綜合物探技術(shù)在金屬礦山水害防治中的應(yīng)用

張進(jìn)宇

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)，河南福瑞德礦業(yè)有限公司，河南 鄭州 450016）

在實(shí)際開(kāi)展金屬礦山地質(zhì)勘察中，對(duì)于地下水害的防治十分關(guān)鍵，需要引起足夠的重視。為了進(jìn)一步提升水害防治效果，可以應(yīng)用綜合物探技術(shù)，達(dá)到提升勘察質(zhì)量和效率目的，為后續(xù)開(kāi)展水害防治提供科學(xué)合理的指導(dǎo)。

1 相關(guān)概述研究

（1）金屬礦山地球物理探測(cè)。就目前而言，我國(guó)金屬礦山勘察中普遍使用的是地球物理探測(cè)技術(shù)，該技術(shù)主要是結(jié)合區(qū)域巖體在密度、彈性、電性以及放射性等方面存在的差異，選取與之相對(duì)應(yīng)的物理探測(cè)法及設(shè)備儀器，以達(dá)到明確地球物理場(chǎng)變化目的，最終確保區(qū)域金屬礦山水文地質(zhì)勘察的高效性和可靠性。對(duì)于金屬礦山而言，地下水害問(wèn)題十分常見(jiàn)，主要通道包括以下幾方面，即溶隙、空隙以及裂隙等，加之很多礦山含水構(gòu)造較為豐富，地質(zhì)復(fù)雜程度較高，其中各種節(jié)理和導(dǎo)水?dāng)鄬邮堑V坑涌水的重要原因，長(zhǎng)期得不到有效的防治和處理，會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)形成地下水幾種徑流通道，當(dāng)這些徑流通道發(fā)展到一定規(guī)模以后，會(huì)讓整個(gè)金屬礦區(qū)的地球物理場(chǎng)發(fā)生本質(zhì)的變化，對(duì)于礦山安全生產(chǎn)會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，此時(shí)可以直接通過(guò)地球物理探測(cè)法進(jìn)行勘察，以便于結(jié)合探測(cè)結(jié)果作出進(jìn)一步防治處理。

（2）水害對(duì)金屬礦山造成的影響。當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平顯著提升，人們的生活品質(zhì)得到了進(jìn)一步改善，對(duì)能源和資源的需求不斷擴(kuò)大，這給金屬礦業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了巨大的便利和優(yōu)勢(shì)。然而對(duì)于金屬礦山開(kāi)采作業(yè)，需要在作業(yè)前進(jìn)行充分合理的地質(zhì)勘察，包括巖體結(jié)構(gòu)、水文情況等等，尤其是對(duì)于地下水害的勘察要引起高度的重視，實(shí)際當(dāng)中如果沒(méi)有科學(xué)合理的對(duì)地下水害問(wèn)題進(jìn)行勘察，并且給予針對(duì)性的防治對(duì)策，那么不僅會(huì)對(duì)礦山正常開(kāi)采作業(yè)造成影響，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)安全事故，給企業(yè)發(fā)展造成困擾。

2 金屬礦山水害防治中常見(jiàn)的綜合物探技術(shù)

就目前而言，我國(guó)金屬礦山水文探測(cè)中綜合物探技術(shù)的應(yīng)用還不是特別廣泛，其中比較常見(jiàn)的包括以下幾種方法，即電磁法、地震勘探法、放射性測(cè)量法以及電法勘探等，這幾項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際當(dāng)中的運(yùn)用效果還是相當(dāng)顯著的，受到業(yè)內(nèi)人士高度認(rèn)可。尤其是對(duì)于淺層地震折射法和音頻大地電磁法這兩種，效果更是十分理想，實(shí)際當(dāng)中運(yùn)用該技術(shù)，可以對(duì)金屬礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)模、深度以及富水性等進(jìn)行詳細(xì)勘察，為后續(xù)水害的防治提供強(qiáng)有力的保障和依據(jù)，具體分析如下。

