礦山地質環境調查工作方法研究

魏海東

（山東省地質測繪院，山東 濟南 250000）

我國是全球礦業大國之一，礦產資源開發利用帶來了巨大的財富和發展機會，但地質環境保護與綜合治理工作卻有些冷落，從而引發和加劇了各種礦山地質環境問題，因此礦山地質環境調查工作越來越受關注，這項工作不僅是礦山開采活動的基礎環節，也是為地質環境監管、治理與保護提供依據的重要途徑，當前我國也開發研究了很多調查技術手段和方案來開展系統、全面的礦山環境綜合調查，如無人機遙感技術，可以在礦山地質環境調查中發揮很大的監測和預警作用，對引發礦山地質環境問題的“源頭”進行及時科學地監測、評價和管理，因此該行業從業者和礦山地質環境調查工作人員一定要加強對調查工作相關內容的學習。

1 礦山地質環境調查工作方法中的問題

1.1 資源浪費與環境破壞問題

①土地資源：我國的大型礦山較多，礦山開采工作占據面積也較大，在礦產資源開采過程中免不了對地表和地下土層造成破壞，開采過的礦山巖面裸露，開采區、碎石區各種廢棄物隨處可見，植被也大面積減少，短時間內也很難恢復到原有的生態面貌，致使土地涵養作用喪失，從而造成大量的水土流失，土地污染，淤泥堆積，土地資源的利用率將會大打折扣[1]；②地質古跡觀：很多地方原生態的地形地貌是經過了上千萬年的沉淀才顯示出其獨特風采，是當代人們探索過去世界、進行科研活動等的重要線索，這些地質古跡及自然景觀都屬于不可再生資源，但是卻在不合理的開采活動中遭受到了不同程度的損害，并且也很難修復到原有的面貌，且修復工作費心費力；③廢水污染：一是各類廢水的隨意排放，在較長的開采過程中，大量污水隨意排向開采作業區周圍，其中的污染物會造成地表水、地下水的污染，周圍的耕地、農田等畜牧業用水也會受到影響，二是開采過程中因清洗等原因需要配制化學藥水，所用的藥劑產生的廢水，或是碎石碎渣亂推亂放，在自然降水的作用下滲透溶解礦物中可溶成分產生的廢水，不僅會污染附近水源，還會形成水坑、泥漿，甚至產生泥石流；④空氣污染：礦山開采中會產生的大量廢棄物，廢棄物隨意扔放且長期不處理，堆積起來會逐漸腐爛發臭，不僅會影響土壤，還會威脅到周圍居民的身心健康，此外采區、碎石區碎石粉塵到處飛散，廢氣大量排放，污染有毒廢水蒸發等也會嚴重降低當地空氣質量，造成空氣污染。

1.2 地質災害問題

在礦山開采過程中，由于頻繁且大動作的鉆洞、開挖、爆破等活動影響，使得山體的原有結構被破壞，圍巖的整體穩固降低，導致地質災害頻發，如因為過度開采，或是開采過程中產生的廢土、碎石渣等堆砌不當，在雨季、暴雨等降雨量較大的時期會在水流的推動作用下出現滑坡災害，從而堵塞交通線路，或是致人傷亡；因為開采方式不當，開采強度過激，對地下水的監測和控制不合理等，會導致地表不均勻沉降、位移變形等，從而破壞道路地基，出現地面漏洞等地表災害；還有地表裂縫災害，也是因為不規范的礦山開采活動導致，不同的開采失誤行為會使得裂縫的深度和長度也不同，最長可達數千米，且破壞后基本不可修復，對于地質環境的破壞作用非常大，更會嚴重影響礦山周邊的道路、橋梁等交通基礎設施的安全性。

