熊偉

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

關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘查技術(shù);礦山環(huán)境;地質(zhì)災(zāi)害;地球物理勘探;融合技術(shù)

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

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20220401

中國礦產(chǎn)資源總體具有總儲(chǔ)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(chǎn)資源豐富但單一礦產(chǎn)資源占比小等特點(diǎn)。隨著礦產(chǎn)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(jī)械設(shè)備被積極應(yīng)用到礦山開發(fā)和生產(chǎn)中，礦產(chǎn)資源的開采范圍持續(xù)擴(kuò)大。在很多地質(zhì)條件不佳、巖土結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的地區(qū)，礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害正隨著高節(jié)奏、高強(qiáng)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(zhì)災(zāi)害，避免造成更嚴(yán)重的安全問題，對(duì)礦山環(huán)境進(jìn)行科學(xué)、全面、系統(tǒng)的勘查，同時(shí)對(duì)潛在的礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害隱患進(jìn)行識(shí)別和防范，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。

1 礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害勘查的重要性

礦山的形成，一是需要漫長的時(shí)間跨度，二是需要礦物質(zhì)作為山體填充物，因此礦山的形成過程具有一定的復(fù)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(duì)礦山環(huán)境進(jìn)行科學(xué)勘查，特別是利用可靠的地質(zhì)勘查技術(shù)手段對(duì)礦山環(huán)境中的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘查，是礦產(chǎn)資源有效開采、利用的重要保障?？辈楣ぷ饕话阈柚攸c(diǎn)關(guān)注礦山主體及周邊地理環(huán)境的地質(zhì)、水文等條件，勘查獲得的信息資料會(huì)作為國家地理地質(zhì)信息存儲(chǔ)入庫，不僅可以為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作提供數(shù)據(jù)支撐，還可以為礦山企業(yè)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以便進(jìn)一步研究礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的解決辦法，在礦山資源開發(fā)設(shè)計(jì)中合理避開含水層或富水區(qū)域，減少不利因素對(duì)礦山建設(shè)和生產(chǎn)的影響。隨著礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害科學(xué)勘查的深入，有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)影響因素不斷被總結(jié)，地質(zhì)災(zāi)害的類型、威脅程度等信息會(huì)更加清晰，地質(zhì)勘查技術(shù)體系將更加成熟，從而為構(gòu)建礦山環(huán)境地圖提供保障，并為后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害整治策略研究做好充足的準(zhǔn)備。

2 典型礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)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(jié)構(gòu)出現(xiàn)整體滑動(dòng)的現(xiàn)象就是山體滑坡，是典型的、危害嚴(yán)重的礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。山體滑坡現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的相關(guān)統(tǒng)計(jì)：2020年全國發(fā)生的7 840起地質(zhì)災(zāi)害中，山體滑坡4 810起，占比61.35 %，位居地質(zhì)災(zāi)害之首[1]。礦山山體結(jié)構(gòu)易發(fā)生變化，因此發(fā)生滑坡災(zāi)害的概率很高。發(fā)生山體滑坡的動(dòng)因包括3個(gè)方面：一是礦山資源開采時(shí)，呈不規(guī)則狀外附于山體表層的巖石，久經(jīng)風(fēng)化作用后，巖石硬度發(fā)生改變，在風(fēng)吹雨淋的環(huán)境中巖石會(huì)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(zhì)構(gòu)造在長久輕微的量變疊加后發(fā)生質(zhì)變，原有的山石整體因應(yīng)力作用而被割裂分離，整體構(gòu)造穩(wěn)定性差，若再附加新的外部應(yīng)力，則會(huì)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(huì)采用爆破、高強(qiáng)度機(jī)械作業(yè)等，這些技術(shù)會(huì)對(duì)山體巖層產(chǎn)生擾動(dòng)或沖擊，特別是爆破不當(dāng)會(huì)直接導(dǎo)致山體遭受較強(qiáng)的沖擊壓力，進(jìn)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(huì)引發(fā)山體崩塌及地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。2020年全國發(fā)生的7 840起地質(zhì)災(zāi)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(chǎng)如圖2所示。長期的地下開采作業(yè)，會(huì)導(dǎo)致山體內(nèi)部或地下空間不斷增加，土層結(jié)構(gòu)遭受破壞，且沒有有效的支撐補(bǔ)強(qiáng)等措施，山體會(huì)受上層山石自重影響而出現(xiàn)下沉，導(dǎo)致地面塌陷。

