地质灾害治理中水工环勘查技术要点分析

梁小涛

（甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

0 前言

随着社会经济和科学技术的飞速发展，越来越多的矿产资源逐渐被发掘，出现矿山水工环地质灾害问题的频率也越来越高[1-2]。水工环地质是针对特定地区的水文地质、工程地质以及环境地质情况进行调查和收集，并对收集的信息进行整理和分析的一种方法[3]。随着科学技术的发展，许多新技术、新产品在水工环地质勘查工作中广泛应用，不仅有助于行业技术革新，而且促进了我国矿山地质灾害防治工作的发展[4]。许多专家针对水工环地质勘查在地质灾害防治中的应用进行研究，徐罡、郝才刚等[2，5]分别研究水工环地质在地质灾害防治工作中的应用；雷鹏、张瑞鹏、王海宁等[6-8]分别对矿山水工环地质进行研究；张玉有、王小龙等[9]分别研究了水工环地质工作中的新技术。

该文以实际工程为研究对象，针对现阶段水工环地质勘查行业发展现状，深入分析水工环地质勘查在地质灾害治理工程中的应用，明确水工环地质勘查在地质灾害治理尤其矿山治理工作中的重要性，为今后矿山地质灾害治理中水工环勘查相关工作提供依据。

1 工程简介

某矿区为石料矿山，主要生产建筑石料，料场整体面积约0.18 km2，开采高度约80 m，矿区保有资源储量（122b）约380 万m3，该矿山经多年开采作业后留存多个开采平台。矿山整体采用露天开采的方式，自上而下分台阶、挖掘机挖掘铲装、汽车运输的采矿工艺。

2 水工环地质勘查

2.1 水工环地质勘查技术要点分析

该项目所采用的水工环地质勘查技术包括GPS 技术、地质雷达技术、瞬变电磁法，地质钻探和室内试验等技术。部分勘查技术的要点及机理如下。

2.1.1 GPS 技术

GPS 技术是对传统地面勘查方式的优化创新，能够提高水工环地质勘查准确性，具有便捷高效的特点，是当前我国水工环地质勘查工作中较为常用的手段。GPS 技术是通过卫星和地面系统对无线电信号进行处理，根据无线电测距交汇原理对勘查对象及细节进行有效定位。由于其具有准确、高效的特点，能够为水工环地质勘查工作提供详细且全面的资料，在地质灾害治理中具有极强的价值。

2.1.2 地质雷达技术

地质雷达技术主要用于短距离探测，具有较好的准确性和分辨率。地质雷达技术是通过电磁波在地下传播时遇到障碍物会折返的特性，对勘察范围内地下结构进行分析和鉴别。地质雷达技术具有较好的自动化性能，能够保证勘察数据和结果的准确性，使操作更方便。

2.1.3 瞬变电磁法

瞬变电磁法是一种新型勘查技术，在许多工程中得到广泛应用。瞬变电磁法主要使用电磁设备将脉冲电磁波向下传播，对二次涡流场变化情况进行分析，了解勘察区域的地下结构，尤其是在地质体中可能存在隐患威胁的情况下。

2.2 水工环地质勘查结果分析

2.2.1 地层岩性与地质构造

矿区所在地层主要包括上侏罗统高坞组（J3g）和第四系（Q）。其中，上侏罗统高坞组（J3g）分布全矿区及外围，岩性为灰紫色流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，上部风化厚度1.0 m～5.5 m，岩层出露厚度大于60 m。第四系（Q）分布矿区未剥离山体表部和矿区南东侧及北西侧平原区，其中南东侧及北西侧平原区主要是由海积灰色淤泥粉质黏土、粉质黏土等组成的，流塑—软塑状；丘陵山体表部及山麓、沟谷部位，主要为残坡积、坡积含碎石粉质黏土，灰黄色，硬塑，碎石含量为5%～20%。

矿区总体呈近北东走向，矿区所在山体自然斜坡一般在10°～30°，坡面较平顺，表部灌木覆盖，露头较少。山体岩性主要为晶屑玻屑熔结凝灰岩。矿区内未见断层，仅见三组节理，具体特征见表1。从表1 中可以明显看出该矿区范围内节理等结构面对矿体破坏的影响较小，整体较为完整。

表1 节理发育情况统计表

2.2.2 水文地质条件

区内无地表水体，地势北西高，南东低。地下水主要有松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水2 种类型。区内松散岩类厚为0.20 m～2.40 m，岩性为含碎石粉质黏土，透水性、富水性差，水量贫乏。虽然节理较发育，但是部分节理面微波状、微张，水的连通性一般。岩石风化层厚度为2.0～6.0 m。经过这次调查，坡脚未见泉水出露，说明地下水向下渗透的路径短，迳流量较小，因此，基岩裂隙水也贫乏。地下水主要是由大气降雨补给的，沿基岩裂隙向低处迳流，在低处渗出排泄。