2 礦山地質環境調查工作方法概述

2.1 調查工作內容

調查礦井的名稱、類別、位置等基本情況，與礦產企業、相關監管部門核實開采活動的合法性、安全性，了解開采進展和現狀，獲得一些基本資料；調查礦山的地勢地形、水質和涌水量、地層巖性與地質構、周邊林木和農田、水源分布等礦山地質環境背景；調查礦山固體廢棄物類型和排放量，廢水排放及綜合利用情況，開采區及其周圍礦山開采后的環境變化，了解礦山地質環境的破壞程度和治理修復情況；調查礦山地質災害的類型，科學圈定地面塌陷區，評估災害風險、規模及危害程度。如調查地表水以及地下水狀況時，需要了解地表水水質、徑流量、補徑排方式和洪水位，地下含水層分布、類型、水位，調查礦山地貌景觀時，由于礦山一般位于地形地勢較為平坦且開闊的地區，開采時的廠房興建、存土場設置、生活區建立等都會破壞礦區原有的地形地貌，因此需要通過調查對比礦山開采前后的地形地貌景觀變化情況、破壞程度，通過以上礦山地質環境調查內容，來完善礦山開采計劃，提升礦產資源的開采水平，同時為礦山地質環境恢復和綜合治理工作提供依據，以制定科學的節能環保發展戰略，促使礦山建設達到生態化標準[2]。

2.2 礦山地質環境調查工作基礎

2.2.1 全國礦山地質環境數據庫

由于我國礦山分布具有區域性特點，各地區礦山的地質環境現狀和變化規律也大不相同，因此國家會組織人員就全國的礦山地質環境進行定期性的摸底調查，且每輪的調查結果會存入全國礦山地質環境數據庫，通過對每輪全國礦山地質環境問題類型、分布及其危害等信息的對比分析，為國家對礦產業的發展指導和監督提供理論依據。

2.2.2 代表性礦山地質環境調查結果

我國的礦產種類豐富、礦山分布地遼闊、礦山規模大小各異，其中部分礦山可作為典型礦區來作為重點關注、調查對象，如湖南錫礦山銻礦區、黑龍江省雞西礦區、海南石碌鐵礦區、內蒙古白云鄂博綜合礦區。通過對不同地區、不同種類礦山的示范性調查，可以總結出地質環境差異性，以及不同類礦山地質環境進行調查時的技術、工作方法的適用性，從而促進地質環境調查工作的發展和各種工作方法的高效應用。

2.2.3 國家級礦山地質環境監測示范區

為了幫助礦產企業發展，促使礦山開采工作和礦區地質環境保護工作協調進行，國家與地區政府、相關企業等協力在全國的不同地區建立了許多國家級礦山地質環境監測示范區，利用示范區的礦山地質環境監測工作流程、監測網絡布設方式、新型監測儀器設備和管控系統應用成效、經驗總結等為全面開展全國礦山地質環境的調查、監測、治理、恢復、保護等工作提供參考，并加強科普宣傳和教育培訓，以保障礦業經濟良性、可持續發展。

2.2.4 全國礦山地質環境信息平臺

鑒于當代社會各行業的信息化建設水平都較高，且高科技、智能產品的應用確實顯現出較大的工作優勢，因此為了提高礦山地質環境調查精度和效率，提高礦山地質環境監督管理水平，可利用相關數據采集、傳輸、處理等裝置，建設全國礦山環境地質信息系統平臺軟件，礦山地質環境監測信息綜合管理系統，從而可以對調查數據進行快速化、精準化、規范化管理和應用，為落實全國礦山地質環境保護與治理規劃起到積極作用。

