綜合探測技術在礦山地質災害中的應用

李啟彪

（云南地質工程第二勘察院，云南 楚雄 675000）

1 礦山地質災害類型

礦山地質災害種類繁多，按成災與時間的關系，可分為突發性礦山地質災害(如礦坑突水、瓦斯爆炸、巖爆等)和緩發性礦山地質災害(如采空區的地面變形、環境污染等)。但最常見的是以災害的空間分布和成因關系分類。

1.1 巖土體變形災害

1.1.1 礦山地面和采空區塌陷

地面塌陷主要發生在地下以井巷開采的礦山。在礦山采空區，若保留礦柱不足，或因礦柱受損而失去支撐能力，就會造成地面塌陷。特別是那些礦體埋藏較淺，產狀較平緩的礦區(如煤礦)，地面塌陷的現象更為常見。礦體埋藏相對較深的地下開采礦山，如果不能及時回填和崩落采空區，當其達到一定規模就會產生大面積塌陷，此外，在巖溶分布區，還會因礦山排水疏干而導致溶洞上方地面塌陷，地面塌陷不僅破壞可耕地資源、建筑物，毀壞道路、水庫，還可直接導致礦山某些地下巷道的塌毀，或使大氣降水和地表水沿塌陷裂縫灌入坑內，造成淹井事故，直至停工停產。

1.1.2 采礦場邊坡失穩、滑坡與巖崩

主要原因是不合理開采如采剝失調、邊坡角度過陡等造成，這種災害多發生在露天開采的非金屬礦山和建材礦山。1980年湖北鹽池河磷礦所發生的山崩事件，使礦山毀于一旦，死難307人，危害極大，是此類災害的典型例子。在中國最大的錳礦生產基地--廣西下雷錳礦和天等錳礦等礦山的露天采區，由于地處中低山地貌和多雨地區，坡度過陡而常易發生采場邊崩、廢石場等滑坡災害。

1.1.3 坑內巖爆

坑內巖爆又稱礦山沖擊，這是因礦坑周邊和頂底板圍巖，在受到強大的地殼應力作用而被強烈壓縮，一旦因采掘挖空出現自由面，即有可能產生巖石地應力的驟然釋放，導致巖石大量破裂成碎塊，并向坑內大量噴射、爆散，給礦山帶來危害和災難。

1.1.4 采礦誘發地震

因采礦活動而誘發的地震，震源淺、危害大，小震級的地震即可導致井下和地表的嚴重破環。可以預計，隨著我國各礦山向深部采掘的發展，此類地震的出現頻率也將增加，由此對礦山及周邊地區的危害也勢必加劇。

1.1.5 場庫失穩

場庫失穩主要是由于尾礦壩潰決崩塌繼而形成泥石流造成的危害。此災害發生的原因有：①壩體穩定性差；②因洪水漫頂而潰壩；③因壩體滲漏管涌而潰壩；④因壩體浸潤軟化或壩基過度沉陷而潰壩。此外，由于壩體無正規設計施工而失事也頻有發生。

1.2 地下水位改變引起的災害

1.2.1 礦坑突水涌水

這是最常見的礦山災害，突發性強、規模大，后果嚴重。生產過程中常因對礦坑涌水量估計不足，采掘過程中打穿老窿，貫穿透水斷層，驟遇蓄水溶洞或暗河，導致地下水或地面水大量涌人，造成井巷被淹、人員傷亡災難。特別是在民采嚴重干擾的礦山，開采技術低下，亂采濫挖，缺乏安全監督，這種由民采引發的突發性災害的潛在威脅極大。

1.2.2 坑內潰沙涌泥

這是常與礦坑突水相伴而生的災害。當采掘過程中驟遇蓄水溶洞，常見溶洞中充填的泥沙和巖屑伴隨地下水一起涌人，另外一些透水斷層和地裂縫也常會使淺部第四紀沉積物隨下漏的地表徑流涌人坑內。其結果是使坑道被泥沙阻塞，機器、人員被泥沙所埋，嚴重時甚至會使礦山遭受毀滅性的打擊。

1.2.3 環境污染

環境污染是礦山災害的另一種重要形式。因采礦、選礦產生的“三廢”物質，由于未經有效處理就被排放到江河湖海中，造成環境污染公害事件，如我國貴州興仁因鉈污染造成的“鬼剃頭”事件。除環境污染外，采礦還會造成水土流失、土地砂化、鹽漬化、地下水斷流等，其結果是礦區環境日益惡化，影響人的身體健康，最終也影響礦山的生產。

