矿山地质环境调查工作方法研究

魏海东

（山东省地质测绘院，山东 济南 250000）

我国是全球矿业大国之一，矿产资源开发利用带来了巨大的财富和发展机会，但地质环境保护与综合治理工作却有些冷落，从而引发和加剧了各种矿山地质环境问题，因此矿山地质环境调查工作越来越受关注，这项工作不仅是矿山开采活动的基础环节，也是为地质环境监管、治理与保护提供依据的重要途径，当前我国也开发研究了很多调查技术手段和方案来开展系统、全面的矿山环境综合调查，如无人机遥感技术，可以在矿山地质环境调查中发挥很大的监测和预警作用，对引发矿山地质环境问题的“源头”进行及时科学地监测、评价和管理，因此该行业从业者和矿山地质环境调查工作人员一定要加强对调查工作相关内容的学习。

1 矿山地质环境调查工作方法中的问题

1.1 资源浪费与环境破坏问题

①土地资源：我国的大型矿山较多，矿山开采工作占据面积也较大，在矿产资源开采过程中免不了对地表和地下土层造成破坏，开采过的矿山岩面裸露，开采区、碎石区各种废弃物随处可见，植被也大面积减少，短时间内也很难恢复到原有的生态面貌，致使土地涵养作用丧失，从而造成大量的水土流失，土地污染，淤泥堆积，土地资源的利用率将会大打折扣[1]；②地质古迹观：很多地方原生态的地形地貌是经过了上千万年的沉淀才显示出其独特风采，是当代人们探索过去世界、进行科研活动等的重要线索，这些地质古迹及自然景观都属于不可再生资源，但是却在不合理的开采活动中遭受到了不同程度的损害，并且也很难修复到原有的面貌，且修复工作费心费力；③废水污染：一是各类废水的随意排放，在较长的开采过程中，大量污水随意排向开采作业区周围，其中的污染物会造成地表水、地下水的污染，周围的耕地、农田等畜牧业用水也会受到影响，二是开采过程中因清洗等原因需要配制化学药水，所用的药剂产生的废水，或是碎石碎渣乱推乱放，在自然降水的作用下渗透溶解矿物中可溶成分产生的废水，不仅会污染附近水源，还会形成水坑、泥浆，甚至产生泥石流；④空气污染：矿山开采中会产生的大量废弃物，废弃物随意扔放且长期不处理，堆积起来会逐渐腐烂发臭，不仅会影响土壤，还会威胁到周围居民的身心健康，此外采区、碎石区碎石粉尘到处飞散，废气大量排放，污染有毒废水蒸发等也会严重降低当地空气质量，造成空气污染。

1.2 地质灾害问题

在矿山开采过程中，由于频繁且大动作的钻洞、开挖、爆破等活动影响，使得山体的原有结构被破坏，围岩的整体稳固降低，导致地质灾害频发，如因为过度开采，或是开采过程中产生的废土、碎石渣等堆砌不当，在雨季、暴雨等降雨量较大的时期会在水流的推动作用下出现滑坡灾害，从而堵塞交通线路，或是致人伤亡；因为开采方式不当，开采强度过激，对地下水的监测和控制不合理等，会导致地表不均匀沉降、位移变形等，从而破坏道路地基，出现地面漏洞等地表灾害；还有地表裂缝灾害，也是因为不规范的矿山开采活动导致，不同的开采失误行为会使得裂缝的深度和长度也不同，最长可达数千米，且破坏后基本不可修复，对于地质环境的破坏作用非常大，更会严重影响矿山周边的道路、桥梁等交通基础设施的安全性。

2 矿山地质环境调查工作方法概述

2.1 调查工作内容

调查矿井的名称、类别、位置等基本情况，与矿产企业、相关监管部门核实开采活动的合法性、安全性，了解开采进展和现状，获得一些基本资料；调查矿山的地势地形、水质和涌水量、地层岩性与地质构、周边林木和农田、水源分布等矿山地质环境背景；调查矿山固体废弃物类型和排放量，废水排放及综合利用情况，开采区及其周围矿山开采后的环境变化，了解矿山地质环境的破坏程度和治理修复情况；调查矿山地质灾害的类型，科学圈定地面塌陷区，评估灾害风险、规模及危害程度。如调查地表水以及地下水状况时，需要了解地表水水质、径流量、补径排方式和洪水位，地下含水层分布、类型、水位，调查矿山地貌景观时，由于矿山一般位于地形地势较为平坦且开阔的地区，开采时的厂房兴建、存土场设置、生活区建立等都会破坏矿区原有的地形地貌，因此需要通过调查对比矿山开采前后的地形地貌景观变化情况、破坏程度，通过以上矿山地质环境调查内容，来完善矿山开采计划，提升矿产资源的开采水平，同时为矿山地质环境恢复和综合治理工作提供依据，以制定科学的节能环保发展战略，促使矿山建设达到生态化标准[2]。

