水工環(huán)地質(zhì)在礦山地質(zhì)災害活動中的應用

孫國良

（江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，江西 南昌 330038）

隨著社會和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，各類礦產(chǎn)資源的開采越來越多，為人民群眾的生產(chǎn)﹑生活提供了方便，但也造成了自然生態(tài)環(huán)境的破壞，礦山及其周邊自然災害頻繁發(fā)生，這就需要我們在礦產(chǎn)勘查工作中詳細分析可能出現(xiàn)的水工環(huán)地質(zhì)災害，并提出相應的對策。由于工程技術(shù)﹑科技裝備的不斷發(fā)展，水工環(huán)地質(zhì)在工程中的應用日益受到重視，水工環(huán)地質(zhì)在工程建設中的重要性日益凸顯，能夠提前預警，為相關的設計者提供相應的對策。

1 常見礦山地質(zhì)災害及其特點分析

1.1 崩塌、滑坡災害

崩塌﹑滑坡是一種典型的地質(zhì)災害，主要是由地質(zhì)構(gòu)造的改變引起的，當山體表面的土層太過松軟無法承受壓力或者被雨水沖刷，就會發(fā)生滑坡等災害。降雨誘發(fā)斜坡變形破壞的機制是：降水滲流引起斜坡巖土嚴重增加，巖土軟化，滑帶巖土強度降低，裂縫注水水楔作用，斜坡內(nèi)地下水形成或上升后產(chǎn)生的浮托作用，斜坡內(nèi)水力梯度所產(chǎn)生的滲壓作用，或由于受壓水作用而產(chǎn)生的孔隙水壓作用。巖土的破壞方式有：塑性流動﹑平推滑移﹑楔形沖出﹑崩塌﹑崩塌等。塌方對地表的影響很大，主要是由于施工工藝的不合理，導致了不同地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造受到了嚴重的破壞，導致了地表的崩塌。同時過度的開采當?shù)氐馁Y源，一旦開采完畢，就不能進行有效的治理，就會造成當?shù)氐墓こ探ㄔO出現(xiàn)不合理的問題，引起地表塌方，尤其是在喀斯特地區(qū)更是如此。

1.2 泥石流

坡面式泥石流是一種由局部地區(qū)的臺風和局部暴雨引起的坡地迅速飽和的液體液化，使坡地的土體迅速向下流動。坡面泥石流具有以下特征：一是規(guī)模較小，但多點成片；二是通常發(fā)生在幾百到幾千公里的范圍；三是坡面上的疏松堆積層逐步飽和，基巖較低的表層被阻擋了水分，兩者之間的接觸帶出現(xiàn)了滲透滑移帶；四是在同一地段發(fā)生崩塌－滑坡－泥石流連續(xù)變化的“鏈式”反應；五是單一的損傷較少，群體的整體傷害較大。堆積體滑坡體是由天然或人工引起的崩塌或松散的巖石堆積體，由于雨水過大，在坡面上會先發(fā)生溶脹，形成塑流型滑落或滑落，進而在坡面上反復沖刷，形成進行性的溝槽塑形和溝道沖蝕型泥石流。地震引發(fā)的崩塌滑坡碎屑流堆積體或自然或者人為堆積的巖土體處于松散欠壓密﹑欠固結(jié)狀態(tài)，在連續(xù)的強降水作用下，會產(chǎn)生這種類型的泥石流，本質(zhì)上是一種新的坡面的沖溝成型問題。

1.3 地震

由于在采礦中原有的應力平衡被破壞，在一定程度上形成了一個高應力集中區(qū)域，當觸發(fā)條件達到一定程度后，就會迅速釋放，造成中﹑小地震。通常發(fā)生在兩個板塊的交界處，比如江西，因為地處大陸斷裂的邊緣，礦脈的開采很有可能會引發(fā)地震。地震是一種突發(fā)的地質(zhì)災害，即便是最先進的現(xiàn)代探測儀器，也很難做到準確的預警。地震可以分成幾個級別，一般級別越高，地面的破壞力也就越強，如果是在山區(qū)那么很可能會引發(fā)一系列水工環(huán)地質(zhì)災害，比如泥石流，比如山崩。礦山開采造成的滑坡﹑崩塌﹑泥石流等地質(zhì)災害，在一些地勢較陡的山地經(jīng)常會出現(xiàn)，原因是長期受到風沙﹑降雨和氣候等因素的侵蝕和影響，泥石流﹑滑坡﹑滑坡的發(fā)生概率會大大提高，尤其是在土質(zhì)疏松的地方，在降雨密集的季節(jié)，泥石流很有可能會發(fā)生泥石流。

