綜合勘探方法在礦山開采區(qū)地面塌陷勘查中的應(yīng)用研究

黃民強(qiáng)

（湘潭市勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 湘潭 411100）

在礦山開采區(qū)由于受到地質(zhì)條件因素的影響，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生地面塌陷問題。地面塌陷主要指的是地表的巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在人為的因素以及自然因素的影響下，地表產(chǎn)生比較嚴(yán)重的裂縫問題，并且隨著時(shí)間的不斷延長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生地面整體塌陷，地面整體性塌陷屬于一種比較常見的地質(zhì)災(zāi)害問題之一，對(duì)礦區(qū)周圍區(qū)域的地質(zhì)條件穩(wěn)定產(chǎn)生比較嚴(yán)重的影響。由于地面塌陷問題存在比較強(qiáng)的突發(fā)性特點(diǎn)，如何科學(xué)有效的預(yù)防地面塌陷問題是相關(guān)地質(zhì)工作單位所需要考慮的重點(diǎn)問題之一，需要采取更加先進(jìn)的綜合勘探工作方法來加以保障。

1 礦山開采區(qū)地面塌陷引發(fā)的災(zāi)害問題與勘查方法選擇

通常情況下，地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害問題產(chǎn)生具有突發(fā)性，在地質(zhì)塌陷的瞬間地面會(huì)突然產(chǎn)生一個(gè)塌陷凹坑，具有比較強(qiáng)的突發(fā)性和災(zāi)難性特點(diǎn)，如果地面塌陷問題出現(xiàn)在工作區(qū)域，則會(huì)對(duì)礦企造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。產(chǎn)生地面塌陷問題的表現(xiàn)形式主要分為兩種：一種是巖溶性塌陷、另一種是松散碎屑沉積層塌陷。地面產(chǎn)生塌陷問題，通常情況下是因?yàn)槭艿骄麻_采活動(dòng)的影響。因此，對(duì)于地面塌陷災(zāi)害問題的產(chǎn)生，通常認(rèn)為是地質(zhì)條件方面因素所產(chǎn)生的影響，而對(duì)于各種工程開挖活動(dòng)以及比較極端的天氣環(huán)境條件，也是造成地面塌陷問題的重要影響因素[1]。在一些比較惡劣的天氣環(huán)境下很容易誘發(fā)地面產(chǎn)生整體性塌陷問題，比如在外部環(huán)境出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣條件下，會(huì)間隔數(shù)十天之后地面產(chǎn)生整體性塌陷問題。礦山開采活動(dòng)所造成的地面塌陷問題，主要表現(xiàn)在開采過程中對(duì)巖土層造成不同程度的破壞，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生地下水涌出的現(xiàn)象，造成路面以下土壤結(jié)構(gòu)變形，在受到水體沖刷的影響下，地層會(huì)形成相應(yīng)的空洞現(xiàn)象，進(jìn)而會(huì)直接造成塌陷事故的產(chǎn)生。

為了有效防止塌陷事故的再一次產(chǎn)生，降低塌陷事故所產(chǎn)生的影響，需要針對(duì)地面塌陷問題進(jìn)行全面預(yù)測(cè)，同時(shí)采取針對(duì)性的預(yù)防措施來加以解決，要全面做好地面勘查工作同時(shí)對(duì)地面塌陷問題進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。在進(jìn)行地面塌陷問題的勘查工作中，主要是以勘探資料作為參照基礎(chǔ)，但是由于鉆探資料的獲取難度相對(duì)較大，需要投入一定量的鉆探勘查工作成本，同時(shí)還會(huì)受到施工環(huán)境以及勘查周期等方面因素的干擾，因此在地面塌陷勘查工作當(dāng)中，鉆探法并不是最佳的選擇。通常情況下，在地面塌陷勘查工作當(dāng)中，更多使用的是物探法對(duì)地面塌陷問題進(jìn)行全面勘查和分析，然后有效結(jié)合鉆探工作方法，對(duì)物探法的普查結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證和分析，最大限度上提高勘查工作質(zhì)量，同時(shí)減少勘查工作成本[2]。

2 地面塌陷勘查工作中物探法的具體應(yīng)用與分析

2.1 瞬變電磁法

隨著我國(guó)科技技術(shù)的快速向前發(fā)展，地球物理勘探工作方法在我國(guó)各大地質(zhì)災(zāi)害勘查工作中應(yīng)用程度越來越高，并且在地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查工作中用用效果越來越明顯。瞬變電磁法在地面塌陷勘查工作當(dāng)中的具體應(yīng)用，主要使用的是人工源電磁法。在具體使用工作過程中，內(nèi)部的導(dǎo)電質(zhì)體會(huì)在電磁場(chǎng)的作用條件下形成漩渦，電流漩渦電流當(dāng)中會(huì)存在瞬變過程，會(huì)直接形成相應(yīng)的瞬變磁場(chǎng)。在關(guān)斷脈沖電流工作期間，瞬變電磁場(chǎng)可以有效發(fā)現(xiàn)地面以下產(chǎn)生的各種異常地質(zhì)條件問題，在進(jìn)行地面勘探工作當(dāng)中，瞬變電磁法在不沖水的條件下，會(huì)呈現(xiàn)出低電壓狀態(tài)和高電阻異常狀態(tài)，在沖水之后會(huì)表現(xiàn)為高電壓高電阻的工作狀態(tài)。因此，通過瞬變電磁法的有效使用，可以準(zhǔn)確勘查出地面凹陷產(chǎn)生的具體位置，但是該工作方法無法實(shí)現(xiàn)對(duì)地面塌陷變形問題進(jìn)行有效測(cè)量，如圖1。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)法

