河南老鸦岔金矿区泥石流灾害治理工程设计 - 图文

河南老鸦岔金矿区泥石流灾害治理工程设计

施强，王万迁，张天增

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,河南 洛阳 471023)

摘要：老鸦岔金矿泥石流区位于河南灵宝市老鸦岔脑一带，其矿山地质环境问题是整个小秦岭金矿区地质环境问题的缩影。本文仅选择疏导山洪和泥石过境的挡渣坝防治工程进行阐述。通过对不同坝型结构方案进行比选，推荐圬工透水梳齿坝为设计选用方案，并对洪峰流量、拦渣坝坝顶溢流口过流量、挡渣坝稳定性进行验算，完成了治理工程设计。该治理工程总投资300万元，使矿山部分地段的地质环境得以初步恢复，对小秦岭矿区地质环境治理工程起到积极的示范作用。 关键词：泥石流 治理 挡渣坝 地质环境 示范作用

文章编号: 中图分类号: 文献标识码

年7月28日至1982年8月4日)；降雪期为10月份开始至来年4～5月结束，冬季冰

老鸦岔金矿泥石流区位于河南灵宝故冻期较长，气候比较寒冷，最低气温-14℃。 县镇南部的老鸦岔脑一带，属小秦岭自然保2.2.2水文 护区的一部分。该矿区的主要矿山地质环境矿区属黄河流域枣乡峪水系源头，老鸦问题是整个小秦岭金矿区地质环境问题的岔金矿横跨老鸦岔、辽干岔、西长安岔和东缩影，即在生产过程中产生大量废渣，受地长安岔四个小支流。为季节性间歇式河流，形影响全部自然堆放于沟谷中，挤占河道、旱季无水，夏季暴雨时汇集山洪，流量剧增，堵塞水道，且无任何固渣措施，暴雨季节极水位陡涨陡落。因近年来大量矿渣冲入河易成为泥石流的固体物质来源。局部地段由道，导致河床逐年抬高。 于废石阻塞泄洪，造成河水聚集，极易发生2.2地形地貌 泥石流，对下游其它矿区生产及居民生命财矿区位于小秦岭近分水岭北坡，地势南产安全构成胁。1998年的洪水携废渣顺流而高北低，属中高山区，地形陡峻，切割强烈。下，毁坏了金矿坑口办公场所，冲毁房屋5最高标高2413m（河南省最高峰老鸦岔脑）,间。2005年10月同样造成冲毁3号坑口工最低标高803m,相对高差1610m。沟谷呈“漏人工棚及房屋6间的事故，共造成经济损失斗状”，形成南高北低地喇叭口地形，这种而30余万元。老鸦岔金矿区现已开采20多地貌特征，易造成降水迅速汇流，引起山洪年，废石危害程度已达到非治不可的地步。暴发和泥石流。 因此，堆渣场的治理可以说是抓源治本，意2.3地质背景 义重大。 2.3.1地层

工作区出露地层较简单，依据工程地质勘察资料，各地层从上到下为：第四系人工

mldl

2.1 气象水文 堆渣层(Q4)、坡积层（Q4)、冲洪积层

al+pl

2.1.1气象 (Q4) 、太华群闾家峪条纹状花岗片麻岩

矿区属北温带大陆性气候，四季分明。(Arl)。 据灵宝市气象站资料：年平均气温6℃左右，

收稿日期： 修回日期： 最高气温40℃，最低气温为-14℃；年平均

作者简介：施强（1974—），男，河南省驻马店市降水量1036.4mm,最大年降水量1262.3 mm,

人，工程师，从事水文地质工程地质环降水多集中在7～9月份,且多暴雨、大暴雨,

境地质工作. 最大一小时降雨量93.2 mm(1960年7月22

日),最大24小时降雨量110.2 mm(1960年7

Email:lyshiyb@126.com

月22日),最大一次降雨量194.9 mm(1982

1 引言

2 自然条件概况

1

（1）人工堆渣层以采矿废石块和废渣为主，含有少许生活垃圾和植物根系，层厚1.7～2.9m。

（2）坡积土层，灰黄色，土石混合体，层厚约0.5～1.5m，最厚处超过2.0m，表层长有杂草和树等绿色植物，植被茂盛。 （3）冲洪积层，以漂石和卵石为主，岩性以条纹状花岗片麻岩为主，浅灰色、杂色，卵漂石含量占80～90%，粒径一般为10～55cm，最大的漂石粒径大于2.3m。本层随河床起伏较大，结构稍密—中密，厚约0～2.5m。