1.4 地裂縫

地裂縫是一種具有較強破壞性的區(qū)域性地表斷裂，其產(chǎn)生與地下水的利用系統(tǒng)有著密切的關系，當?shù)叵滤_采計劃不合理時將會造成大量的地下水流失，影響到整個地區(qū)的穩(wěn)定，導致地裂縫的產(chǎn)生。

2 水工環(huán)地質(zhì)勘探技術(shù)的研究

2.1 GPS技術(shù)

GPS是一種常用的定位技術(shù)，被廣泛用于水工環(huán)地質(zhì)勘探領域，大大提高了勘探工作的效率，減少了勘探工作的難度。GPS需要三顆人造衛(wèi)星來進行全球地質(zhì)調(diào)查。在應用中首先要在被測量區(qū)域內(nèi)設置無線電信號傳輸設備，在參考站點上安裝GPS接收機，接收到來自衛(wèi)星的信號，接收端采集相關的數(shù)據(jù)，并將其進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，得到所需要的真實坐標。目前在水工環(huán)地質(zhì)勘探中得到了廣泛的應用，而且可以節(jié)省人力和時間，使得測量結(jié)果更具時效性。GPS是利用衛(wèi)星的位置來精確地探測地質(zhì)地區(qū)，在探測的地區(qū)設置接收設備，GPS接收機安裝GPS接收機，將采集到的信息全部同步到測量設備的前端，再由計算機技術(shù)將其顯示出來。

2.2 GPR技術(shù)

GPR技術(shù)是指利用電磁波來傳送資料的地質(zhì)雷達技術(shù)。GPR技術(shù)的實施要求在地面布置發(fā)射天線，將電磁信號通過天線發(fā)送到地面，再利用聲波的原理來探測地下建筑。GPR技術(shù)相對于GPS技術(shù)具有更高的自動化﹑更能獲取更多的圖像信息，在探測地層厚度﹑測量基巖起伏等方面有著廣泛的應用。無人機遙感技術(shù)是一種以衛(wèi)星為基礎，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，利用CCD數(shù)碼相機﹑輕型光學相機﹑合成孔徑雷達等，無人機的遙感系統(tǒng)主要由微型數(shù)碼相機組成，與傳統(tǒng)的航空攝影技術(shù)相比，微型數(shù)碼相機所采集的影像具有更強的針對性，并且具有較大的影響量，可以實現(xiàn)幾何模式的輻射修正，還可以通過自動識別﹑快速拼接來提高影像質(zhì)量和飛行質(zhì)量。當前，應用無人機遙感技術(shù)對礦山地面坍塌進行監(jiān)測，其準確率僅為0.1m，難以對淺層裂縫進行識別；目前，地面裂縫的判讀主要是依靠手工視覺判讀，而以計算機信息為基礎的分類法還沒有得到很好的應用；由于對綜放工作面地面塌陷發(fā)育規(guī)律的認識尚不清楚，也沒有應用無人機遙感技術(shù)進行地表沉降等地表位移參數(shù)的研究。為此，如何提高無人機遙感圖像的分辨率﹑建立適用于礦山塌陷裂縫的信息抽取模型，并在無人機的輔助下，充分了解地面塌陷的發(fā)展規(guī)律，并通過遙感圖像直接進行地下沉值的估算，是目前煤礦地面塌陷地質(zhì)災害監(jiān)測亟待解決的問題。首先，要建造一座特殊的發(fā)射天線，接收電磁信號，并通過聲波探測原理，對整個地質(zhì)構(gòu)造進行全方位的探測。GPR技術(shù)采用的是節(jié)點法，因此測量的范圍不如GPS，在某些方面還不夠完善，但是這種方法具有較高的采集速度﹑較高的自由度和較好的可視化效果。由于受測量區(qū)域的限制，這種方法的適用范圍有限，適用于測量厚度較大的基面﹑斷層等，以水工環(huán)地質(zhì)勘探為基礎，對建筑物進行了基礎地質(zhì)勘察，對水庫進行了勘察。

