矿山地质物探技术在地下空间开发中的应用
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矿山地质物探技术在地下空间开发中的应用

2021-10-25 12:07:27 投稿作者: 点击:

摘要:矿产资源作为人类生存的王要物质来源,是国家经济发展的物资基础。在社会经济高速发展的当今社会,各项经济生产活动需要大量的矿产资源,以满足各行各业的正常运作,在此大环境下对矿山地质勘查和勘查灾害防治工作提出了更高的要求。在实际工作中,要求工作人员需在熟练掌握地质勘查技术与实际找矿工作具体原则的基础上,不断强化相关勘查技术的应用要点,以保证地质勘查找矿技术应用的有效性和安全性,进而促进我国矿业事业的持续发展。基于此,本文主要对矿山地质物探技术在地下空间开发中的应用进行分析探讨。

关键词:矿山地质;物探技术;地下空间开发;应用

随着社会经济的快速發展,城市化进程日益加速,导致城市地面空间日趋紧张,严重制约了城市化健康、持续、稳定发展。城市空间应用以逐渐由地面空间向着地上空间和地下空间方向发展,特别是城市地下空间资源的开发与利用。但是,在城市地下空间资源开发和利用过程中,地质勘查工作至关重要,是开发和利用城市地下空间资源的关键前提。

一、城市地下空间概述

城市地下空间的开发和利用对于城市化进程发展具有显著推进作用,主要表现有:首先,开发和利用城市地下空间资源可以有效的节约城市土地,缓解城市化进程发展导致的土地紧张问题;其次,城市地下空间资源的开发和利用,有效的避免了城市地面环境中所发生的光线污染、噪音污染、烟雾污染及废气污染,在城市居民提供优质的特殊地下空间环境的同时有效的改善了各种条件;第三,通过开发和利用地下空间资源而建设的地下封闭建筑空间,具有多种防护和防灾功能,例如防震、人防、报警、通讯等功能,明显优于地面空间防御灾害的能力;第四,由于地下空间墙体多以厚大的岩土为主,其不但可以节约大量墙体材料,而且在热稳定性方面都具有明显优势,这使得地下空间生活环境大大减少了对采暖与空调的依赖,从而减少了能耗;此外,地下空间特殊的空间环境、较稳定的温湿度可使许多产业工艺要求更容易满足,从而使投入的设施、设备延长使用寿命。

二、城市物探概述

城市物探技术的发展与进步,直接关系到城市地下空间资源开发与利用效率,主要表现有:其一,城市地下空间资源的水文地质条件、开发利用可行性报告、工程实施工艺技术等都需要采取物探技术提供相应的参考数据;其二,作为一项复杂性、系统性工程,城市物探技术的应用对于确保城市地下空间资源的开发与利用的效率具有重要影响。

在城市地下空间资源开发与利用方面,应用物探技术也应坚持一定的原则,具体有:(1)坚持理论联系实践原则,即针对城市地下空间物探数据,应进行相应的模拟实验,以确保物探结果的可靠性,进而实现对地质结构资源的掌握;(2)坚持局部与整体相结合原则,受城市地下空间资源范围广阔、地质复杂多样等影响,在开展物探工作过程中,应充分将地下空间资源的整体现象与局部相结合,进而实现点——线——面一体化;(3)坚持传统手段与现代技术相结合原则,随着现代物探技术的快速发展,先进的物探设备应用日渐广泛,在充分应用新装置与新技术的同时,也应对传统勘探技术中的优秀手段进行保留,以提高物探工作质量与效率。

三、物探技术在城市地下空间开发中的应用

(一)地下空间地质勘查。在对地下空间地层结构、基底几何形状、断层位置等勘查时,常常采取浅层地震法,其适用于浅部地质调查之中,并且勘查结果具有效果好、精度高等优势,可为城市地下大型工程的选址和选线提供重要参考依据。对于浅层地震法来说,其原理为:弹性波的反射和透射基本定律,即在连续介质内反射波的反射角与入射角相等和入射角正弦值之比等于介质中的波速之比。这是因为如此,浅层地震法在勘探城市地下空间地质时具有更为优异的探测精度和分辨力,但其成本相对偏高。

(二)地下管线调查。在物探技术中,电磁感应法由于是利用地下管线与周围介质的导电性和导磁性差异原理,采用人工激发的方式使管线载有电流,在地面上接收电流产生的交变磁场,通过研究该磁场空间与时间分布规律对地下管线进行追踪、定位和定深。同时,针对城市地下空间中敷设的部分金属管线,可通过采用管线探测仪方法进行勘探。与传统城市地下管线探测技术相对较,电磁感应法探测技术有效的避免了开挖式探测弊端,实现了无损探查目的,不但探测精度和效果显著,而且有效的降低了探测成本。

