综合物探技术在金属矿山水害防治中的应用

张进宇

（河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，河南福瑞德矿业有限公司，河南 郑州 450016）

在实际开展金属矿山地质勘察中，对于地下水害的防治十分关键，需要引起足够的重视。为了进一步提升水害防治效果，可以应用综合物探技术，达到提升勘察质量和效率目的，为后续开展水害防治提供科学合理的指导。

1 相关概述研究

（1）金属矿山地球物理探测。就目前而言，我国金属矿山勘察中普遍使用的是地球物理探测技术，该技术主要是结合区域岩体在密度、弹性、电性以及放射性等方面存在的差异，选取与之相对应的物理探测法及设备仪器，以达到明确地球物理场变化目的，最终确保区域金属矿山水文地质勘察的高效性和可靠性。对于金属矿山而言，地下水害问题十分常见，主要通道包括以下几方面，即溶隙、空隙以及裂隙等，加之很多矿山含水构造较为丰富，地质复杂程度较高，其中各种节理和导水断层是矿坑涌水的重要原因，长期得不到有效的防治和处理，会导致矿区形成地下水几种径流通道，当这些径流通道发展到一定规模以后，会让整个金属矿区的地球物理场发生本质的变化，对于矿山安全生产会构成严重的威胁，此时可以直接通过地球物理探测法进行勘察，以便于结合探测结果作出进一步防治处理。

（2）水害对金属矿山造成的影响。当前社会经济水平显著提升，人们的生活品质得到了进一步改善，对能源和资源的需求不断扩大，这给金属矿业发展创造了巨大的便利和优势。然而对于金属矿山开采作业，需要在作业前进行充分合理的地质勘察，包括岩体结构、水文情况等等，尤其是对于地下水害的勘察要引起高度的重视，实际当中如果没有科学合理的对地下水害问题进行勘察，并且给予针对性的防治对策，那么不仅会对矿山正常开采作业造成影响，严重的还会引发安全事故，给企业发展造成困扰。

2 金属矿山水害防治中常见的综合物探技术

就目前而言，我国金属矿山水文探测中综合物探技术的应用还不是特别广泛，其中比较常见的包括以下几种方法，即电磁法、地震勘探法、放射性测量法以及电法勘探等，这几项技术在实际当中的运用效果还是相当显著的，受到业内人士高度认可。尤其是对于浅层地震折射法和音频大地电磁法这两种，效果更是十分理想，实际当中运用该技术，可以对金属矿区地质构造的规模、深度以及富水性等进行详细勘察，为后续水害的防治提供强有力的保障和依据，具体分析如下。

（1）浅层地震折射法。该技术探测原理如下，即通过人工的方式在矿区范围内地面激发地震波，地震波在近地表介质中传播过程中会出现折射现象，此时借助于相关的设备仪器对折射波达到检波器的时间进行记录，以此为参考判断区域地下介质的空间分布特征，为后续水害防治提供依据。

（2）音频大地电磁法。该技术作为大地电磁法（MT）的一种，在金属矿山水害防治中应用效果十分理想，具体原理如下：将雷电活动引发的天然音频大地磁场作为场源，实时监测垂直方向中若干频率电场和磁场之比，通过对相关变化参数的研究和分析，明确金属矿山中相关的地质构造问题。

3 综合物探技术在金属矿山水害防治中的应用探究

3.1 金属矿山概况

某金属矿山一期拟开采6-30线，标高-330m以下的矿体。其中，矿体主要赋存于地表下含水层中，通过对该矿区前期的勘察分析发现，区域地下水文情况复杂、水头压力过大、水量丰富、涌水量大，为了避免地下水害问题对矿山开采造成直接影响，近期安排相关单位结合综合物探技术实施矿区地下水文勘探作业。

3.2 条件及方法

（1）波场特征。本次初步勘测结果表明，该金属矿区的覆盖土层及风化岩层的压缩波速在1000m/s～2000m/s范围内，微风化岩层及新鲜岩层的压缩波速超过了4000m/s，破碎带、节理裂隙发育带内压缩波速在2000m/s～3000m/s范围内。由此可见，破碎带、节理裂隙发育带和其它岩层之间存在显著的波速差异。

