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        工程物探方法在礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估中的應(yīng)用研究

        2019-11-27 07:52:30劉濟(jì)鵬林道俊
        中國金屬通報(bào) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:礦山

        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(shí)由于礦山開采帶來的地質(zhì)災(zāi)害也呈上升趨勢(shì),礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估越發(fā)凸顯重要性。礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)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(píng)估過程較復(fù)雜,并且難度較大,對(duì)災(zāi)害的評(píng)估準(zhǔn)確性也不盡如人意。為此針對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)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(píng)估的現(xiàn)狀調(diào)查、災(zāi)害預(yù)測(cè)以及綜合評(píng)估三個(gè)層面立體應(yīng)用,以達(dá)到提高礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)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(píng)估中的應(yīng)用

        礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估主要分為現(xiàn)狀評(píng)估、預(yù)測(cè)評(píng)估、綜合評(píng)估三部分內(nèi)容。由于礦山開采過程中會(huì)對(duì)開采現(xiàn)場(chǎng)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(píng)估中。針對(duì)礦上地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估過程不同于一般的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害評(píng)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(píng)估的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估、預(yù)測(cè)評(píng)估、綜合評(píng)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(gè)環(huán)節(jié)在內(nèi)容上是相互關(guān)聯(lián)的,從評(píng)估過程上是從具體到總結(jié)、由簡(jiǎn)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(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)估

        礦上地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)估是整個(gè)評(píng)估過程的基礎(chǔ)內(nèi)容,主要對(duì)礦山災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(píng)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(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。

        在礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評(píng)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(cè)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(píng)估結(jié)果是否準(zhǔn)確,所以在設(shè)置電場(chǎng)時(shí)要盡量避開影響電極障礙物,盡量選擇地形平坦的探測(cè)位置,同時(shí)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(chǎng)探測(cè)環(huán)境,然后將全部電極安置于礦山觀察剖面的各個(gè)探測(cè)點(diǎn)上,通過高密度主機(jī)來控制電極裝換裝置,將探測(cè)區(qū)的電極有規(guī)律的平均排列起來進(jìn)行跑級(jí),計(jì)算機(jī)以及高密度主機(jī)將自動(dòng)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(cè)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(huì)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(píng)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(píng)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(duì)該礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估。運(yùn)用高密度電阻率法對(duì)該礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估,此次選用多功能數(shù)字激電儀為探測(cè)儀器,在探測(cè)過程中,通過主機(jī)收集多功能數(shù)字激電儀探測(cè)到的數(shù)據(jù),將主機(jī)與計(jì)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(píng)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(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估

        礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估是在現(xiàn)狀評(píng)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(cè)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(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估主要分布置測(cè)線、覆蓋觀測(cè)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(cè)的礦山地質(zhì)構(gòu)造信息來布置測(cè)線,測(cè)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(gè)礦區(qū),保證采集數(shù)據(jù)全面;地震反射波法的觀測(cè)系統(tǒng)可以用綜合平面圖表示出來,以下為觀測(cè)系統(tǒng)綜合平面圖。

        圖1 觀測(cè)系統(tǒng)綜合平面圖

        觀測(cè)系統(tǒng)在觀測(cè)時(shí)是從綜合平面圖上每個(gè)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(cè)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(cè)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(duì)收集到的地震反射情況進(jìn)行格式處理,然后對(duì)原始數(shù)據(jù)的干擾波進(jìn)去削弱,同時(shí)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(cè)到的地質(zhì)構(gòu)造基礎(chǔ)上,運(yùn)用地震反射波法對(duì)該礦山進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)估[2]。在該礦山共布置了9條地震測(cè)線,經(jīng)過探測(cè)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(cè)評(píng)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(jí)較小,屬于小范圍的地質(zhì)災(zāi)害。

        1.3 探地雷達(dá)法對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害綜合評(píng)估

        綜合評(píng)估是在現(xiàn)狀評(píng)估和預(yù)測(cè)評(píng)估的基礎(chǔ)上得到礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估結(jié)果,運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)探測(cè)礦山開采過程中對(duì)地質(zhì)構(gòu)造損壞后,礦山是否會(huì)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(duì)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(cè)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(cè)線的走向進(jìn)行移動(dòng),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(duì)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(cè)結(jié)果以及評(píng)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(duì)性預(yù)防對(duì)策,以此完事礦山地質(zhì)災(zāi)害評(píng)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(duì)該礦山進(jìn)行綜合評(píng)估。在礦山內(nèi)平均安置了15條測(cè)線,進(jìn)檢測(cè)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(píng)估和預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果,得到該礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估結(jié)果:在礦床開采過程中對(duì)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(huì)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(shí)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(píng)估中的應(yīng)用,有效提高了評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性,為礦山開采提供了安全價(jià)值較高的評(píng)估依據(jù),工程物探方法的應(yīng)用對(duì)礦山工程的實(shí)施具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,為礦山工程提供了安全保證依據(jù)。

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