1.3 礦體內因引起的災害

1.3.1 瓦斯爆炸和礦坑火災

這種災害最常見于煤礦。由于通風不良，使瓦斯積聚發生爆炸，造成井下作業人員傷亡，礦井被毀；礦坑火災除見于煤礦外，也見于一些硫化礦床。因硫化物氧化生熱，在熱量聚積到一定程度時則發生自燃，引發礦山火災。礦山火災的危害極大，而且還嚴重損耗地下礦產資源，如有的煤礦在地下已燃燒上百年，其資源損耗量十分巨大。此外，礦山火災對周圍環境的危害也令人觸目驚心，如一些久燒不熄的礦山，常使當地氣候發生改變，農作物和樹木大量死亡，田地荒蕪，環境嚴重惡化。

1.3.2 地熱

隨著開采深度加大，地熱危害不斷加劇。我國已有許多礦山開采深度達到800m以下，礦山因含硫量高，開采深度又大，地溫非常高。如凡口鉛鋅礦的深井，實測巖石溫度達4loC；安徽冬瓜山銅礦深部實測巖石溫度達36～37oC；廣西高峰錫礦深部礦坑巖石溫度達38OC以上。礦山地熱災害導致礦工勞動環境惡劣，嚴重影響了有關礦山的正常生產。

2 礦山地質災害的勘查方法

2.1 地球信息技術綜合方法

主要是“3S”技術的應用，可以從宏觀上掌握地質災害的分布、發生、發展規律。如GPS可以對災害發生地進行精確定位；BS技術可以利用礦區的多時相遙感圖像進行疊加分析，獲取礦區不同時期的地貌破壞程度、塌陷區的形態、面積、礦業廢棄物的類型及分布狀況、環境污染狀況及生態環境狀況；GIS技術可以對礦山災害信息數據進行空間有效分析,方便管理人員迅速掌握災情，有效進行防災減災工作。“3S”技術的應用彌補了以前常規的技術手段 (如地形測量等)難于勝任的空白，特別是對危險地帶的礦山災害的調查，如礦山積水塌陷區等。

2.2 地球物理勘查方法

2.2.1 高密度電阻率法

高密度電阻率法是以巖土體導電性差異為基礎的一類物探方法，該方法一次布極即可進行多裝置數據采集，既可研究深度方向的電性變化，也可研究水平方向的電性變化，通過參數換算取得更多突出的有效異常的比值參數，利于潛在災害的埋深、范圍等的推斷解釋。它對不太深的采空區、地下水系、巖石風化層等的勘查十分有效。

2.2.2 視電阻率法

視電阻率法可用于圈定采空區。一般金屬礦山都是塊狀硫化物礦體，它是一種良導電體，具有極低的電阻率,而有待探明的采空區為空氣充填，空氣是絕緣高阻，其電阻率與硫化物礦體的電阻率有顯著差別，利用視電阻率法揭示這種差別存在的范圍就是圈定的采空區。

2.2.3 瞬變電磁法

瞬變電磁法是利用不接地回線或接地線源向地下發送一次脈沖電磁場，在一次脈沖磁場的間歇期間，利用線圖或接地電極觀測地下半空間二次渦流場的變化，從而達到探測的目的。同時，該方法信噪比高、分辨力強、探測深度大、探測速度快，較容易發現礦區的采空區異常。

2.2.4 淺層地震法

淺層地震法是由人工手段激發地震波，再通過研究地震波在地層中的傳播規律，以查明地下地質小構造及獲取地層巖性信息的一種物探方法。其中的淺層反射法，不僅能直觀地反映地層界面的起伏變化，而且還能探測地下隱伏斷層、空洞、陷落柱以及各種異常物體，是滑坡、斷裂面、采空區等潛在地質災害的有效勘查方法之一。

2.3 其他方法

在礦山地質災害的勘查中，地球化學勘查方法也可發揮重要作用，特別是對礦區環境污染的勘查，化探方法可以充分發揮其優勢，在污染因素查定、探測污染源、污染機制(過程)研究、圈定污染異常區，以及提出污染治理方案等方面將起決定性作用。

3 結語

本文根據災害的空間分布和成因關系，礦山地質災害主要有巖土體變形災害、地下水位改變引起的災害和礦體內因引起的災害等三大類型。對這些類型及其亞類型進行了論述，對礦山地質災害的現代新技術勘查方法進行了介紹，并特別指出在這些勘查方法技術中，應用計算機技術和“3S”(遙感RS、全球定位系統GPS和地理信息系統GIS)技術，實施綜合探測技術方法是必然趨勢。