（4）条纹状花岗片麻岩，灰白色，风化程度为弱—中等风化，岩体为坚硬岩，较破碎—较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ～Ⅲ级。

2.3.2地质构造

老鸦岔金矿区位于华北古板块南缘华熊台隆西段，南临我国中部最重要的碰撞造山带——昆仑——秦岭造山带，长期以来受秦岭造山带的明显影响，构造运动多期、多阶段发育，性质多变，变形、变质强烈，褶皱、断裂构造发育，构造线方向整体上呈近东西向。通过本区的断裂有太要断裂、小河断裂、文峪一杨寨峪断裂、老鸦岔断裂等。 2.3.3地震

本区位于北东向温塘—朱阳活动断裂与近东西向区域性断裂在灵宝盆地交汇部位，新构造运动强裂，有发生中强地震的地质背景。历史上曾发生地多次破坏性地震。1812年至今境内共观测到9次2～5级弱震。

3.2防洪标准

老鸦岔金矿属小型矿山，根据我国现有城镇泥石流防治实践与经验，并参考相关行业的设计标准和该矿区的实际情况，本次泥石流治理工程按照20年一遇（频率为5%）进行设计，按照50年一遇（频率为2%）进行校核。

3.3洪峰流量计算

流域参数根据矿山提供的1：10000地形图确定，五号坑口主要由西、东长安岔支流控制，零号坑口位于四个支流交汇处的下游，中间无支流汇入。本次洪流计算参数采用三号坑口确定的流域参数。三号坑口以上

2

流域面积5.77Km，沟道长度2.83Km，平均纵比降24.7%。

洪水流量按1984年出版的《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》推荐的推理公式进计算（计算结果见表1）。 推理公式：Qm=0.278? ψ=1??ss?nF

n?

4?3?Lτ=?0.27841??mF4J?13?4?n?1? ?1??S4?n?3

3 治理工程设计概述

3.1设计思路

本次治理工程设计以“治本”为出发点，采取拦渣坝、挡土墙与控制河床比降的肋槛工程为主，削坡整理等工程措施为副的治理措施，对金矿零号、三号、五号坑口的废渣进行固定，减少泥石流发生的固体物质来源，减轻危害程度，达到改善矿区部分地段地质环境的目的。该项目设计修建挡渣墙256m ，挡渣坝4座，肋槛20道，本文仅选择疏导山洪和泥石过境的挡渣坝防治工程进行阐述。

式中：Q——设计洪峰流量（m/s）；

τ——洪峰汇流时间（h）；

S——雨力，即1小时最大雨强（mm/h）；

ψ——洪峰径流系数；

2

F——流域面积（Km）； L——主沟长度（Km）；

J——主沟沟道平均纵比降（%）； n——设计暴雨递减指数； m——汇流参数；

μ—— 平均入渗率（mm/h）。 3.4拦渣坝坝顶溢流口设计及过流验算 拦渣坝溢流口按照梯形断面设计，底宽取河道宽，一般过流宽度为16m，边坡系数0.5，深2.0m，治理沟段沟床比降按三号坑口9°(0.158)控制。过流演算按照满宁公式算（计算结果见表2）。

2

表1 洪水流量计算成果表

Table 1 The flood discharge computes result watch 降水频率/% 2 5 流域 面积 /Km 5.77 2主沟长度 /Km 2.83 主沟纵比降 汇流参数 设计暴雨递减指数 0.62 最大24 1小时最小时暴雨/mm 78.01 62.64 大雨力 /mmh 4 5 -1平均入渗率/mmh 0.970 0.952 -1洪峰汇流时间 /h 0.411 0.442 设计洪峰流量 /ms 210.72 158.63 3-10.247 0.8 表2 拦渣坝坝顶溢流口过流验算表

