梁 奔,袁 勝
(江西省地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究院,江西 南昌330096)
隨著我國國民生產(chǎn)總值的不斷增長,我國對能源需求量不斷提升,其中,煤礦及一些金屬礦山作為社會重要資源之一,保障礦物資源的合理利用與高效開采,滿足社會對礦產(chǎn)的需求,刻不容緩。然而,與西方發(fā)達(dá)國家相比,我國的礦山勘查技術(shù)與設(shè)備相對落后,為礦山地質(zhì)災(zāi)害的有效勘查帶來較大難度,增大了礦山安全事故發(fā)生率,影響了礦山的開采效率[1]?;诖耍訌?qiáng)物探法的應(yīng)用勢在必行。
(1)礦山地質(zhì)災(zāi)害帶來的危害。在開采過程中,若礦山發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害,將帶來嚴(yán)重影響,并威脅工作人員的人身安全。具體來講,礦山地質(zhì)危害表現(xiàn)在以下幾方面:其一,在采空區(qū)域,極易發(fā)生地面塌陷情況;其二,礦山經(jīng)過大量開采之后,礦系地層遭到破壞,大量地下水滲入礦井中,為礦井以及礦山周圍帶來嚴(yán)重污染,為作業(yè)人員與周圍群眾健康帶來威脅。
(2)地質(zhì)災(zāi)害的常見類型。縱觀我國發(fā)生的礦山地質(zhì)災(zāi)害,可大致分為以下種類:泥石流,地面塌陷,山體滑坡,地面沉陷,水土流失等。一旦地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生,將嚴(yán)重破壞整個礦區(qū),影響礦山后續(xù)開采,同時,也會為礦區(qū)周圍群眾的正常生活帶啦威脅。對此,相關(guān)人員應(yīng)重視礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害,積極采用物探法對礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘查,有效預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。
(3)礦山地質(zhì)災(zāi)害的表現(xiàn)特點。通常,不同層度、不同種類的地質(zhì)災(zāi)害,所表現(xiàn)的特點也不盡相同,主要體現(xiàn)在以下幾點:其一,對于開采時間較長的礦山,礦井內(nèi)部會產(chǎn)生不同程度的空洞,空氣或坍塌物都能夠填充空洞。因此,在真空區(qū)域,會產(chǎn)生較低電阻。其二,在一定程度上,地質(zhì)災(zāi)害會破壞礦山的層次感與完整性,同時,在開采前后,礦區(qū)密度、彈性等也會發(fā)生明顯變化,極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害事件。其三,在礦物開采過程中,采空區(qū)域處于段隙發(fā)展過程,在這一過程中,將聚集大量差異性較大的氣體,導(dǎo)致礦山地質(zhì)災(zāi)害。
在利用物探法勘查礦山地質(zhì)災(zāi)害時,地質(zhì)災(zāi)害呈現(xiàn)出幾種顯著特征,為礦山地質(zhì)災(zāi)害的確定提供了參考依據(jù)。常見地質(zhì)災(zāi)害特征有以下三點:第一,在利用物探方式勘查礦山地質(zhì)災(zāi)害時,相關(guān)人員主要是通過觀察地下介質(zhì)層的彈性,密度,放射性等物性的差異,探究地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理,因為,通常情況下,地層呈現(xiàn)出一定的完整性、層次性,同一地層不同區(qū)域時,電性會出現(xiàn)明顯差異,同時,在頂板、底板與礦層巖性結(jié)構(gòu)作用下,地層會形成阻抗界面且具有較高穩(wěn)定性。其二,因社會對礦產(chǎn)需求不斷增大,礦山部分區(qū)域已經(jīng)被采空,通常,采空區(qū)作為段隙發(fā)育的過程,極易聚集氡氣。在物探方法應(yīng)用中,通過氡氣值域變化,勘查人員能夠準(zhǔn)確掌握采空區(qū)域大致范圍,降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與影響。其三,在已經(jīng)開發(fā)的礦層結(jié)構(gòu)中,若空間結(jié)構(gòu)出現(xiàn)連續(xù)性突破,一旦采空區(qū)域被空氣或坍塌物填充,采空區(qū)域電阻率將明顯升高。在勘查過程中,若發(fā)現(xiàn)電阻率增高現(xiàn)象,則可能存在采空區(qū)域或坍塌現(xiàn)象,以此降低礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。由上述特征可見,物探方法在其中發(fā)揮了重要作用,使相關(guān)人員準(zhǔn)確掌握礦山地質(zhì)災(zāi)害,為地質(zhì)危害的有效控制奠定了基礎(chǔ)。
