工程物探方法在礦山地質(zhì)災(zāi)害評估中的應(yīng)用研究

劉濟(jì)鵬，林道俊

（江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦山開采項(xiàng)目上馬的數(shù)量與規(guī)模逐年提升，同時由于礦山開采帶來的地質(zhì)災(zāi)害也呈上升趨勢，礦山地質(zhì)災(zāi)害評估越發(fā)凸顯重要性。礦山地質(zhì)災(zāi)害評估是保證礦山順利安全開采的必備依據(jù)，但是礦山地質(zhì)災(zāi)害評估過程較復(fù)雜，并且難度較大，對災(zāi)害的評估準(zhǔn)確性也不盡如人意。為此針對礦山地質(zhì)災(zāi)害評估的勘探特點(diǎn)，綜合利用高密度電阻率法、地質(zhì)反射波法、探地雷達(dá)法三種工程物探方法，在礦山地質(zhì)災(zāi)害評估的現(xiàn)狀調(diào)查、災(zāi)害預(yù)測以及綜合評估三個層面立體應(yīng)用，以達(dá)到提高礦山地質(zhì)災(zāi)害評估結(jié)果的準(zhǔn)確性的目的。

1 工程物探方法在礦山地質(zhì)災(zāi)害評估中的應(yīng)用

礦山地質(zhì)災(zāi)害評估主要分為現(xiàn)狀評估、預(yù)測評估、綜合評估三部分內(nèi)容。由于礦山開采過程中會對開采現(xiàn)場自然環(huán)境產(chǎn)生破壞，從保護(hù)礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境以及施工人員安全的角度出發(fā)，將工程物探方法應(yīng)用到礦山地質(zhì)災(zāi)害評估中。針對礦上地質(zhì)災(zāi)害評估過程不同于一般的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害評估，特選取高密度電阻率法、地質(zhì)反射波法、探地雷達(dá)法三種工程物探方法，分別應(yīng)用于礦山地質(zhì)災(zāi)害評估的現(xiàn)場評估、預(yù)測評估、綜合評估中，并且以四川盆地與川西高原交界的某礦山為例進(jìn)行分析。三種方法和三個環(huán)節(jié)在內(nèi)容上是相互關(guān)聯(lián)的，從評估過程上是從具體到總結(jié)、由簡單到復(fù)雜，由已知到未知的完整性過程。

1.1 高密度電阻率法對礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估

礦上地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估是整個評估過程的基礎(chǔ)內(nèi)容，主要對礦山災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場勘查，運(yùn)用高密度電阻率法收集礦山的地質(zhì)構(gòu)造、地形構(gòu)造、礦體分布等信息，以及探測出該礦區(qū)是否發(fā)生過嚴(yán)重的歷史地質(zhì)災(zāi)害，將收集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以整理后的礦山地質(zhì)信息為依據(jù)進(jìn)行礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估。

高密度電阻率法是根據(jù)礦山地下結(jié)構(gòu)電阻率異常情況，判定該礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況。高密度電阻率法是包含高密度數(shù)據(jù)采集和列陣層析成像技術(shù)與一體的工程物探方法，該工程物探方法具有工作效率高、數(shù)據(jù)采集全面、應(yīng)用過程簡單方便等優(yōu)點(diǎn)。

在礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估過程中，主要分為礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分組成。高密度電阻率法的野外探測環(huán)境質(zhì)量將直接影響到最后礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估結(jié)果是否準(zhǔn)確，所以在設(shè)置電場時要盡量避開影響電極障礙物，盡量選擇地形平坦的探測位置，同時還要避開大地電流以及電磁的干擾。礦山數(shù)據(jù)采集部分：首先將供電電極向礦山進(jìn)行供電形成人為電場探測環(huán)境，然后將全部電極安置于礦山觀察剖面的各個探測點(diǎn)上，通過高密度主機(jī)來控制電極裝換裝置，將探測區(qū)的電極有規(guī)律的平均排列起來進(jìn)行跑級，計算機(jī)以及高密度主機(jī)將自動快速采集礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)處理部分：①篩選劣質(zhì)數(shù)據(jù)。盡管在探測之前以及做好了周全的準(zhǔn)備工作，但是在數(shù)據(jù)采集過程中還會由于一些其他因素影響導(dǎo)致一部分?jǐn)?shù)據(jù)質(zhì)量較差，為了保證礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要在數(shù)據(jù)處理過程中首先將劣質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除[1]。②數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像模式，將礦山地質(zhì)情況以圖像形式表示出來，更加直觀的了解礦山地質(zhì)環(huán)境。③反演分析。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后得到的礦山地質(zhì)圖像結(jié)合反演方法分析出該礦山最原始的地質(zhì)構(gòu)造，以此推斷出是否發(fā)生過嚴(yán)重的歷史地質(zhì)災(zāi)害，以此完成礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估。

以贛州盆地與吉泰平原交界某礦山為例，該礦山具有開采潛質(zhì)，現(xiàn)需對該礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評估。運(yùn)用高密度電阻率法對該礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行評估，此次選用多功能數(shù)字激電儀為探測儀器，在探測過程中，通過主機(jī)收集多功能數(shù)字激電儀探測到的數(shù)據(jù)，將主機(jī)與計算機(jī)連接在一起，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終得到該礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造反演圖，推斷出該礦區(qū)沒有發(fā)生過較為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，并且該礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估結(jié)果為地質(zhì)構(gòu)造具有良好的穩(wěn)定性。

