综合勘探技术在废弃矿山治理中的应用研究.pdf

第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期：；责任编辑：陈鑫源 ：基金项目：河南省地质矿产勘查开发局局管地质科研项目（豫地矿科研 号）作者简介：尚学勇（），男，河南新乡人，高级工程师，年毕业于内蒙古科技大学，现从事地质灾害防治、矿山环境恢复治理相关工作。引用格式：尚学勇 综合勘探技术在废弃矿山治理中的应用研究 能源与环保，（）：，（）：，综合勘探技术在废弃矿山治理中的应用研究尚学勇，（河南省地质局地质灾害防治中心，河南 郑州 ；河南省地质环境生态修复工程技术研究中心，河南 郑州 ）摘要：随着露天矿井逐步开采，致使矿井及其周围出现大量采矿边坡、采坑、矿渣堆、采矿平硐、地裂缝等环境问题。为了查明地质环境问题类型及分布范围、规模，采用综合勘探技术，对其地质情况以及分布范围进行勘查，使用钻探技术对地层进行了揭露，揭露地表下 深度内的地层，主要为第四系、石炭系和奥陶系；利用槽探技术对地层进行了揭露，主要为第四系和石炭系，研究为后期矿山环境治理工作中矿渣方量计算和道路设计提供资料；并采用高密度成像探测技术以及 全新高密度电阻率数据处理反演软件，得到了视电阻率剖面图和反演剖面图，确定其对应地质层位，并利用色像图变化特征确定地裂缝变化特征、采空区塌陷区等。研究为后期矿山地质环境的治理提供了技术支持。关键词：综合勘探技术；钻探；槽探；高密度成像探测；地质层位；地裂缝变化特征；采空区塌陷区中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：；博爱县月山寺北部废弃矿山是计划经济时期私挖乱采黏土矿形成的，开采方式主要为露天开采，分布于整个勘查区内，少量硐采。由于长期无序开采，勘查区内不仅出现矿渣堆、采坑、采矿边坡、采矿平硐等严重破坏地形地貌景观，同时也造成了崩塌危岩体、地裂缝等一系列的地质环境问题，占压和破坏土地资源 。为了查明勘查区的矿山地质环境条件，为后期治理工程设计和施工等提供依据，本文采 年第 期能源与环保第 卷用采用综合勘探技术，对其地质情况以及分布范围进行勘查。研究可为治理工程设计提供依据。研究区概述 区域地形地貌区域地形北部为太行山区，沟谷深切，山峰连绵，地形起伏大，地面标高 ，北高南低，寨豁玄坛庙一带为丹河与大石河地表分水岭。南部平原，地形较平坦，地面标高为 ，县城以北地面坡降为 ，以南小于 。按照地貌成因，该区域可分为侵蚀剥蚀低山、侵蚀剥蚀丘陵、冲洪积倾斜平原、冲积平缓平原和谷地 个地貌单元（图 ）。图 区域地貌 （）侵蚀剥蚀低山（）。位于北部寨豁乡沿下郭顶韩庄茶棚羊圈以北地区，纵向上处于大石河（东）与丹河（西）的分水地带，地势自北向南呈梯级降低，标高 ，以奥陶、石岩系地层出露为主，沿丹河、大石河部分地段出露有寒武系地层，岩性以灰岩、白云质灰岩为主，断裂构造发育，地形起伏较大，沟谷多呈“”形，山脊呈鱼背状，地面岩溶较为发育，多见溶隙、溶沟、溶槽及溶洞地形。西部丹河山岭多为东北西南走向，东部大石河山岭以西北东南或南北走向为主。（）侵蚀剥蚀丘陵（）。位于博爱县中北部，包括寨豁乡南部一隅，许良、月山、柏山三镇的北部地区，标高 ，相对高差 ，山顶多呈浑圆状，山脊线圆滑，山顶平缓。岩性以奥陶系中统的灰岩、白云质灰岩及石炭系、二叠系的砂岩、砂页岩、黏土岩为主，为本区铁矿、黏土矿的主要含矿层位。（）冲洪积倾斜平原（）。位于县境中部山前地带，包括许良、月山、柏山三镇中南部，阳庙镇、清化镇中北部、磨头镇的北部地区，地貌上主要由第四系坡洪积扇、冲洪积扇、扇间斜地、扇前洼地组成，地形西北高东南低，标高 。