（1）淺層地震折射法。該技術(shù)探測(cè)原理如下，即通過(guò)人工的方式在礦區(qū)范圍內(nèi)地面激發(fā)地震波，地震波在近地表介質(zhì)中傳播過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)折射現(xiàn)象，此時(shí)借助于相關(guān)的設(shè)備儀器對(duì)折射波達(dá)到檢波器的時(shí)間進(jìn)行記錄，以此為參考判斷區(qū)域地下介質(zhì)的空間分布特征，為后續(xù)水害防治提供依據(jù)。

（2）音頻大地電磁法。該技術(shù)作為大地電磁法（MT）的一種，在金屬礦山水害防治中應(yīng)用效果十分理想，具體原理如下：將雷電活動(dòng)引發(fā)的天然音頻大地磁場(chǎng)作為場(chǎng)源，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)垂直方向中若干頻率電場(chǎng)和磁場(chǎng)之比，通過(guò)對(duì)相關(guān)變化參數(shù)的研究和分析，明確金屬礦山中相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題。

3 綜合物探技術(shù)在金屬礦山水害防治中的應(yīng)用探究

3.1 金屬礦山概況

某金屬礦山一期擬開(kāi)采6-30線，標(biāo)高-330m以下的礦體。其中，礦體主要賦存于地表下含水層中，通過(guò)對(duì)該礦區(qū)前期的勘察分析發(fā)現(xiàn)，區(qū)域地下水文情況復(fù)雜、水頭壓力過(guò)大、水量豐富、涌水量大，為了避免地下水害問(wèn)題對(duì)礦山開(kāi)采造成直接影響，近期安排相關(guān)單位結(jié)合綜合物探技術(shù)實(shí)施礦區(qū)地下水文勘探作業(yè)。

3.2 條件及方法

（1）波場(chǎng)特征。本次初步勘測(cè)結(jié)果表明，該金屬礦區(qū)的覆蓋土層及風(fēng)化巖層的壓縮波速在1000m/s～2000m/s范圍內(nèi)，微風(fēng)化巖層及新鮮巖層的壓縮波速超過(guò)了4000m/s，破碎帶、節(jié)理裂隙發(fā)育帶內(nèi)壓縮波速在2000m/s～3000m/s范圍內(nèi)。由此可見(jiàn)，破碎帶、節(jié)理裂隙發(fā)育帶和其它巖層之間存在顯著的波速差異。

（2）電性特征。該金屬礦山覆蓋土層及風(fēng)化巖層的電阻率測(cè)定結(jié)果顯示在100Ωm以下，微風(fēng)化巖層及新鮮巖層的電阻率測(cè)定結(jié)果顯示超出了1000Ωm范圍，破碎帶、節(jié)理裂隙發(fā)育帶內(nèi)電阻率測(cè)定顯示低于1000Ωm，為傾斜的板狀低阻體。而且破碎帶、節(jié)理裂隙發(fā)育帶和其它巖層電性方面存在差異。本次探測(cè)中主要使用的設(shè)備儀器如下：Geode淺層地震儀、RS-ST01C非金屬超聲檢測(cè)儀、EH4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀等。

3.3 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)本次研究的金屬礦山實(shí)施綜合物探勘察，并結(jié)合前期調(diào)查的資料和信息，對(duì)礦山地下水位探測(cè)異常區(qū)進(jìn)行如下劃分，包括低速異常區(qū)、低阻異常區(qū)、異常段以及異常帶等，其中導(dǎo)水構(gòu)造共計(jì)13條，包括5條破碎帶（Fp1、Fp2、Fp3、Fp4、Fp5）和8條斷層（F1、F2-1、F2-2、F3、F4、F5、F6、F7），詳細(xì)如圖2所示。

圖2 物探勘測(cè)結(jié)果

本次勘探結(jié)果顯示，金屬礦山西北部存在低速異常區(qū)，主要原因是該位置第四系松散堆積層厚度較大。

4 提升金屬礦山地下水害防治質(zhì)量的策略探究

上述運(yùn)用綜合物探技術(shù)針對(duì)于金屬礦山地下水文情況進(jìn)行勘察，對(duì)于區(qū)域地下導(dǎo)水構(gòu)造的規(guī)模、深度以及福水量等參數(shù)有了一定的了解，為后續(xù)水害防治工作的開(kāi)展提供了科學(xué)指導(dǎo)。本文接下來(lái)主要針對(duì)于該金屬礦山，重點(diǎn)分析地下水害防治的策略和思路，詳細(xì)如下：

