矿山地质勘查中水工环地质问题预测及措施研究

宋 凯，张 航，王旭峰，王 芳，李 婷

（河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院，河南 南阳 473000）

水工环地质灾害是矿山地质勘查中经常遇见的地质问题，同时也是现阶段经常出现的自然性灾害，水工环地质问题的发生往往会给周围环境造成巨大的伤害，也会给矿山地质勘查中工作人员生命安全造成威胁。一旦矿山地质勘查中出现水工环地质问题，不仅会使矿山地质勘查工作终止，而且还会造成巨大的经济损失，增加矿山地质勘查工作成本，因此水工环地质问题预测成为矿山地质勘查中一项非常重要的环节，根据矿山水工环地质相关信息预测出矿山地质勘查中水工环地质问题发生几率以及地质风险，并针对可能存在的水工环地质问题采取相应的解决措施，为矿山地质勘查工作提供安全依据。目前矿山地质勘查中对水工环地质问题的预测主要依据专家经验来判断，这种方法准确性较低，完全依靠专家的个人主观意识，对一些隐秘性较高的水工环地质问题不能及时预测判断，在实际中进行会出现误判和错判现象。除此之外，目前针对水工环地质问题的所采取的解决措施针对性较低，没有针对具体水工环地质问题给出相应措施，导致矿山地质勘查工作仍旧具有较大的风险，为此提出矿山地质勘查中水工环地质问题预测及措施研究。

1 矿山地质勘查中常见的水工环地质问题

矿山地质勘查中常见的水工环地质问题主要有山体崩塌、泥石流、地面塌陷以及地裂缝等，山体崩塌、滑坡、和泥石流这类水工环地质灾害通常出现在地形崎岖的矿区，山区的矿山由于一直以来的气候环境影响和风沙雨水的长时间侵蚀下，是使得矿山极易发生山体崩塌、泥石流等危害[1]。并且在土质相对疏松且降水量相对集中的地区，土壤长时间被雨水的浸泡更易产生泥石流现象。地面塌陷也是较为常见的水工环地质灾害，主要原因是由于人们长时间的不合理开采矿产资源所导致的，这一类水工环地质灾害的多发地是在地质内部结构遭受严重破坏的地区，例如勘查地区、熔岩地区等[2]。由于人类长期不合理的勘查行为，导致地面塌陷的问题频频发生，如果不进行相应的措施加以制止，最终只会造成人类自身的生产生活受到限制。除此之外，导致地裂缝这一水工环地质灾害的主要原因是地壳构造在发生位移以及人类的过度开发和大量地下水资源的浪费，造成部分地区出现地质裂缝和断裂问题，进而对人类的日常生活带来不确定的隐患。

2 矿山地质勘查中水工环地质问题预测

2.1 水工环地质数据采集

水工环地质数据采集是地质问题预测的首要步骤，水工环地质问题发生主要与勘查区域坡高、坡度、结构面发育情况、岩层性质以及水文地质条件等，因此采集的地质数据也主要为以上几种。对于勘查区域的坡高与坡度数据的采集利用水平仪测量仪器即可，选取矿山勘查区域内坡度最陡和最大的地区，首先将测量仪器校准，以此保证水工环地质数据采集的精度，然后将测量仪器布置在矿山边坡处，令测量仪器与地面持平，然后开启测量仪器对矿山边坡的坡度和坡高进行测量，最后对每个边坡进行编号并且记录各个边坡的测量数据。

对于结构面发育情况、岩层性质以及水文地质条件数据采集利用雷达探测技术，首先需要根据矿山实际情况，设置雷达技术参数，包括天线中心频率、测点间距、采样率、时窗选择等[3]。雷达天线中心频率可根据探测目标深度和区域面积等因素计算，其计算公式如下：

公式（1）中，f为雷达天线中心频率，单位为MHZ；s为勘查区域空间分辨率，即雷达能够探测到的最小空间区域；w为相对介电常数。由于雷达测点间距由雷达天线中心频率和地下介质介电特性决定，所以利用公式（1）计算得到的雷达天线中心频率，根据Nyquist采样定律计算雷达测点间距，其计算工程如下：

公式（2）中，L为雷达测点间距，单位为m；c为探测目标区域围岩中波长。为了可以准确全面的采集数据，以天线中心频率的四倍作为雷达的采样频率。设置完天线中心频率、测点间距、采样率，还需要对雷达时窗进行计算，其计算公式为：

