礦山地質勘查中水工環地質問題預測及措施研究

宋 凱，張 航，王旭峰，王 芳，李 婷

（河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院，河南 南陽 473000）

水工環地質災害是礦山地質勘查中經常遇見的地質問題，同時也是現階段經常出現的自然性災害，水工環地質問題的發生往往會給周圍環境造成巨大的傷害，也會給礦山地質勘查中工作人員生命安全造成威脅。一旦礦山地質勘查中出現水工環地質問題，不僅會使礦山地質勘查工作終止，而且還會造成巨大的經濟損失，增加礦山地質勘查工作成本，因此水工環地質問題預測成為礦山地質勘查中一項非常重要的環節，根據礦山水工環地質相關信息預測出礦山地質勘查中水工環地質問題發生幾率以及地質風險，并針對可能存在的水工環地質問題采取相應的解決措施，為礦山地質勘查工作提供安全依據。目前礦山地質勘查中對水工環地質問題的預測主要依據專家經驗來判斷，這種方法準確性較低，完全依靠專家的個人主觀意識，對一些隱秘性較高的水工環地質問題不能及時預測判斷，在實際中進行會出現誤判和錯判現象。除此之外，目前針對水工環地質問題的所采取的解決措施針對性較低，沒有針對具體水工環地質問題給出相應措施，導致礦山地質勘查工作仍舊具有較大的風險，為此提出礦山地質勘查中水工環地質問題預測及措施研究。

1 礦山地質勘查中常見的水工環地質問題

礦山地質勘查中常見的水工環地質問題主要有山體崩塌、泥石流、地面塌陷以及地裂縫等，山體崩塌、滑坡、和泥石流這類水工環地質災害通常出現在地形崎嶇的礦區，山區的礦山由于一直以來的氣候環境影響和風沙雨水的長時間侵蝕下，是使得礦山極易發生山體崩塌、泥石流等危害[1]。并且在土質相對疏松且降水量相對集中的地區，土壤長時間被雨水的浸泡更易產生泥石流現象。地面塌陷也是較為常見的水工環地質災害，主要原因是由于人們長時間的不合理開采礦產資源所導致的，這一類水工環地質災害的多發地是在地質內部結構遭受嚴重破壞的地區，例如勘查地區、熔巖地區等[2]。由于人類長期不合理的勘查行為，導致地面塌陷的問題頻頻發生，如果不進行相應的措施加以制止，最終只會造成人類自身的生產生活受到限制。除此之外，導致地裂縫這一水工環地質災害的主要原因是地殼構造在發生位移以及人類的過度開發和大量地下水資源的浪費，造成部分地區出現地質裂縫和斷裂問題，進而對人類的日常生活帶來不確定的隱患。

2 礦山地質勘查中水工環地質問題預測

2.1 水工環地質數據采集

水工環地質數據采集是地質問題預測的首要步驟，水工環地質問題發生主要與勘查區域坡高、坡度、結構面發育情況、巖層性質以及水文地質條件等，因此采集的地質數據也主要為以上幾種。對于勘查區域的坡高與坡度數據的采集利用水平儀測量儀器即可，選取礦山勘查區域內坡度最陡和最大的地區，首先將測量儀器校準，以此保證水工環地質數據采集的精度，然后將測量儀器布置在礦山邊坡處，令測量儀器與地面持平，然后開啟測量儀器對礦山邊坡的坡度和坡高進行測量，最后對每個邊坡進行編號并且記錄各個邊坡的測量數據。

對于結構面發育情況、巖層性質以及水文地質條件數據采集利用雷達探測技術，首先需要根據礦山實際情況，設置雷達技術參數，包括天線中心頻率、測點間距、采樣率、時窗選擇等[3]。雷達天線中心頻率可根據探測目標深度和區域面積等因素計算，其計算公式如下：

公式（1）中，f為雷達天線中心頻率，單位為MHZ；s為勘查區域空間分辨率，即雷達能夠探測到的最小空間區域；w為相對介電常數。由于雷達測點間距由雷達天線中心頻率和地下介質介電特性決定，所以利用公式（1）計算得到的雷達天線中心頻率，根據Nyquist采樣定律計算雷達測點間距，其計算工程如下：

公式（2）中，L為雷達測點間距，單位為m；c為探測目標區域圍巖中波長。為了可以準確全面的采集數據，以天線中心頻率的四倍作為雷達的采樣頻率。設置完天線中心頻率、測點間距、采樣率，還需要對雷達時窗進行計算，其計算公式為：