Table 2 Block the residue dam dam crest to overflow to flow to lead to flow to check to calculate watch 项目 1 2 边坡系数m 0.5 0.5 底宽b /m 16 16 水深h /m 1.5 2.0 流量Q /ms 297.47 474.47 3-1设计/校核流量 /ms 158.63/210.72 158.63/210.72 3-13.5治理措施 3.5.1挡渣坝设计

挡渣坝设计的目的是：固定、拦挡废渣；约束 河道，使 河 道与道 路分离 ；调节河 床 比 降。 1、挡渣坝坝型方案对比

取同规模的单宽坝长，对不同坝型结构方案进行比较（表3）。经过比选，最终推荐圬工透水梳齿坝为设计选用方案。

表3 挡渣坝方案比较及优选

Table 3 block the residue dam project comparison and optimization 方案 要素 安全性 方案一 实体圬工重力坝 能满足使用要求，安全性尚好 1、技术简单，便于当地技工施工； 2、结构简单，工作可靠，对地形适应优点 性好； 3、有防洪蓄水功能。 方案二 圬工透水梳齿坝 备注 透水排砂，能降低渗压，安全性好 选用同一坝址坝1、结构简单适用，排水孔及梳齿排水汰砂效果好，即降低渗透压力，又延长坝库使用寿命； 2、有利坝库运用及管理； 3、施工便利，造价较低。 轴，按同一坝高进行比较 1、造价相对较高； 缺点 2、坝体内压应力不高，材料强度未能充分利用。 结论 不采用 1、无拦洪蓄水功能； 2、C25钢筋砼盖板为预制结构，技术较复杂。 选为设计采用方案 2、挡渣坝的型状参数

（1）横断面：对该矿山零号、三号、五号坑口的废渣实施挡渣坝（照片1、2）。考虑挡渣坝加高的需要，设计溢流段坝顶宽度为3m。坝体横断面设计成梯形，上游坡比1：0.5，下游坡比1：0.05，基础底板向上延伸1.0m，向下游延伸0.2m。在坝轴下游20m左右，布置消力副坝一座，坝与副坝之间形成软基消力池。

3

照片1 竣工后的三号挡渣坝全貌 Photo 1 finish construction behind of block a

residue dam on the third entire content

照片2 竣工后的五号挡渣坝全貌 Photo 2 finish construction behind of block a

residue dam on the fifth entire content

（2）主坝纵断面：位于三号坑口渣堆前缘30 m处，坝长80 m（选择典型的三号挡渣坝为例）。溢流段位于坝体西侧，东侧高岗作为上山道路使用。溢流段宽20～22m，现河床标高1504m，废渣底标高1503m，溢流堰标高1509 m，有效坝高9 m，基础埋深3 m，基础宽度9.05 m。溢流段坝身下部设置两层排水冲砂梳齿，齿宽0.4 m，下排9条高2 m，上排8条高1 m，成交错排列，距离2.0 m；上部设置两层排水冲砂孔，宽 0.4 m，高0.5 m，下排9个，上排8个，排水冲砂梳齿及冲砂孔总面积13.8 m2，具有排泄常年流水及洪水功能，并起汰砂排水作用，减轻渗透压力。梯形溢流口宽20 m，高2～3 m，坡比1：0.5～1：0.33，顶宽22 m，最大过流面积42 m2，能确保最大设计流量安全下泄。

（3）副坝纵断面：位于三号坑口主坝下游20 m处，坝长40 m。溢流段位于中部，溢流段宽16～18m，现河床标高1502m，废渣底标高1499m，砂砾石层底标高1496 m。溢流堰标高1502 m，有效坝高6 m，基础埋深2 m，基础宽度7.3 m。溢流段坝身下部设置两层排水冲砂梳齿，齿宽0.4 m，下排7条高2 m，上排8条高1 m，成交错排列，距离2.0 m，排水冲砂梳齿孔总面积8.8 m2，具有排泄常年流水及洪水的功能，并起汰砂排水作用，减轻渗透压力。梯形溢流口宽16 m，高2～3 m，坡比1：0.5～1：0.33，顶宽18 m，最过流面积34 m2，确保最大设计流量安全下泄。

