工程物探方法在矿山地质灾害评估中的应用研究

时间：2024-11-03

刘济鹏，林道俊

（江西应用技术职业学院，江西赣州 341000）

随着国民经济的发展，矿山开采项目上马的数量与规模逐年提升，同时由于矿山开采带来的地质灾害也呈上升趋势，矿山地质灾害评估越发凸显重要性。矿山地质灾害评估是保证矿山顺利安全开采的必备依据，但是矿山地质灾害评估过程较复杂，并且难度较大，对灾害的评估准确性也不尽如人意。为此针对矿山地质灾害评估的勘探特点，综合利用高密度电阻率法、地质反射波法、探地雷达法三种工程物探方法，在矿山地质灾害评估的现状调查、灾害预测以及综合评估三个层面立体应用，以达到提高矿山地质灾害评估结果的准确性的目的。

1 工程物探方法在矿山地质灾害评估中的应用

矿山地质灾害评估主要分为现状评估、预测评估、综合评估三部分内容。由于矿山开采过程中会对开采现场自然环境产生破坏，从保护矿区地质环境以及施工人员安全的角度出发，将工程物探方法应用到矿山地质灾害评估中。针对矿上地质灾害评估过程不同于一般的区域地质灾害评估，特选取高密度电阻率法、地质反射波法、探地雷达法三种工程物探方法，分别应用于矿山地质灾害评估的现场评估、预测评估、综合评估中，并且以四川盆地与川西高原交界的某矿山为例进行分析。三种方法和三个环节在内容上是相互关联的，从评估过程上是从具体到总结、由简单到复杂，由已知到未知的完整性过程。

1.1 高密度电阻率法对矿山地质灾害现状评估

矿上地质灾害现状评估是整个评估过程的基础内容，主要对矿山灾害点进行现场勘查，运用高密度电阻率法收集矿山的地质构造、地形构造、矿体分布等信息，以及探测出该矿区是否发生过严重的历史地质灾害，将收集到的信息进行数据整理，以整理后的矿山地质信息为依据进行矿山地质灾害现状评估。

高密度电阻率法是根据矿山地下结构电阻率异常情况，判定该矿区地质构造情况。高密度电阻率法是包含高密度数据采集和列阵层析成像技术与一体的工程物探方法，该工程物探方法具有工作效率高、数据采集全面、应用过程简单方便等优点。

在矿山地质灾害现状评估过程中，主要分为矿山地质数据采集和数据处理两部分组成。高密度电阻率法的野外探测环境质量将直接影响到最后矿山地质灾害现状评估结果是否准确，所以在设置电场时要尽量避开影响电极障碍物，尽量选择地形平坦的探测位置，同时还要避开大地电流以及电磁的干扰。矿山数据采集部分：首先将供电电极向矿山进行供电形成人为电场探测环境，然后将全部电极安置于矿山观察剖面的各个探测点上，通过高密度主机来控制电极装换装置，将探测区的电极有规律的平均排列起来进行跑级，计算机以及高密度主机将自动快速采集矿山地质数据信息；数据处理部分：①筛选劣质数据。尽管在探测之前以及做好了周全的准备工作，但是在数据采集过程中还会由于一些其他因素影响导致一部分数据质量较差，为了保证矿山地质灾害现状评估结果的准确性，需要在数据处理过程中首先将劣质的数据进行剔除[1]。②数据转换。将收集到的数据转换成图像模式，将矿山地质情况以图像形式表示出来，更加直观的了解矿山地质环境。③反演分析。通过数据转换后得到的矿山地质图像结合反演方法分析出该矿山最原始的地质构造，以此推断出是否发生过严重的历史地质灾害，以此完成矿山地质灾害现状评估。

