地球物理技术在矿山闭坑阶段的应用

地球物理技术在矿山闭坑阶段的应用

保障安全关闭与环境保护

当矿产资源枯竭、矿山关闭后，闭坑后工作便随之启动，这包括矿井退役与场地复垦。这一阶段的执行方式，对于未来环境的安全至关重要。若矿山未得到妥善处理，可能在今后很长一段时间内引发灾难性的环境后果。无论是地下矿山还是露天矿，都必须以安全可靠的方式关闭，这不仅是为了在退役和复垦期间，更是为了长远未来，避免污染、滑坡、坍塌等风险。

为了对拆除作业流程和未来可能的土地利用做出明智决策，需要对矿区场地和在采矿期间建造的基础设施进行详细调查。传统的点式钻探和取样方法，可以结合地球物理勘探进行补充，这不仅能提高调查效率，还能扩大覆盖范围、深化对场地的理解，从而降低遭遇"意外情况"的风险。这些地球物理勘探技术能够以无损且经济高效的方式，提供场地的相关数据，既可以进行一次性测量，也可以进行长期连续的时序监测。

场地调查与长期监测

利用多种地球物理调查技术，可以解决矿山关闭过程中出现的许多常见问题，既包括直接的现状调查，也涵盖通过长期监测来追踪结构、岩土体和地下水的变化。

l 探地雷达、电阻率法和地震法都是重要的地球物理方法，既可在地表实施，也可在钻孔中进行。

电阻率法在闭坑后作业中的应用

电阻率测量可为以下应用提供宝贵数据：

l 沉降池/尾矿坝渗漏监测：既可进行一次性测绘，也可进行长期监测。

l 废石堆和尾矿沉积物渗漏监测：同样支持测绘与监测。

l 圈定现有采空区和巷道。

l 周边地质条件勘察：例如，在规划新的土地利用（如作为垃圾填埋场或危险废物储存场）前，测试岩体的完整性，确保其没有大的断裂带或孔隙发育区。

l 矿山废料密封层的调查与监测。

此外，钻孔电阻率测量有两种主要方式：

l 电阻率测井：最简单的方式，将装有电极的探头和电缆放入钻孔，测量井液及井壁周围介质的电阻率。相比地表测量，它能提供更精确的电阻率值和地层界面信息。

l 孔间电阻率层析成像：为了详细分析钻孔远处的地层，可将防水成像电缆放入相邻的钻孔中，在孔间建立层析成像数据集。

自然电位法可用于评估堤坝中的渗流情况，可进行一次性测绘或长期监测，并能与电阻率法和激电法结合使用。

 

采用电阻率测量法测绘废弃矿坝区域内的渗滤液范围

探地雷达在闭坑后作业中的应用

 

采用探地雷达进行地面测量，清晰揭示出深度约4.5米与6.5米处的两条老旧矿道

探地雷达可有效用于以下应用：

l 圈定现有采空区和巷道。

l 水坝结构（混凝土坝和土坝）测绘。

l 场地清理前的地下基础设施（如管线和构筑物）测绘。

l 矿山废料密封层的调查与监测。

在钻孔内进行GPR探测（单孔测量或孔间层析成像测量）也通常具有优势。

地震法在闭坑后作业中的应用

地震法可有效用于以下应用：

l 圈定遗留的采空区、巷道等。

l 评估废石堆、堤坝等残余结构的稳定性。

l 周边地质条件勘察：例如，在规划新的土地利用前测试岩体完整性。

为了提高深部探测的细节分辨率，可进行钻孔地震测量。实现方式多样，从简单、低成本的下孔法（地表使用震源，钻孔内放入检波器），到跨孔法（震源和检波器分别置于不同钻孔），直至全面的孔间层析成像（在相邻钻孔中使用多个震源点和接收点位置）。

 

如何选择合适的方法与技术？

虽然为特定项目确定最佳解决方案需考虑诸多因素，但以下是一些关键考量点：

l 探地雷达适用于非导电性条件（如无黏性土壤），可用于从浅层高分辨率探测到约30-50米深度的多种任务。

l 电阻率法和地震法在导电和非导电条件下均适用，探测深度可达约500米。实际可达深度可能受场地条件、设备功率或一般测量可行性的限制。

l 电阻率法需要通过电极与大地建立电流接触。在基岩裸露、沥青、混凝土或其他硬质地面环境下，这可能既困难又耗时。在带有粗糙岩石护层的坝体上可能完全无法实施。

l 如果采用主动源地震法（相对于被动源），需要考虑震源：它必须足够强，能将能量传递到目标深度并返回，同时要考虑作业介质的特性以及关于震源产生的法规或环境限制。

l 一维勘探（如TEM或VES）可能足以满足大范围的普查，但探地雷达、高密度电阻率法和地震法更适合获取详细结果。

l 地震法可以提供材料强度和稳定性的定量评估。

l 与能提供更多数据和细节的二维方法相比，一维方法（如VES和VSP）在识别横向受限的地质特征（如断裂带、侵入体）方面能力较弱。

 

核心提示：通常，结合使用不同的地球物理方法或其他调查技术，效果最为理想。