在礦山地質(zhì)災(zāi)害控制中,為準(zhǔn)確勘查地質(zhì)災(zāi)害,物探法被廣泛應(yīng)用,并取得了良好效果。因為,物探法的應(yīng)用,能夠清晰掌握礦山內(nèi)部礦產(chǎn)情況,更好了解地下狀態(tài),當(dāng)發(fā)生礦山地質(zhì)問題時候,能夠更快采取措施,有效控制地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,降低成本損失,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。然而,在物探法勘查底層時,應(yīng)選擇高新技術(shù),并保障探求情況與實際情況相符,充分發(fā)揮物探法的精確性。下文對常見物探法的應(yīng)用展開探討。
(1)高密度勘探法的應(yīng)用。在礦山地質(zhì)災(zāi)害勘探中,高密度勘查法作為一種新型物探方法,有操作便利、工作量小、準(zhǔn)確性高等優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用在勘探工程中,并取得了良好效果。
在礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中,高密度探測法的應(yīng)用,通過兩個電極向地下輸送電流,預(yù)設(shè)電極兩端出現(xiàn)電位差,相關(guān)人員可直接利用公式,得出不同測量點的電阻率值,并準(zhǔn)確繪出二維電阻率斷面圖。如此,相關(guān)人員能夠通過數(shù)據(jù)計算與斷面圖,判定參數(shù)突變位置,以此判定冒裂帶、地層異常帶等災(zāi)害具體發(fā)生區(qū)域,甚至于,能夠精確掌控地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展趨勢時縱向或橫向發(fā)展[2]。如此,控制礦山地質(zhì)災(zāi)害時,因?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害的精確掌握,災(zāi)害控制力度明顯增高。
(2)地面同位素測氡技術(shù)的應(yīng)用。在礦山開采過程中,因外力影響,地下地質(zhì)極易被破壞,對巖石內(nèi)的氡氣產(chǎn)生一定的聚集作用,導(dǎo)致氡氣聚集到地質(zhì)被破壞的區(qū)域。地面同位素測氡技術(shù)的應(yīng)用,通過在地面上測定氡氣的聚集濃度,可準(zhǔn)確圈定采空區(qū)域大小與所在位置。同時,根據(jù)氡氣峰值狀況,相關(guān)人員能夠準(zhǔn)確判定熔巖陷落柱位置、范圍,有效降低了礦山地質(zhì)危害的發(fā)生。另外,在地下水運行、底層出現(xiàn)裂隙時,氡氣會由地下遷移到地表,通過地面同位素測氡技術(shù),能夠間接了解地下裂隙情況與地下水運行情況,以此掌握可能存在的礦山地質(zhì)災(zāi)害。
(3)放射性勘探法的應(yīng)用一般情況下,地質(zhì)狀態(tài)復(fù)雜性較強(qiáng),上述方式并不能完全反應(yīng)出地質(zhì)狀況,地質(zhì)危害難以全面控制,對此,積極應(yīng)用放射性勘探法,能夠得到較好的效果。因為,放射性,表示了勘探法具有較強(qiáng)的穿透能力,相關(guān)人員能夠通過該種方法準(zhǔn)確把控地下情況,有效避免礦山地質(zhì)危害的發(fā)生。注意:在該種勘探方法應(yīng)用時,因地下存在放射性物質(zhì),為避免檢測結(jié)果受到影響,檢測使用的放射性物質(zhì)應(yīng)區(qū)別于實際放射性物質(zhì)。如:在利用亞元素勘查地下情況時,應(yīng)首先對檢測區(qū)域額亞元素進(jìn)行分析與統(tǒng)計,選擇合理方位進(jìn)行勘探,保障勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性,保障了地質(zhì)危害的有效控制。經(jīng)過應(yīng)用表明,放射性勘探法應(yīng)用于裂縫勘探時,效果最佳。
(4)三維式與二維式地震勘探方法的應(yīng)用。在利用三維或二維式地震勘探法勘查礦山地質(zhì)災(zāi)害時,主要是利用勘探法的高分辨率、精確空間歸位、高信息量、信噪比等,結(jié)合勘查區(qū)域的地球物理特質(zhì)地形地質(zhì)條件等,精準(zhǔn)判定礦山地質(zhì)災(zāi)害。通常,對礦山地質(zhì)進(jìn)行檢測時,多利用點震動器敲擊地面,通過聲波震動周期與幅度的記錄,得出準(zhǔn)確的地震數(shù)據(jù),進(jìn)而掌握開采層中可能存在的地質(zhì)災(zāi)害。
隨著礦山地質(zhì)災(zāi)害的勘查技術(shù)不斷發(fā)展,物探方法的應(yīng)用效果顯著,客觀準(zhǔn)確的對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評估,有效控制了地質(zhì)危害發(fā)生概率,推動礦山的順利開采,提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
當(dāng)前,在對礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中,常見物探法主要有高密度勘探法、地面同位素測氡技術(shù)、放射性勘探法、三維式與二維式地震勘探方法等。有效保障了相關(guān)人員對開采層的精確掌握,地質(zhì)的勘查效率明顯提高,推動了我國礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。