對(duì)提升礦山采空區(qū)調(diào)查規(guī)范的若干建議

■ 姚改委/白 楠/周亞濤

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)，洛陽(yáng) 471002）

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的回暖和我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的提速,對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用出現(xiàn)了前所未有的需求增長(zhǎng)。礦山開(kāi)采會(huì)形成地下采空區(qū)。由于采礦方法、管理措施等不同，采空區(qū)會(huì)有多種結(jié)構(gòu)形態(tài)，可能導(dǎo)致礦震、空氣沖擊波、突水、巖爆、地面塌陷等多種形式的災(zāi)害。出現(xiàn)一些危險(xiǎn)信號(hào)后，會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)上方覆蓋的巖層失去支撐，原來(lái)的平衡條件被破壞，致使上方巖層產(chǎn)生移動(dòng)變形，直到破壞塌落，最后導(dǎo)致地表各類建筑物(包括線路、橋涵等)變形破壞，甚至倒塌；另外也會(huì)造成地表大面積下沉、凹陷，破壞大片農(nóng)田。

準(zhǔn)確了解礦山采空區(qū)的情況,對(duì)以后的二次開(kāi)發(fā)和綜合治理意義重大。必須對(duì)礦山采空區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查工作。礦山采空區(qū)調(diào)查，主要有測(cè)量調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、環(huán)保調(diào)查、水文調(diào)查、工程調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等，制定調(diào)查相關(guān)規(guī)范是非常關(guān)鍵和重要的。

1 礦山采空區(qū)調(diào)查方法現(xiàn)狀

目前我國(guó)對(duì)于礦山采空區(qū)的調(diào)查，還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范和要求，管理非常混亂。相應(yīng)情況下，所采用的方法手段形式不一，由此取得的數(shù)據(jù)的權(quán)威性就有待驗(yàn)證。各個(gè)部門(mén)和單位對(duì)于礦山采空區(qū)調(diào)查工作的要求，所需要的技術(shù)手段也相差很多，目前主要有以下八種：

1.1 地面調(diào)查

這種方法主要依據(jù)井下采空區(qū)在地應(yīng)力的作用下引起地面塌陷、地裂縫等跡象，進(jìn)行采空區(qū)地面地質(zhì)調(diào)查工作。其主要任務(wù)是利用手持GPS機(jī)、測(cè)繩、羅盤(pán)進(jìn)行地面塌陷區(qū)或地裂縫定位，實(shí)測(cè)其分布范圍，然后在井田地形圖上進(jìn)行標(biāo)識(shí)。對(duì)于古空區(qū)，由于年代已久，地面塌陷區(qū)、地裂縫跡象已被風(fēng)化、剝蝕，一般采用民間采訪等手段，這種方法只能調(diào)查老窯大致位置，無(wú)法了解下面的具體情況。

1.2 地面電法

地面電法從目前技術(shù)發(fā)展情況看，主要采用高密度電法和地面瞬變電磁法等手段探測(cè)。

高密度電法是直流高密度電阻率法，集中了電剖面法和電測(cè)探法的優(yōu)點(diǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)是電極可以一次完成布置、減少電極設(shè)置引起的故障和干擾、可以多排進(jìn)行測(cè)量、獲得豐富的電斷面信息等。另外采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，避免手工操作誤差，提高效率。

地面瞬變電磁法對(duì)于煤礦礦井下采空區(qū)的探測(cè)，是比較成熟的技術(shù)手段。

1.3 地面地震映射法

地震映射法采集速度快，抗干擾能力弱，勘探深度有限。

1.4 地面瞬間瑞雷波法

這種方法能夠有效探測(cè)達(dá)80m，在30m內(nèi)，能夠確定空區(qū)的分布范圍和頂板埋深，適合各類型采空區(qū)，探測(cè)精度較高；深度超過(guò)30m，由于受頻率限制，頻點(diǎn)較稀，異常不易分辨，探測(cè)精度低。

1.5 激光3D法

該法作為三維模式，可以建立采空區(qū)的空間立體模型，直觀分辨率高。但由于需要鉆孔，所以探測(cè)周期長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易受環(huán)境影響，探測(cè)深度有限。

1.6 極坐標(biāo)法

該方法使用的儀器是無(wú)標(biāo)尺激光全站儀。原理是將激光照射到無(wú)法到達(dá)地方的鏡面上，通過(guò)返回的光測(cè)定測(cè)站到待定點(diǎn)的距離，再按照測(cè)站到待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)方位角和天頂角計(jì)算出該點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。

1.7 前方交匯三角形解算法

前方交匯三角形解算法是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，利用數(shù)學(xué)方法解算三角形求出待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。即用經(jīng)緯儀測(cè)定三角形的兩個(gè)內(nèi)角和三角形的一條邊，用正弦定理計(jì)算出另外兩條邊的邊長(zhǎng)，再用極坐標(biāo)的計(jì)算方法求出該待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程。