2.2.3 工程地质条件

区内松散岩类厚0.2 m～2.4 m，岩性为含碎石粉质黏土，硬塑和密实状态；开采的流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩，属于坚硬岩类。矿区内未见断层，仅3 组节理，节理面微波状或平直，微张或闭合，间距0.2 m～1.0 m，矿体总体较完整。最终边坡总体走向130°，倾向南西，边坡最大高差约79.8 m。产状335°∠75°及260°∠68°两组节理与终了边坡呈大角度相交；产状40°∠52°节理与终了边坡走向相同，倾向相反。组合关系对边坡的稳定性影响小。同样，今后矿山开采自南西向北东推进，节理与开采边坡呈大角度相交和反倾，组合关系对边坡稳定性影响小。

2.2.4 环境地质条件

矿山周边人类活动主要为露天采矿、农作物耕种等，对山体进行开采，地形破坏活动较强烈，原有林地因矿山开采而逐步消失。因此，矿山周边除露天采矿破坏地质环境强烈外，其余人类活动对地质环境影响较轻。

矿山已开采多年，在南侧已形成有高差8～15 m 台阶状人工边坡，矿区内西南侧山体已揭露，植被破坏岩土裸露，侵蚀作用、冲刷作用和水土流水较强。矿区的土壤由酸性岩风化形成，色棕褐黄，属粉黏土。黄壤土为当地主要耕作层，质地黏重，有机含量为0.3%～2.0%，偏酸性，pH 为4.5～6.0。

3 矿山地质灾害现状分析

对矿山地质灾害现状的分析和评估是地质灾害治理工程水工环地质勘查工作中十分重要的一个环节。矿山地质环境影响评估能够为后续治理方案的设计提供重要依据，矿山地质环境影响评估分析流程如图1 所示。

图1 矿山地质环境影响评估流程

3.1 地质灾害现状评估

矿山开采过程中形成了许多裸漏边坡，根据地形条件及边坡特征和分布位置，现将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 个部分。Ⅰ段边坡位于矿山北西侧，坡长约170m，坡高5～12m；Ⅱ段位于矿山北东侧，倾向北西，坡长约95m，坡高5～56m；Ⅲ段位于矿山东南侧，倾向北西坡长约240m，坡高5～35m，坡上存在多个台阶。三处边坡岩性均为晶屑玻屑熔结凝灰，属岩质边坡，顶部为残坡积层含碎石粉质黏土，厚度约1.1m，其下为强～中风化晶屑玻屑熔结凝灰岩，其中强风化层厚约2～6m。

三处边坡节理发育情况如图2～图4 所示，其中Ⅰ段节理发育情况如图2 所示，Ⅰ段中节理与边坡直交或反倾，节理交线位于不稳定区域之外；Ⅱ段节理发育情况如图3 所示，Ⅱ段节理与边坡直交或反倾，节理交线位于不稳定区域之外；Ⅲ段节理发育情况如图4 所示，Ⅲ段第1 组节理与边坡基本同走向，但节理倾角缓于边坡倾角，节理对该段边坡稳定性影响不大，其他节理直交或斜交。第2 组节理与第3 组节理交线位于不稳定区域，存在碶形体破坏，节理规模不大的问题；其他节理交线位于不稳定区域之外。除此之外，在矿山开采过程中采用爆破方式，现状边坡上爆破裂隙较发育，同时受风化影响，边坡岩体存在较多的危石、险石，边坡存在崩塌等地质灾害。矿山整体3 段边坡均存在该问题。

图2 Ⅰ段赤平投影图

图3 Ⅱ段赤平投影图

图4 Ⅲ段赤平投影图

3.2 地下水含水层现状分析

矿区地下水含水层主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，松散岩类孔隙水分布不均匀，含水量少，富水性贫乏；岩体节理裂隙不发育，基岩裂隙水主要赋存于地表局部风化裂隙带或节理密集带、构造破碎带内，风化裂隙和节理密集带、构造破碎带连续性差，延伸不长，深部节理裂隙多呈闭合状，因此基岩裂隙水无统一地下水位；矿山含水层破坏小，矿区及周边主要含水层水位受采矿活动影响小。矿山所采矿石不含重金属离子，对水资源无有害物质，未影响矿区及周围生产、生活供水。矿山开采对地下水水资源影响程度一般。

3.3 原生地貌现状分析

该矿区采用露天开采的方式进行石料开采工作，矿区范围内虽然没有重要建筑设施、集中村庄、自然保护区、旅游景点以及重要水源地，但是露天开采的方式对原生的地形地貌景观破坏程度较严重。此外，矿区内主要为规划林地，开展采矿作业使矿区中部形成一个“U”形边坡及面积较大的底盘，破坏土地面积较大，因此土地资源破坏程度较高。

4 结论

该文对水工环勘查技术要点和其在矿山地质灾害治理中的应用情况进行分析，得到以下2 个结论：1）对水工环地质勘查技术要点进行深入分析，并对实际矿山地质灾害治理工程中水工环勘查结果进行分析，总结了水工环地质勘查技术要点。2）基于水工环地质勘查的结果，对实际工程中矿山地质灾害现状进行评估，为后续矿山地质灾害治理工作提供重要依据。