1.2 地震反射波法對礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估

礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估是在現(xiàn)狀評估結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，運(yùn)用地震反射波法預(yù)測礦山地質(zhì)災(zāi)害形成條件。地震反射波法是根據(jù)振幅、反射程度、波形的變化規(guī)律來推斷出礦山是否具有地質(zhì)災(zāi)害形成條件。運(yùn)用地震反射波法對礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估主要分布置測線、覆蓋觀測系統(tǒng)以及分析數(shù)據(jù)三部分。根據(jù)高密度電阻率法探測的礦山地質(zhì)構(gòu)造信息來布置測線，測線要與礦山地質(zhì)構(gòu)造走向垂直分布且為直線，還要平均分布于整個礦區(qū)，保證采集數(shù)據(jù)全面；地震反射波法的觀測系統(tǒng)可以用綜合平面圖表示出來，以下為觀測系統(tǒng)綜合平面圖。

圖1 觀測系統(tǒng)綜合平面圖

觀測系統(tǒng)在觀測時是從綜合平面圖上每個激發(fā)點(diǎn)發(fā)出地震反射波，并且發(fā)射方向與布置好的測線成45度角，地震反射波最后落到接受排的交點(diǎn)上由觀測系統(tǒng)進(jìn)行接受，以此來完成礦山數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)分析過程主要是對收集到的地震反射情況進(jìn)行格式處理，然后對原始數(shù)據(jù)的干擾波進(jìn)去削弱，同時提高其信噪比和分辨率，最后經(jīng)過分析得到礦山是否存在地質(zhì)災(zāi)害條件。

以贛州盆地與吉泰平原交界地帶某礦山為例，在高密度電阻率法的探測到的地質(zhì)構(gòu)造基礎(chǔ)上，運(yùn)用地震反射波法對該礦山進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估[2]。在該礦山共布置了9條地震測線，經(jīng)過探測得到該礦山第四系松散層的橫波速度位540ms，存在著差距較大的電介質(zhì)差異，經(jīng)分析最后得到該礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測評估結(jié)果為：該礦區(qū)存在可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)條件，但是地質(zhì)災(zāi)害等級較小，屬于小范圍的地質(zhì)災(zāi)害。

1.3 探地雷達(dá)法對礦山地質(zhì)災(zāi)害綜合評估

綜合評估是在現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估的基礎(chǔ)上得到礦山地質(zhì)災(zāi)害評估結(jié)果，運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)探測礦山開采過程中對地質(zhì)構(gòu)造損壞后，礦山是否會發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，以及采取預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的措施。探底雷達(dá)法是通過電磁波傳導(dǎo)獲取礦山內(nèi)礦床的結(jié)構(gòu)以及分布情況，在此基礎(chǔ)上模擬開采過程中對礦山地質(zhì)構(gòu)造的改變狀況。首先根據(jù)礦山地質(zhì)特點(diǎn)安置電磁波投射測線，在礦山的一端固定一根天線作為電磁波的發(fā)射點(diǎn)，由技術(shù)人員或者無人機(jī)帶著另一根天線沿著測線的走向進(jìn)行移動，這條天線作為電磁波的接受點(diǎn)，兩條天線與探底雷達(dá)主機(jī)連接用于數(shù)據(jù)采集，以電磁波在不同深度條件下的頻率作為參數(shù)輸入到主機(jī)內(nèi)，以下為探底雷達(dá)常見參數(shù)。

表1 探底雷達(dá)礦山介質(zhì)的頻率參數(shù)

探地雷達(dá)法的數(shù)據(jù)處理采用地質(zhì)雷達(dá)資料處理軟件，首先是對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式統(tǒng)一，通過分辨率處理以及信噪比技術(shù)處理，根據(jù)技術(shù)人員的勘查經(jīng)驗(yàn)，將電磁波數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為文字格式，分析出礦床的整體構(gòu)造以及分布情況，結(jié)合前面高密度電阻率法以及地震反射波法的探測結(jié)果以及評估結(jié)果，綜合分析出礦體開采過程中由于地質(zhì)構(gòu)造的改變，礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性以及針對性預(yù)防對策，以此完事礦山地質(zhì)災(zāi)害評估。

以贛州盆地與吉泰平原交界地帶某礦山為例，運(yùn)用探地雷達(dá)工程物探方法對該礦山進(jìn)行綜合評估。在礦山內(nèi)平均安置了15條測線，進(jìn)檢測該礦山礦體成條狀分布，分布范圍廣泛，但是礦體不集中，結(jié)合之前地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估和預(yù)測評估結(jié)果，得到該礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害評估結(jié)果：在礦床開采過程中對地質(zhì)構(gòu)造大體損害程度較低，主要的支撐結(jié)構(gòu)不會被破壞，但是該礦山具有發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害條件，所以在開采過程中要及時勘查地質(zhì)情況，并制定合理的開采方案。

2 結(jié)語

工程物探方法在礦山地質(zhì)災(zāi)害評估中的應(yīng)用，有效提高了評估結(jié)果的準(zhǔn)確性，為礦山開采提供了安全價值較高的評估依據(jù)，工程物探方法的應(yīng)用對礦山工程的實(shí)施具有較高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，為礦山工程提供了安全保證依據(jù)。