公式（3）中，W為雷達采集數據的時窗；m為電磁波傳播速度；dmax為雷達需要探測深度最大值。結構面發育情況、巖層性質以及水文地質條件數據采集時，需要根據探測目標和實際情況對時窗進行設置，通常情況下需要在公式（3）計算的基礎上在增加25%，并且不同介質和深度，雷達時窗也會有不同的設置，下表為常見介質時窗設置表。

表1 常見介質時窗設置表（單位ns）

設置完雷達參數后，將雷達的信號發射天線和信號接收天線布置在礦山地質勘查區域的兩側，布置天線過程中發射天線和接受天線需要保持最少10m的距離，然后打開雷達電源，開始對礦山地質勘查區域水工環地質進行探測，利用雷達信號接收設備記錄到反射回來的數據信息，下圖為基于雷達探測技術的水工環地質數據采集示意圖。

圖1 基于雷達探測技術的水工環地質數據采集示意圖

發射天線將波形發射到礦山地表上，波形經過地表面折射，傳遞到信號接收天線，在該過程中波形會被各個檢測點的地質雷達設備所記錄，最后將其傳輸到信號接收器中，以此完成水工環地質數據采集。

2.2 水工環地質問題發生概率預測分析

將采集到的各項水工環地質數據進行量化，量化的目的是為了更方便計算出水工環地質問題發生概率，下表為水工環地質數據量化標準表。

表2 水工環地質數據量化標準表

按照上表對采集的水工環地質數據值進行量化，根據量化總值計算出水工環地質問題發生概率，其計算公式如下：

公式（4）中，P為礦山地質勘查中水工環地質問題發生的概率；E為水工環地質數據量化總值；O為水工環各項數據實際量化值。利用上述公式計算出礦山地質勘查中水工環地質問題發生的概率，概率越高則表明預測礦山地質勘查中水工環地質問題發生的幾率越大，以此完成礦山地質勘查中水工環地質問題預測。

3 礦山地質勘查中水工環地質問題解決措施

為了解決礦山地質勘查中水工環地質問題，首先以嚴格遵循綜合治理和預防為主的處理原則，盡可能的將礦山廢棄土地的生態恢復，實現廢棄土地資源在利用，利用植物的種植改善礦區土地酸堿離子。同時還要加強對水文地質環境的監控和管理力度，保證地下水平衡，嚴格控制礦山地質勘查中水工環地質問題的發生。對于礦山水工環地質問題的防護和治理，首先要對礦山整體進行仔細的水工環地質勘探工作，在明確了礦山區域內地殼的穩定性以及地形地貌特征后，建立科學性強的解決措施。

其次針對不同的水工環地質問題采取不同的解決方案，對于水工環地質災害中的地裂縫，主要的防治措施是以避讓為主。在實際的防治措施實施前，要加強調查測試的手段，準確的測量出礦山周圍建筑物與地裂縫之間的安全距離。對于已經對礦山周圍建筑物造成破壞的地裂縫，應采取對部分的建筑進行拆除以及地基特殊處理等手段。同時對于微破裂地裂縫水工環地質問題首先應該加強居民點、流域規劃，再加強巡查的力度，在找出陷落痕跡后，要進行及時的處理，以免產生陷穴。而對于已經存在的地裂縫，應當做好回填和夯實的工作，同時還要注意做好防水工作，避免地裂縫再次出現。對于水工環地質問題中的泥石流、滑坡等，應采取定期巡查監測預防措施，令專業人員按照監測計劃對該類水工環地質問題發生概率較高的區域進行監測，一旦發生異常現象，及時上報給上級單位，并且及時發出警報，告知礦山地質勘查人員以及周圍居住人員及時撤離，以此完成礦山地質勘查中水工環地質問題預防，進而完成礦山地質勘查中水工環地質問題預測及措施研究。

4 結束語

本文針對目前礦山地質勘查中水文地質問題預測及措施存在的問題，提出了相關的研究和分析，對傳統水工環地質問題預測技術進行了完善與優化，同時針對不同的水工環地質問題提出了合理的解決措施，為礦山地質勘查施工安全提供了技術保障，同時也有助于提高水工環地質問題預測技術水平，使礦山地質勘查工作可以安全、順利的開展。