3）泥石流。礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害中，泥石流也是典型的具有高突發(fā)性及嚴(yán)重危害性的一類地質(zhì)災(zāi)害。泥石流現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。2020年全國發(fā)生的7 840起地質(zhì)災(zāi)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(zhì)山體在受到雨水長期浸泡和沖刷后，裹挾著相當(dāng)規(guī)模的砂石或礦物質(zhì)沿山體傾瀉所形成的洪流。泥石流地質(zhì)災(zāi)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(huì)增加泥石流發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。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(jié)構(gòu)變化等。

3 礦山地質(zhì)勘查先進(jìn)技術(shù)

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(jìn)行地質(zhì)勘探的一種方法。重力勘探主要以萬有引力定律為基礎(chǔ)理論依據(jù)，通常使用具有超高精密度的重力儀器來檢測(cè)。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(dá)到0.05～0.2 mGal的測(cè)量精度。若被勘探的地質(zhì)結(jié)構(gòu)具備一定質(zhì)量，處于淺層，且地形無顯著起伏波動(dòng)，則適宜用重力勘探技術(shù)對(duì)重力的非正常變化進(jìn)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(shù)是現(xiàn)階段地球物理勘探技術(shù)的常規(guī)方法之一。

2）3S技術(shù)。3S技術(shù)已成為地質(zhì)勘查領(lǐng)域最為通用的技術(shù)手段，主要由地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）組成。3S技術(shù)融合了每個(gè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，功能更加全面、強(qiáng)大，極大地提升了勘查質(zhì)量與效率。3項(xiàng)技術(shù)的關(guān)系如圖6所示。

3S技術(shù)原理是借助遙感監(jiān)測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)較大區(qū)域地質(zhì)條件的勘查，具有監(jiān)測(cè)面廣、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高、結(jié)果時(shí)效性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。在定位系統(tǒng)與遙感技術(shù)聯(lián)合作用下，工作效率大大提升，可完成受測(cè)地區(qū)地質(zhì)的直觀測(cè)量，真實(shí)性高。同時(shí)，3S技術(shù)所實(shí)施的地質(zhì)監(jiān)測(cè)無特別時(shí)間段或空間地段要求，各類遙感技術(shù)設(shè)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(shù)同樣在礦山環(huán)境地質(zhì)勘查中發(fā)揮積極作用，其主要通過數(shù)字化的手段對(duì)勘查現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行記錄并做出結(jié)果分析。技術(shù)特點(diǎn)為分析精度高、校對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確度高、信息全面等[4]。通常情況下，高分辨率地震勘探技術(shù)的運(yùn)用需要依靠高頻地震儀對(duì)特殊地區(qū)一定范圍內(nèi)的地震波進(jìn)行記錄，并捕捉高頻信息。在戶外作業(yè)時(shí)，應(yīng)保持較高的時(shí)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(jìn)行綜合分析。為了擴(kuò)大分辨率，可持續(xù)嘗試雙反褶積、混波、相干加強(qiáng)等手段。高分辨率地震勘探技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)勘查工作中，有利于加大對(duì)細(xì)微地質(zhì)構(gòu)造的探究，從而獲得更多的地質(zhì)地層信息。

