對提升礦山采空區調查規范的若干建議

■ 姚改委/白 楠/周亞濤

（河南省有色金屬地質礦產局第六地質大隊，洛陽 471002）

0 引言

隨著全球經濟的回暖和我國城鎮化建設的提速,對礦產資源的開發利用出現了前所未有的需求增長。礦山開采會形成地下采空區。由于采礦方法、管理措施等不同，采空區會有多種結構形態，可能導致礦震、空氣沖擊波、突水、巖爆、地面塌陷等多種形式的災害。出現一些危險信號后，會導致采空區上方覆蓋的巖層失去支撐，原來的平衡條件被破壞，致使上方巖層產生移動變形，直到破壞塌落，最后導致地表各類建筑物(包括線路、橋涵等)變形破壞，甚至倒塌；另外也會造成地表大面積下沉、凹陷，破壞大片農田。

準確了解礦山采空區的情況,對以后的二次開發和綜合治理意義重大。必須對礦山采空區進行詳細的調查工作。礦山采空區調查，主要有測量調查、地質調查、環保調查、水文調查、工程調查、地質災害調查等，制定調查相關規范是非常關鍵和重要的。

1 礦山采空區調查方法現狀

目前我國對于礦山采空區的調查，還沒有統一的規范和要求，管理非常混亂。相應情況下，所采用的方法手段形式不一，由此取得的數據的權威性就有待驗證。各個部門和單位對于礦山采空區調查工作的要求，所需要的技術手段也相差很多，目前主要有以下八種：

1.1 地面調查

這種方法主要依據井下采空區在地應力的作用下引起地面塌陷、地裂縫等跡象，進行采空區地面地質調查工作。其主要任務是利用手持GPS機、測繩、羅盤進行地面塌陷區或地裂縫定位，實測其分布范圍，然后在井田地形圖上進行標識。對于古空區，由于年代已久，地面塌陷區、地裂縫跡象已被風化、剝蝕，一般采用民間采訪等手段，這種方法只能調查老窯大致位置，無法了解下面的具體情況。

1.2 地面電法

地面電法從目前技術發展情況看，主要采用高密度電法和地面瞬變電磁法等手段探測。

高密度電法是直流高密度電阻率法，集中了電剖面法和電測探法的優點。主要優點是電極可以一次完成布置、減少電極設置引起的故障和干擾、可以多排進行測量、獲得豐富的電斷面信息等。另外采集數據實現自動化，避免手工操作誤差，提高效率。

地面瞬變電磁法對于煤礦礦井下采空區的探測，是比較成熟的技術手段。

1.3 地面地震映射法

地震映射法采集速度快，抗干擾能力弱，勘探深度有限。

1.4 地面瞬間瑞雷波法

這種方法能夠有效探測達80m，在30m內，能夠確定空區的分布范圍和頂板埋深，適合各類型采空區，探測精度較高；深度超過30m，由于受頻率限制，頻點較稀，異常不易分辨，探測精度低。

1.5 激光3D法

該法作為三維模式，可以建立采空區的空間立體模型，直觀分辨率高。但由于需要鉆孔，所以探測周期長，勞動強度大，容易受環境影響，探測深度有限。

1.6 極坐標法

該方法使用的儀器是無標尺激光全站儀。原理是將激光照射到無法到達地方的鏡面上，通過返回的光測定測站到待定點的距離，再按照測站到待測點的坐標方位角和天頂角計算出該點的平面坐標和高程。

1.7 前方交匯三角形解算法

前方交匯三角形解算法是根據現場條件，利用數學方法解算三角形求出待定點的平面坐標和高程。即用經緯儀測定三角形的兩個內角和三角形的一條邊，用正弦定理計算出另外兩條邊的邊長，再用極坐標的計算方法求出該待定點的平面坐標和高程。

1.8 地探雷達法

地探雷達法是在探測淺部地層介質時，具有比地震波法更高的分辨率而且具有經濟、非破壞性、快速的優點。

以上調查方法存在著共同的弱點，就是在管理方面、數據采集的準確度方面、面對深部和復雜礦山采空區如何提高分辨率方面，還有采用的技術手段方法方面、所花費的費用方面等等，都與現實情況存在著很大差距。

2 礦山采空區調查新方法探討

筆者通過人工加儀器這種新的調查手段和方法，成功完成了河南省鎮平縣楸樹灣銅鉬礦區北坡的礦山采空區調查和坑道編錄工作，并提交了相應的調查報告，取得了很好的效果。這種方法不僅在管理上可行，同時也節約了大量的資金，更重要的是獲得了準確的礦山采空區的第一手資料。利用以上的測量手段和方法價格昂貴，條件局限性強，特別是那些較深的、多中段、采空區密集的地方，上述儀器是很難分辨出來的，達不到預期的調查工作目的。我們利用人工加儀器的方法對河南省鎮平縣楸樹灣礦區所謂的“七層樓”坑道內的采空區進行調查，完全清楚地測繪出來。這是以往任何的測量調查方法都做不到的。

