李巖濤，安成龍，張瑞鵬

（山東省地礦局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)（山東省地礦工程勘察院），山東 濟(jì)南 250014）

礦山水文地質(zhì)勘查是開發(fā)礦山需要面臨最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要引起相關(guān)部門及領(lǐng)導(dǎo)人的重視。由于工程長(zhǎng)期處于礦山深處等特殊地理區(qū)域內(nèi)，具有一定的復(fù)雜性，導(dǎo)致正?？辈榈倪^程極易發(fā)生透水等安全事故，給勘查工作的開展增加風(fēng)險(xiǎn)因素。為促進(jìn)地質(zhì)勘查在國(guó)內(nèi)的快速發(fā)展，需要更先進(jìn)的勘查技術(shù)來作為支撐，確保整個(gè)工作開展期間的安全系數(shù)得到實(shí)質(zhì)性的提升。而綜合物探技術(shù)的出現(xiàn)，徹底扭轉(zhuǎn)現(xiàn)代勘查技術(shù)的進(jìn)展，不僅顯著降低勘查的難度，還提升了勘查工作完成的效率。

1 礦山水文地質(zhì)勘查工作的主要內(nèi)容

1.1 勘查項(xiàng)目所在地的自然地理因素

在進(jìn)行礦山水文地質(zhì)勘查的工作中，由于經(jīng)常會(huì)受到自然地理方面因素的影響，因此，需要工作人員在前期準(zhǔn)備工作中，增加對(duì)項(xiàng)目所在地的自然地理?xiàng)l件進(jìn)行勘查，這項(xiàng)工作的完成，已成為勘查任務(wù)中最基礎(chǔ)也是最核心的部分。進(jìn)行自然地理勘查時(shí)，需由外在的地形地貌與內(nèi)在的地質(zhì)水文兩者內(nèi)容的合成，其中地形地貌是在工程所在地周邊，一定范圍內(nèi)的平原和水系等各項(xiàng)因素的勘查，根據(jù)勘查得到的數(shù)據(jù)來判斷當(dāng)前地形的開闊度、地貌已受腐蝕的程度等。而地質(zhì)水文勘查則是會(huì)對(duì)工程所在地周邊的氣候特點(diǎn)、環(huán)境的變化、降水量等情況進(jìn)行勘查。

1.2 勘查項(xiàng)目的地下水位

在礦山工程的實(shí)施過程中，會(huì)因?yàn)榈叵滤淖兓艿揭欢ǔ潭鹊挠绊?，例如?dāng)?shù)叵滤幌陆岛?，?huì)導(dǎo)致地基的下沉、地質(zhì)邊角出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象等，因此勘查項(xiàng)目中，必須增加對(duì)工程所在地較大范圍內(nèi)地下水位變化的監(jiān)控，時(shí)刻把握近五年地下水位的各項(xiàng)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，如最低水位達(dá)到多少，最好水位達(dá)到多少，以及季節(jié)氣候的變化特點(diǎn)等。

1.3 考察項(xiàng)目的含水層與隔水層

圖1 礦山地質(zhì)含水層結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行工程所在地含水層與隔水層的勘查環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行以下幾個(gè)環(huán)節(jié)的勘查內(nèi)容，其中包括：勘查出項(xiàng)目所在地地下水的類型以及實(shí)際的流向；含水層大致的分布區(qū)域及特點(diǎn)，并且涉及到含水層的深度與厚度；含水層與隔水層水位變化的走向。