（）冲积平缓平原和谷地（）。位于县境南部的孝敬镇、金城乡、苏家作乡以及磨头镇、清化镇南部地区，为丹河、沁河冲积形成的平原区，以地势平缓低下为主要地貌特征，地势向东倾斜，坡度小于，标高 ，地表物质以粉质黏土为主。沿沁河北岸并形成大面积的滩地，因沁河历史上多次决口泛滥，部分地段形成带状洼地和沙地。研究区地形地貌研究区位于太行山南麓，为侵蚀丘陵地貌，标高 。中部隆起，形成微型平台，向东西两侧逐渐变低，山体整体呈浑圆状，山脊线圆滑，地形起伏不大，四周多缓坡。西侧多露天开采，多采坑、矿渣堆；东侧多采矿平硐，坡面破坏，且存在崩塌及其堆积体；中部平台受采矿活动影响较小，但受东侧硐采影响，形成数条地裂缝。研究区受采矿活动影响，分布着规模不等的采矿边坡、采坑、矿渣堆、采矿平硐、地裂缝，对地形地貌景观破坏严重（图 ）。图 研究区范围 综合勘探技术 钻探揭露地层根据钻探资料，本次在研究区内勘查揭露地表下 深度内的地层，结合区域地质资料，自上而下为叙述如下。（）第四系（）。第单元层：杂填土（）。灰蓝、紫红、灰褐、浅灰色，稍湿、松散，主要以开采后矿山废弃尾料为主，成分多以页岩碎片为主，少量砂岩、灰岩及黏土岩块等。余为残坡积土及粉质黏土充填，含量约 ，钻进过程中存在漏水现象。该层主要分布在研究区硐采采矿区，层底埋深及厚度 ，平均埋深及厚度 。（）石炭系（）。第单元层：中风化黏土岩（）。紫红色、浅灰色，泥质结构，块状构造，岩心层 年第 期尚学勇：综合勘探技术在废弃矿山治理中的应用研究第 卷面较清晰，遇水易软化，日晒易开裂，岩心采取率 。层底埋深 ，层厚 ，平均层厚 。第单元层：强风化泥灰岩（）。褐黄、褐红色，泥质结构，块状构造，岩心致密坚硬、较破碎，大部分呈碎块状，偶见少量节长 的短柱状岩心，岩心表层有溶蚀现象。裂隙面充填有锈红色铁质薄膜。层底埋深 ，层厚 ，平均层厚 。（）奥陶系（）。第单元层：强风化灰岩（）。黑灰色，岩心结构大部分已破坏，大多呈碎块状，少量节长 的长岩心，可见溶蚀的小孔，裂隙发育，风化面大多覆以褐黄色钙质薄膜。层底埋深 ，层厚 ，平均层厚 。第单元层：中风化灰岩（）。黑灰、浅灰色，中厚层状构造，隐晶质结构，岩心结构较完整，岩心大多呈短柱状，少量节长 的长岩心，表面可见溶蚀的小孔，裂隙较发育，风化面大多覆以褐黄色钙质薄膜，岩心采取率 ，值 。层底埋深 ，层厚 ，平均层厚 。第单元层：中风化石英砂岩（）。浅灰、棕褐色，块状构造，砂质结构，岩心结构较完整，岩心大多呈短柱状，少量长柱状，少量节长 的长岩心，岩心采取率 ，值 。该层未见底，揭露最大厚度 。槽探揭露地层根据人工探槽情况，本次在研究区勘查揭露地表下 深度内的地层，结合区域地质资料，自上而下叙述如下。（）第 四 系（）。第 单 元 层：杂 填 土（）。灰蓝、紫红、灰褐色，稍湿、松散，主要以开采后矿山废弃尾料为主，成分多以页岩碎片为主，少量砂岩、灰岩及黏土岩块等。余为残坡积土及粉质黏土充填，含量 。该层只分布在 、这 个探槽中，层厚 。第单元层：粉质黏土夹碎石（）。灰褐、灰黄、棕黄色，可塑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，局部为薄层粉土及残积土，夹碎石成分多以砂岩、页岩碎片为主，少量灰岩及黏土岩块等，碎石含量约 。该层在 中均有分布，层厚 。（）石炭系（）。第单元层：强风化石英砂岩（）。棕褐色，砂质结构，块状构造，局部风化呈砂状，局部夹薄层黏土岩及页岩，层厚度不大于 。该层只分布在 、这 个探槽中，层厚 。第单元层：强风化黏土岩（）。