国家独立工矿区抗震性能调查...以狮子山国家独立工矿区为例_洪阳.pdf

文章编号:1001-8956(2023)02-0189-07中图分类号:P3157文献标识码:A国家独立工矿区抗震性能调查与分析 以狮子山国家独立工矿区为例洪 阳，谢瑞杰，周聪愉，施 弘(铜陵市地震局，安徽 铜陵 244000)摘要:独立工矿区长期高强度、大规模开采，多数独立工矿区出现了资源衰竭，因开采引发的地质灾害频发、生态破坏、基础设施和居民住房损坏严重，潜在的地震及地震次生灾害风险较大。以狮子山国家独立工矿区为研究对象，对区域开展了详细调查，发现区内地震地质灾害多发且严重、建筑物抗震性能较差、生命线工程质量不高、居民防灾意识淡薄等问题。就发现的问题提出开展地震安全普查、房屋加固等对策建议，为做好独立工矿区抗震设防以及减灾备灾等工作提供科学参考。关键词:独立工矿区;铜陵;抗震性能doi:1016256/jissn1001-8956202302009独立工矿区是指依托矿产资源优势，以资源开采加工为主导产业，具有类似城镇的集聚效应，远离中心城区，经济社会功能相对独立的工矿区1。独立工矿区曾经是国家重要的矿产资源和能源保障基地，也是资源型产业生产和加工的集聚地，对促进工业化进程发挥了重要作用。狮子山独立工矿区地处铜陵市东侧，属铜陵市铜官区辖区，距中国离铜陵市主城区 15 km，面积约136 km2，其中矿区面积 607 km2。该区域依托 1958 年设立的省属大型矿山企业铜陵有色狮子山铜矿而逐步形成，经济社会功能相对独立，矿产开采时期长、开发矿产种类多、开采规模强度大，矿山生态环境破坏的规模强度大，引发的矿山生态环境问题严重2。中国是遭受地震灾害最为严重的国家之一，20 世纪发生的破坏性地震占全球三分之一3。独立工矿区由于长期高强度、大规模开采，多数独立工矿区出现了资源衰竭，因开采引发的地质灾害频发、生态破坏、基础设施和居民住房损坏严重，潜在的安全风险较大，是受地震灾害及潜在地震次生灾害威胁严重的区域，是防震减灾工作重点区域之一。本文中选取狮子山国家独立工矿区为调查对象，从地震地质灾害、建筑物抗震性能、居民防灾意识等几个方面开展调查，详细分析独立工矿区的潜在地震次生灾害风险，并提出相关建议，对独立工矿区抗震设防工作具有一定意义。1狮子山工矿区地震背景区内主要褶皱为青山背斜，是区内的主导构造，在青山背斜的主导下，加之断裂构造及岩浆侵入的影响，次一级的褶皱极为发育，遍及全区，根据小褶皱的轴向，分北东向褶皱、近东西向褶皱和近南北向褶皱。区域位于华北地震区的长江下游黄海地震带内4，记录到最早的地震是公元 499 年江苏南京 434级地震，到 2021 年 12 月共记录到破坏性地震 32 次，其中大第37卷第2期2023年6月内陆地震INLANDEATHQUAKEVol37No2Jun2023收稿日期:2022-07-21;修回日期:2022-09-03课题项目:安徽省地震局科研合同课题(202205);铜陵市科技重点研究计划项目(20200203035);安徽省地震局科研合同制课题(2023HT05)作者简介:洪阳(1996)，男，助理工程师，2018 年毕业于安徽农业大学信息与计算科学专业，主要从事地震监测工作E-mail:475760694 qqcom于等于 6 级地震 4 次，分别是 1624 年 2 月 10 日江苏扬州 6 级地震、1652 年安徽霍山 6 级地震、1917 年安徽霍山 6 级地震和 1979 年江苏溧阳 6 级地震，本区地震活动强度和频度相对较低，受外围中强地震影响较为突出(图 1)。图 1区域破坏性地震震中分布图Fig1Epicenter distribution of regionaldestructive earthquake2狮子山工矿区地震承载体21地质灾害情况从地震灾害现场调查发现，发育有不同类型的地震地质灾害，包括地震崩塌、地震裂缝与砂土液化5。狮子山独立工矿区属丘陵山体地貌，既有岩溶低丘，又有冲洪积平原，地质构造复杂，生产矿山众多，由于浅部采矿历史悠久，破坏地质环境的人类工程活动强烈，矿区浅部地质环境问题较多，地质灾害特别是矿山地质灾害较发育，主要类型为塌陷、滑坡等(图 2)。调查中发现，大部分地质灾害易发区也是群众居住和工作区域，近 5 年区内共发生 14 起矿山地质灾害，严重威胁群众人身安全(图 3)。区内塌陷主要有岩溶塌陷和采空塌陷。岩溶塌陷是在具备基本条件的基础上，受到各种自然或人为的动力因素作用而产生，区内岩溶塌陷主要由于矿山疏干排水和机井开采地下水引起，其次为大气降水下渗导致的塌陷。过去已发生过的地震事实表明，在岩溶发育区，当发生地震的烈度大于或等于度时，地表就有可能发生塌陷。