2.3 TEM技術(shù)

TEM技術(shù)又名瞬變電磁技術(shù)，是一種與航天探測有關的技術(shù)，由于其特殊性目前還沒有得到廣泛的推廣與普及。水工環(huán)地質(zhì)可以根據(jù)這種方法對其進行性能優(yōu)化，提高測量的效率。TEM技術(shù)更像是一種導引技術(shù)，利用電磁裝置作為信號的接收器，利用回路導流的方式將電磁波轉(zhuǎn)換成脈沖，而電磁波的感應位置不太穩(wěn)定，在勘探的時候，如果碰到一些不穩(wěn)定的材料，很可能會引起二次旋流場，因此要對地質(zhì)狀況有一個大致的認識，不能直接進行測量。

2.4 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是一種基于GPS原理的實時動態(tài)差分法，它具有較高的穩(wěn)定性，測量結(jié)果的準確度可以達到毫米級別，通過對數(shù)據(jù)進行準確的監(jiān)控，可以減少衛(wèi)星的誤差。在水工環(huán)地質(zhì)災害預報中利用流體設備來實現(xiàn)對其進行可視化處理，并對其進行可視化分析。

3 礦山地質(zhì)災害調(diào)查與預防案例分析

某地區(qū)占地16km2，由于長期的開采，造成了嚴重的地質(zhì)災害，對人民的生產(chǎn)和生活造成了極大的威脅。本文就該課題在實際工程中的應用進行了以下幾點分析。

3.1 影像獲取

地質(zhì)災害的成因往往與地質(zhì)構(gòu)造密切相關，因此對水文地質(zhì)﹑工程﹑環(huán)境地質(zhì)狀況的研究是分析地質(zhì)災害成因的前提和依據(jù)，并對相應的防治措施進行了探討。由于水文地質(zhì)﹑工程地質(zhì)﹑環(huán)境地質(zhì)等關系十分緊密，在進行地質(zhì)災害防治時必須對有關地區(qū)的水文地質(zhì)﹑工程地質(zhì)﹑環(huán)境地質(zhì)等進行深入的研究，為進一步研究有關地區(qū)的地質(zhì)災害狀況和綜合防治提供有力的依據(jù)。水工環(huán)地質(zhì)是研究地質(zhì)災害成因的重要依據(jù)。不同的地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造和地形都會有很大的不同，這就導致了水文地質(zhì)﹑工程地質(zhì)﹑環(huán)境地質(zhì)等方面的差別。地質(zhì)災害的發(fā)生往往可以通過對有關區(qū)域的地貌特征﹑地質(zhì)構(gòu)造等方面的研究，進而確定其成因。對水文地質(zhì)﹑工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)狀況的研究，是找出地質(zhì)災害成因的重要依據(jù)。同時有關地區(qū)水文地質(zhì)﹑工程地質(zhì)﹑環(huán)境地質(zhì)變化的過程，也能很好地反映地質(zhì)災害的成因。在對其成因進行全面認識的基礎上，對其進行及時的控制和控制提供了充分的基礎。綜合分析了煤礦地質(zhì)災害勘查技術(shù)在煤礦地質(zhì)災害勘探中的應用。采用固定翼無人機航拍系統(tǒng)采集礦區(qū)的遙感圖像數(shù)據(jù)，選用DB-II型，采用佳能EOS5Dnark II對焦數(shù)字攝像機，并將其用作感應器。根據(jù)尺度和遙感技術(shù)的要求，確定了地面分辨率參數(shù)為0。10m，絕對航高3050m，相對航高550m。這一次的遙感影像拍攝，共拍攝了21條航路，其中航向和側(cè)向交迭率分別為70%和40%，航路為220m，曝光時間為70m，航程140公里，共獲取了1762幅遙感影像。

3.2 數(shù)據(jù)處理

利用航拍和相控結(jié)果，利用全數(shù)碼照相技術(shù)，利用Picel Grid軟件，進行空間三次測量，并產(chǎn)生1:1000的面積面積正射圖像。資料的處理過程包括：第一步資料準備；第二步空三加密；第三步建立三維模型；第四步核線圖像的產(chǎn)生；第五步比對前處理；第六步比對結(jié)果的編輯；第七步DEM的產(chǎn)生；第八步DOM的產(chǎn)生；最后一步成果的檢驗。