（4）两侧非溢流段：为圬工重力坝，采

4

用梯形断面，上带2×3 m2矩形坝顶，下带梯形齿墙，底宽2 m，深1 m，上下游坡比与溢流段相同。坝体M10浆砌石砌筑，块石等级不低于MU40，基础墙及溢流堰为C15毛石砼，梳齿、泄水孔盖板用C25钢筋砼预制或购买相应标号的商品预制板。 （5）坝身细部构造：非溢流段坝顶向坝肩倾斜，坡比3%，主、副坝右坝肩利用地形坡度，可通过超载的洪水及泥石流，不使其冲刷坝肩，造成局部坡坏。非溢流段坝肩槛入两岸基岩不少于1.2 m，增加坝体稳定。变形缝用两毡三油制作。梳齿及排水孔底部纵坡比5%。

3、挡渣坝稳定性验算

由于挡渣坝修建后，即为满库运行，因此稳定性验算仅按满库运行条件进行；挡渣坝仅拦挡粗颗粒物质，水及细颗粒物质顺坝体预留的梳齿孔、泄水孔下泄，稳定性验算考虑下面两种工况：基本荷载和基本荷载与地震相组合（计算结果见表4）。 （1）主动土压力计算

计算时齿墙及坝前被动压力作为安全储备，不参与计算。挡渣坝库内及下游填土均为矿山残渣，满库后河道坡度调整为9°。挡渣坝墙后土压力按库仑主动土压力计算。 Ea=Ka=

cos(???)?2cos?cos(???)?1??sin(???)sin(???)??cos(???)cos(???)?22122?HKa

式中：Ea——主动压力的反力(KN/m)； Ka——库仑主动土压力系数；

3

γ——填土的容重（KN/m），取经验

3

值21 KN/m，考虑地震时为γ/cosθs； H ——挡渣坝高度（m）； ?——填土的内摩角（°），取经验值35°，考虑地震时为?-θs ；

δ——挡渣坝墙背摩擦角（°），一般为（1/3～1/2）取21°，考虑地震时为δ+θs； ?， β——挡渣坝填土表面的倾角，为9°； α——墙背倾角，设计为26.57°；

θs——地震角，为5°；

表4 挡渣坝满库运行稳定性验算结果表

Table 4 block the residue dam full database movement stability to check to calculate result watch

项目 γ H ? δ 21 26 β 9 9 α μ θs 5 Kc 2.5 2.2 Ko 6.0 5.3 工况1 21 11.5 三号坑口 工况2 20.1 11.5

（2）抗滑稳定性验算 Kc=

??N?EpEx35 30 26.57 0.6 26.57 0.6

式中：μ——基底摩擦系数，取0.6； ∑N——作于基底的坚向力的代数和（KN）；

Ep——墙前被动土压力(KN/m)，未计；

Ex——墙背主动压力(KN/m)； Kc——抗滑稳定系数。 (3)抗倾覆稳定性计算

Ko=

调发展，环境效益显著。

（3）该项目实施后，在减轻矿区地质灾害与环境问题造成的危害的同时，可有效延长矿山服务年限，扩大社会就业机会，实现了可持续发展，经济效益显著。

5 结语

河南老鸦岔金矿区泥石流地质环境治理工程总投资300万元，通过比选，治理重点地段采用圬工透水梳齿坝方案，有效解决该矿区地质环境问题，使矿山部分地段的地质环境得以初步恢复。工程峻工后，在2008年的迅期得到安全检验，有力地保障了矿山正常生产生活秩序。该治理方案的成功实施，对整个小秦岭矿区地质环境治理进行了新的尝试。

参考文献:

[1] 柳金峰，欧国强.泥石流危险性评价的新思

路[J].地质灾害与环境保护，2004，（1）：5-8.