区内因采疏地下水引发岩溶塌陷总计有 4 处，塌坑 44 个，影响面积达 156104m2。矿山疏干排水引发塌陷数量多(图 4)，影响范围大，机井开采地下水引发零星塌陷。采空区是指各种地下有用矿物开采后所留下的空间区域6。区内有 9 座矿山(段)采矿引发采空塌陷，塌坑总计 13 个，其中规模最大的采空塌陷发生在狮子山铜矿，塌陷面积总计 104m2，塌陷区域如发生地震或者矿震，灾害风险较高，对群众生命财产安全造成较大威胁。滑坡主要由于矿山在露天开采、修建采选工业设施等矿业活动中，破坏地表原有植被，使原生地形地貌景观发生不同程度的改变，造成了山体破损、裸露，引起水土流失和滑坡产生。地震对滑坡的影响很大，首先是地震的强烈作用使斜坡土石的内部结构发生破坏和变化，原有的结构面张裂、松弛，伴随着许多余震，在地震力的反复振动冲击下，斜坡土石体就更容易发生变形，最后就会发展成滑坡7。同时，采矿活动中产生的废弃矿坑、矸石山、尾矿堆场等，也不同程度造成滑坡的产生，区内共有滑坡隐患点 15 处。狮子山独立工矿区属于北亚热带湿润季风气候，全年气候温暖湿润，雨量充沛，年平均降水量 1 3759 mm，极易引发和诱发滑坡发生。091内陆地震37 卷中国地震局地震预测研究所铜陵市地震小区化，2012图 2区域地质灾害危险性综合分区评估图1包山大铜塘采空塌陷地质灾害危险性大区;2冬瓜山曹山采空塌陷地质灾害危险性大区;3东、西狮子山采空塌陷地质灾害危险性大区;1铜井冲岩溶塌陷地质灾害危险性中等区;2周冲岩溶塌陷地质灾害危险性中等区;3大冲岩浴塌陷地质灾害危险性中等区;4白芒山新华山鸡冠山采空塌陷、滑坡地质灾害他险性中等区;5长龙山滑坡地质灾害危险性中等区;6小农场长龙村罗家冲滑坡、岩溶塌地质灾害危险性小区;1泉塘木鱼山软上变形地质害危险性小区;2胡村南洪冲滑坡、岩溶塌陷地质灾害危险性小区;3狮子山路两侧滑坡地质灾害危险性小区Fig2Comprehensive zoning assessment of regionalgeological hazard risk22建筑物抗震情况独立工矿区是矿山生产与生活居住并重的功能区，区内现状整体建设强度较大，部分区域建筑密度较高，现状建筑年代不一，建设年代较早的建筑多位于早期开采的矿区附近，多为 20 世纪7080 年代建筑。从地震灾害现场调查发现，采用标准设计的框架结构(含剪力墙结构)和砖混结构建造，抗震设防水平较高8。区内的建筑功能以居住和工业为主，其次为商业、教育、行政办公等，在周边地区还存在少部分以农业生产为主的农村房屋。质量较好的建筑主要分布于区内主干道两侧(图 5)，大多为 2000 年以后建设，主要为多层住宅、学校教学楼、少量的工业以及办公用房。抗震性能较差的建筑主要沿山体布置，多为 20 世纪 7080 年代的建筑(图6，图中较好为 A 类，一般为 B、C 类，差为 D 类)(表 1)，主要为低层住宅、大量的工业以及物流仓储用房。抗震性能一般的建筑混杂在两者之间，多为住宅和商业用房。多层建筑主要沿主干道布置，多为居住建筑;低层建筑以居住、商业和工业建筑为主;区内无高层建筑。农村房屋主要零星分布在工矿区周边区域，这些房屋没有进行科学的设计、规划，施工建设技术不足，使用劣质、不合格建筑材料，房屋结构不合理以及农居建设长期缺乏有效监管等因素是造成农居抗震性能薄弱的主要原因9。图 3塌陷造成的房屋受损照片Fig3House damage caused by collapse1912 期洪 阳等:国家独立工矿区抗震性能调查与分析 以狮子山国家独立工矿区为例图 4塌陷区地貌照片Fig4Landform photo of collapse area图 5现状建筑层数分析图Fig5Analysis of current building floors图 6现状建筑质量分析图Fig6Analysis of current building quality表 1建筑物抗震安全性能综合评价标准等级总体评价标准A好抗震设防措施规范，建筑结构基本完好，柱体、梁及其关键节点完好无破损，承重墙体无破裂B一般采取了一定的抗震措施，建筑结构基本完好，柱体、梁及其关键节点基本无破损，承重墙体轻微开裂或腐蚀，但承重功能基本不受影响C较差没有采取抗震措施，建筑结构不合理或柱体、梁及其关键节点轻微破损，承重墙体有轻微开裂或变形现象D差没有采取抗震措施，建筑墙体严重开裂、歪闪或变形，建筑主体出现不均匀沉陷我国是地震多发和震灾严重的国家，历次震后灾害调查显示村镇房屋倒塌和损毁远大于城市10，地震造成的房屋倒塌，是农村地区人员伤亡和经济损失的最主要原因11，要引起高度重视。课题组对区内核心区域 256 栋建筑物进行全面调查，普查中根据建筑物抗震规范定291内陆地震37 卷性检查和完好程度，初步对既有建筑物按照 A 级、B 级、C 级、D 级 4 个等级进行综合抗震安全评价12(表 2)。