2.3 調查方法類型

①實地考察和資料搜集：通過走訪當地群眾，咨詢相關監管部門等，可以初步掌握礦山基本情況，礦山地質環境概況，和往年的氣象、生態環境等資料，此外調查工作人員可以進行地面調查，到現場進行實測，以核實已有資料的真實性，完善缺失部分礦山資料，對重點的調查內容進行詳細的調查；②遙感調查：鑒于礦山地質環境的復雜性，對于人力無法到達或無法詳細探明的區域，可在前期收集資料的基礎上，利用無人機、高清攝像機等數據采集設備來進行補充調查或修編，獲取礦山地質環境背景、地質問題及危害程度[3]；③座談會：召集有關技術人員、項目管理與負責人員、政府監管人員等，通過對調查數據資料的匯總、整理、歸納、分析，結合行業相似案例、評價和監管標準規范等，了解礦山地質環境現狀，規劃后續的調查工作、礦山開采獲活動、礦山地質環境恢復與綜合治理工作。

2.4 調查工作方法要求

①做好前期資料準備：為了給地質環境勘查工作提供充足的理論依據，需要事先從相關企業和部門收集已有的地質、水文、生態環境等方面的信息，通過對這些綜合資料進行整理分析，推斷地質環境變化過程和現狀，從中提取出有用的參考資料；②綜合運用多種調查方法：為了確保調查結果準確、全面、及時，需要熟練掌握各種調查技術手段，了解工作方針和要求，以求在實際工作中綜合以上多種實地和遠程勘查技術手段；③有針對性地進行調查：為了提高調查工作效率，要分清礦山地質環境調查的難易點、重要內容，從而可以制定有針對性的調查計劃，將不甚相關的內容進行一般性的調查，對環境地質問題較多的地區進行重點調查，根據設定的調查目的和精度要求，開展由表及里、由淺入深，控制與重點調查相結合的野外綜合性調查工作；④客觀評價：在總結調查結果時，需要明確評價指標，并在資料收集及詳細調查的基礎上對礦區范圍和礦山開采活動影響范圍進行客觀公正的評價，如以生產規模、采礦方式、采空區面積等指標評價礦山開采活動對地質環境的影響力，以工程和水文地質條件、植被覆蓋情況、周邊人類活動等評價地質環境的復雜性，以礦山地質災害、含水層破壞、地表生態及資源破壞等指標評價礦山地質環境的破壞情況和危害程度。

3 礦山地質環境調查工作方法的技術性

3.1 遙感技術

遙感是利用電磁波特性進行遠距離的地質環境調查，由于不同物體的電磁波特性不同，利用無人機等裝置可以在突破一些地面條件限制的情況下，通過電磁波發射與反射過程，捕捉地表物體相關指標的動態變化來分析出地質環境的具體情況，在自然災害的調查、監測和預測中具有顯著優勢。

3.1.1 資源損毀遙感監測

在地質環境調查工作中應用該技術時，要先確定一個監測因子，礦石或自然景觀均可，然后動態監測所選因子，并利用遙感技術的高空間分辨率功能準確的找到損壞資源的實際位置，如分辨煤（矸石）自燃區以及非自燃區輻射熱量差異并成像，從而方便調查人員準確確定礦藏區域和類型，辨別損毀資源涉及的區域，還可利用其多光譜數據功能性，判別礦區固體廢棄物的類型、分布場所，利用高精度的DEM功能，獲取整個礦區的地形地勢及特征，并轉化成方便相關調查人員解讀的形式[4]。

3.1.2 地質災害遙感監測

①在滑坡災害中的應用：由于礦山地帶發生這類地質災害的頻率和可能性較高，因此我國很早就開始在這方面應用此技術，監測經驗也比較豐富，利用遙感裝置等構成的監測系統，可以監測災害體本身及其相關信息，通過地形地貌覆蓋以及影像光譜信息，分辨顯示出滑坡類地質災害與周圍普通物體在形態以及紋理等方面存在的細微差異性，從而判定礦山中存在的災害體、規模及分布位置；②在地表災害中的應用：遙感監測可以利用高智能設備深入實際的礦山環境中，將礦山中的物質以SAR影像的形式呈現出來，從而可以在圖像上發現地表裂縫，這種勘查方式不僅可以保障勘查工作人員的安全，還能提高勘查覆蓋范圍和效率。

