基于地質勘查技術的礦山環(huán)境地質災害預防探析

熊偉

摘要：中國礦產資源總量龐大，很多礦產資源開采難度較高，勘查和解決好礦山環(huán)境地質災害，是從業(yè)人員面臨的難題之一。簡述了利用地質勘查技術勘查礦山環(huán)境地質災害的重要性，分析了典型礦山環(huán)境地質災害類型，介紹了先進地質勘查技術，并給出了相關技術支撐下的礦山環(huán)境地質災害預防對策，以提升礦山資源開采安全性。

關鍵詞：地質勘查技術;礦山環(huán)境;地質災害;地球物理勘探;融合技術

中圖分類號：TD-9????????? 文章編號：1001-1277（2022）04-0001-03

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20220401

中國礦產資源總體具有總儲量大但人均資源貧乏，貧富礦分布不均且開發(fā)成本高、難度大，共伴生礦產資源豐富但單一礦產資源占比小等特點。隨著礦產資源開發(fā)利用需求的不斷增加，各種搭載現(xiàn)代科技的機械設備被積極應用到礦山開發(fā)和生產中，礦產資源的開采范圍持續(xù)擴大。在很多地質條件不佳、巖土結構不穩(wěn)定的地區(qū)，礦山環(huán)境地質災害正隨著高節(jié)奏、高強度的開發(fā)和開采作業(yè)而頻頻出現(xiàn)。為有效控制礦山環(huán)境地質災害，避免造成更嚴重的安全問題，對礦山環(huán)境進行科學、全面、系統(tǒng)的勘查，同時對潛在的礦山環(huán)境地質災害隱患進行識別和防范，對實際生產具有重要意義。

1 礦山環(huán)境地質災害勘查的重要性

礦山的形成，一是需要漫長的時間跨度，二是需要礦物質作為山體填充物，因此礦山的形成過程具有一定的復雜性。礦山地下通常都存在龐大的地下水系，不斷匯聚來自地表或地下各斷裂帶的水資源。針對礦山環(huán)境進行科學勘查，特別是利用可靠的地質勘查技術手段對礦山環(huán)境中的地質災害進行勘查，是礦產資源有效開采、利用的重要保障?？辈楣ぷ饕话阈柚攸c關注礦山主體及周邊地理環(huán)境的地質、水文等條件，勘查獲得的信息資料會作為國家地理地質信息存儲入庫，不僅可以為相關領域的科研工作提供數(shù)據支撐，還可以為礦山企業(yè)的設計提供依據，以便進一步研究礦山環(huán)境地質災害的解決辦法，在礦山資源開發(fā)設計中合理避開含水層或富水區(qū)域，減少不利因素對礦山建設和生產的影響。隨著礦山環(huán)境地質災害科學勘查的深入，有關地質災害的動態(tài)及靜態(tài)影響因素不斷被總結，地質災害的類型、威脅程度等信息會更加清晰，地質勘查技術體系將更加成熟，從而為構建礦山環(huán)境地圖提供保障，并為后續(xù)地質災害整治策略研究做好充足的準備。

2 典型礦山環(huán)境地質災害類型

1）山體滑坡。礦山環(huán)境易受異常氣候和極端天氣等不良因素影響。其中，山體斜坡巖土結構出現(xiàn)整體滑動的現(xiàn)象就是山體滑坡，是典型的、危害嚴重的礦山環(huán)境地質災害。山體滑坡現(xiàn)場如圖1所示。

據國家統(tǒng)計局的相關統(tǒng)計：2020年全國發(fā)生的7 840起地質災害中，山體滑坡4 810起，占比61.35 %，位居地質災害之首[1]。礦山山體結構易發(fā)生變化，因此發(fā)生滑坡災害的概率很高。發(fā)生山體滑坡的動因包括3個方面：一是礦山資源開采時，呈不規(guī)則狀外附于山體表層的巖石，久經風化作用后，巖石硬度發(fā)生改變，在風吹雨淋的環(huán)境中巖石會自行斷裂而出現(xiàn)下滑，最終形成山體滑坡;二是受礦山開采的影響，礦山山體的地質構造在長久輕微的量變疊加后發(fā)生質變，原有的山石整體因應力作用而被割裂分離，整體構造穩(wěn)定性差，若再附加新的外部應力，則會打破受力平衡而出現(xiàn)山體滑坡;三是礦山開采中不可避免會采用爆破、高強度機械作業(yè)等，這些技術會對山體巖層產生擾動或沖擊，特別是爆破不當會直接導致山體遭受較強的沖擊壓力，進而發(fā)生山體滑坡[2-3]。