公式（3）中，W为雷达采集数据的时窗；m为电磁波传播速度；dmax为雷达需要探测深度最大值。结构面发育情况、岩层性质以及水文地质条件数据采集时，需要根据探测目标和实际情况对时窗进行设置，通常情况下需要在公式（3）计算的基础上在增加25%，并且不同介质和深度，雷达时窗也会有不同的设置，下表为常见介质时窗设置表。

表1 常见介质时窗设置表（单位ns）

设置完雷达参数后，将雷达的信号发射天线和信号接收天线布置在矿山地质勘查区域的两侧，布置天线过程中发射天线和接受天线需要保持最少10m的距离，然后打开雷达电源，开始对矿山地质勘查区域水工环地质进行探测，利用雷达信号接收设备记录到反射回来的数据信息，下图为基于雷达探测技术的水工环地质数据采集示意图。

图1 基于雷达探测技术的水工环地质数据采集示意图

发射天线将波形发射到矿山地表上，波形经过地表面折射，传递到信号接收天线，在该过程中波形会被各个检测点的地质雷达设备所记录，最后将其传输到信号接收器中，以此完成水工环地质数据采集。

2.2 水工环地质问题发生概率预测分析

将采集到的各项水工环地质数据进行量化，量化的目的是为了更方便计算出水工环地质问题发生概率，下表为水工环地质数据量化标准表。

表2 水工环地质数据量化标准表

按照上表对采集的水工环地质数据值进行量化，根据量化总值计算出水工环地质问题发生概率，其计算公式如下：

公式（4）中，P为矿山地质勘查中水工环地质问题发生的概率；E为水工环地质数据量化总值；O为水工环各项数据实际量化值。利用上述公式计算出矿山地质勘查中水工环地质问题发生的概率，概率越高则表明预测矿山地质勘查中水工环地质问题发生的几率越大，以此完成矿山地质勘查中水工环地质问题预测。

3 矿山地质勘查中水工环地质问题解决措施

为了解决矿山地质勘查中水工环地质问题，首先以严格遵循综合治理和预防为主的处理原则，尽可能的将矿山废弃土地的生态恢复，实现废弃土地资源在利用，利用植物的种植改善矿区土地酸碱离子。同时还要加强对水文地质环境的监控和管理力度，保证地下水平衡，严格控制矿山地质勘查中水工环地质问题的发生。对于矿山水工环地质问题的防护和治理，首先要对矿山整体进行仔细的水工环地质勘探工作，在明确了矿山区域内地壳的稳定性以及地形地貌特征后，建立科学性强的解决措施。

其次针对不同的水工环地质问题采取不同的解决方案，对于水工环地质灾害中的地裂缝，主要的防治措施是以避让为主。在实际的防治措施实施前，要加强调查测试的手段，准确的测量出矿山周围建筑物与地裂缝之间的安全距离。对于已经对矿山周围建筑物造成破坏的地裂缝，应采取对部分的建筑进行拆除以及地基特殊处理等手段。同时对于微破裂地裂缝水工环地质问题首先应该加强居民点、流域规划，再加强巡查的力度，在找出陷落痕迹后，要进行及时的处理，以免产生陷穴。而对于已经存在的地裂缝，应当做好回填和夯实的工作，同时还要注意做好防水工作，避免地裂缝再次出现。对于水工环地质问题中的泥石流、滑坡等，应采取定期巡查监测预防措施，令专业人员按照监测计划对该类水工环地质问题发生概率较高的区域进行监测，一旦发生异常现象，及时上报给上级单位，并且及时发出警报，告知矿山地质勘查人员以及周围居住人员及时撤离，以此完成矿山地质勘查中水工环地质问题预防，进而完成矿山地质勘查中水工环地质问题预测及措施研究。

4 结束语

本文针对目前矿山地质勘查中水文地质问题预测及措施存在的问题，提出了相关的研究和分析，对传统水工环地质问题预测技术进行了完善与优化，同时针对不同的水工环地质问题提出了合理的解决措施，为矿山地质勘查施工安全提供了技术保障，同时也有助于提高水工环地质问题预测技术水平，使矿山地质勘查工作可以安全、顺利的开展。