3.2 探地雷達

3.2.1 工作原理

由于電磁波在不同介質中傳播反射會存在電性差異，在地質環境勘查時，可以利用地雷達向探測對象發射高頻電池脈沖波，然后利用接收天線接受反射后電磁波，這樣勘查人員就能獲得電磁波接觸物體后的電性特征與時間等信息，而不同的探測目標由于自身特性不同，反射回的電磁波差異性也較大，通過處理成果剖面、波相特征分析，結合目標對象的目標電性特征以及異常區存在范圍，可以進行目標對象識別和對象特征解釋，獲得更加完整的目標對象特征信息[5]，因此可用于探測地質條件，比如裂隙、斷層以及陷落柱等；水文地質條件，包括地下水的分布與變化情況；開采活動的影響，如巖層壓力變化。

3.2.2 探測對象

①探測斷層和溶洞：斷層及其分布周圍的巖體結構更為松動不穩定，內部孔隙率較大，水的滲透性增加，電阻率降低，從而會與完整巖體結構表現出很大的電性特征差異性，而充填或者非充填溶洞，也因為物理特征差異性可利用探地雷達探測。②探測近地表水量變化：根據雷達探測結果，獲取近地表水深度變化速度及數據，對近地表水實施剖面擬合，并通過一系列的推算驗證，了解局部體積含水量，解釋近地表水含水量變化代表的含義。

4 完善礦山地質環境調查工作方法的合理建議

4.1 完善相關制度

為了使礦山地質環境調查工作合法合規，也為了使調查結果具有權威性，發揮指導作用，要堅持政府的主導地位，結合礦產企業經營和管理方針和我國礦山地質環境保護與治理的實際情況，建立健全相關法律體系，如制定礦山地質環境調查評價制度，以提高調查結果的有效性，制定礦山環境許可制度，對礦山勘測與開采，礦山地質環境調查、治理與保護等進行一一監管，通過加強執法、規范執法來促進礦山地質環境調查工作順利開展，落實礦山地質環境保護措施[6]。

4.2 建立礦山地質環境監測體系

礦山地質環境的調查工作是一項長期性且動態化的工作，無法保證有人能24小時進行各種勘查、監測活動，因此為了及時了解礦山地質環境，觀察其在地質作用和開采活動下的變化情況，需要國家和企業等聯合合作，利用遙感設備、GPS監測技術、網絡系統等建立礦山地質環境的動態監測體系，以典型性的礦區或礦山的地質環境的動態監測結果作為參考依據，為礦產資源勘探、開發和活動提供幫助，促使地質災害預警系統發揮作用。

4.3 積極引入先進技術

當前我國的礦山地質環境治理與保護意識愈發提高，對其調查工作要求也更高，為了提高調查準確性和效率，需要不斷提升調查技術水平和工作人員的綜合能力，也要多開發新調查技術，設計新的工作方案，將新技術、新設備、新方法融入原有的工作系統中，為充分了解礦山環境地質提供可靠的依據和技術支持，如要加強對人工智能技術的應用，以擴大調查范圍，減輕工作量，提高精確性，加強全國性的技術交流和學習，參考典型礦區的地質環境調查工作方法，先進示范性的礦山地質環境保護與治理經驗和技術來改進當下工作的不足，以提升地質環境調查工作的價值。

5 結語

我國土地面積廣闊，各地區地勢、氣候環境等的差異性使得礦山資源十分豐富，實際的礦山地質環境也存在很大的差異性，同時礦業活動誘發的礦山環境地質問題逐漸嚴峻，不僅制約了開采效率，對礦山職工和礦區居民的生命財產安全構成了極大的威脅，也違背了綠色發展理念，為了落實礦山地質環境保護工作，建設友好生態的礦山，需要對當地的地質情況進行認真的考察，利用各種地質環境調查工作方法來了解礦山地質環境現狀，從而可以根據礦山地質環境問題的危害類型和程度進行有針對性的治理和修復。