[2] 沈军辉，李永林，王小群，等.二朗山公路

遂道泥石流地质灾害及到防治[J].中国地质灾害与防治学报，2005， 16（2）：61-62. [3] 吕志涛.河南省马山口镇青山河泥石流害区

首期治理工程竣工[J].地质灾害与环境保护，2005， 16（3）：240-241.

[4] 河南省水利勘测设计院.河南省中小流域设计

暴雨洪水图集[M].中国水利水电出版 ，1984. [5] 岩土工程手册编写委员会.岩土工程手册

[M].北京：中国建筑工业出版社，1994. [6] 成都理工大学，地质灾害防治与地质环境

保护国家专业实验室.地质灾害防治工程[M].地质灾害防治工程资质单位暨专业培训教材，成都：成都理工大学出版，2004.

?My?Mo

式中：∑My——各力系对墙趾的稳定力矩之和（KN·m）；

∑Mo——各力系对墙趾的倾覆力矩之和（KN·m）；

Ko——抗覆稳定系数。

4 工程效益

河南老鸦岔金矿泥石流地质环境治理工程属公益性、社会性项目，其价值具有间接性、潜在性和长久性，主要表现在社会效益、环境效益和经济效益。

（1）该项工程的实施，可减轻老鸦岔金矿因地质灾害与环境地质问题造成的对人民生命及财产的危险，同时对小秦岭矿区的矿山地质环境治理起到积极的示范作用，社效益显著。

（2）经过治理的老鸦岔金矿区，改善了人民安居乐业的环境，使恶劣的生态环境得以初步改善，使矿区矿山地质环境基本恢复治理，使矿山环境与社会环境、经济环境协

5

The Henan Laoyacha off the mining area mud-rock flow

disaster to govern the engineering design

SHI Qiang, Wang Wan-qian, Zhang Tian-zeng

(The first Geological Survey Branch,Henan Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development Luoyang,471023)

Abstract:TheLaoyacha gold mine mudslide niche is at the river south works properly Laoyacha

brain in treasure City on taking, the its mineral mountainous country quality environment problem is miniaturing of the whole little Qin Ling the gold mine area geology environment problem.This text only chooses to appease swollen mountain stream and mire stone be in transit of block the residue dam prevention and cure engineering to carry on elaborating.Pass to carry on comparing to choose to the different dam type structure project, recommend Wu work deeply water comb a Chi dam to choose a project for design, and to the discharge of Hong Feng, block the residue dam dam crest to overflow to flow over the discharge, block a residue dam stability to carry on to check calculate, completed to manage an engineering design.Should manage engineering to always invest 3,000,000 dollars, make the geology environment of the mineral mountain parts of districts can initial instauration, manage engineering to have the aggressive demonstration the function to the little Qin Ling Gong3 area environment.

Key words:Debris Flow ；manage ;block a residue dam;geology environment;model function

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The Henan Laoyacha off the mining area mud-rock flow

disaster to govern the engineering design

SHI Qiang, Wang Wan-qian, Zhang Tian-zeng

(The first Geological Survey Branch,Henan Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development Luoyang,471023)

Abstract:TheLaoyacha gold mine mudslide niche is at the river south works properly Laoyacha

brain in treasure City on taking, the its mineral mountainous country quality environment problem is miniaturing of the whole little Qin Ling the gold mine area geology environment problem.This text only chooses to appease swollen mountain stream and mire stone be in transit of block the residue dam prevention and cure engineering to carry on elaborating.Pass to carry on comparing to choose to the different dam type structure project, recommend Wu work deeply water comb a Chi dam to choose a project for design, and to the discharge of Hong Feng, block the residue dam dam crest to overflow to flow over the discharge, block a residue dam stability to carry on to check calculate, completed to manage an engineering design.Should manage engineering to always invest 3,000,000 dollars, make the geology environment of the mineral mountain parts of districts can initial instauration, manage engineering to have the aggressive demonstration the function to the little Qin Ling Gong3 area environment.

Key words:Debris Flow ；manage ;block a residue dam;geology environment;model function

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/n4ma.html