圖1 瞬變電磁法工作原理

2.2 地質(zhì)雷達(dá)法

除了瞬變電磁法以外，地質(zhì)雷達(dá)勘查工作方法在地面凹陷勘查工作中的應(yīng)用效果也非常明顯，地質(zhì)雷達(dá)會(huì)直接向地面以下發(fā)射高頻率電子脈沖，然后會(huì)形成相應(yīng)的反射波形，通過對(duì)反射波的振幅情況，以及時(shí)間變化情況展開分析和研究，可以有效得到地面以下產(chǎn)生塌陷區(qū)域位置的具體地質(zhì)條件狀況、地質(zhì)形態(tài)情況、塌陷深度以及塌陷形態(tài)情況等，在探測(cè)工作結(jié)果方面可以進(jìn)行更加直觀的體現(xiàn)，如圖2。在地面塌陷工作過程中，通過地質(zhì)雷達(dá)的有效使用，可以準(zhǔn)確識(shí)別塌陷區(qū)域的范圍情況，但是對(duì)于地面塌陷的程度無法進(jìn)行精確測(cè)量[3]。

2.3 淺層地震法

淺層地震法主要是通過人工激發(fā)出地震波，在巖土結(jié)構(gòu)當(dāng)中進(jìn)行傳播以此來有效確定前城區(qū)位置地勢(shì)條件的實(shí)際構(gòu)成情況，屬于一種比較有效的地層勘查工的方法。在地質(zhì)災(zāi)害勘查工作過程中，通過使用淺層地震法，主要是使用敲擊法或者落錘法等激發(fā)出地震波來進(jìn)行勘查，如果通過敲擊或者落錘的方法無法形成地質(zhì)災(zāi)害問題，則可以使用小藥量爆破方法。對(duì)于地面塌陷問題所使用的淺層地震勘查工作方法，在實(shí)際勘查工作中主要包含透射波勘查法、反射波勘查法以及瑞雷波勘查法。

3 案例分析

有效結(jié)合我國(guó)某礦山開采區(qū)地面塌陷勘查工作案例進(jìn)行分析和研究，通過地質(zhì)勘查之后有效獲取該區(qū)域的地質(zhì)條件情況，并且采取綜合勘探工作方法來進(jìn)行勘查和分析。在本次地質(zhì)塌陷災(zāi)害問題的勘探工作當(dāng)中，重點(diǎn)針對(duì)產(chǎn)生塌陷區(qū)域的地質(zhì)條件情況進(jìn)行測(cè)量和勘查，對(duì)該區(qū)域的地質(zhì)條件、水文條件災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查。在實(shí)際勘查工作當(dāng)中主要使用的是物探和鉆探法，對(duì)地面產(chǎn)生的塌陷問題以及地下水位高低情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。在具體勘查工作中，因?yàn)樵摰貐^(qū)沒有高精度地圖條件，為了有效確認(rèn)礦山開采區(qū)地面塌陷所產(chǎn)生的具體位置，需要針對(duì)地質(zhì)條件情況進(jìn)行精確測(cè)量，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的工作圖紙，為后續(xù)的地質(zhì)災(zāi)害治理工作打下良好的基礎(chǔ)。

相關(guān)工作人員通過使用RTK測(cè)量技術(shù)，對(duì)地面塌陷坑所處的位置進(jìn)行定位，同時(shí)根據(jù)1:500的比例尺制作成平面圖，為后續(xù)的進(jìn)一步勘探工作打下良好的基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步確認(rèn)巖土體的整體發(fā)育情況，通過采取物探工作方法，對(duì)淺層部分的地質(zhì)條件空洞情況進(jìn)行分析，并且采取針對(duì)性的處理工作方案，避免礦山開采區(qū)地面塌陷問題進(jìn)一步加重。

4 結(jié)語

綜上，近幾年我國(guó)關(guān)于地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害問題的勘查工作質(zhì)量正在不斷提高，所使用的各種勘查技術(shù)也在日漸完善，不同的地質(zhì)勘查工作方法所表現(xiàn)出的作用優(yōu)勢(shì)也各有不同，需要有效結(jié)合礦山開采區(qū)地面塌陷現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境情況來進(jìn)行針對(duì)性選擇，全面提高地面塌陷勘查工作效果。