地質災害治理中水工環勘查技術要點分析

梁小濤

（甘肅省地礦局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

0 前言

隨著社會經濟和科學技術的飛速發展，越來越多的礦產資源逐漸被發掘，出現礦山水工環地質災害問題的頻率也越來越高[1-2]。水工環地質是針對特定地區的水文地質、工程地質以及環境地質情況進行調查和收集，并對收集的信息進行整理和分析的一種方法[3]。隨著科學技術的發展，許多新技術、新產品在水工環地質勘查工作中廣泛應用，不僅有助于行業技術革新，而且促進了我國礦山地質災害防治工作的發展[4]。許多專家針對水工環地質勘查在地質災害防治中的應用進行研究，徐罡、郝才剛等[2，5]分別研究水工環地質在地質災害防治工作中的應用；雷鵬、張瑞鵬、王海寧等[6-8]分別對礦山水工環地質進行研究；張玉有、王小龍等[9]分別研究了水工環地質工作中的新技術。

該文以實際工程為研究對象，針對現階段水工環地質勘查行業發展現狀，深入分析水工環地質勘查在地質災害治理工程中的應用，明確水工環地質勘查在地質災害治理尤其礦山治理工作中的重要性，為今后礦山地質災害治理中水工環勘查相關工作提供依據。

1 工程簡介

某礦區為石料礦山，主要生產建筑石料，料場整體面積約0.18 km2，開采高度約80 m，礦區保有資源儲量（122b）約380 萬m3，該礦山經多年開采作業后留存多個開采平臺。礦山整體采用露天開采的方式，自上而下分臺階、挖掘機挖掘鏟裝、汽車運輸的采礦工藝。

2 水工環地質勘查

2.1 水工環地質勘查技術要點分析

該項目所采用的水工環地質勘查技術包括GPS 技術、地質雷達技術、瞬變電磁法，地質鉆探和室內試驗等技術。部分勘查技術的要點及機理如下。

2.1.1 GPS 技術

GPS 技術是對傳統地面勘查方式的優化創新，能夠提高水工環地質勘查準確性，具有便捷高效的特點，是當前我國水工環地質勘查工作中較為常用的手段。GPS 技術是通過衛星和地面系統對無線電信號進行處理，根據無線電測距交匯原理對勘查對象及細節進行有效定位。由于其具有準確、高效的特點，能夠為水工環地質勘查工作提供詳細且全面的資料，在地質災害治理中具有極強的價值。

2.1.2 地質雷達技術

地質雷達技術主要用于短距離探測，具有較好的準確性和分辨率。地質雷達技術是通過電磁波在地下傳播時遇到障礙物會折返的特性，對勘察范圍內地下結構進行分析和鑒別。地質雷達技術具有較好的自動化性能，能夠保證勘察數據和結果的準確性，使操作更方便。

2.1.3 瞬變電磁法

瞬變電磁法是一種新型勘查技術，在許多工程中得到廣泛應用。瞬變電磁法主要使用電磁設備將脈沖電磁波向下傳播，對二次渦流場變化情況進行分析，了解勘察區域的地下結構，尤其是在地質體中可能存在隱患威脅的情況下。

2.2 水工環地質勘查結果分析

2.2.1 地層巖性與地質構造

礦區所在地層主要包括上侏羅統高塢組（J3g）和第四系（Q）。其中，上侏羅統高塢組（J3g）分布全礦區及外圍，巖性為灰紫色流紋質晶屑玻屑熔結凝灰巖，上部風化厚度1.0 m～5.5 m，巖層出露厚度大于60 m。第四系（Q）分布礦區未剝離山體表部和礦區南東側及北西側平原區，其中南東側及北西側平原區主要是由海積灰色淤泥粉質黏土、粉質黏土等組成的，流塑—軟塑狀；丘陵山體表部及山麓、溝谷部位，主要為殘坡積、坡積含碎石粉質黏土，灰黃色，硬塑，碎石含量為5%～20%。

礦區總體呈近北東走向，礦區所在山體自然斜坡一般在10°～30°，坡面較平順，表部灌木覆蓋，露頭較少。山體巖性主要為晶屑玻屑熔結凝灰巖。礦區內未見斷層，僅見三組節理，具體特征見表1。從表1 中可以明顯看出該礦區范圍內節理等結構面對礦體破壞的影響較小，整體較為完整。

表1 節理發育情況統計表

2.2.2 水文地質條件

區內無地表水體，地勢北西高，南東低。地下水主要有松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水2 種類型。區內松散巖類厚為0.20 m～2.40 m，巖性為含碎石粉質黏土，透水性、富水性差，水量貧乏。雖然節理較發育，但是部分節理面微波狀、微張，水的連通性一般。巖石風化層厚度為2.0～6.0 m。經過這次調查，坡腳未見泉水出露，說明地下水向下滲透的路徑短，逕流量較小，因此，基巖裂隙水也貧乏。地下水主要是由大氣降雨補給的，沿基巖裂隙向低處逕流，在低處滲出排泄。