4 基于地質(zhì)勘查技術(shù)的礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防對(duì)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(chǎng)的變化來分析巖性或地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件的有力手段。在礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查工作中，一般通過高密度電阻法對(duì)礦山周圍的不同巖層介質(zhì)進(jìn)行分析。技術(shù)原理是考慮礦山不同巖層介質(zhì)的導(dǎo)電性、磁性、放射性等存在差異，而差異會(huì)影響地球物理場(chǎng)的變化。此外，礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害勘查還可采用淺層反射法，其多應(yīng)用于礦山采空區(qū)，主要是通過觀測(cè)地層界面變化而勘查判斷是否存在地下隱蔽結(jié)構(gòu)，包括斷層、孔洞等異常結(jié)構(gòu)。

2）有效強(qiáng)化勘查自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用。為了降低潛在礦山地質(zhì)災(zāi)害對(duì)礦山安全的威脅，可加強(qiáng)勘查自動(dòng)化設(shè)施設(shè)備的應(yīng)用。一方面可利用紅外線掃描裝置，繪制礦山區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖，主動(dòng)對(duì)水文條件做出科學(xué)分析;另一方面可加強(qiáng)高靈敏度傳感裝置的應(yīng)用，主動(dòng)監(jiān)測(cè)地下水位，一旦水位接近或超過預(yù)警線則啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制。加強(qiáng)勘查自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用，可有效減少勞動(dòng)力，降低人員勘查風(fēng)險(xiǎn)，且可保持監(jiān)測(cè)監(jiān)控和戶外采集數(shù)據(jù)的高效率、高質(zhì)量。

3）合理增進(jìn)多種勘查技術(shù)融合。對(duì)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(zhì)災(zāi)害隱患，積極加強(qiáng)不同地質(zhì)勘查技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用，如水文地質(zhì)力學(xué)與巖土力學(xué)勘查結(jié)合，持續(xù)對(duì)礦山巖土力學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性保持深度監(jiān)測(cè)監(jiān)控，同時(shí)積極開展周邊地區(qū)水文地質(zhì)要素勘查工作，增進(jìn)多種地質(zhì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。此外，不僅要加強(qiáng)地球物理勘查，還要合理推進(jìn)地球化學(xué)勘查，確保各類勘查信息的獲取及時(shí)且有效，對(duì)潛在的隱患具備更敏銳的識(shí)別能力。

4）持續(xù)聚力建立完善調(diào)查體系。礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害問題的勘查，需要在礦山資源開采前就加強(qiáng)對(duì)地區(qū)地質(zhì)情況的綜合調(diào)查，建立并完善調(diào)查體系，形成能夠有效啟動(dòng)地質(zhì)勘查工作并推動(dòng)勘查取得實(shí)際成果的可靠體系。首先，礦山企業(yè)需提高安全意識(shí)，做好安全宣傳工作;其次，礦山企業(yè)要配合地質(zhì)災(zāi)害勘查及監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè);最后，礦山企業(yè)員工應(yīng)自覺學(xué)習(xí)地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)預(yù)防及應(yīng)急防災(zāi)抗災(zāi)技能訓(xùn)練，同時(shí)在日常生活和工作中要積極做好對(duì)潛在地質(zhì)災(zāi)害安全隱患上報(bào)工作。

5 結(jié) 語

礦山地質(zhì)環(huán)境復(fù)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(zhì)災(zāi)害問題。針對(duì)礦山環(huán)境中的地質(zhì)災(zāi)害問題，通過科學(xué)開展地球物理勘探，強(qiáng)化勘查自動(dòng)化技術(shù)及融合技術(shù)應(yīng)用，不斷建立并完善調(diào)查體系等措施，加強(qiáng)對(duì)礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的勘查，可對(duì)災(zāi)害的發(fā)生起到積極預(yù)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(chǎn)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]

國家統(tǒng)計(jì)局.發(fā)生地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害問題及其勘查方法分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（2）：113-114.

[3] 李磊，焦龍進(jìn).礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)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(dá)，朱立力，謝佳訓(xùn).基于新時(shí)期礦山環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害問題及其勘查方法分析[J].地質(zhì)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