2）山體崩塌。礦山資源開采過程中還會引發(fā)山體崩塌及地面塌陷等地質災害。2020年全國發(fā)生的7 840起地質災害中，山體崩塌1 797起，占比22.92 %，地面塌陷183起，占比2.33 %[1]。地面塌陷現(xiàn)場如圖2所示。長期的地下開采作業(yè)，會導致山體內部或地下空間不斷增加，土層結構遭受破壞，且沒有有效的支撐補強等措施，山體會受上層山石自重影響而出現(xiàn)下沉，導致地面塌陷。

3）泥石流。礦山環(huán)境地質災害中，泥石流也是典型的具有高突發(fā)性及嚴重危害性的一類地質災害。泥石流現(xiàn)場如圖3所示。2020年全國發(fā)生的7 840起地質災害中，泥石流899起，占比11.47 %，危害性也巨大[1]。泥石流，簡單而言就是巖石或土質山體在受到雨水長期浸泡和沖刷后，裹挾著相當規(guī)模的砂石或礦物質沿山體傾瀉所形成的洪流。泥石流地質災害易出現(xiàn)在廢石土堆積區(qū)。若礦區(qū)地表植被被過度砍伐，也會增加泥石流發(fā)生的風險。礦山開采中，泥石流暴發(fā)的原因還可能是地下水含水層被打通，或山體地形受開采影響出現(xiàn)結構變化等。

3 礦山地質勘查先進技術

1）重力勘探。重力勘探主要是基于地殼不同礦巖組成存在密度差異引起重力變化而進行地質勘探的一種方法。重力勘探主要以萬有引力定律為基礎理論依據，通常使用具有超高精密度的重力儀器來檢測。石英彈簧重力儀（如圖4所示）、金屬彈簧重力儀（如圖5所示）都可以達到0.05～0.2 mGal的測量精度。若被勘探的地質結構具備一定質量，處于淺層，且地形無顯著起伏波動，則適宜用重力勘探技術對重力的非正常變化進行定量或定性解釋，從而確定巖體或礦體的可參考埋藏區(qū)域。該技術是現(xiàn)階段地球物理勘探技術的常規(guī)方法之一。

2）3S技術。3S技術已成為地質勘查領域最為通用的技術手段，主要由地理信息系統(tǒng)技術（GIS）、遙感技術（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）組成。3S技術融合了每個技術的優(yōu)勢，功能更加全面、強大，極大地提升了勘查質量與效率。3項技術的關系如圖6所示。

3S技術原理是借助遙感監(jiān)測手段，實現(xiàn)較大區(qū)域地質條件的勘查，具有監(jiān)測面廣、數(shù)據準確度高、結果時效性強等優(yōu)勢。在定位系統(tǒng)與遙感技術聯(lián)合作用下，工作效率大大提升，可完成受測地區(qū)地質的直觀測量，真實性高。同時，3S技術所實施的地質監(jiān)測無特別時間段或空間地段要求，各類遙感技術設備隨著科技含量的不斷提升，變得更為輕便、靈巧、靈敏、可靠，可操作性增加。ED1E4734-F179-45FD-8F81-33248B016491

3）高分辨率地震勘探。該技術同樣在礦山環(huán)境地質勘查中發(fā)揮積極作用，其主要通過數(shù)字化的手段對勘查現(xiàn)場信息進行記錄并做出結果分析。技術特點為分析精度高、校對嚴謹、準確度高、信息全面等[4]。通常情況下，高分辨率地震勘探技術的運用需要依靠高頻地震儀對特殊地區(qū)一定范圍內的地震波進行記錄，并捕捉高頻信息。在戶外作業(yè)時，應保持較高的時間和空間采樣率，利用單體檢波器、高頻震源及寬頻帶記錄等信息進行綜合分析。為了擴大分辨率，可持續(xù)嘗試雙反褶積、混波、相干加強等手段。高分辨率地震勘探技術應用于地質勘查工作中，有利于加大對細微地質構造的探究，從而獲得更多的地質地層信息。