(三)工程地质勘查。探地雷达技术较常规钻探技术方法,无论是在探测精度和效率方面,还是在探测成本费用方面都有明显优势。针对部分地基勘探中无法应用探地雷达技术时,通常需要借助于传统钻孔技术,并利用钻孔雷达对其进行定位。钻孔雷达方法属于一种光谱电磁技术,其可应用于城市地下介质物质的探测工作。通常情况下,钻孔雷达使用频率在50~250MHz间,可对城市地下岩土介质具有一定的穿透性。较传统地质雷达技术相比,二者具有相同的探测机理,包含着一个天线发射高频宽带电磁波和一个天线接收来自地下岩土介质的发射波。

(四)次生地质灾害勘察。开发和利用城市地下空间资源过程中,若施工前期设计和施工过程中缺乏科学、合理、有效的措施,则易发生城市地下次生地质灾害。其中,常见的次生地质灾害有熔岩塌陷、地裂缝以及地面沉降等,对于社会稳定和人民生命财产安全带来诸多不利影响,应引起社会和人们的足够重视。基于此,常采取高密度电阻率方法对次生地质灾害进行勘察。与常规的电阻率法相比较,高密度电阻率方法在野外信息采集过程中可组合使用多种装置形式,在电性不均匀的探测中取得了良好的地质效果。

四、地质勘查技术和找矿技术的具体应用分析

通过对相关文献研究以及结合笔者工作实践经验来看,地质勘查技术和找矿技术的应用主要集中在以下几个方面:由于矿产资源的开发程度逐渐增大,开采量大幅度的提高带来的是矿产资源的枯竭,已知矿区的浅层矿床已面临着资源匮乏的现象。因此,为了实现可持续发展,扩大寻找矿产资源的范围,进行深部的找矿势在必行,必然会拓展到部分危险的矿山。过去的采矿工艺不成熟,在采矿过程常出现安全事故。尾矿的开采成为了制约找矿发展的问题。因此,尾矿或生矿的开发,注意对安全开采的因素控制,由于尾矿开采的危险因素较高,必须严格按照国家的开采要求,提高尾矿开采的谨慎性,处理尾矿的意外事故要有前瞻性,提高尾矿开采的科学性,这不仅能提高开采利用率,还能实现对尾矿实现环境保护。

五、勘察灾害防治的措施

(一)勘查矿山采空区的措施

由于矿山地质灾害常见于矿山深处,因此勘察过程中通常使用的是物理勘查的方法,其主要包括:首先是高密度电阻率法,该种方法就是利用岩土体之间存在不同导电性的特点,对矿山进行物探的方法。该种方法常用于勘察较浅的采空区地下水系。其次是視电阻率法,该法利用的是不同导体材料之间不同的性质,一般情况下,金属类矿山大都为块状硫化物框体,是一种导电性能良好的导体,其电阻率极低,而空气则不易导电,属于绝缘高阻,两者的电阻率具有非常显著的差异,通过对这种差异性的利用就可以确定采空区。最后是瞬变电磁法,该法的原理如下:通过不接地回线或接地线源发送脉冲电磁场至地下,在脉冲磁场间歇期间,利用接地电极抑或线圈对地下半空间二次涡流场的变化情况进行监控,该种方法的探测效率高,且测深度更深,分辨能力更强,且信噪比更加优秀

(二)实施矿产地质环境调查和评价

对矿山地质环境进行调查和评价,可以客观的反映出矿山地质的状况,为进一步开展矿山地质环境监测、有效防治地质灾害的发生提供有效的资料。从目前的实际情况来看,应当重点做好部分采矿区的矿山地质环境的调查和评价。

(三)对岩溶地面塌陷地质灾害的防治措施

对工勘查明的土洞、浅层溶洞应根据埋深的不同分别采取开挖回填或灌浆处理,回填工艺应按有关规范进行;场地及临区禁止大降深、大流量抽排地下水;场区及邻区禁止强力爆破工程;采取地下水控水措施,通过对漏水的矿洞、河道、水库等地表水进行铺底防漏,严重漏水的洞穴用水泥灌注填实来控制地表水,还要对岩溶通道进行局部灌浆或者帷幕灌浆处理以减少地下水位升降导致的岩溶塌陷。

(四)对危岩地质灾害的防治措施

一般遵循预防为主,防治结合的方针。对一些岩体不大的危岩,在工程条件允许下可进行危岩的清除,或者进行锚索、锚杆等工程加固支护措施;对于一些危险性较大且难以治理的危岩,可采取搬迁。设立警戒范围等方法。另外,对于危岩的防治,应该早发现、早处理,未能及时处理的,应加强危岩变形监测,群测群防、做好监测预报工作,以便更好的保护生命和财产的安全。

六、结语

城市物探技术中,特别是电磁感应法、浅层地震法、高密度电阻率方法等,由于具有勘测效率和精确度高等优势,其在城市地下空间开发中的地位与作用日趋突出,为城市地下空间开发和利用提供宝贵的参考依据。由此可以预见,在不久的将来,随着城市物探技术的日渐成熟,有效推动了城市地下空间资源的开发与利用,为缓解城市土地紧张问题和改善城市居民生活质量具有积极作用。

参考文献:

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[2]马杰,刘君泰,关丽.地质矿产施工中勘查与找矿技术的应用[J].地球,2015(5).

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