（2）电性特征。该金属矿山覆盖土层及风化岩层的电阻率测定结果显示在100Ωm以下，微风化岩层及新鲜岩层的电阻率测定结果显示超出了1000Ωm范围，破碎带、节理裂隙发育带内电阻率测定显示低于1000Ωm，为倾斜的板状低阻体。而且破碎带、节理裂隙发育带和其它岩层电性方面存在差异。本次探测中主要使用的设备仪器如下：Geode浅层地震仪、RS-ST01C非金属超声检测仪、EH4连续电导率剖面仪等。

3.3 结果分析

通过对本次研究的金属矿山实施综合物探勘察，并结合前期调查的资料和信息，对矿山地下水位探测异常区进行如下划分，包括低速异常区、低阻异常区、异常段以及异常带等，其中导水构造共计13条，包括5条破碎带（Fp1、Fp2、Fp3、Fp4、Fp5）和8条断层（F1、F2-1、F2-2、F3、F4、F5、F6、F7），详细如图2所示。

图2 物探勘测结果

本次勘探结果显示，金属矿山西北部存在低速异常区，主要原因是该位置第四系松散堆积层厚度较大。

4 提升金属矿山地下水害防治质量的策略探究

上述运用综合物探技术针对于金属矿山地下水文情况进行勘察，对于区域地下导水构造的规模、深度以及福水量等参数有了一定的了解，为后续水害防治工作的开展提供了科学指导。本文接下来主要针对于该金属矿山，重点分析地下水害防治的策略和思路，详细如下：

4.1 构建规范标准的防治体系

对于金属矿山地下水害的防治体系而言，其需要以区域岩土空间为主要框架，综合考量矿体、水体等多方面因素，同时运用高端先进的探测技术和设备仪器，构建一个健全完善的水害防治体系，为金属矿山正常有序开采作业奠定坚实可靠的基础。通常而言，金属矿山地下水害防治体系主要涉及以下几种工艺，即立体勘察、井巷生产、水质探索、水害要素分析、地表水水质探测以及矿层防治等。

4.2 水害防治策略探究

在构建完金属矿山水害防治体系后，依托于该体系开展具体的防治策略，例如在岩土工程勘察中运用综合物探技术提升地下水文勘察质量和效率、对于水害防治内容和目的进行有效明确、提升地下水的处理质量，达到综合治理水害的实质性效果。

（1）提高水害研究力度。对于以往的金属矿山勘察作业而言，很多工作人员往往将重点放在岩体勘察中，忽略了区域地下水文情况的探测。针对于这一问题，实际当中需要运用综合物探技术开展全面的岩土勘察工作，特别是地下水文情况的勘察，要引起高度重视。

（2）明确防治内容。一般而言，当前金属矿山地下水害防治内容呈现多样化趋势，内容复杂且繁琐，例如地下水位的变化、水质污染情况等等，这些都会对矿山开采作业产生巨大的干扰。与此同时，还涉及到矿区地下含水层与隔水层厚度、分布等参数的影响，其中岩土层高度计算公式如下：

式中，ab代表岩土层水平线；bc代表岩土层垂直线；H和L代表岩土层的高度和厚度；α和β代表导线与岩层之间的倾角。除此之外，金属矿山地下水文探测作业中，主要的水害问题是由于岩土水理的变化造成的，导致地下水本身发生变质的现象，例如水溶性、透水性等参数变化。因此，在实际的探测作业中要高度重视岩土水理性质的勘察，结合相关资料和信息，获取准确的勘察结果。

（3）加大地下水处理力度。对金属矿山经过全面的探测，明确地下水文相关参数变化，然后有针对性的选择相应的水害处理技术和方法，对水害问题进行及时有效的处理和防治，避免隐患的进一步扩大的同时，也可以有效为金属矿山的安全开采提供保障。通常情况下，金属矿山区域范围控制的计算公式如下：

式中，S代表金属矿区域控制范围。结合这一公式，可以准确的计算出该区域的地下水流范围，然后由人员结合计算结果开展有效的防治处理，避免地下水流对地表区域作业造成干扰。

5 结语

综上所述，综合物探技术在金属矿山地下水害防治和勘察中起到重要的作用优势，本文采用的浅层地震折射与音频大地电磁相结合的综合物探方法，对比传统单一的勘察手段，优势和功能诸多，解决了以往勘测中存在的缺陷和问题。