以赣州盆地与吉泰平原交界某矿山为例，该矿山具有开采潜质，现需对该矿山地质灾害进行评估。运用高密度电阻率法对该矿山地质灾害现状进行评估，此次选用多功能数字激电仪为探测仪器，在探测过程中，通过主机收集多功能数字激电仪探测到的数据，将主机与计算机连接在一起，将采集到的数据进行处理，最终得到该矿区地质构造反演图，推断出该矿区没有发生过较为严重的地质灾害，并且该矿区地质灾害现状评估结果为地质构造具有良好的稳定性。

1.2 地震反射波法对矿山地质灾害预测评估

矿山地质灾害预测评估是在现状评估结果的基础上进行的，运用地震反射波法预测矿山地质灾害形成条件。地震反射波法是根据振幅、反射程度、波形的变化规律来推断出矿山是否具有地质灾害形成条件。运用地震反射波法对矿山地质灾害预测评估主要分布置测线、覆盖观测系统以及分析数据三部分。根据高密度电阻率法探测的矿山地质构造信息来布置测线，测线要与矿山地质构造走向垂直分布且为直线，还要平均分布于整个矿区，保证采集数据全面；地震反射波法的观测系统可以用综合平面图表示出来，以下为观测系统综合平面图。

图1 观测系统综合平面图

观测系统在观测时是从综合平面图上每个激发点发出地震反射波，并且发射方向与布置好的测线成45度角，地震反射波最后落到接受排的交点上由观测系统进行接受，以此来完成矿山数据采集；数据分析过程主要是对收集到的地震反射情况进行格式处理，然后对原始数据的干扰波进去削弱，同时提高其信噪比和分辨率，最后经过分析得到矿山是否存在地质灾害条件。

以赣州盆地与吉泰平原交界地带某矿山为例，在高密度电阻率法的探测到的地质构造基础上，运用地震反射波法对该矿山进行地质灾害预测评估[2]。在该矿山共布置了9条地震测线，经过探测得到该矿山第四系松散层的横波速度位540ms，存在着差距较大的电介质差异，经分析最后得到该矿山地质灾害预测评估结果为：该矿区存在可能发生地质灾害的地质条件，但是地质灾害等级较小，属于小范围的地质灾害。

1.3 探地雷达法对矿山地质灾害综合评估

综合评估是在现状评估和预测评估的基础上得到矿山地质灾害评估结果，运用探地雷达技术探测矿山开采过程中对地质构造损坏后，矿山是否会发生地质灾害，以及采取预防地质灾害发生的措施。探底雷达法是通过电磁波传导获取矿山内矿床的结构以及分布情况，在此基础上模拟开采过程中对矿山地质构造的改变状况。首先根据矿山地质特点安置电磁波投射测线，在矿山的一端固定一根天线作为电磁波的发射点，由技术人员或者无人机带着另一根天线沿着测线的走向进行移动，这条天线作为电磁波的接受点，两条天线与探底雷达主机连接用于数据采集，以电磁波在不同深度条件下的频率作为参数输入到主机内，以下为探底雷达常见参数。

表1 探底雷达矿山介质的频率参数

探地雷达法的数据处理采用地质雷达资料处理软件，首先是对采集到的数据进行格式统一，通过分辨率处理以及信噪比技术处理，根据技术人员的勘查经验，将电磁波数字信息转化为文字格式，分析出矿床的整体构造以及分布情况，结合前面高密度电阻率法以及地震反射波法的探测结果以及评估结果，综合分析出矿体开采过程中由于地质构造的改变，矿山地质灾害发生的可能性以及针对性预防对策，以此完事矿山地质灾害评估。

以赣州盆地与吉泰平原交界地带某矿山为例，运用探地雷达工程物探方法对该矿山进行综合评估。在矿山内平均安置了15条测线，进检测该矿山矿体成条状分布，分布范围广泛，但是矿体不集中，结合之前地质灾害现状评估和预测评估结果，得到该矿区地质灾害评估结果：在矿床开采过程中对地质构造大体损害程度较低，主要的支撑结构不会被破坏，但是该矿山具有发生地质灾害条件，所以在开采过程中要及时勘查地质情况，并制定合理的开采方案。