水工環地質在礦山地質災害活動中的應用

孫國良

（江西省核工業地質調查院，江西 南昌 330038）

隨著社會和經濟的迅速發展，各類礦產資源的開采越來越多，為人民群眾的生產﹑生活提供了方便，但也造成了自然生態環境的破壞，礦山及其周邊自然災害頻繁發生，這就需要我們在礦產勘查工作中詳細分析可能出現的水工環地質災害，并提出相應的對策。由于工程技術﹑科技裝備的不斷發展，水工環地質在工程中的應用日益受到重視，水工環地質在工程建設中的重要性日益凸顯，能夠提前預警，為相關的設計者提供相應的對策。

1 常見礦山地質災害及其特點分析

1.1 崩塌、滑坡災害

崩塌﹑滑坡是一種典型的地質災害，主要是由地質構造的改變引起的，當山體表面的土層太過松軟無法承受壓力或者被雨水沖刷，就會發生滑坡等災害。降雨誘發斜坡變形破壞的機制是：降水滲流引起斜坡巖土嚴重增加，巖土軟化，滑帶巖土強度降低，裂縫注水水楔作用，斜坡內地下水形成或上升后產生的浮托作用，斜坡內水力梯度所產生的滲壓作用，或由于受壓水作用而產生的孔隙水壓作用。巖土的破壞方式有：塑性流動﹑平推滑移﹑楔形沖出﹑崩塌﹑崩塌等。塌方對地表的影響很大，主要是由于施工工藝的不合理，導致了不同地區的地質構造受到了嚴重的破壞，導致了地表的崩塌。同時過度的開采當地的資源，一旦開采完畢，就不能進行有效的治理，就會造成當地的工程建設出現不合理的問題，引起地表塌方，尤其是在喀斯特地區更是如此。

1.2 泥石流

坡面式泥石流是一種由局部地區的臺風和局部暴雨引起的坡地迅速飽和的液體液化，使坡地的土體迅速向下流動。坡面泥石流具有以下特征：一是規模較小，但多點成片；二是通常發生在幾百到幾千公里的范圍；三是坡面上的疏松堆積層逐步飽和，基巖較低的表層被阻擋了水分，兩者之間的接觸帶出現了滲透滑移帶；四是在同一地段發生崩塌－滑坡－泥石流連續變化的“鏈式”反應；五是單一的損傷較少，群體的整體傷害較大。堆積體滑坡體是由天然或人工引起的崩塌或松散的巖石堆積體，由于雨水過大，在坡面上會先發生溶脹，形成塑流型滑落或滑落，進而在坡面上反復沖刷，形成進行性的溝槽塑形和溝道沖蝕型泥石流。地震引發的崩塌滑坡碎屑流堆積體或自然或者人為堆積的巖土體處于松散欠壓密﹑欠固結狀態，在連續的強降水作用下，會產生這種類型的泥石流，本質上是一種新的坡面的沖溝成型問題。

1.3 地震

由于在采礦中原有的應力平衡被破壞，在一定程度上形成了一個高應力集中區域，當觸發條件達到一定程度后，就會迅速釋放，造成中﹑小地震。通常發生在兩個板塊的交界處，比如江西，因為地處大陸斷裂的邊緣，礦脈的開采很有可能會引發地震。地震是一種突發的地質災害，即便是最先進的現代探測儀器，也很難做到準確的預警。地震可以分成幾個級別，一般級別越高，地面的破壞力也就越強，如果是在山區那么很可能會引發一系列水工環地質災害，比如泥石流，比如山崩。礦山開采造成的滑坡﹑崩塌﹑泥石流等地質災害，在一些地勢較陡的山地經常會出現，原因是長期受到風沙﹑降雨和氣候等因素的侵蝕和影響，泥石流﹑滑坡﹑滑坡的發生概率會大大提高，尤其是在土質疏松的地方，在降雨密集的季節，泥石流很有可能會發生泥石流。

1.4 地裂縫

地裂縫是一種具有較強破壞性的區域性地表斷裂，其產生與地下水的利用系統有著密切的關系，當地下水開采計劃不合理時將會造成大量的地下水流失，影響到整個地區的穩定，導致地裂縫的產生。