需要強調的是，這種新方法，人工占有主導地位，儀器能夠到達的地方，人工必須去復核。在人工到不了的地方，則需采用手持GPS或者激光全站儀等輔助儀器進行測量。

2.1 收集礦山采空區資料

收集采空區資料要求參與礦山采空區調查的有關地質技術人員，必須對礦山采空區地質調查的礦區及其周邊進行全面了解，詳細收集盡可能多的資料。這些資料包括礦山采空區所在礦山以往開展的地質、測量工作，歷史開采情況和目前的工作條件，安全現狀，工作環境。開展地質工作需要收集的資料有礦山采空區所處的地理位置、地層層位、地質構造、巖石結構等。

2.2 礦山采空區現場踏勘

這一階段需要地質技術人員必須到所要進行調查的礦山，結合當時礦山及周邊地區的實際情況，針對采空區調查內容所涉及的方方面面進行現場實地勘察，詳細了解所要進行調查的采空區的實際現狀，摸清工作條件和作業環境，包括采空區所處地理位置、地層層位、地質構造、巖石結構、穩固程度、規模大小、形態形狀等。

2.3 確定調查施工方案

地質技術人員在完成現場踏勘后，綜合地質調查各方面的實際情況，全面認真、仔細地研究，盡快制定出符合實際情況的礦山采空區地質調查施工組織方案。利用該方案來指導下一步的礦山采空區的地質調查編錄工作。施工方案中針對不同的采空區情況，制定出相應的技術、安全保障措施，采用不同的手段和方法，在確定利用地質調查手段作為主要手段和方法的同時，如果條件允許的情況下，還可以采用其它的手段和方法，比如說鉆探、地球物理勘探、遙感、現場編錄等。

2.4 礦山采空區地質調查手段和方法

施工組織調查方案確定以后，參與調查的地質技術人員一定要按照施工組織方案開展工作。

目前我國還沒有專門針對礦山采空區調查的相關規范、手段和方法。多采用以上列出的幾種手段和方法來確定礦山采空區的空間分布情況。一般情況下利用地球物理勘探、遙感，理論上是可以調查清楚的，但是實際上地下情況復雜多變，僅僅靠上述手段和方法很難真實地反映礦山采空區實際情況，采用人工實地調查、其他手段輔助的方法，在安全方面可能存在著極大的風險，但是，對于調查所取得的結果來看，其可信度比較大。

礦山采空區調查中采取的主要還是依據坑道編錄的相關手段和方法，在開展采空區地質調查編錄前，要區分好礦山采空區的形狀，比如說，是圓球體、橢球體、圓錐體、立方體還是長方體等。然后，根據確定好的形態，有目的地去收集相關的參數數據。

礦山采空區進行地質調查時，主要使用的工具有手持紅外線測距儀、皮尺、羅盤、地質錘、記錄本、油漆、繪圖工具等。輔助儀器就是激光全站儀等。

2.5 調查工作自檢互檢

為確保礦山采空區調查工作的質量，開展自檢互檢工作非常重要。現場不僅要派專職質量和安全檢查技術人員長期跟蹤調查過程，進行自我檢查，還要不定期地邀請有關專家對已經完成調查手段、方法及成果進行檢查。對在自檢互檢及專家檢查的過程中所提出的問題，參與調查編錄的技術人員一定要在現場及時修改；對于一些調查手段和方法上的原則問題，只要影響調查結果和工程質量，就必須返工。

2.6 原始資料整理

原始資料整理是一個非常繁瑣復雜的工作，但又是一項非常重要的工作。在整個原始資料的整理過程中，不僅要求所有參與項目調查的地質技術人員，對收集的資料和現場調查編錄的原始資料進行詳細的匯總，而且要邀請一些專家進行現場指導，分類整理。這個工作階段整理出來的最后資料成果是全方位的，不僅包括所調查的采空區的平面形態，還要有立體形態；圖件有地質平面圖、勘探線剖面圖、采空區平面、立體分布圖、采空區縱投影圖等；表格有樣品統計表、資源量估算表、采空區調查情況一覽表等。特別是對于那些跨度比較大、形態復雜的礦山采空區，地質調查工作更要詳細、認真，并對其中存在的構造、礦化、礦體產狀、形態等仔細研究分析整理。

2.7 提交調查報告

經過以上步驟的調查工作，參與礦山采空區調查人員應該按照相關的技術規范要求，將整理好的所有原始資料和綜合資料、綜合數據進行系統整理，編制成冊，提交所在礦山采空區地質調查報告，經有關專家進行評審和提交相關主管部門備案后,供需要的單位作為參考。

3 對完善礦山采空區調查規范的建議

目前國內對于礦山采空區的調查工作還處于初期階段。為了能夠對礦山采空區的調查工作更加經濟、有效，建議如下：充分發揮并推廣人工加儀器這樣經濟實惠、高效準確的方法；加強礦山采空區調查工作的規范化管理；制定礦山采空區調查行業統一規范；加大采空區探測儀器精度的開發研究工作；完善安全機制。

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