4.1 構(gòu)建規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的防治體系

對(duì)于金屬礦山地下水害的防治體系而言，其需要以區(qū)域巖土空間為主要框架，綜合考量礦體、水體等多方面因素，同時(shí)運(yùn)用高端先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)和設(shè)備儀器，構(gòu)建一個(gè)健全完善的水害防治體系，為金屬礦山正常有序開(kāi)采作業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。通常而言，金屬礦山地下水害防治體系主要涉及以下幾種工藝，即立體勘察、井巷生產(chǎn)、水質(zhì)探索、水害要素分析、地表水水質(zhì)探測(cè)以及礦層防治等。

4.2 水害防治策略探究

在構(gòu)建完金屬礦山水害防治體系后，依托于該體系開(kāi)展具體的防治策略，例如在巖土工程勘察中運(yùn)用綜合物探技術(shù)提升地下水文勘察質(zhì)量和效率、對(duì)于水害防治內(nèi)容和目的進(jìn)行有效明確、提升地下水的處理質(zhì)量，達(dá)到綜合治理水害的實(shí)質(zhì)性效果。

（1）提高水害研究力度。對(duì)于以往的金屬礦山勘察作業(yè)而言，很多工作人員往往將重點(diǎn)放在巖體勘察中，忽略了區(qū)域地下水文情況的探測(cè)。針對(duì)于這一問(wèn)題，實(shí)際當(dāng)中需要運(yùn)用綜合物探技術(shù)開(kāi)展全面的巖土勘察工作，特別是地下水文情況的勘察，要引起高度重視。

（2）明確防治內(nèi)容。一般而言，當(dāng)前金屬礦山地下水害防治內(nèi)容呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，內(nèi)容復(fù)雜且繁瑣，例如地下水位的變化、水質(zhì)污染情況等等，這些都會(huì)對(duì)礦山開(kāi)采作業(yè)產(chǎn)生巨大的干擾。與此同時(shí)，還涉及到礦區(qū)地下含水層與隔水層厚度、分布等參數(shù)的影響，其中巖土層高度計(jì)算公式如下：

式中，ab代表巖土層水平線；bc代表巖土層垂直線；H和L代表巖土層的高度和厚度；α和β代表導(dǎo)線與巖層之間的傾角。除此之外，金屬礦山地下水文探測(cè)作業(yè)中，主要的水害問(wèn)題是由于巖土水理的變化造成的，導(dǎo)致地下水本身發(fā)生變質(zhì)的現(xiàn)象，例如水溶性、透水性等參數(shù)變化。因此，在實(shí)際的探測(cè)作業(yè)中要高度重視巖土水理性質(zhì)的勘察，結(jié)合相關(guān)資料和信息，獲取準(zhǔn)確的勘察結(jié)果。

（3）加大地下水處理力度。對(duì)金屬礦山經(jīng)過(guò)全面的探測(cè)，明確地下水文相關(guān)參數(shù)變化，然后有針對(duì)性的選擇相應(yīng)的水害處理技術(shù)和方法，對(duì)水害問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)有效的處理和防治，避免隱患的進(jìn)一步擴(kuò)大的同時(shí)，也可以有效為金屬礦山的安全開(kāi)采提供保障。通常情況下，金屬礦山區(qū)域范圍控制的計(jì)算公式如下：

式中，S代表金屬礦區(qū)域控制范圍。結(jié)合這一公式，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出該區(qū)域的地下水流范圍，然后由人員結(jié)合計(jì)算結(jié)果開(kāi)展有效的防治處理，避免地下水流對(duì)地表區(qū)域作業(yè)造成干擾。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，綜合物探技術(shù)在金屬礦山地下水害防治和勘察中起到重要的作用優(yōu)勢(shì)，本文采用的淺層地震折射與音頻大地電磁相結(jié)合的綜合物探方法，對(duì)比傳統(tǒng)單一的勘察手段，優(yōu)勢(shì)和功能諸多，解決了以往勘測(cè)中存在的缺陷和問(wèn)題。