2.2.3 工程地質條件

區內松散巖類厚0.2 m～2.4 m，巖性為含碎石粉質黏土，硬塑和密實狀態；開采的流紋質晶屑玻屑熔結凝灰巖，屬于堅硬巖類。礦區內未見斷層，僅3 組節理，節理面微波狀或平直，微張或閉合，間距0.2 m～1.0 m，礦體總體較完整。最終邊坡總體走向130°，傾向南西，邊坡最大高差約79.8 m。產狀335°∠75°及260°∠68°兩組節理與終了邊坡呈大角度相交；產狀40°∠52°節理與終了邊坡走向相同，傾向相反。組合關系對邊坡的穩定性影響小。同樣，今后礦山開采自南西向北東推進，節理與開采邊坡呈大角度相交和反傾，組合關系對邊坡穩定性影響小。

2.2.4 環境地質條件

礦山周邊人類活動主要為露天采礦、農作物耕種等，對山體進行開采，地形破壞活動較強烈，原有林地因礦山開采而逐步消失。因此，礦山周邊除露天采礦破壞地質環境強烈外，其余人類活動對地質環境影響較輕。

礦山已開采多年，在南側已形成有高差8～15 m 臺階狀人工邊坡，礦區內西南側山體已揭露，植被破壞巖土裸露，侵蝕作用、沖刷作用和水土流水較強。礦區的土壤由酸性巖風化形成，色棕褐黃，屬粉黏土。黃壤土為當地主要耕作層，質地黏重，有機含量為0.3%～2.0%，偏酸性，pH 為4.5～6.0。

3 礦山地質災害現狀分析

對礦山地質災害現狀的分析和評估是地質災害治理工程水工環地質勘查工作中十分重要的一個環節。礦山地質環境影響評估能夠為后續治理方案的設計提供重要依據，礦山地質環境影響評估分析流程如圖1 所示。

圖1 礦山地質環境影響評估流程

3.1 地質災害現狀評估

礦山開采過程中形成了許多裸漏邊坡，根據地形條件及邊坡特征和分布位置，現將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 個部分。Ⅰ段邊坡位于礦山北西側，坡長約170m，坡高5～12m；Ⅱ段位于礦山北東側，傾向北西，坡長約95m，坡高5～56m；Ⅲ段位于礦山東南側，傾向北西坡長約240m，坡高5～35m，坡上存在多個臺階。三處邊坡巖性均為晶屑玻屑熔結凝灰，屬巖質邊坡，頂部為殘坡積層含碎石粉質黏土，厚度約1.1m，其下為強～中風化晶屑玻屑熔結凝灰巖，其中強風化層厚約2～6m。

三處邊坡節理發育情況如圖2～圖4 所示，其中Ⅰ段節理發育情況如圖2 所示，Ⅰ段中節理與邊坡直交或反傾，節理交線位于不穩定區域之外；Ⅱ段節理發育情況如圖3 所示，Ⅱ段節理與邊坡直交或反傾，節理交線位于不穩定區域之外；Ⅲ段節理發育情況如圖4 所示，Ⅲ段第1 組節理與邊坡基本同走向，但節理傾角緩于邊坡傾角，節理對該段邊坡穩定性影響不大，其他節理直交或斜交。第2 組節理與第3 組節理交線位于不穩定區域，存在碶形體破壞，節理規模不大的問題；其他節理交線位于不穩定區域之外。除此之外，在礦山開采過程中采用爆破方式，現狀邊坡上爆破裂隙較發育，同時受風化影響，邊坡巖體存在較多的危石、險石，邊坡存在崩塌等地質災害。礦山整體3 段邊坡均存在該問題。

圖2 Ⅰ段赤平投影圖

圖3 Ⅱ段赤平投影圖

圖4 Ⅲ段赤平投影圖

3.2 地下水含水層現狀分析

礦區地下水含水層主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，松散巖類孔隙水分布不均勻，含水量少，富水性貧乏；巖體節理裂隙不發育，基巖裂隙水主要賦存于地表局部風化裂隙帶或節理密集帶、構造破碎帶內，風化裂隙和節理密集帶、構造破碎帶連續性差，延伸不長，深部節理裂隙多呈閉合狀，因此基巖裂隙水無統一地下水位；礦山含水層破壞小，礦區及周邊主要含水層水位受采礦活動影響小。礦山所采礦石不含重金屬離子，對水資源無有害物質，未影響礦區及周圍生產、生活供水。礦山開采對地下水水資源影響程度一般。

3.3 原生地貌現狀分析

該礦區采用露天開采的方式進行石料開采工作，礦區范圍內雖然沒有重要建筑設施、集中村莊、自然保護區、旅游景點以及重要水源地，但是露天開采的方式對原生的地形地貌景觀破壞程度較嚴重。此外，礦區內主要為規劃林地，開展采礦作業使礦區中部形成一個“U”形邊坡及面積較大的底盤，破壞土地面積較大，因此土地資源破壞程度較高。

4 結論

該文對水工環勘查技術要點和其在礦山地質災害治理中的應用情況進行分析，得到以下2 個結論：1）對水工環地質勘查技術要點進行深入分析，并對實際礦山地質災害治理工程中水工環勘查結果進行分析，總結了水工環地質勘查技術要點。2）基于水工環地質勘查的結果，對實際工程中礦山地質災害現狀進行評估，為后續礦山地質災害治理工作提供重要依據。