2 綜合物探技術(shù)的意義

綜合物探技術(shù)是以物理學(xué)中力、聲、光、熱、電、磁等理論為研究的基礎(chǔ)，其中包含了多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)，如地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)等，將綜合物探技術(shù)運(yùn)用于礦山，水文，地質(zhì)勘查工作，是一項(xiàng)可以起到快速、全面、準(zhǔn)確提升工作效率的作用，因此，綜合物探技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)礦山水文地質(zhì)勘查工作中一項(xiàng)非常重要的應(yīng)用。為進(jìn)一步推廣礦山水文地質(zhì)勘查工作技術(shù)的不斷發(fā)展，體現(xiàn)出該技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘查工作中的實(shí)用價(jià)值，需不斷提升綜合物探技術(shù)運(yùn)用的熟練程度，隨著該技術(shù)的發(fā)展，以不斷拓展于各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得對(duì)各項(xiàng)地質(zhì)探測(cè)的發(fā)展起到了舉足輕重的作用。

充分利用綜合物探的核心技術(shù)，不僅可以大量收集礦山項(xiàng)目所在地區(qū)的環(huán)境參數(shù)，還可以對(duì)不同深度地形數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的測(cè)量，從而對(duì)深度的測(cè)試和探索具有更大的性能。其次，在實(shí)際應(yīng)用中，綜合物探技術(shù)可以很好地適應(yīng)礦山各種各樣的地理形勢(shì)，技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用會(huì)受到形勢(shì)因素對(duì)其進(jìn)行的影響很小。另外，綜合物探技術(shù)還存在著各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，即操作簡(jiǎn)便，使用周期短，設(shè)備使用費(fèi)用低等，保證了綜合物探技術(shù)在各個(gè)礦山水文地質(zhì)勘測(cè)活動(dòng)中發(fā)揮著重要的應(yīng)用價(jià)值，從而提高礦山水文地質(zhì)勘測(cè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 礦山水文地質(zhì)勘測(cè)中綜合物檢技術(shù)的實(shí)用效果

3.1 地震檢測(cè)技術(shù)

在綜合物探技術(shù)的廣泛應(yīng)用中，其中地震檢測(cè)技術(shù)是對(duì)項(xiàng)目所在地進(jìn)行地質(zhì)勘查最常用的一項(xiàng)技術(shù)。它主要應(yīng)用于以下三個(gè)方面，即野外收集資料、資料的處理以及資料的分析。首先進(jìn)行野外收集資料的應(yīng)用，主要是幫助相關(guān)工作人員通過人工其發(fā)出的震波而形成地震波，地震波逐漸向地下傳播，碰到地下不同層級(jí)而產(chǎn)生不同的反射和折射的效果，分析了礦山水文地質(zhì)參數(shù)。在進(jìn)行地震勘查技術(shù)所獲數(shù)據(jù)的資料分析中，主要是通過對(duì)該區(qū)域所獲及地下各層級(jí)反映出的實(shí)際效果進(jìn)行進(jìn)一步的分析，當(dāng)人工地震波傳送出去后，通過破綜機(jī)收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的對(duì)比分析，從各個(gè)層級(jí)反射波的強(qiáng)度，連續(xù)性等各個(gè)方面綜合考察該地質(zhì)的特征。因此地震勘探技術(shù)在實(shí)際開展礦山水文地質(zhì)勘查工作中得到最為廣泛的應(yīng)用，在應(yīng)用前期，需綜合考慮礦區(qū)周邊實(shí)際的地質(zhì)情況，并對(duì)各個(gè)區(qū)域資料進(jìn)行全面勘探，并根據(jù)相關(guān)技術(shù)對(duì)礦山地質(zhì)勘探進(jìn)行合理的勘探。其次，要選擇合適的檢波器。一般的條件是選擇4個(gè)規(guī)格相同的檢波器，并以兩申兩并的使用方法進(jìn)行。此外，為了確保數(shù)據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)能更高效地接受到操作數(shù)據(jù)的反饋，將接收道間隔5m，使炮與炮之間保持10m的距離。另外，在地震勘查分析技術(shù)中，采用了一種非對(duì)稱的微發(fā)方法，一般與不同測(cè)量區(qū)選取不同的微發(fā)方法，而通常采用井炮震源激發(fā)和可控地震源微發(fā)兩種方法。