从普查中可以看出 C 类和 D 类栋数总数占到 56%、面积综合占到 36%，区内建筑物安全性能不容乐观(表 3)。表 2建筑物总体评价表ABCD合计区内建筑71447665256栋数比例(%)2717292710000面积比例(%)293525111000023基础设施情况区内城市建设基础设施条件差，大部分区域地处城乡结合部，水电配套设施供给能力不足。矿区内现有 1 个社区卫生服务中心、1 个农贸市场、1 个卫生服务站、1 个汽车站，建设于 20 世纪表 3建筑物按年代分类评价表建筑年代ABCD合计比例(%)1979 年之前4011153011719801990 年8919276324619912002 年1382612592320032008 年1715127511992009 年之后29128453208总计714476652561007080 年代，办公用房老旧(图 7)。区内道路始建于 20 世纪 6090 年代，建设时间较早，矿区关闭后企业已丧失修补维护能力，加之常年经受矿车碾压和内涝水毁影响，导致道路破损，存在极大的安全隐患(图 89)。区域内仅有一条路外联城市干道，且道路较窄，交通压力大，出行方向受限，高峰小时交通量接近饱和状态，道路通行能力将难以满足日益增长的交通需要。体育设施主要有狮矿文体中心，其他体育场地多利图 7金狮小学照片Fig7Lion primary school图 8区内道路破损照片Fig8Photos of damaged roads in the area图 9道路内涝水毁照片Fig9Photos of oad3912 期洪 阳等:国家独立工矿区抗震性能调查与分析 以狮子山国家独立工矿区为例用住宅楼房之间的空地进行临时使用，建筑质量一般。区内现有 70 年代建设的木制大棚结构菜市场，存在安全隐患(图 1011)。区内 110 KV 乌木山变电所建设于 20 世纪 80 年代，未采取抗震防灾措施，且使用年限较长，抗震性能较差。区内管网建设年代较久、使用抗震性能较差的管材且管径较小。图 10农贸市场照片Fig 10Photos of farmers market图 11车站照片Fig 11Station photos24群众防灾意识情况区内现有人口 276 万人，矿工及家属常住人口占城镇常住人口的比重达到 533%，资源型产业从业人员占当地工业从业人员比重 679%。伴随大型国有矿山狮子山铜矿等 4 座矿山因资源枯竭而全部关破，累计导致矿工及家属 1 万多人下岗失业，大量青壮年劳动力外出谋生，矿区人口老年化程度加剧，60 岁以上人口占比约 50%，中、青年人口仅占约占 30%。区内人口主要分布在几个社区，大部分地处地质灾害风险点。区内人口老龄化较重，整体防灾减灾能力不足，在发生灾害时，自救、互救能力较差。由于企业防灾科普宣传不到位，群众较少接收科普宣传，防灾减灾意识单薄。3结束语由于长期矿产开采，狮子山独立工矿区地质灾害频发，特别是塌陷、滑坡等地质灾害较为突出。由于工矿区特殊的发展成长模式，导致大部分地质灾害风险区域与群众生活区域重叠，对群众生命财产安全威胁较大。工矿区内建筑物抗震性能较差，基础设施建设滞后，部分生命线工程质量不高，潜在的地震安全风险较高。工矿区内大部分群众以从事矿工生产加工的人员、部分留守矿区的老人为主，防灾减灾意识特别是防震减灾意识较差。可针对性采取以下措施:(1)对工矿区开展灾害风险普查，特别是做好矿山地质环境影响评价，结合普查和评价结果分类实施，特别是对灾害隐患较大区域，要开展避险安置工作。对于既有建筑则需要认真开展抗震鉴定工作，根据鉴定结果采取拆除或抗震加固措施，以达到所有建筑物符合当前抗震设防标准的目标13。(2)要做好基础设施抗震防灾规划工作，强化基础设施建设，重点保障生命线安全，确保震时生命线工程发挥作用。(3)切实提高区域内群众防灾意识、提升自救互救能力，加强地震疏散演练，配备个人应急救援包，宣传震后自救等手段，可以有效减轻震后伤亡，震前防灾工作不容忽视14。