2 水工環地質勘探技術的研究

2.1 GPS技術

GPS是一種常用的定位技術，被廣泛用于水工環地質勘探領域，大大提高了勘探工作的效率，減少了勘探工作的難度。GPS需要三顆人造衛星來進行全球地質調查。在應用中首先要在被測量區域內設置無線電信號傳輸設備，在參考站點上安裝GPS接收機，接收到來自衛星的信號，接收端采集相關的數據，并將其進行數字轉換，得到所需要的真實坐標。目前在水工環地質勘探中得到了廣泛的應用，而且可以節省人力和時間，使得測量結果更具時效性。GPS是利用衛星的位置來精確地探測地質地區，在探測的地區設置接收設備，GPS接收機安裝GPS接收機，將采集到的信息全部同步到測量設備的前端，再由計算機技術將其顯示出來。

2.2 GPR技術

GPR技術是指利用電磁波來傳送資料的地質雷達技術。GPR技術的實施要求在地面布置發射天線，將電磁信號通過天線發送到地面，再利用聲波的原理來探測地下建筑。GPR技術相對于GPS技術具有更高的自動化﹑更能獲取更多的圖像信息，在探測地層厚度﹑測量基巖起伏等方面有著廣泛的應用。無人機遙感技術是一種以衛星為基礎，利用衛星遙感技術，利用CCD數碼相機﹑輕型光學相機﹑合成孔徑雷達等，無人機的遙感系統主要由微型數碼相機組成，與傳統的航空攝影技術相比，微型數碼相機所采集的影像具有更強的針對性，并且具有較大的影響量，可以實現幾何模式的輻射修正，還可以通過自動識別﹑快速拼接來提高影像質量和飛行質量。當前，應用無人機遙感技術對礦山地面坍塌進行監測，其準確率僅為0.1m，難以對淺層裂縫進行識別；目前，地面裂縫的判讀主要是依靠手工視覺判讀，而以計算機信息為基礎的分類法還沒有得到很好的應用；由于對綜放工作面地面塌陷發育規律的認識尚不清楚，也沒有應用無人機遙感技術進行地表沉降等地表位移參數的研究。為此，如何提高無人機遙感圖像的分辨率﹑建立適用于礦山塌陷裂縫的信息抽取模型，并在無人機的輔助下，充分了解地面塌陷的發展規律，并通過遙感圖像直接進行地下沉值的估算，是目前煤礦地面塌陷地質災害監測亟待解決的問題。首先，要建造一座特殊的發射天線，接收電磁信號，并通過聲波探測原理，對整個地質構造進行全方位的探測。GPR技術采用的是節點法，因此測量的范圍不如GPS，在某些方面還不夠完善，但是這種方法具有較高的采集速度﹑較高的自由度和較好的可視化效果。由于受測量區域的限制，這種方法的適用范圍有限，適用于測量厚度較大的基面﹑斷層等，以水工環地質勘探為基礎，對建筑物進行了基礎地質勘察，對水庫進行了勘察。

2.3 TEM技術

TEM技術又名瞬變電磁技術，是一種與航天探測有關的技術，由于其特殊性目前還沒有得到廣泛的推廣與普及。水工環地質可以根據這種方法對其進行性能優化，提高測量的效率。TEM技術更像是一種導引技術，利用電磁裝置作為信號的接收器，利用回路導流的方式將電磁波轉換成脈沖，而電磁波的感應位置不太穩定，在勘探的時候，如果碰到一些不穩定的材料，很可能會引起二次旋流場，因此要對地質狀況有一個大致的認識，不能直接進行測量。

2.4 RTK技術

RTK技術是一種基于GPS原理的實時動態差分法，它具有較高的穩定性，測量結果的準確度可以達到毫米級別，通過對數據進行準確的監控，可以減少衛星的誤差。在水工環地質災害預報中利用流體設備來實現對其進行可視化處理，并對其進行可視化分析。

