对提升矿山采空区调查规范的若干建议

2013-08-15姚改委周亚涛

中国国土资源经济 2013年6期

■ 姚改委/白楠/周亚涛

（河南省有色金属地质矿产局第六地质大队，洛阳 471002）

0 引言

随着全球经济的回暖和我国城镇化建设的提速,对矿产资源的开发利用出现了前所未有的需求增长。矿山开采会形成地下采空区。由于采矿方法、管理措施等不同，采空区会有多种结构形态，可能导致矿震、空气冲击波、突水、岩爆、地面塌陷等多种形式的灾害。出现一些危险信号后，会导致采空区上方覆盖的岩层失去支撑，原来的平衡条件被破坏，致使上方岩层产生移动变形，直到破坏塌落，最后导致地表各类建筑物(包括线路、桥涵等)变形破坏，甚至倒塌；另外也会造成地表大面积下沉、凹陷，破坏大片农田。

准确了解矿山采空区的情况,对以后的二次开发和综合治理意义重大。必须对矿山采空区进行详细的调查工作。矿山采空区调查，主要有测量调查、地质调查、环保调查、水文调查、工程调查、地质灾害调查等，制定调查相关规范是非常关键和重要的。

1 矿山采空区调查方法现状

目前我国对于矿山采空区的调查，还没有统一的规范和要求，管理非常混乱。相应情况下，所采用的方法手段形式不一，由此取得的数据的权威性就有待验证。各个部门和单位对于矿山采空区调查工作的要求，所需要的技术手段也相差很多，目前主要有以下八种：

1.1 地面调查

这种方法主要依据井下采空区在地应力的作用下引起地面塌陷、地裂缝等迹象，进行采空区地面地质调查工作。其主要任务是利用手持GPS机、测绳、罗盘进行地面塌陷区或地裂缝定位，实测其分布范围，然后在井田地形图上进行标识。对于古空区，由于年代已久，地面塌陷区、地裂缝迹象已被风化、剥蚀，一般采用民间采访等手段，这种方法只能调查老窑大致位置，无法了解下面的具体情况。

1.2 地面电法

地面电法从目前技术发展情况看，主要采用高密度电法和地面瞬变电磁法等手段探测。

高密度电法是直流高密度电阻率法，集中了电剖面法和电测探法的优点。主要优点是电极可以一次完成布置、减少电极设置引起的故障和干扰、可以多排进行测量、获得丰富的电断面信息等。另外采集数据实现自动化，避免手工操作误差，提高效率。

地面瞬变电磁法对于煤矿矿井下采空区的探测，是比较成熟的技术手段。

1.3 地面地震映射法

地震映射法采集速度快，抗干扰能力弱，勘探深度有限。

1.4 地面瞬间瑞雷波法

这种方法能够有效探测达80m，在30m内，能够确定空区的分布范围和顶板埋深，适合各类型采空区，探测精度较高；深度超过30m，由于受频率限制，频点较稀，异常不易分辨，探测精度低。

1.5 激光3D法

该法作为三维模式，可以建立采空区的空间立体模型，直观分辨率高。但由于需要钻孔，所以探测周期长，劳动强度大，容易受环境影响，探测深度有限。

1.6 极坐标法

该方法使用的仪器是无标尺激光全站仪。原理是将激光照射到无法到达地方的镜面上，通过返回的光测定测站到待定点的距离，再按照测站到待测点的坐标方位角和天顶角计算出该点的平面坐标和高程。

1.7 前方交汇三角形解算法

前方交汇三角形解算法是根据现场条件，利用数学方法解算三角形求出待定点的平面坐标和高程。即用经纬仪测定三角形的两个内角和三角形的一条边，用正弦定理计算出另外两条边的边长，再用极坐标的计算方法求出该待定点的平面坐标和高程。

1.8 地探雷达法

地探雷达法是在探测浅部地层介质时，具有比地震波法更高的分辨率而且具有经济、非破坏性、快速的优点。

以上调查方法存在着共同的弱点，就是在管理方面、数据采集的准确度方面、面对深部和复杂矿山采空区如何提高分辨率方面，还有采用的技术手段方法方面、所花费的费用方面等等，都与现实情况存在着很大差距。