3.3 地質(zhì)災害的遙感解譯

采用了數(shù)字正射圖像，并對其進行了初步的分析。通過ArsGIS軟件的分析，建立了識別標記，并進行了初步的解釋。通過實地考察和確認，得出最后的結(jié)果。其工作步驟是：首先制作正射圖像及有關數(shù)據(jù)；然后對數(shù)據(jù)進行分析，建立遙感識別標記；其次進行初步解釋；對初步解釋結(jié)果進行詳細的解釋和修正；最后對翻譯結(jié)果進行全面的分析，并將結(jié)果輸出。根據(jù)該地區(qū)的地質(zhì)背景數(shù)據(jù)，確定了該地區(qū)的主要地質(zhì)災害類型有：滑坡﹑不穩(wěn)定﹑坡度等。

3.4 勘探成果

在礦山地質(zhì)災害勘探中進行遙感解譯，主要是利用圖像的空間和頻譜特征，并結(jié)合非遙感數(shù)據(jù)，依據(jù)有關的生物學規(guī)律，進行綜合分析和邏輯推理。本次勘探工作，地質(zhì)災害遙感解釋，是根據(jù)調(diào)查地區(qū)各種調(diào)查數(shù)據(jù)，利用Arc GIS平臺，利用遙感圖像進行人工視覺解譯，共識別出32個滑坡，9個未確定坡度，38個地裂縫，19個地表塌方，1個土石流，13個廢渣，5個煤矸石。

4 水工環(huán)地質(zhì)的主要問題

4.1 不重視水工地質(zhì)勘探

水工環(huán)地質(zhì)勘測工作涉及的問題很多，而且很繁瑣，投資也很大。但許多管理者并未對此有深刻的認識，在實際勘測中往往不注重水工環(huán)地質(zhì)勘探，以求取得更大的經(jīng)濟效益。水工環(huán)地質(zhì)勘測中由于資金投入不足，以及各種因素的制約，給工程施工帶來了諸多不便。在我國水工環(huán)地質(zhì)勘探的發(fā)展過程中水工環(huán)地質(zhì)勘探工作仍然是一種傳統(tǒng)的工作方式，缺乏全方位的創(chuàng)新性發(fā)展，缺乏專業(yè)化，給國內(nèi)的勘探工作帶來了很大的困難。

4.2 調(diào)查成果轉(zhuǎn)換不充分

在我國的城市建設和經(jīng)濟發(fā)展中必須對調(diào)查工作進行真實﹑可靠的調(diào)查，保證調(diào)查結(jié)果與實際情況相符。但是，從現(xiàn)實出發(fā)，水工環(huán)地質(zhì)勘探的生產(chǎn)與研究成果難以在實踐中充分發(fā)揮其應有的作用，缺少對其進行必要的推廣，影響到水工環(huán)地質(zhì)勘探的社會經(jīng)濟效益和其具體應用。當前水工環(huán)地質(zhì)勘測工作中為了保證測量資料的真實﹑準確，必須對測量資料的資料進行整理。一些勘探者對現(xiàn)場勘查工作不夠重視。由于數(shù)據(jù)信息的精確化，不能準確﹑全面地統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)，在實際應用過程中由于缺乏真實的數(shù)據(jù)，造成了很大的安全隱患。

4.3 對勘測工作的監(jiān)督不足

水工環(huán)地勘工作的首要任務是及時發(fā)現(xiàn)問題，特別是對專業(yè)的勘測，要充分考慮到環(huán)境因素的影響，確保水工環(huán)地質(zhì)工程施工的全過程監(jiān)控和勘探管理。但是，在現(xiàn)實中由于某些因素的影響，使得監(jiān)理工作沒有做好，最后造成了勘察成果和質(zhì)量不能達到預期的效果。

5 水工環(huán)地質(zhì)有效應用的對策

5.1 明晰水文地質(zhì)調(diào)查的目的

水工環(huán)地質(zhì)勘探的先決條件是：要對勘測工程進行全面的分析和預測，要有一個清晰的計劃，要讓勘探者有一個明確的職責，在勘測的同時還要降低水工環(huán)地質(zhì)災害的風險，提高工程的綜合經(jīng)濟效益。