3 礦山地質災害調查與預防案例分析

某地區占地16km2，由于長期的開采，造成了嚴重的地質災害，對人民的生產和生活造成了極大的威脅。本文就該課題在實際工程中的應用進行了以下幾點分析。

3.1 影像獲取

地質災害的成因往往與地質構造密切相關，因此對水文地質﹑工程﹑環境地質狀況的研究是分析地質災害成因的前提和依據，并對相應的防治措施進行了探討。由于水文地質﹑工程地質﹑環境地質等關系十分緊密，在進行地質災害防治時必須對有關地區的水文地質﹑工程地質﹑環境地質等進行深入的研究，為進一步研究有關地區的地質災害狀況和綜合防治提供有力的依據。水工環地質是研究地質災害成因的重要依據。不同的地區，地質構造和地形都會有很大的不同，這就導致了水文地質﹑工程地質﹑環境地質等方面的差別。地質災害的發生往往可以通過對有關區域的地貌特征﹑地質構造等方面的研究，進而確定其成因。對水文地質﹑工程地質及環境地質狀況的研究，是找出地質災害成因的重要依據。同時有關地區水文地質﹑工程地質﹑環境地質變化的過程，也能很好地反映地質災害的成因。在對其成因進行全面認識的基礎上，對其進行及時的控制和控制提供了充分的基礎。綜合分析了煤礦地質災害勘查技術在煤礦地質災害勘探中的應用。采用固定翼無人機航拍系統采集礦區的遙感圖像數據，選用DB-II型，采用佳能EOS5Dnark II對焦數字攝像機，并將其用作感應器。根據尺度和遙感技術的要求，確定了地面分辨率參數為0。10m，絕對航高3050m，相對航高550m。這一次的遙感影像拍攝，共拍攝了21條航路，其中航向和側向交迭率分別為70%和40%，航路為220m，曝光時間為70m，航程140公里，共獲取了1762幅遙感影像。

3.2 數據處理

利用航拍和相控結果，利用全數碼照相技術，利用Picel Grid軟件，進行空間三次測量，并產生1:1000的面積面積正射圖像。資料的處理過程包括：第一步資料準備；第二步空三加密；第三步建立三維模型；第四步核線圖像的產生；第五步比對前處理；第六步比對結果的編輯；第七步DEM的產生；第八步DOM的產生；最后一步成果的檢驗。

3.3 地質災害的遙感解譯

采用了數字正射圖像，并對其進行了初步的分析。通過ArsGIS軟件的分析，建立了識別標記，并進行了初步的解釋。通過實地考察和確認，得出最后的結果。其工作步驟是：首先制作正射圖像及有關數據；然后對數據進行分析，建立遙感識別標記；其次進行初步解釋；對初步解釋結果進行詳細的解釋和修正；最后對翻譯結果進行全面的分析，并將結果輸出。根據該地區的地質背景數據，確定了該地區的主要地質災害類型有：滑坡﹑不穩定﹑坡度等。

3.4 勘探成果

在礦山地質災害勘探中進行遙感解譯，主要是利用圖像的空間和頻譜特征，并結合非遙感數據，依據有關的生物學規律，進行綜合分析和邏輯推理。本次勘探工作，地質災害遙感解釋，是根據調查地區各種調查數據，利用Arc GIS平臺，利用遙感圖像進行人工視覺解譯，共識別出32個滑坡，9個未確定坡度，38個地裂縫，19個地表塌方，1個土石流，13個廢渣，5個煤矸石。

4 水工環地質的主要問題

4.1 不重視水工地質勘探

水工環地質勘測工作涉及的問題很多，而且很繁瑣，投資也很大。但許多管理者并未對此有深刻的認識，在實際勘測中往往不注重水工環地質勘探，以求取得更大的經濟效益。水工環地質勘測中由于資金投入不足，以及各種因素的制約，給工程施工帶來了諸多不便。在我國水工環地質勘探的發展過程中水工環地質勘探工作仍然是一種傳統的工作方式，缺乏全方位的創新性發展，缺乏專業化，給國內的勘探工作帶來了很大的困難。

4.2 調查成果轉換不充分

在我國的城市建設和經濟發展中必須對調查工作進行真實﹑可靠的調查，保證調查結果與實際情況相符。但是，從現實出發，水工環地質勘探的生產與研究成果難以在實踐中充分發揮其應有的作用，缺少對其進行必要的推廣，影響到水工環地質勘探的社會經濟效益和其具體應用。當前水工環地質勘測工作中為了保證測量資料的真實﹑準確，必須對測量資料的資料進行整理。一些勘探者對現場勘查工作不夠重視。由于數據信息的精確化，不能準確﹑全面地統計和分析數據，在實際應用過程中由于缺乏真實的數據，造成了很大的安全隱患。

