基于物探磁法的礦山地質災害預測研究

（甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730000）

由于礦山的地質變化情況越來越難以掌握，礦山地質災害發生的特征呈現出多樣性以及復雜化的趨勢[1，2]。針對礦山地質災害預測是有效預防地質災害的重要手段，而礦山地質災害預測系統成為了有關部門的調研重點。在我國，針對礦山地質災害預測系統的研究中，盡管研究起步較早，在實際應用中存在預測精度低的問題，導致研究普遍存在局限性，很難在真正意義上實現礦山地質災害精準預測[3]。物探磁法的出現恰好解決了出現的問題，物探磁法具備一定的空間數據基礎表現能力，主要在計算機設備與良好運營環境的支撐下，采集相關磁性數據，并根據磁異常的表達特征對其實施有序的數據管理、運算、分類等功能。目前，物探磁法已經廣泛應用到各個領域中，尤其是在地質勘探中占據首要位置。因此，本文進行基于物探磁法的礦山地質災害預測研究，并通過分析其在實際當中的應用情況，證明應用的有效性。通過將物探磁法應用在礦山地質災害預測方法設計部分，致力于為礦山地質災害預測方法的優化設計提供更加廣闊的發展空間。

1 物探磁法

物探磁法指的是以礦石中的磁性特征為基礎，分析磁性特征之間的具體差異。物探磁法作為一種地球物理勘探方法，能夠通過地磁場變化特征判別礦石的特征。根據物探磁法的特性，只要是針對地下含有磁性礦物的各種巖石以及其他磁性物體，都可以通過物探磁法測量出具有不同的剩余磁性以及感應磁性。這些剩余磁性以及感應磁性很容易造成程度不同的磁場異常，疊加在正常的地磁場上。通過物探磁法使用儀器對剩余磁性以及感應磁性進行測量，能夠有效獲得地面磁異常的特征情況，從而勘查礦石地質信息，致力于實現地質勘查的目的。根據物探磁法對勘查相對均方誤差的要求，勘查相對均方誤差不能超過0.8，否則就會被視為無效勘查[2]。物探磁法主要用于對弱磁性礦物的勘查以及隱伏磁性體在地表產生的弱磁異常研究等工作，適用于勘查、找礦、預測等多領域中。

2 基于物探磁法的礦山地質災害預測方法

基于物探磁法的礦山地質災害預測方法整體流程，如圖1所示。

圖1 礦山地質災害預測方法流程圖

結合圖1所示，下文針對圖中3步主要流程進行詳細研究。

2.1 物探磁法劃分礦山地質災害易發分區單元網格

本文利用物探磁法，劃分地質災害易發分區單元網格。根據物探磁法的基本應用原理，將每個單元面積為設置為1km×2 km×3km×3km。使用儀器對網格中的磁性物體進行物探，基于物探磁法查明礦山地磁場變化特征，將地磁場變化特征以矩形陣勢進行排列。設排列后的地磁場變化特征矩形陣記為(X,Y)，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，n指的是基于物探磁法測量得到的地磁場變化信息特征值；i指的是地磁場變化信息維數；h指的是預測時刻；a指的是實際地質橫坐標；b指的是實際地質縱坐標。通過公式（1）得到排列后的地磁場變化矩形陣，進行單元格重組劃分，設置變量系數，提取礦山地質災害預測數據，地磁場變量系數越高證明礦山地質災害發生的幾率也就越高。本次劃分礦山地質災害易發分區單元網格必須遵循以下三點原則：第一點是平面網格系統劃分采用國際上認可度高的角點網格系統；第二點為平面網格系統劃方向與主模擬層斷層方向保持一致；第三點為表層模型中儲層平面非均值性差異，保證兩口鉆井相隔之間至少有三個空點網格[3]。以此為標準，映射礦山地質災害預測數據到礦山地質災害易發分區單元網格中，為下文計算礦山地質災害預測映射誤差提供依據。

2.2 計算礦山地質災害預測映射誤差

由于礦山地質災害不確定因素大的特點，在映射礦山地質災害預測數據的過程中，必然會產生映射誤差[4]。為確保礦山地質災害預測映射誤差能夠通過修正系數進行改進，且過程中不會出現權重比例失調的情況出現。將礦山地質災害預測映射誤差設為MSE，可得MSE的計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，r指的是礦山地質災害預測映射態勢值；D指的是礦山地質災害預測特征維數。剔除計算得出的映射誤差，提高礦山地質災害預測映射精度。

2.3 預測礦山地質災害

將剔除映射誤差后的礦山地質災害預測數據按變量權重大小與礦山地質圖像信息進行集合，實現礦山地質災害預測的數據疊加[5]。以數據為依托，構建礦山地質災害預測方程式為，則其計算公式，如公式（3）所示。

在公式（3）中，γ指的是預測經驗概率系數，可依賴于地理坐標。通過公式（3），得出礦山地質災害預測結果，實現礦山地質災害預測方法的預測功能。

3 實例分析

3.1 實驗準備

選取某礦山地質作為實驗對象，根據礦山實際地質情況，采樣點數為28600，背景噪聲為30dB。設置預測的時間間隔為5min，本次實驗在Matlab軟件平臺上進行，針對本文提出的預測方法與傳統預測方法均采用相同的網絡環境以及設備參數，該實驗平臺在系統內存為IntelCore6-280 64GB，操作系統為Windows2020.VS2018CPU，內置X2500中央處理器的實驗環境下進行。在礦山中選取坐標不同的4個勘查點位，按照上述實驗環境，預測礦山地質災害。設置本文設計預測方法為實驗組，傳統預測方法為對照組。使用Matlab軟件將礦山地質災害預測數據轉化為預測峰值，峰值越高證明該預測方法的預測精度也就越高，從而對比兩種預測方法在實際應用中的性能。

3.2 實驗結果與分析

通過兩種預測方法的預測實踐，得到預測峰值對比結果，如下圖所示。

圖2 預測峰值對比圖

通過圖2可得出如下的結論：本文設計的預測方法預測峰值最高可達180.52gal，實驗對照組最高僅為121.45gal，設計的預測方法峰值更高，可以實現對礦山地質災害的精準預測。

4 結束語

通過以上研究證明，物探磁法在礦山地質災害預測應用中的具體優勢已經顯現出來。基于物探磁法的礦山地質災害預測方法是針對礦山地質災害預測最實用以及最可靠的手段。設計的預測方法不但能夠完成傳統的預測方法所不能完成的任務，還能夠為礦山地質災害預測提供方法。希望本文設計的預測方法，能夠指導礦山地質災害預測工作更好的開展，為保證礦山安全，提供方法支持。