3.2 瞬變電磁技術(shù)

圖2 瞬變電磁綜合物探技術(shù)

瞬變電磁法是綜合物探技術(shù)中的一種重要方式，可以將城電磁方法看作是時(shí)間城電磁方法。瞬變電磁技術(shù)的基本原則是將不接地回線或接地導(dǎo)線作為場(chǎng)源，并考慮到內(nèi)部的脈沖電流，以實(shí)現(xiàn)斯測(cè)對(duì)象，通過改變測(cè)量時(shí)間，對(duì)二次場(chǎng)的變化所產(chǎn)生的各種結(jié)果進(jìn)行觀察與分析，從而得到測(cè)量地質(zhì)。與其他勘測(cè)技術(shù)相比，瞬變電磁技術(shù)具有較強(qiáng)的分層性和較好的穿透性，并且可以同時(shí)進(jìn)行測(cè)定和探測(cè)剖面，從而大大增強(qiáng)礦山水文地質(zhì)勘探精度和工作效率。瞬變電磁技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘查中得到了廣泛的應(yīng)用，其原因是礦井田地質(zhì)結(jié)構(gòu)的電阻率與周邊介質(zhì)電阻率有一定的差別，通常情況下，水?dāng)鄬拥碾娮杪屎艿?，寒武系巖層的電阻率一般比其他巖層高。瞬變電磁技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中首先對(duì)礦井區(qū)設(shè)立的數(shù)量的主測(cè)線、地震勘測(cè)線和加密線進(jìn)行測(cè)試，其中一些線能與地震勘測(cè)線相一致。其次，在勘查工作真正開始前，必須對(duì)所使用的設(shè)備和儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)，以保證和改進(jìn)測(cè)量精度。

3.3 探索地雷法技術(shù)

探地雷達(dá)是一種有效的檢測(cè)地下，是一種沒有破壞的檢測(cè)技術(shù)。與其它地質(zhì)探測(cè)技術(shù)相比，探索力雷法技術(shù)有著自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如，他相較于其他技術(shù)，有更迅速的探測(cè)速度，不僅如此，在整個(gè)探測(cè)的過程中，可以保證探測(cè)效果有連鎖性且具有極高的分辨率，操作方便靈活，成本低，是當(dāng)前工程勘領(lǐng)城中常用的一種檢測(cè)技術(shù)。探地宙法具有很高的技術(shù)自動(dòng)化性，可以較好地分析地質(zhì)參數(shù)的條件，改善其核心運(yùn)行的核心效率，并能較好地適應(yīng)不同勘探環(huán)境的要求。根據(jù)探地雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，采用礦山水文地質(zhì)勘查技術(shù)，可以較好地進(jìn)行斷層、采空區(qū)等地質(zhì)狀況分析，以提高礦井采安等礦山水文地質(zhì)狀況的安全性。

3.4 礦井直流電技術(shù)

在地質(zhì)勘探技術(shù)中，還存在著一種技術(shù)為礦井直流電技術(shù)，該技術(shù)可以有效的保障探測(cè)的精度。在礦產(chǎn)行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大和深入的背景下，礦山的開發(fā)區(qū)域地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，如仍停留于傳統(tǒng)的探測(cè)技術(shù)，將無法實(shí)現(xiàn)有效準(zhǔn)確的地質(zhì)勘測(cè)。因此，需在勘測(cè)技術(shù)方面不斷的深入研究，挖掘出更科學(xué)高效的探測(cè)方法。而礦井直流電技術(shù)是一種全空間電法勘查的一項(xiàng)重要技術(shù)，它主要是作用于對(duì)礦產(chǎn)范圍內(nèi)巖石的物理反應(yīng)進(jìn)行分析，可高效地完成較復(fù)雜區(qū)域的礦山，水文，地質(zhì)勘測(cè)工作。