紫红色、浅灰色，泥质结构，块状构造，岩心层面较清晰，遇水易软化，日晒易开裂，局部中等风化。该层只分布在 、中，层厚 。第单元层：强风化页岩（）。浅灰色、灰褐色，泥质结构，页理构造，岩心层面较清晰，遇水易软化，日晒易开裂，局部中等风化。该层只分布在 、中，层厚 。第单元层：强风化粉砂岩（）。浅灰、棕褐色，粉砂质结构，块状构造，局部夹薄层白矸土。该层只分布在 中，层厚 。第单元层：强风化泥灰岩（）。褐黄、褐红色，泥质结构，块状构造，致密坚硬，表层有溶蚀现象。裂隙面充填有锈红色铁质薄膜。该层只分布在 、中，层厚 。物探 剖面布置本区测地工作以博爱县月山寺北部废弃矿山项目地质环境现状图为基础，采用高密度成像探测技术 ，选取通视条件较好地段，各剖面端点及中间点用 作控制点测量，采用 坐标系，并结合钢尺测距法布设各测点。各控制点坐标见表 。表 物探工程坐标 线号点号线 线 线 物探结果分析本次高密度成图采用 全新高密度电阻率数据处理反演软件 。经反演软件生成的视电阻率断面图分为视电阻率剖面图和反演剖面图，为彩色地电影像图，呈倒梯形，反映了视电阻率沿横向和纵向的变化特征，形象地表现出地电断面结构。在分析收集本区已知资料并结合工区地面地质调查的基础上，对各剖面逐一进行定性分析，确定其对应地质层位；并利用色像图变化特征确定地裂缝变化特征、采空区塌陷区等 。（）线剖面分析。线 装置高密度测量原始剖面及反演剖面如图 所示。年第 期能源与环保第 卷图 线 装置高密度测量原始剖面及反演剖面 线高密度测量综合剖面，测线位于工作区中南部。原始剖面图显示，在 号点下方纵向视电阻率由低高分布，横向电阻率成层分布，推测为正常地层的反映；在 、号点浅部，视电阻率相对高阻脉状反映，结合地面实际调查，推断为地裂缝的反映；在 号点深部，存在椭圆状相对低阻体，推测为采空塌陷区充水引起的；在 号点下部，视电阻率高阻体反映，结合地面实际调查，推断为巷道采空旁侧的反映，并在 号点北部处发现开采洞口。反演剖面图与原始剖面图对应的异常位置，更清楚直观地反映出地裂缝和采空塌陷充水区。（）线剖面分析。线 装置高密度测量原始剖面及反演剖面如图 所示。图 线 装置高密度测量原始剖面及反演剖面 线高密度测量综合剖面，测线位于工作区中北部，与 线剖面相平行，原始和反演剖面图测量成果与 线大体一致。在 号点下方纵向视电阻率由低高分布，横向电阻率成层分布，推测为正常地层的反映；在 号点深部，存在椭圆状相对低阻体，推测为采空塌陷区充水引起的；在 号点下部，视电阻率高阻体反映，结合地面实际调查，推断为巷道采空旁侧的反映，并在 号点南部处发现开采洞口。（）线剖面分析。线 装置高密度测量原始剖面及反演剖面如图 所示。图 线 装置高密度测量原始剖面及反演剖面 线高密度测量综合剖面，测线位于工作区中部，走向近似南北向，号点与 线 号点重合。原始剖面图上，在 号点中深部，存在椭圆状相对低阻体，推测为采空塌陷区充水引起的；在 号点浅部，视电阻率相对高阻体反映，结合地面实际调查，推断为地裂缝的反映；在 号点附近地面调查发现 个洞，方向向南开采，是引起地面裂缝的主要原因。反演剖面图与原始剖面图对应的异常位置，更清楚直观地反映地裂缝和采空塌陷充水区位置。物探结论根据本次物探测量成果如图 所示。根据视电阻率阻值大小判断，工作区内局部存在采空塌陷区，采空塌陷区大体范围为 点 线 点 线 点 线 点 线 点 线。此塌陷区应根据地质灾害危险性对其潜在的危险性进行评估。