2.2 矿山地质环境调查工作基础

2.2.1 全国矿山地质环境数据库

由于我国矿山分布具有区域性特点，各地区矿山的地质环境现状和变化规律也大不相同，因此国家会组织人员就全国的矿山地质环境进行定期性的摸底调查，且每轮的调查结果会存入全国矿山地质环境数据库，通过对每轮全国矿山地质环境问题类型、分布及其危害等信息的对比分析，为国家对矿产业的发展指导和监督提供理论依据。

2.2.2 代表性矿山地质环境调查结果

我国的矿产种类丰富、矿山分布地辽阔、矿山规模大小各异，其中部分矿山可作为典型矿区来作为重点关注、调查对象，如湖南锡矿山锑矿区、黑龙江省鸡西矿区、海南石碌铁矿区、内蒙古白云鄂博综合矿区。通过对不同地区、不同种类矿山的示范性调查，可以总结出地质环境差异性，以及不同类矿山地质环境进行调查时的技术、工作方法的适用性，从而促进地质环境调查工作的发展和各种工作方法的高效应用。

2.2.3 国家级矿山地质环境监测示范区

为了帮助矿产企业发展，促使矿山开采工作和矿区地质环境保护工作协调进行，国家与地区政府、相关企业等协力在全国的不同地区建立了许多国家级矿山地质环境监测示范区，利用示范区的矿山地质环境监测工作流程、监测网络布设方式、新型监测仪器设备和管控系统应用成效、经验总结等为全面开展全国矿山地质环境的调查、监测、治理、恢复、保护等工作提供参考，并加强科普宣传和教育培训，以保障矿业经济良性、可持续发展。

2.2.4 全国矿山地质环境信息平台

鉴于当代社会各行业的信息化建设水平都较高，且高科技、智能产品的应用确实显现出较大的工作优势，因此为了提高矿山地质环境调查精度和效率，提高矿山地质环境监督管理水平，可利用相关数据采集、传输、处理等装置，建设全国矿山环境地质信息系统平台软件，矿山地质环境监测信息综合管理系统，从而可以对调查数据进行快速化、精准化、规范化管理和应用，为落实全国矿山地质环境保护与治理规划起到积极作用。

2.3 调查方法类型

①实地考察和资料搜集：通过走访当地群众，咨询相关监管部门等，可以初步掌握矿山基本情况，矿山地质环境概况，和往年的气象、生态环境等资料，此外调查工作人员可以进行地面调查，到现场进行实测，以核实已有资料的真实性，完善缺失部分矿山资料，对重点的调查内容进行详细的调查；②遥感调查：鉴于矿山地质环境的复杂性，对于人力无法到达或无法详细探明的区域，可在前期收集资料的基础上，利用无人机、高清摄像机等数据采集设备来进行补充调查或修编，获取矿山地质环境背景、地质问题及危害程度[3]；③座谈会：召集有关技术人员、项目管理与负责人员、政府监管人员等，通过对调查数据资料的汇总、整理、归纳、分析，结合行业相似案例、评价和监管标准规范等，了解矿山地质环境现状，规划后续的调查工作、矿山开采获活动、矿山地质环境恢复与综合治理工作。

2.4 调查工作方法要求

①做好前期资料准备：为了给地质环境勘查工作提供充足的理论依据，需要事先从相关企业和部门收集已有的地质、水文、生态环境等方面的信息，通过对这些综合资料进行整理分析，推断地质环境变化过程和现状，从中提取出有用的参考资料；②综合运用多种调查方法：为了确保调查结果准确、全面、及时，需要熟练掌握各种调查技术手段，了解工作方针和要求，以求在实际工作中综合以上多种实地和远程勘查技术手段；③有针对性地进行调查：为了提高调查工作效率，要分清矿山地质环境调查的难易点、重要内容，从而可以制定有针对性的调查计划，将不甚相关的内容进行一般性的调查，对环境地质问题较多的地区进行重点调查，根据设定的调查目的和精度要求，开展由表及里、由浅入深，控制与重点调查相结合的野外综合性调查工作；④客观评价：在总结调查结果时，需要明确评价指标，并在资料收集及详细调查的基础上对矿区范围和矿山开采活动影响范围进行客观公正的评价，如以生产规模、采矿方式、采空区面积等指标评价矿山开采活动对地质环境的影响力，以工程和水文地质条件、植被覆盖情况、周边人类活动等评价地质环境的复杂性，以矿山地质灾害、含水层破坏、地表生态及资源破坏等指标评价矿山地质环境的破坏情况和危害程度。

3 矿山地质环境调查工作方法的技术性

3.1 遥感技术

遥感是利用电磁波特性进行远距离的地质环境调查，由于不同物体的电磁波特性不同，利用无人机等装置可以在突破一些地面条件限制的情况下，通过电磁波发射与反射过程，捕捉地表物体相关指标的动态变化来分析出地质环境的具体情况，在自然灾害的调查、监测和预测中具有显著优势。

