥石流的形成提供了丰富的物源条件。

4.3 水源条件

该区多年平均降雨量为1150-1300mm，最大年降雨量1709.9mm，日最大降雨量222.3mm，小时最大降雨量88.6mm。据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》所附暴雨量等值线图田家湾集群煤矿所在地区的1/6h、1h、24h多年最大暴雨量平均值分别为17.3mm、40mm、103mm。四川山区泥石流激发雨量一般为一次雨量 48～50mm左右或 10min雨量 8～12.2mm，勘查区完全具备引发泥石流灾害的降雨条件。

表4-1 勘查区不同频率下雨强值计算

综上所述，沟域内的固体物源条件、水源条件和地形条件，都有利于泥石流的发生和活动。当雨强大于等于泥石流的激发雨强时，可能暴发泥石流，暴雨是引发泥石流的主要因素。

5 泥石流特征值的确定及计算

（1）泥石流流体重度。泥石流重度的确定采用查表法获取，按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220--2006）附录H填写泥石流调查表并按附录G进行易发程度评分，评分结果为86分，再根据表G.2数量化评分（N）与重度、（1+φ）关系对照，可得出泥石流重度为1.593t/m3（如表 5-1）。

表5-1 评分（N）与重度、（1+φ）关系对照表

（2）泥石流流量。泥石流流通区内没有支沟发育，泥石流流量的计算分别选择堆积一区堆积二区沟口2个典型断面进行流量的计算。

泥石流峰值流量采用雨洪法计算。按照泥石流与暴雨同频率、且同步发生、计算断面的暴雨洪水设计流量全部转变成泥石流流量的前提下，首先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量，然后选用堵塞系数，采用四川省中小流域推理公式进行泥石流流量Qc计算。

1、频率为P的暴雨洪水流量计算（QP）

洪水流量Qp：

取暴雨时的最大洪峰流量，按推理公式：

式中，SP--某频率的雨力，mm/h。其计算式为：

出山口处一带暴雨洪水流量计算结果见表5-2。

表5-2 暴雨洪水流量计算结果表

2、频率为P的泥石流峰值流量计算公式：

Qc=（1＋φ）·Qp·Dc

式中：Qc—频率为P的泥石流洪峰值流量（m3/s）；Qp—频率为P的暴雨洪峰值流量（m3/s）；φ—泥石流泥砂修正系数，φ=（γc－γw）/(γH－γc)；Dc—泥石流堵塞系数值。

采用雨洪法求的各断面处泥石流峰值流量值，计算结果见表5-3。

表5-3 泥石流峰值流量计算表

(3)一次泥石流过流总量。一次泥石流过流总量按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I.6提供的计算公式进行计算：Q=KTQC

式中Q—一次泥石流过程总量（m3）；T—泥石流历时（s）；QC—泥石流最大流量（m3/s）；

根据泥石流峰值流量计算结果，同时，结合泥石流沟道特征综合分析，泥石流的历时约30分钟1800s，按上式计算计算结果见表5-4。

5-4 一次泥石流过流量计算表

(4)一次泥石流固体冲出物。一次泥石流固体冲出物按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I.7提供的计算公式进行计算：

式中QH— 一次泥石流冲出固体物质总量（m3）；Q—一次泥石流过程总量（m3）；rc—泥石流重度（t/m3）；rw—水的重度（t/m3）；rH—泥石流固体物质的重度（t/m3）。按上述公式对出口处一次泥石流冲出固体物质总量进行计算，计算结果见表5-5。

表5-5 一次泥石流冲出固体物质总量计算表剖面

（5）泥石流整体冲压力。泥石流整体冲压力按《泥石流灾害防治工程设计规范》（DZ/T0239－2004）3.1－8式计算：

式中P—泥石流冲压力（KN）；λ—建筑物形状系数，圆形建筑物λ=1.0，矩形建筑物λ=1.33，方形建筑物λ=1.47；rc—泥石流重度（KN/m3）；VC—泥石流平均流速（m/s）；α—建筑物受力面与泥石流冲压力方向的夹角（°）。

计算过程主要选择拟建拦渣坝部位15-15’（堆积一区）、4-4’（堆积二区）断面进行计算。建筑物形状系数按矩形建筑取λ=1.33，坝位泥石流整体冲压力计算参数及计算结果详见表 5－6。

（6）泥石流爬高和最大冲起高度。泥石流遇反坡，由于惯性作用，将沿直线前进的现象称为爬高；泥石流遇阻，其动能瞬间转化为势能，撞击处使泥浆及包裹的石块飞溅起来，称为泥石流的冲起。泥石流爬高和最大冲起高度按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I提供的计算公式进行计算：

式中ΔH—泥石流最大冲起高度（m）；ΔHC—泥石流爬高（m）；VC—泥石流平均流速（m/s）；b—泥石流迎面坡度的函数。

表5－6 泥石流整体冲压力计算表

此处仍选择拟建拦渣坝部位15-15’（堆积一区）、4-4’（堆积二区）断面进行计算，计算结果详见表5－7。

表5－7 泥石流爬高和冲起高度计算表

（7）泥石流弯道超高。泥石流弯道超高指泥石流在沟槽转弯处因凹岸处流速较快，流体增厚，凸岸一侧流速较慢，流体变薄而产生超高的现象，当凹岸为陡壁时将对凹岸产生强大的侵蚀作用。泥石流弯道超高按照《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DT/T0220－2006）附录I.27计算公式进行计算：

式中Δh—泥石流弯道超高（m）；VC—泥石流平均流速（m/s）；R—主流中心曲率半径（m）；g—重力加速度（m/s）；B—泥面宽度（m）。选择拟建拦渣坝工程部位（堆积一区15-15’剖面，堆积二区4-4’）计算泥石流弯道超高，其弯道超高计算结果为：堆积一区0.91m；堆积二区0.97m。工程设计时应尽充分考虑泥石流弯道超高。

6 泥石流危害性评价

泥石流主要危害对象为堆积一区两侧10余户村民住房和40余亩耕地分布，以及其沟谷下游山脚两个自然村60余户居民和300余亩耕地等，矿区中部有公路通过，该公路为通往下游居民区的重要通道，也受到泥石流的威胁。堆积二区泥石流主要威胁周边和下游分布的50余户村民和200余亩耕地。

结论

1、邻水县田家湾集群煤矿矿山开采过程中产生大量的矿渣，总体积约22.6×104m3，矿渣堆积于两条冲沟内，为泥石流的形成提供了丰富的物源条件。

2、田家湾集群煤矿矿渣堆积于两条冲沟内，冲沟汇水面积大，分别为1.1km2及0.85km2，冲沟纵坡上陡下缓，平均纵坡降约240～263‰。两岸斜坡坡度较陡，多大于45°，为泥石流水源汇集及流通提供了较好的地形条件。

3、邻水降雨丰富雨量大，在暴雨诱发下矿区容易形成泥石流。

4、根据现场调查及相关资料对泥石流的主要特征进行了计算。

5、泥石流对附近居民具有较大的危害。

[1]徐友宁，何芳，陈华清.西北地区矿山泥石流及分布特征.《山地学报》ISTIC PKU-2007年6期.