3.5 電流滲透方法

利用電流透視技術(shù)可以全檢測(cè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并能夠銷對(duì)一定的巖石內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)和含水狀況進(jìn)行檢測(cè)。這樣，這種做法可以有效地補(bǔ)償在使用電流方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)不會(huì)對(duì)一些巖石內(nèi)部的狀況進(jìn)行全面的檢測(cè)。在利用電流透視法進(jìn)行勘查時(shí)，還必須著重探討電流的變化，并根據(jù)實(shí)際電場(chǎng)的改變，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量地分析。在實(shí)際勘查中應(yīng)用該方法時(shí)，尤其要注意外部磁場(chǎng)，以避免其對(duì)測(cè)量電場(chǎng)的干擾。如果受到外磁場(chǎng)的影響，會(huì)使自然的磁場(chǎng)發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致感應(yīng)電流發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電磁場(chǎng)發(fā)生變化，使真實(shí)的電場(chǎng)分布圖像變得清晰，進(jìn)而影響到后續(xù)圖像和數(shù)據(jù)的分析。

3.6 瑞利波法

此種方法可以對(duì)實(shí)際所需要的地質(zhì)狀況進(jìn)行全面的檢測(cè)。拆卸地說，它的工作機(jī)制是通過瑞利波的衰戒來檢測(cè)巖石的破裂。然后，在巖石內(nèi)，利用瑞利波的傳播速率和衰減狀況，確定了雷判的位置。如果具體地說，瑞利波的傳播速率下降或者頻率顯著降低，那么該結(jié)構(gòu)中有一定的斷層。同時(shí)，可以根據(jù)頻宰衰減的情況，判定斷層的大小和幅度。

3.7 無線電波法

無線電波法的工作原理是把高頻率電磁波送至地下，通過對(duì)電磁波的實(shí)際衰減狀況的實(shí)時(shí)分析，可以得到探測(cè)的結(jié)果。在高頻率電壁波處于過巖石層時(shí)，會(huì)有一部分會(huì)被巖石磁場(chǎng)吸收，造成電磁波的衰減。與斷層相比，普通的巖層電阻業(yè)績(jī)相比，電磁波在很小的范圍內(nèi)出現(xiàn)巨大衰減。因此，在進(jìn)行礦山水文地質(zhì)勘查時(shí)，可以與電感波的衰減狀況相結(jié)合，判定巖石的斷層狀況。如果有現(xiàn)實(shí)的斷層，則需要采用電腦方法來處理和計(jì)算屯磁波的衰減曲線。但是這種方法的實(shí)際計(jì)算所得的位置只能在斷裂的位置上大致地確定下來，其結(jié)果精度不高。

3.8 井下的三維電方法

井下的三維電方法主要是通過電力電廠的原理來完成，利用其較高的精確度來檢測(cè)煤炭周圍存在的低阻富水區(qū)。在具體的操作中，工作人員需展示高密度電法計(jì)的探測(cè)方法，可以對(duì)具體施工的周邊進(jìn)行全面的檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)得來的數(shù)據(jù)開展實(shí)時(shí)計(jì)算，從而得出作業(yè)底板的電阻值。例如在規(guī)定的礦山進(jìn)行實(shí)際勘查中，采用100m的探測(cè)帶來完成高密度檢測(cè)，并與區(qū)域條件相符的視電阻率分布的三維資料，了解到地質(zhì)法與真實(shí)的檢測(cè)結(jié)果有很大的距離，因此，檢測(cè)結(jié)果還需要改善。所以，在后期操作中，需要對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行再構(gòu)造，并可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)木C合性進(jìn)行調(diào)整，以保證礦井的安全。