1.8 地探雷達(dá)法

地探雷達(dá)法是在探測(cè)淺部地層介質(zhì)時(shí)，具有比地震波法更高的分辨率而且具有經(jīng)濟(jì)、非破壞性、快速的優(yōu)點(diǎn)。

以上調(diào)查方法存在著共同的弱點(diǎn)，就是在管理方面、數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度方面、面對(duì)深部和復(fù)雜礦山采空區(qū)如何提高分辨率方面，還有采用的技術(shù)手段方法方面、所花費(fèi)的費(fèi)用方面等等，都與現(xiàn)實(shí)情況存在著很大差距。

2 礦山采空區(qū)調(diào)查新方法探討

筆者通過(guò)人工加儀器這種新的調(diào)查手段和方法，成功完成了河南省鎮(zhèn)平縣楸樹(shù)灣銅鉬礦區(qū)北坡的礦山采空區(qū)調(diào)查和坑道編錄工作，并提交了相應(yīng)的調(diào)查報(bào)告，取得了很好的效果。這種方法不僅在管理上可行，同時(shí)也節(jié)約了大量的資金，更重要的是獲得了準(zhǔn)確的礦山采空區(qū)的第一手資料。利用以上的測(cè)量手段和方法價(jià)格昂貴，條件局限性強(qiáng)，特別是那些較深的、多中段、采空區(qū)密集的地方，上述儀器是很難分辨出來(lái)的，達(dá)不到預(yù)期的調(diào)查工作目的。我們利用人工加儀器的方法對(duì)河南省鎮(zhèn)平縣楸樹(shù)灣礦區(qū)所謂的“七層樓”坑道內(nèi)的采空區(qū)進(jìn)行調(diào)查，完全清楚地測(cè)繪出來(lái)。這是以往任何的測(cè)量調(diào)查方法都做不到的。

需要強(qiáng)調(diào)的是，這種新方法，人工占有主導(dǎo)地位，儀器能夠到達(dá)的地方，人工必須去復(fù)核。在人工到不了的地方，則需采用手持GPS或者激光全站儀等輔助儀器進(jìn)行測(cè)量。

2.1 收集礦山采空區(qū)資料

收集采空區(qū)資料要求參與礦山采空區(qū)調(diào)查的有關(guān)地質(zhì)技術(shù)人員，必須對(duì)礦山采空區(qū)地質(zhì)調(diào)查的礦區(qū)及其周邊進(jìn)行全面了解，詳細(xì)收集盡可能多的資料。這些資料包括礦山采空區(qū)所在礦山以往開(kāi)展的地質(zhì)、測(cè)量工作，歷史開(kāi)采情況和目前的工作條件，安全現(xiàn)狀，工作環(huán)境。開(kāi)展地質(zhì)工作需要收集的資料有礦山采空區(qū)所處的地理位置、地層層位、地質(zhì)構(gòu)造、巖石結(jié)構(gòu)等。

2.2 礦山采空區(qū)現(xiàn)場(chǎng)踏勘

這一階段需要地質(zhì)技術(shù)人員必須到所要進(jìn)行調(diào)查的礦山，結(jié)合當(dāng)時(shí)礦山及周邊地區(qū)的實(shí)際情況，針對(duì)采空區(qū)調(diào)查內(nèi)容所涉及的方方面面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，詳細(xì)了解所要進(jìn)行調(diào)查的采空區(qū)的實(shí)際現(xiàn)狀，摸清工作條件和作業(yè)環(huán)境，包括采空區(qū)所處地理位置、地層層位、地質(zhì)構(gòu)造、巖石結(jié)構(gòu)、穩(wěn)固程度、規(guī)模大小、形態(tài)形狀等。

2.3 確定調(diào)查施工方案

地質(zhì)技術(shù)人員在完成現(xiàn)場(chǎng)踏勘后，綜合地質(zhì)調(diào)查各方面的實(shí)際情況，全面認(rèn)真、仔細(xì)地研究，盡快制定出符合實(shí)際情況的礦山采空區(qū)地質(zhì)調(diào)查施工組織方案。利用該方案來(lái)指導(dǎo)下一步的礦山采空區(qū)的地質(zhì)調(diào)查編錄工作。施工方案中針對(duì)不同的采空區(qū)情況，制定出相應(yīng)的技術(shù)、安全保障措施，采用不同的手段和方法，在確定利用地質(zhì)調(diào)查手段作為主要手段和方法的同時(shí)，如果條件允許的情況下，還可以采用其它的手段和方法，比如說(shuō)鉆探、地球物理勘探、遙感、現(xiàn)場(chǎng)編錄等。