4.3 對勘測工作的監督不足

水工環地勘工作的首要任務是及時發現問題，特別是對專業的勘測，要充分考慮到環境因素的影響，確保水工環地質工程施工的全過程監控和勘探管理。但是，在現實中由于某些因素的影響，使得監理工作沒有做好，最后造成了勘察成果和質量不能達到預期的效果。

5 水工環地質有效應用的對策

5.1 明晰水文地質調查的目的

水工環地質勘探的先決條件是：要對勘測工程進行全面的分析和預測，要有一個清晰的計劃，要讓勘探者有一個明確的職責，在勘測的同時還要降低水工環地質災害的風險，提高工程的綜合經濟效益。

5.2 加強思想意識，增加投資

水工環地質要提高對水的認識，必須把水工環的勘探工作提到戰略高度，重視水工環的復雜地質特征，加強水工環地質數據的收集，保證水工環地質工作的順利進行。要加強對勘探隊的經費投入，使勘測隊伍整體素質得到全面提高。只有全面提升專業隊伍的訓練，確保整個工程環境的效果，才能保證水工環地工程的順利進行。在水工環境開發中由于是在野外進行的，勘測單位要加大對水工環勘探工作的支持力度，以保證勘探人員的工作需要，防止出現大量的人才流失，保證水工環的可操作性和積極性。未來水工環地質勘探工作將會把GIS﹑遙感﹑地球物理等新技術和新技術運用于水工環地質勘探中通過GIS的應用，可以對整個區域的地理數據進行綜合調整，提升整個勘探的效果。遙感技術能夠精確地評價地質環境的發展趨勢，并運用計算機建模方法，對各種因素進行指導，使其更為精確。RS系統的使用，能實現多個動態的監控，綜合調查水文地質，協調自然災害。地球物理勘探技術可以對大量的資料進行處理，避免對周圍環境產生不合理的影響，在地球物理勘探技術中前期投入是十分重要的，只能起到很好的改善作用。

5.3 水工環地質控制的不斷加強

在實施水工環地治理的過程中應著重解決水文地質﹑工程地質﹑自然地質等方面的問題。由于工業的迅速發展，對水資源造成了嚴重的污染，特別是對地下水的過度掠奪，勢必會對水生態系統造成很大的破壞，應大力發展工業用水，完善水系統，為有關部門提供科學依據，以推動水生態環境的快速發展。在工程地質環境管理中由于其隱蔽性和工程地質治理的復雜性，應積極開展對潛在的自然災害的綜合分析，如地震﹑滑坡﹑泥石流等。在工程建設中要著重分析和協調工程地質環境，并采取相應的對策。在水工環地質調查過程中必須建立一套完整的野外數據采集系統，以確保測量結果的真實性和可靠性，為以后的工程建設管理工作提供依據。最后，要充分認識到與自然地質環境有關的問題，防止發生嚴重的自然災害，而在地質勘探工作中環境地質問題是一個十分重要的環節，必須對地質環境做出正確的判斷，并能滿足人們的實際需要，才能保證其發展。主要是針對地區的環境問題，以提升環境保護的總體成效。在進行水文地質勘探時必須對勘測工作的精確性﹑精確性給予充分的關注。保證了水工環地質勘探工作綜合效益的提高。

6 結語

隨著社會的迅速發展，環境損害問題日益凸顯，其危害程度既對生態環境構成了威脅，又使其頻繁發生。我國主要的地質災害有地面塌陷﹑滑坡﹑泥石流﹑地面塌陷﹑地裂縫等。地質災害多，往往會造成不良的影響，如何有效地有效地防治地質災害，就成為一個十分重要的問題。水工環地質在地質災害防治中的運用應針對其機理，制定相應的防治措施，提高其實際運用效果，減少其破壞。水工環地質調查技術在災害防治中提高工作效率，顯示出更好的適用性，同時也為防治地質災害提供了有效的數據支撐，提高了防治工作的有效性和針對性，有效地控制了地質災害的損失。