4 礦山水文地質(zhì)勘查運(yùn)用綜合物探技術(shù)時(shí)需注意的問題

4.1 熟練把握關(guān)于綜合物探技術(shù)的應(yīng)用原則

綜合物探技術(shù)在礦山工程中開展水文地質(zhì)勘查工作時(shí)，發(fā)揮出了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)和作用來，幫助勘查工作開展更加高效、順利，同時(shí)也降低了因地質(zhì)的復(fù)雜性而帶來的較高危險(xiǎn)系數(shù)。但在具體技術(shù)應(yīng)用中，還需遵守一定的應(yīng)用原則，確保綜合物探技術(shù)的真實(shí)效果。首先需遵守的是綜合物探技術(shù)在應(yīng)用中的由簡(jiǎn)直難的原則，落實(shí)到具體環(huán)節(jié)也是在勘查環(huán)節(jié)，獲取項(xiàng)目所在地的各項(xiàng)信息時(shí)，需從點(diǎn)至線，再?gòu)木€至面的步驟，保證獲取到更全面、更系統(tǒng)的信息。將獲取到的信息，準(zhǔn)確、完整地記錄和保存起來，并在后期根據(jù)勘查的實(shí)際情況所需，有針對(duì)性地提供技術(shù)參數(shù)。另外，在正式啟動(dòng)礦山水文地質(zhì)勘測(cè)工作前需要了解所勘測(cè)地區(qū)的全面地質(zhì)情況，包括地區(qū)巖層及地質(zhì)的特點(diǎn)等，然后根據(jù)已獲取的準(zhǔn)確信息，選擇合適該項(xiàng)目區(qū)域的勘探技術(shù)，從而保證信息收集的有效性。其中還需根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)，保證整個(gè)勘測(cè)環(huán)節(jié)的進(jìn)行具有實(shí)際意義。

4.2 運(yùn)用綜合物探技術(shù)是對(duì)物探措施的選擇及方法的綜合運(yùn)用

在運(yùn)用綜合物探技術(shù)完成礦山，水文地質(zhì)勘查工程的過程中，進(jìn)行物探措施的選擇也是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用綜合物探技術(shù)是為了保證礦泉水問題勘查工作得到有效地開展，因此，需要結(jié)合礦山所處地域的實(shí)際地質(zhì)條件，進(jìn)行合適有效的勘探技術(shù)的選擇，綜合多項(xiàng)勘測(cè)技術(shù)及方法的應(yīng)用分析，選擇出最適合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特點(diǎn)的探測(cè)措施，從而將其綜合應(yīng)用獲得更準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。由于礦山水文地質(zhì)所處地理位置十分復(fù)雜，因此，單一的勘測(cè)技術(shù)無法完成，需結(jié)合多種綜合物探技術(shù)來輔助完成勘查工作的開展，合理運(yùn)用多項(xiàng)綜合物探技術(shù)，也是勘查中非常重要的技術(shù)要求。就現(xiàn)目前的技術(shù)水平來看，在傳統(tǒng)的勘探技術(shù)應(yīng)用中，增加地震法和可控因原大地電磁法，可以更好地激發(fā)綜合物探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高勘測(cè)的敏銳度和精確度。總體來說，在進(jìn)行綜合物探技術(shù)組合的選擇中，首先要依據(jù)礦山水文地質(zhì)的實(shí)際地理?xiàng)l件，反映出對(duì)勘測(cè)最真實(shí)的要求，從而更好地落實(shí)地質(zhì)勘查技術(shù)的運(yùn)作。

5 結(jié)語

綜上所述，水文地質(zhì)勘查是礦山工程非常具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的部分，而其中綜合物探技術(shù)發(fā)揮了極其重要的作用。為全面提高整體礦山水文地質(zhì)勘查的工作進(jìn)度，結(jié)合項(xiàng)目所處地理位置的各項(xiàng)特點(diǎn)，選擇出最適用的綜合物探技術(shù)，以此來切實(shí)提高勘查工作完成的效率與質(zhì)量，大幅度的降低因地理位置的復(fù)雜性而發(fā)生安全事故的概率，從而確保整體勘查工作的順利開展。