结语（）使用钻探技术和槽探技术对地层进行了揭 年第 期尚学勇：综合勘探技术在废弃矿山治理中的应用研究第 卷图 物探成果 露，揭露地表下 深度内的地层，查明勘查区中部地裂缝的发育程度；查明勘查区内渣堆和第四系覆盖层的厚度、颗粒组成、结构、特征和拟建工程持力层特性等，可为后期矿山环境治理工作中矿渣方量计算和道路设计提供资料。（）采用高密度成像探测技术以及 全新高密度电阻率数据处理反演软件，根据视电阻率阻值大小判断，工作区内局部存在采空塌陷区，采空塌陷区大体范围为 点 线 点 线 点 线 点 线 点 线，了解月山寺北部废弃矿山地质环境勘查区局部地方采空塌陷区范围，为地质灾害恢复治理提供依据。参考文献（）：赵婷婷，宁亚涛，张林，等 综合勘查技术在山西宁武煤田废弃矿山自燃区勘查中的应用 矿产勘查，（）：，（）：黄民强 综合勘探方法在矿山开采区地面塌陷勘查中的应用研究 世界有色金属，（）：，（）：黄正均，张英，任奋华，等 多手段物探技术在露天矿山边坡地质勘探中的应用 中国矿业，（）：，（）：王永怀，王平伟，邓国成，等 二维地震在新疆白干湖一带煤炭资源调查中的应用 能源与环保，（）：，（）：何祥，杨天鸿，南世卿，等 虚拟现实技术在露天矿边坡工程中的应用 金属矿山，（）：，（）：李健，胡书桥，邓增兵 基于综合改进 算法的三维激光扫描技术在露天矿边坡测绘中的应用 煤田地质与勘探，（）：，（）：（下转第 页）年第 期能源与环保第 卷表 交叉河流泥沙分析成果 穿越河流面积 交叉断面水库控制计算区悬移质输沙模数（）年输沙量万 唐江河 淤泥河 小洪河 韩坡干沟 荆河 天水湖 结论采用搜集资料、地质调查、地质测绘、勘探和试验等手段，基本查明输水线路沿线的地形地貌、地层岩性、地质构造，分析评价岩土工程特性和可能造成的不利影响；查明沿线可能存在的环境岩土工程问题，得出以下结论。（）场区勘探深度范围内揭露地层主要为第四系全新统上段冲湖积层、全新统下段冲湖积层和上更新统冲湖积层。地层岩性主要为重粉质壤土和粉质黏土。根据勘察成果，场区地质结构属黏性土均一结构，根据岩性组合及工程特性，将管线分为 个工程地质段。（）场区存在的主要工程地质问题有：地震作用、边坡稳定性、施工降水、水土流失与泥沙问题。均可以通过有效工程措施加以解决。参考文献（）：许继军 新时期南水北调工程战略功能定位与发展思路研究 中国水利，（）：，（）：李庆中 南水北调工程保障国家水安全的作用探析 水利发展研究，（）：，（）：孙运锋 强化源头保护扎实推进南水北调后续工程高质量发展 水利发展研究，（）：，（）：葛锦浩 南水北调中线工程河南段社会经济效益研究 价值工程，（）：，（）：葛爽 南水北调中线工程河南段社会经济效益分析 河南水利与南水北调，（）：，（）：中国地震标准化技术委员会 中国地震动峰值加速度区划图：北京：中国标准出版社，工程地质手册 编委会 工程地质手册 北京：中国建筑工业出版社，关炜 南水北调工程关键技术研究进展 人民长江，（）：，（）：，罗林 调查分析法在开发建设项目水土流失预测中的应用 中国水土保持，（）：，（）：魏思怡，蔡玉如，王爱爱，等 南水北调保沧段工程的水土流失问题研究 新型工业化，（）：，（）：，檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 （上接第 页）田立安，谢芳 浅谈 技术在露天矿山中的应用 数字化用户，（）：，（）：，建林青，张赞萍，李华坤 地球物理测井技术在豫西铝土矿勘查中的应用 能源与环保，（）：，（）：申狄，陈朋磊，尹海涛，等 青海省格尔木市乌腊德地区煤炭预查地球物理测井技术研究 能源与环保，（）：，（）：梁开华 地球物理测井在大南湖煤田北露天煤矿区的应用 能源与环保，（）：，（）：