491内陆地震37 卷参考文献:1孙立，汤恒“城市双修”背景下的独立工矿区规划策略研究 以白云鄂博矿区为例 J建筑与文化，2018，(4):169-171 2王波，叶新才，程从坤，等铜陵地区矿山生态环境综合治理途径J长江流域资源与环境，2004，(5):494-498 3王兰民，陶裕禄，袁一凡，等 中国地震安全农居示范工程综述 J 西北地震学报，2005，27(4):35-311 4马东辉，苏经宇 铜陵市抗震防灾规划(20132030)铜陵:铜陵市应急管理局，2013 5李帅，陈建波，胡伟华，等2016 年 11 月 25 日新疆阿克陶 MS67 地震地质灾害特征浅析J 内陆地震，2017，31(2):178-183 6刘书贤，魏晓刚，魏亚强 采动区建筑物抗震、抗变形双重保护作用机理分析J 防灾减灾工程学报，2010，30(增刊):305-308 7李帅，陈建波库克苏河某水库地震地质灾害调查分析J 内陆地震，2013，27(3):263-269 8温和平，胡伟华，谭明，等新疆两次破坏性地震的房屋震害初步分析 J 内陆地震，2017，31(4):325-334 9谢瑞杰，樊冬，朱兴，等安徽铜陵农村民居抗震性能普查与研究J地震科学进展，2020，(1):20-26 10 郭光玲，张科强，刘喜平 陕南村镇房屋抗震性能调查研究 J 震灾防御技术，2018，13(1):195-205 11 杨钦杰，刘华贵，高鹏飞，等，广西农村民居抗震性能调查研究 J震灾防御技术2016，11(1):100-110 12 谢瑞杰，管斌，樊冬，等典型矿业城市建筑物抗震安全性能调查与分析 以铜陵市为例J 华北地震科学，2020，38(1):77-83 13 温和平，唐丽华，李帅，等新疆城镇建筑特征与震害风险初步分析J内陆地震，2021，35(1):14-21 14 谢江丽，姚远，阿布都瓦里斯阿布都瓦衣提，等城市人口发展与地震救援的思考 以乌鲁木齐市为例J 内陆地震，2021，35(1):100-108INVESTIGATION AND ANALYSIS OF SEISMIC PEFOMANCEOF NATIONAL INDEPENDENT INDUSTIAL MINING AEA:TAKING SHIZISHAN NATIONAL INDEPENDENTINDUSTIAL MINING AEA AS AN EXAMPLEHONG Yang，XIE ui-jie，ZHOU Cong-yu，SHI Hong(Tongling Earthquake Agency，Tongling 244000，Anhui，China)Abstract:Independent industrial and mining areas have experienced long-term high intensity andlarge-scale mining，and most of them have experienced resource depletion Due to frequent geolog-ical disasters，ecological damage，and severe damage to infrastructure and residential housing causedby mining，there is a high risk of potential earthquakes and post-earthquake disasters Taking the Li-on Mountain National Independent Industrial and Mining Area as the research object，a detailed in-vestigation was conducted in the area，and it was found that there are many and severe seismic geo-logical disasters，poor seismic performance of buildings，low quality of lifeline engineering，andweak disaster prevention awareness among residents in the area Propose countermeasures and sug-gestions for conducting earthquake safety surveys and building reinforcement based on the identifiedproblems，providing scientific references for seismic fortification and disaster reduction and pre-paredness work in independent industrial and mining areasKey words:Independent industrial and mining areas;Tongling;Seismic performance5912 期洪 阳等:国家独立工矿区抗震性能调查与分析 以狮子山国家独立工矿区为例