2.4 礦山采空區(qū)地質(zhì)調(diào)查手段和方法

施工組織調(diào)查方案確定以后，參與調(diào)查的地質(zhì)技術(shù)人員一定要按照施工組織方案開(kāi)展工作。

目前我國(guó)還沒(méi)有專門(mén)針對(duì)礦山采空區(qū)調(diào)查的相關(guān)規(guī)范、手段和方法。多采用以上列出的幾種手段和方法來(lái)確定礦山采空區(qū)的空間分布情況。一般情況下利用地球物理勘探、遙感，理論上是可以調(diào)查清楚的，但是實(shí)際上地下情況復(fù)雜多變，僅僅靠上述手段和方法很難真實(shí)地反映礦山采空區(qū)實(shí)際情況，采用人工實(shí)地調(diào)查、其他手段輔助的方法，在安全方面可能存在著極大的風(fēng)險(xiǎn)，但是，對(duì)于調(diào)查所取得的結(jié)果來(lái)看，其可信度比較大。

礦山采空區(qū)調(diào)查中采取的主要還是依據(jù)坑道編錄的相關(guān)手段和方法，在開(kāi)展采空區(qū)地質(zhì)調(diào)查編錄前，要區(qū)分好礦山采空區(qū)的形狀，比如說(shuō)，是圓球體、橢球體、圓錐體、立方體還是長(zhǎng)方體等。然后，根據(jù)確定好的形態(tài)，有目的地去收集相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)。

礦山采空區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查時(shí)，主要使用的工具有手持紅外線測(cè)距儀、皮尺、羅盤(pán)、地質(zhì)錘、記錄本、油漆、繪圖工具等。輔助儀器就是激光全站儀等。

2.5 調(diào)查工作自檢互檢

為確保礦山采空區(qū)調(diào)查工作的質(zhì)量，開(kāi)展自檢互檢工作非常重要?，F(xiàn)場(chǎng)不僅要派專職質(zhì)量和安全檢查技術(shù)人員長(zhǎng)期跟蹤調(diào)查過(guò)程，進(jìn)行自我檢查，還要不定期地邀請(qǐng)有關(guān)專家對(duì)已經(jīng)完成調(diào)查手段、方法及成果進(jìn)行檢查。對(duì)在自檢互檢及專家檢查的過(guò)程中所提出的問(wèn)題，參與調(diào)查編錄的技術(shù)人員一定要在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)修改；對(duì)于一些調(diào)查手段和方法上的原則問(wèn)題，只要影響調(diào)查結(jié)果和工程質(zhì)量，就必須返工。

2.6 原始資料整理

原始資料整理是一個(gè)非常繁瑣復(fù)雜的工作，但又是一項(xiàng)非常重要的工作。在整個(gè)原始資料的整理過(guò)程中，不僅要求所有參與項(xiàng)目調(diào)查的地質(zhì)技術(shù)人員，對(duì)收集的資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查編錄的原始資料進(jìn)行詳細(xì)的匯總，而且要邀請(qǐng)一些專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，分類整理。這個(gè)工作階段整理出來(lái)的最后資料成果是全方位的，不僅包括所調(diào)查的采空區(qū)的平面形態(tài)，還要有立體形態(tài)；圖件有地質(zhì)平面圖、勘探線剖面圖、采空區(qū)平面、立體分布圖、采空區(qū)縱投影圖等；表格有樣品統(tǒng)計(jì)表、資源量估算表、采空區(qū)調(diào)查情況一覽表等。特別是對(duì)于那些跨度比較大、形態(tài)復(fù)雜的礦山采空區(qū)，地質(zhì)調(diào)查工作更要詳細(xì)、認(rèn)真，并對(duì)其中存在的構(gòu)造、礦化、礦體產(chǎn)狀、形態(tài)等仔細(xì)研究分析整理。

2.7 提交調(diào)查報(bào)告

經(jīng)過(guò)以上步驟的調(diào)查工作，參與礦山采空區(qū)調(diào)查人員應(yīng)該按照相關(guān)的技術(shù)規(guī)范要求，將整理好的所有原始資料和綜合資料、綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整理，編制成冊(cè)，提交所在礦山采空區(qū)地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，經(jīng)有關(guān)專家進(jìn)行評(píng)審和提交相關(guān)主管部門(mén)備案后,供需要的單位作為參考。

3 對(duì)完善礦山采空區(qū)調(diào)查規(guī)范的建議

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于礦山采空區(qū)的調(diào)查工作還處于初期階段。為了能夠?qū)ΦV山采空區(qū)的調(diào)查工作更加經(jīng)濟(jì)、有效，建議如下：充分發(fā)揮并推廣人工加儀器這樣經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、高效準(zhǔn)確的方法；加強(qiáng)礦山采空區(qū)調(diào)查工作的規(guī)范化管理；制定礦山采空區(qū)調(diào)查行業(yè)統(tǒng)一規(guī)范；加大采空區(qū)探測(cè)儀器精度的開(kāi)發(fā)研究工作；完善安全機(jī)制。

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