試析礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中物探方法的應(yīng)用

梁 奔，袁 勝

（江西省地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究院，江西 南昌330096）

隨著我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)對(duì)能源需求量不斷提升，其中，煤礦及一些金屬礦山作為社會(huì)重要資源之一，保障礦物資源的合理利用與高效開采，滿足社會(huì)對(duì)礦產(chǎn)的需求，刻不容緩。然而，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的礦山勘查技術(shù)與設(shè)備相對(duì)落后，為礦山地質(zhì)災(zāi)害的有效勘查帶來較大難度，增大了礦山安全事故發(fā)生率，影響了礦山的開采效率[1]。基于此，加強(qiáng)物探法的應(yīng)用勢(shì)在必行。

1 礦山地質(zhì)災(zāi)害的危害、常見種類與表現(xiàn)特點(diǎn)

（1）礦山地質(zhì)災(zāi)害帶來的危害。在開采過程中，若礦山發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，將帶來嚴(yán)重影響，并威脅工作人員的人身安全。具體來講，礦山地質(zhì)危害表現(xiàn)在以下幾方面：其一，在采空區(qū)域，極易發(fā)生地面塌陷情況；其二，礦山經(jīng)過大量開采之后，礦系地層遭到破壞，大量地下水滲入礦井中，為礦井以及礦山周圍帶來嚴(yán)重污染，為作業(yè)人員與周圍群眾健康帶來威脅。

（2）地質(zhì)災(zāi)害的常見類型。縱觀我國(guó)發(fā)生的礦山地質(zhì)災(zāi)害，可大致分為以下種類：泥石流，地面塌陷，山體滑坡，地面沉陷，水土流失等。一旦地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，將嚴(yán)重破壞整個(gè)礦區(qū)，影響礦山后續(xù)開采，同時(shí)，也會(huì)為礦區(qū)周圍群眾的正常生活帶啦威脅。對(duì)此，相關(guān)人員應(yīng)重視礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害，積極采用物探法對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘查，有效預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

（3）礦山地質(zhì)災(zāi)害的表現(xiàn)特點(diǎn)。通常，不同層度、不同種類的地質(zhì)災(zāi)害，所表現(xiàn)的特點(diǎn)也不盡相同，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：其一，對(duì)于開采時(shí)間較長(zhǎng)的礦山，礦井內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生不同程度的空洞，空氣或坍塌物都能夠填充空洞。因此，在真空區(qū)域，會(huì)產(chǎn)生較低電阻。其二，在一定程度上，地質(zhì)災(zāi)害會(huì)破壞礦山的層次感與完整性，同時(shí)，在開采前后，礦區(qū)密度、彈性等也會(huì)發(fā)生明顯變化，極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害事件。其三，在礦物開采過程中，采空區(qū)域處于段隙發(fā)展過程，在這一過程中，將聚集大量差異性較大的氣體，導(dǎo)致礦山地質(zhì)災(zāi)害。

2 物探方法在礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中的主要特征

在利用物探法勘查礦山地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害呈現(xiàn)出幾種顯著特征，為礦山地質(zhì)災(zāi)害的確定提供了參考依據(jù)。常見地質(zhì)災(zāi)害特征有以下三點(diǎn)：第一，在利用物探方式勘查礦山地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，相關(guān)人員主要是通過觀察地下介質(zhì)層的彈性，密度，放射性等物性的差異，探究地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理，因?yàn)椋ǔＧ闆r下，地層呈現(xiàn)出一定的完整性、層次性，同一地層不同區(qū)域時(shí)，電性會(huì)出現(xiàn)明顯差異，同時(shí)，在頂板、底板與礦層巖性結(jié)構(gòu)作用下，地層會(huì)形成阻抗界面且具有較高穩(wěn)定性。其二，因社會(huì)對(duì)礦產(chǎn)需求不斷增大，礦山部分區(qū)域已經(jīng)被采空，通常，采空區(qū)作為段隙發(fā)育的過程，極易聚集氡氣。在物探方法應(yīng)用中，通過氡氣值域變化，勘查人員能夠準(zhǔn)確掌握采空區(qū)域大致范圍，降低地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與影響。其三，在已經(jīng)開發(fā)的礦層結(jié)構(gòu)中，若空間結(jié)構(gòu)出現(xiàn)連續(xù)性突破，一旦采空區(qū)域被空氣或坍塌物填充，采空區(qū)域電阻率將明顯升高。在勘查過程中，若發(fā)現(xiàn)電阻率增高現(xiàn)象，則可能存在采空區(qū)域或坍塌現(xiàn)象，以此降低礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。由上述特征可見，物探方法在其中發(fā)揮了重要作用，使相關(guān)人員準(zhǔn)確掌握礦山地質(zhì)災(zāi)害，為地質(zhì)危害的有效控制奠定了基礎(chǔ)。