3.1.1 资源损毁遥感监测

在地质环境调查工作中应用该技术时，要先确定一个监测因子，矿石或自然景观均可，然后动态监测所选因子，并利用遥感技术的高空间分辨率功能准确的找到损坏资源的实际位置，如分辨煤（矸石）自燃区以及非自燃区辐射热量差异并成像，从而方便调查人员准确确定矿藏区域和类型，辨别损毁资源涉及的区域，还可利用其多光谱数据功能性，判别矿区固体废弃物的类型、分布场所，利用高精度的DEM功能，获取整个矿区的地形地势及特征，并转化成方便相关调查人员解读的形式[4]。

3.1.2 地质灾害遥感监测

①在滑坡灾害中的应用：由于矿山地带发生这类地质灾害的频率和可能性较高，因此我国很早就开始在这方面应用此技术，监测经验也比较丰富，利用遥感装置等构成的监测系统，可以监测灾害体本身及其相关信息，通过地形地貌覆盖以及影像光谱信息，分辨显示出滑坡类地质灾害与周围普通物体在形态以及纹理等方面存在的细微差异性，从而判定矿山中存在的灾害体、规模及分布位置；②在地表灾害中的应用：遥感监测可以利用高智能设备深入实际的矿山环境中，将矿山中的物质以SAR影像的形式呈现出来，从而可以在图像上发现地表裂缝，这种勘查方式不仅可以保障勘查工作人员的安全，还能提高勘查覆盖范围和效率。

3.2 探地雷达

3.2.1 工作原理

由于电磁波在不同介质中传播反射会存在电性差异，在地质环境勘查时，可以利用地雷达向探测对象发射高频电池脉冲波，然后利用接收天线接受反射后电磁波，这样勘查人员就能获得电磁波接触物体后的电性特征与时间等信息，而不同的探测目标由于自身特性不同，反射回的电磁波差异性也较大，通过处理成果剖面、波相特征分析，结合目标对象的目标电性特征以及异常区存在范围，可以进行目标对象识别和对象特征解释，获得更加完整的目标对象特征信息[5]，因此可用于探测地质条件，比如裂隙、断层以及陷落柱等；水文地质条件，包括地下水的分布与变化情况；开采活动的影响，如岩层压力变化。

3.2.2 探测对象

①探测断层和溶洞：断层及其分布周围的岩体结构更为松动不稳定，内部孔隙率较大，水的渗透性增加，电阻率降低，从而会与完整岩体结构表现出很大的电性特征差异性，而充填或者非充填溶洞，也因为物理特征差异性可利用探地雷达探测。②探测近地表水量变化：根据雷达探测结果，获取近地表水深度变化速度及数据，对近地表水实施剖面拟合，并通过一系列的推算验证，了解局部体积含水量，解释近地表水含水量变化代表的含义。

4 完善矿山地质环境调查工作方法的合理建议

4.1 完善相关制度

为了使矿山地质环境调查工作合法合规，也为了使调查结果具有权威性，发挥指导作用，要坚持政府的主导地位，结合矿产企业经营和管理方针和我国矿山地质环境保护与治理的实际情况，建立健全相关法律体系，如制定矿山地质环境调查评价制度，以提高调查结果的有效性，制定矿山环境许可制度，对矿山勘测与开采，矿山地质环境调查、治理与保护等进行一一监管，通过加强执法、规范执法来促进矿山地质环境调查工作顺利开展，落实矿山地质环境保护措施[6]。

4.2 建立矿山地质环境监测体系

矿山地质环境的调查工作是一项长期性且动态化的工作，无法保证有人能24小时进行各种勘查、监测活动，因此为了及时了解矿山地质环境，观察其在地质作用和开采活动下的变化情况，需要国家和企业等联合合作，利用遥感设备、GPS监测技术、网络系统等建立矿山地质环境的动态监测体系，以典型性的矿区或矿山的地质环境的动态监测结果作为参考依据，为矿产资源勘探、开发和活动提供帮助，促使地质灾害预警系统发挥作用。

4.3 积极引入先进技术

当前我国的矿山地质环境治理与保护意识愈发提高，对其调查工作要求也更高，为了提高调查准确性和效率，需要不断提升调查技术水平和工作人员的综合能力，也要多开发新调查技术，设计新的工作方案，将新技术、新设备、新方法融入原有的工作系统中，为充分了解矿山环境地质提供可靠的依据和技术支持，如要加强对人工智能技术的应用，以扩大调查范围，减轻工作量，提高精确性，加强全国性的技术交流和学习，参考典型矿区的地质环境调查工作方法，先进示范性的矿山地质环境保护与治理经验和技术来改进当下工作的不足，以提升地质环境调查工作的价值。

5 结语

我国土地面积广阔，各地区地势、气候环境等的差异性使得矿山资源十分丰富，实际的矿山地质环境也存在很大的差异性，同时矿业活动诱发的矿山环境地质问题逐渐严峻，不仅制约了开采效率，对矿山职工和矿区居民的生命财产安全构成了极大的威胁，也违背了绿色发展理念，为了落实矿山地质环境保护工作，建设友好生态的矿山，需要对当地的地质情况进行认真的考察，利用各种地质环境调查工作方法来了解矿山地质环境现状，从而可以根据矿山地质环境问题的危害类型和程度进行有针对性的治理和修复。