2 矿山采空区调查新方法探讨

笔者通过人工加仪器这种新的调查手段和方法，成功完成了河南省镇平县楸树湾铜钼矿区北坡的矿山采空区调查和坑道编录工作，并提交了相应的调查报告，取得了很好的效果。这种方法不仅在管理上可行，同时也节约了大量的资金，更重要的是获得了准确的矿山采空区的第一手资料。利用以上的测量手段和方法价格昂贵，条件局限性强，特别是那些较深的、多中段、采空区密集的地方，上述仪器是很难分辨出来的，达不到预期的调查工作目的。我们利用人工加仪器的方法对河南省镇平县楸树湾矿区所谓的“七层楼”坑道内的采空区进行调查，完全清楚地测绘出来。这是以往任何的测量调查方法都做不到的。

需要强调的是，这种新方法，人工占有主导地位，仪器能够到达的地方，人工必须去复核。在人工到不了的地方，则需采用手持GPS或者激光全站仪等辅助仪器进行测量。

2.1 收集矿山采空区资料

收集采空区资料要求参与矿山采空区调查的有关地质技术人员，必须对矿山采空区地质调查的矿区及其周边进行全面了解，详细收集尽可能多的资料。这些资料包括矿山采空区所在矿山以往开展的地质、测量工作，历史开采情况和目前的工作条件，安全现状，工作环境。开展地质工作需要收集的资料有矿山采空区所处的地理位置、地层层位、地质构造、岩石结构等。

2.2 矿山采空区现场踏勘

这一阶段需要地质技术人员必须到所要进行调查的矿山，结合当时矿山及周边地区的实际情况，针对采空区调查内容所涉及的方方面面进行现场实地勘察，详细了解所要进行调查的采空区的实际现状，摸清工作条件和作业环境，包括采空区所处地理位置、地层层位、地质构造、岩石结构、稳固程度、规模大小、形态形状等。

2.3 确定调查施工方案

地质技术人员在完成现场踏勘后，综合地质调查各方面的实际情况，全面认真、仔细地研究，尽快制定出符合实际情况的矿山采空区地质调查施工组织方案。利用该方案来指导下一步的矿山采空区的地质调查编录工作。施工方案中针对不同的采空区情况，制定出相应的技术、安全保障措施，采用不同的手段和方法，在确定利用地质调查手段作为主要手段和方法的同时，如果条件允许的情况下，还可以采用其它的手段和方法，比如说钻探、地球物理勘探、遥感、现场编录等。

2.4 矿山采空区地质调查手段和方法

施工组织调查方案确定以后，参与调查的地质技术人员一定要按照施工组织方案开展工作。

目前我国还没有专门针对矿山采空区调查的相关规范、手段和方法。多采用以上列出的几种手段和方法来确定矿山采空区的空间分布情况。一般情况下利用地球物理勘探、遥感，理论上是可以调查清楚的，但是实际上地下情况复杂多变，仅仅靠上述手段和方法很难真实地反映矿山采空区实际情况，采用人工实地调查、其他手段辅助的方法，在安全方面可能存在着极大的风险，但是，对于调查所取得的结果来看，其可信度比较大。

矿山采空区调查中采取的主要还是依据坑道编录的相关手段和方法，在开展采空区地质调查编录前，要区分好矿山采空区的形状，比如说，是圆球体、椭球体、圆锥体、立方体还是长方体等。然后，根据确定好的形态，有目的地去收集相关的参数数据。

矿山采空区进行地质调查时，主要使用的工具有手持红外线测距仪、皮尺、罗盘、地质锤、记录本、油漆、绘图工具等。辅助仪器就是激光全站仪等。

2.5 调查工作自检互检

为确保矿山采空区调查工作的质量，开展自检互检工作非常重要。现场不仅要派专职质量和安全检查技术人员长期跟踪调查过程，进行自我检查，还要不定期地邀请有关专家对已经完成调查手段、方法及成果进行检查。对在自检互检及专家检查的过程中所提出的问题，参与调查编录的技术人员一定要在现场及时修改；对于一些调查手段和方法上的原则问题，只要影响调查结果和工程质量，就必须返工。

2.6 原始资料整理

原始资料整理是一个非常繁琐复杂的工作，但又是一项非常重要的工作。在整个原始资料的整理过程中，不仅要求所有参与项目调查的地质技术人员，对收集的资料和现场调查编录的原始资料进行详细的汇总，而且要邀请一些专家进行现场指导，分类整理。这个工作阶段整理出来的最后资料成果是全方位的，不仅包括所调查的采空区的平面形态，还要有立体形态；图件有地质平面图、勘探线剖面图、采空区平面、立体分布图、采空区纵投影图等；表格有样品统计表、资源量估算表、采空区调查情况一览表等。特别是对于那些跨度比较大、形态复杂的矿山采空区，地质调查工作更要详细、认真，并对其中存在的构造、矿化、矿体产状、形态等仔细研究分析整理。