3 礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中物探方法的應(yīng)用

在礦山地質(zhì)災(zāi)害控制中，為準(zhǔn)確勘查地質(zhì)災(zāi)害，物探法被廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。因?yàn)椋锾椒ǖ膽?yīng)用，能夠清晰掌握礦山內(nèi)部礦產(chǎn)情況，更好了解地下狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生礦山地質(zhì)問題時(shí)候，能夠更快采取措施，有效控制地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，降低成本損失，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。然而，在物探法勘查底層時(shí)，應(yīng)選擇高新技術(shù)，并保障探求情況與實(shí)際情況相符，充分發(fā)揮物探法的精確性。下文對(duì)常見物探法的應(yīng)用展開探討。

（1）高密度勘探法的應(yīng)用。在礦山地質(zhì)災(zāi)害勘探中，高密度勘查法作為一種新型物探方法，有操作便利、工作量小、準(zhǔn)確性高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用在勘探工程中，并取得了良好效果。

在礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中，高密度探測(cè)法的應(yīng)用，通過兩個(gè)電極向地下輸送電流，預(yù)設(shè)電極兩端出現(xiàn)電位差，相關(guān)人員可直接利用公式，得出不同測(cè)量點(diǎn)的電阻率值，并準(zhǔn)確繪出二維電阻率斷面圖。如此，相關(guān)人員能夠通過數(shù)據(jù)計(jì)算與斷面圖，判定參數(shù)突變位置，以此判定冒裂帶、地層異常帶等災(zāi)害具體發(fā)生區(qū)域，甚至于，能夠精確掌控地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展趨勢(shì)時(shí)縱向或橫向發(fā)展[2]。如此，控制礦山地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，因?qū)Φ刭|(zhì)災(zāi)害的精確掌握，災(zāi)害控制力度明顯增高。

（2）地面同位素測(cè)氡技術(shù)的應(yīng)用。在礦山開采過程中，因外力影響，地下地質(zhì)極易被破壞，對(duì)巖石內(nèi)的氡氣產(chǎn)生一定的聚集作用，導(dǎo)致氡氣聚集到地質(zhì)被破壞的區(qū)域。地面同位素測(cè)氡技術(shù)的應(yīng)用，通過在地面上測(cè)定氡氣的聚集濃度，可準(zhǔn)確圈定采空區(qū)域大小與所在位置。同時(shí)，根據(jù)氡氣峰值狀況，相關(guān)人員能夠準(zhǔn)確判定熔巖陷落柱位置、范圍，有效降低了礦山地質(zhì)危害的發(fā)生。另外，在地下水運(yùn)行、底層出現(xiàn)裂隙時(shí)，氡氣會(huì)由地下遷移到地表，通過地面同位素測(cè)氡技術(shù)，能夠間接了解地下裂隙情況與地下水運(yùn)行情況，以此掌握可能存在的礦山地質(zhì)災(zāi)害。

（3）放射性勘探法的應(yīng)用一般情況下，地質(zhì)狀態(tài)復(fù)雜性較強(qiáng)，上述方式并不能完全反應(yīng)出地質(zhì)狀況，地質(zhì)危害難以全面控制，對(duì)此，積極應(yīng)用放射性勘探法，能夠得到較好的效果。因?yàn)椋派湫裕硎玖丝碧椒ň哂休^強(qiáng)的穿透能力，相關(guān)人員能夠通過該種方法準(zhǔn)確把控地下情況，有效避免礦山地質(zhì)危害的發(fā)生。注意：在該種勘探方法應(yīng)用時(shí)，因地下存在放射性物質(zhì)，為避免檢測(cè)結(jié)果受到影響，檢測(cè)使用的放射性物質(zhì)應(yīng)區(qū)別于實(shí)際放射性物質(zhì)。如：在利用亞元素勘查地下情況時(shí)，應(yīng)首先對(duì)檢測(cè)區(qū)域額亞元素進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)，選擇合理方位進(jìn)行勘探，保障勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性，保障了地質(zhì)危害的有效控制。經(jīng)過應(yīng)用表明，放射性勘探法應(yīng)用于裂縫勘探時(shí)，效果最佳。

（4）三維式與二維式地震勘探方法的應(yīng)用。在利用三維或二維式地震勘探法勘查礦山地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，主要是利用勘探法的高分辨率、精確空間歸位、高信息量、信噪比等，結(jié)合勘查區(qū)域的地球物理特質(zhì)地形地質(zhì)條件等，精準(zhǔn)判定礦山地質(zhì)災(zāi)害。通常，對(duì)礦山地質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，多利用點(diǎn)震動(dòng)器敲擊地面，通過聲波震動(dòng)周期與幅度的記錄，得出準(zhǔn)確的地震數(shù)據(jù)，進(jìn)而掌握開采層中可能存在的地質(zhì)災(zāi)害。

4 總結(jié)

隨著礦山地質(zhì)災(zāi)害的勘查技術(shù)不斷發(fā)展，物探方法的應(yīng)用效果顯著，客觀準(zhǔn)確的對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估，有效控制了地質(zhì)危害發(fā)生概率，推動(dòng)礦山的順利開采，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)前，在對(duì)礦山地質(zhì)災(zāi)害勘查中，常見物探法主要有高密度勘探法、地面同位素測(cè)氡技術(shù)、放射性勘探法、三維式與二維式地震勘探方法等。有效保障了相關(guān)人員對(duì)開采層的精確掌握，地質(zhì)的勘查效率明顯提高，推動(dòng)了我國(guó)礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。