4 基于地質勘查技術的礦山環(huán)境地質災害預防對策

1）有效發(fā)揮地球物理勘探的作用。地球物理勘探是利用地球物理場的變化來分析巖性或地質構造等地質條件的有力手段。在礦山地質災害勘查工作中，一般通過高密度電阻法對礦山周圍的不同巖層介質進行分析。技術原理是考慮礦山不同巖層介質的導電性、磁性、放射性等存在差異，而差異會影響地球物理場的變化。此外，礦山環(huán)境地質災害勘查還可采用淺層反射法，其多應用于礦山采空區(qū)，主要是通過觀測地層界面變化而勘查判斷是否存在地下隱蔽結構，包括斷層、孔洞等異常結構。

2）有效強化勘查自動化技術應用。為了降低潛在礦山地質災害對礦山安全的威脅，可加強勘查自動化設施設備的應用。一方面可利用紅外線掃描裝置，繪制礦山區(qū)域地質結構圖，主動對水文條件做出科學分析;另一方面可加強高靈敏度傳感裝置的應用，主動監(jiān)測地下水位，一旦水位接近或超過預警線則啟動報警機制。加強勘查自動化技術應用，可有效減少勞動力，降低人員勘查風險，且可保持監(jiān)測監(jiān)控和戶外采集數(shù)據的高效率、高質量。

3）合理增進多種勘查技術融合。對于礦山環(huán)境中存在的山體滑坡、泥石流及地面塌陷等地質災害隱患，積極加強不同地質勘查技術的聯(lián)合運用，如水文地質力學與巖土力學勘查結合，持續(xù)對礦山巖土力學結構穩(wěn)定性保持深度監(jiān)測監(jiān)控，同時積極開展周邊地區(qū)水文地質要素勘查工作，增進多種地質實驗的實施。此外，不僅要加強地球物理勘查，還要合理推進地球化學勘查，確保各類勘查信息的獲取及時且有效，對潛在的隱患具備更敏銳的識別能力。

4）持續(xù)聚力建立完善調查體系。礦山環(huán)境地質災害問題的勘查，需要在礦山資源開采前就加強對地區(qū)地質情況的綜合調查，建立并完善調查體系，形成能夠有效啟動地質勘查工作并推動勘查取得實際成果的可靠體系。首先，礦山企業(yè)需提高安全意識，做好安全宣傳工作;其次，礦山企業(yè)要配合地質災害勘查及監(jiān)測機構加強對災害監(jiān)測預警系統(tǒng)的建設;最后，礦山企業(yè)員工應自覺學習地質災害相關知識，加強預防及應急防災抗災技能訓練，同時在日常生活和工作中要積極做好對潛在地質災害安全隱患上報工作。

5 結 語

礦山地質環(huán)境復雜，且受自然氣候及開采作業(yè)等因素影響較大，易發(fā)生地質災害問題。針對礦山環(huán)境中的地質災害問題，通過科學開展地球物理勘探，強化勘查自動化技術及融合技術應用，不斷建立并完善調查體系等措施，加強對礦山環(huán)境地質災害的勘查，可對災害的發(fā)生起到積極預防作用，從而大大提升礦山安全系數(shù)，保障礦山安全高效生產。

[參 考 文 獻]

[1]

國家統(tǒng)計局.發(fā)生地質災害起數(shù)（次）[EB/OL].[2021-06-30].https：∥data.stats.gov.cn/easyquery.htm？cn=C01&zb=A0C0D&sj=2021.

[2] 魏世兵，李峰.礦山環(huán)境地質災害問題及其勘查方法分析[J].中國新技術新產品，2018（2）：113-114.

[3] 李磊，焦龍進.礦山環(huán)境地質災害問題及其勘查措施分析[J].世界有色金屬，2019（2）：131-132.

[4] 劉盛達，朱立力，謝佳訓.基于新時期礦山環(huán)境地質災害問題及其勘查方法分析[J].地質研究，2019，1（2）：25-27.

Discussion on mine environment geological hazards

prevention based on geological exploration technology

Xiong Wei

（Kichi-Chaarat Closed Joint Stock Company）

Abstract：The total amount of mineral resources in China is huge，but many mineral resources are difficult to mine.Exploration and mine environment geologic hazards are among the challenges for mining practitioners to handle.The importance of geological exploration technology in exploring mine environmental geological hazards is briefly described，the typical mine environment geological hazard types are analyzed，advanced geological exploration techno-logy is introduced，and measures for mine environment geological hazards prevention supported by related technology are proposed，in order to improve safety of mine resources development.

Keywords：geological exploration technology;mine environment;geological hazards;geophysical prospecting;fused technologyED1E4734-F179-45FD-8F81-33248B016491