5.2 加強思想意識，增加投資

水工環(huán)地質(zhì)要提高對水的認識，必須把水工環(huán)的勘探工作提到戰(zhàn)略高度，重視水工環(huán)的復雜地質(zhì)特征，加強水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)的收集，保證水工環(huán)地質(zhì)工作的順利進行。要加強對勘探隊的經(jīng)費投入，使勘測隊伍整體素質(zhì)得到全面提高。只有全面提升專業(yè)隊伍的訓練，確保整個工程環(huán)境的效果，才能保證水工環(huán)地工程的順利進行。在水工環(huán)境開發(fā)中由于是在野外進行的，勘測單位要加大對水工環(huán)勘探工作的支持力度，以保證勘探人員的工作需要，防止出現(xiàn)大量的人才流失，保證水工環(huán)的可操作性和積極性。未來水工環(huán)地質(zhì)勘探工作將會把GIS﹑遙感﹑地球物理等新技術(shù)和新技術(shù)運用于水工環(huán)地質(zhì)勘探中通過GIS的應用，可以對整個區(qū)域的地理數(shù)據(jù)進行綜合調(diào)整，提升整個勘探的效果。遙感技術(shù)能夠精確地評價地質(zhì)環(huán)境的發(fā)展趨勢，并運用計算機建模方法，對各種因素進行指導，使其更為精確。RS系統(tǒng)的使用，能實現(xiàn)多個動態(tài)的監(jiān)控，綜合調(diào)查水文地質(zhì)，協(xié)調(diào)自然災害。地球物理勘探技術(shù)可以對大量的資料進行處理，避免對周圍環(huán)境產(chǎn)生不合理的影響，在地球物理勘探技術(shù)中前期投入是十分重要的，只能起到很好的改善作用。

5.3 水工環(huán)地質(zhì)控制的不斷加強

在實施水工環(huán)地治理的過程中應著重解決水文地質(zhì)﹑工程地質(zhì)﹑自然地質(zhì)等方面的問題。由于工業(yè)的迅速發(fā)展，對水資源造成了嚴重的污染，特別是對地下水的過度掠奪，勢必會對水生態(tài)系統(tǒng)造成很大的破壞，應大力發(fā)展工業(yè)用水，完善水系統(tǒng)，為有關部門提供科學依據(jù)，以推動水生態(tài)環(huán)境的快速發(fā)展。在工程地質(zhì)環(huán)境管理中由于其隱蔽性和工程地質(zhì)治理的復雜性，應積極開展對潛在的自然災害的綜合分析，如地震﹑滑坡﹑泥石流等。在工程建設中要著重分析和協(xié)調(diào)工程地質(zhì)環(huán)境，并采取相應的對策。在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查過程中必須建立一套完整的野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以確保測量結(jié)果的真實性和可靠性，為以后的工程建設管理工作提供依據(jù)。最后，要充分認識到與自然地質(zhì)環(huán)境有關的問題，防止發(fā)生嚴重的自然災害，而在地質(zhì)勘探工作中環(huán)境地質(zhì)問題是一個十分重要的環(huán)節(jié)，必須對地質(zhì)環(huán)境做出正確的判斷，并能滿足人們的實際需要，才能保證其發(fā)展。主要是針對地區(qū)的環(huán)境問題，以提升環(huán)境保護的總體成效。在進行水文地質(zhì)勘探時必須對勘測工作的精確性﹑精確性給予充分的關注。保證了水工環(huán)地質(zhì)勘探工作綜合效益的提高。

6 結(jié)語

隨著社會的迅速發(fā)展，環(huán)境損害問題日益凸顯，其危害程度既對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了威脅，又使其頻繁發(fā)生。我國主要的地質(zhì)災害有地面塌陷﹑滑坡﹑泥石流﹑地面塌陷﹑地裂縫等。地質(zhì)災害多，往往會造成不良的影響，如何有效地有效地防治地質(zhì)災害，就成為一個十分重要的問題。水工環(huán)地質(zhì)在地質(zhì)災害防治中的運用應針對其機理，制定相應的防治措施，提高其實際運用效果，減少其破壞。水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)在災害防治中提高工作效率，顯示出更好的適用性，同時也為防治地質(zhì)災害提供了有效的數(shù)據(jù)支撐，提高了防治工作的有效性和針對性，有效地控制了地質(zhì)災害的損失。