數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)在深部礦床地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

梅志華

（山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺(tái) 264000）

隨著礦山開采向“深地”空間發(fā)展，大型復(fù)雜巖土結(jié)構(gòu)的精細(xì)化數(shù)據(jù)分析對(duì)礦山開采起到至關(guān)重要作用。傳統(tǒng)的單一礦床地質(zhì)勘查工藝已經(jīng)很難滿足解決巖土工程中現(xiàn)存的有關(guān)問題；在實(shí)際的礦床地質(zhì)勘查過程中根據(jù)施工需要選擇高效的N+模式勘查方法是行之有效的，一種快速、準(zhǔn)確、先進(jìn)的綜合勘查技術(shù)往往可以經(jīng)濟(jì)而有效地解決實(shí)際礦山地質(zhì)問題。

1 數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)工作原理

在鉆孔完成后，全景攝像探頭進(jìn)入水清、砂凈、無泥漿護(hù)壁鉆孔中，通過外控系統(tǒng)使攝像光源照明孔壁上的攝像區(qū)域；孔壁圖像經(jīng)錐面反射鏡變換后形成全景圖像，全景圖像與羅盤方位圖像一并進(jìn)入攝像機(jī)；攝像機(jī)將攝取的圖像經(jīng)專用電纜線傳輸至位于地面的視頻分配器中，一路進(jìn)入錄像機(jī)，記錄探測的全過程；另一路進(jìn)入計(jì)算機(jī)內(nèi)的捕獲卡中進(jìn)行數(shù)字化。位于絞車上的測量輪實(shí)施測量探頭所處的位置深度，并通過接口板將深度位置傳輸至于計(jì)算機(jī)內(nèi)的專用端口中；由深度值控制捕獲卡的捕獲方式，在連續(xù)捕獲方式下，全景像被快速地還原成平面展開圖，并實(shí)時(shí)顯現(xiàn)出來，用于現(xiàn)場監(jiān)測；在靜止捕獲方式下，全景圖像被快速的存儲(chǔ)起來，用于現(xiàn)場快速分析和室內(nèi)的統(tǒng)計(jì)分析；下降探頭直至整個(gè)探測結(jié)束。

2 數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)優(yōu)勢

傳統(tǒng)的礦床地質(zhì)勘查受巖土特性、構(gòu)造、水文等條件的影響，勘查精度很難得到保證，尤其在對(duì)巖土層結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)方面存在如下缺陷：巖芯采取率低、巖芯原位信息不準(zhǔn)、缺失等。

數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)的應(yīng)用在彌補(bǔ)傳統(tǒng)勘查工藝不足的同時(shí)，又能全方位、多角度提供對(duì)礦層結(jié)構(gòu)特性的解釋，并為礦山開采施工設(shè)計(jì)提供直觀的數(shù)據(jù)、圖像支持。在地質(zhì)鉆孔探測過程中，可以完成以下任務(wù)：

①確定地質(zhì)鉆孔內(nèi)巖性、礦石強(qiáng)度及礦層厚度的變化；②準(zhǔn)確測定鉆孔內(nèi)的斷層、裂隙和地層界面形態(tài)；③精細(xì)劃分鉆孔內(nèi)地層層序及接觸關(guān)系；④隱伏構(gòu)造層面和裂隙破碎帶位置寬度及空間展布方向定位測量；⑤滑坡及塌陷等礦山地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、鉆孔的應(yīng)用測試；⑥探測鉆孔通過的巖溶及地下洞穴的位置、形態(tài)特征。

數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)與常規(guī)鉆孔勘查方法對(duì)比結(jié)果（表1）可以看出，以數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)為核心的鉆孔勘查技術(shù)較常規(guī)方法具有明顯優(yōu)勢。

表1 數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)與傳統(tǒng)鉆孔勘查方法對(duì)比一覽表

3 成果應(yīng)用分析

本次成果應(yīng)用依托礦山開采項(xiàng)目，在傳統(tǒng)巖土勘查工藝中通過引入數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)對(duì)索塔錨固區(qū)進(jìn)行全方位探測，以了解鉆孔巖體節(jié)理裂隙、構(gòu)造跡象、主要礦層結(jié)構(gòu)面以及斷裂破碎帶等，并對(duì)其進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。

3.1 傳統(tǒng)地質(zhì)勘查工藝

傳統(tǒng)地質(zhì)勘查工藝主要依據(jù)鉆井施工，配合巖芯管取芯及原位測試工作來查明一定深部礦層的地質(zhì)類別、結(jié)構(gòu)及特性等。在國內(nèi)，不同行業(yè)對(duì)其勘查的要求也各有不同，在一定程度上很難做到統(tǒng)一。通過對(duì)比巖土、水運(yùn)、公路、采礦等規(guī)范及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合各個(gè)行業(yè)勘查過程中存在的問題不難看出，影響礦床地質(zhì)勘查的主要因素有：設(shè)備機(jī)具的選擇、礦層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、人員技術(shù)水平的高低等。由于諸多影響因素的存在，傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)勘查結(jié)果對(duì)于評(píng)價(jià)巖土特性勢必不能做到全面、準(zhǔn)確，尤其在巖體完整性、節(jié)理裂隙發(fā)育、構(gòu)造特征、巖體成份及結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)等方面。

3.2 數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)勘查工藝在施工過程中，很大程度的完成了巖芯的采取、礦物特性的劃分、原位測試、采取率的統(tǒng)計(jì)、RQD值統(tǒng)計(jì)等（圖1），其精度評(píng)價(jià)方面還存在一定差異。

利用數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)對(duì)CMZ-4鉆孔進(jìn)行探測，探測結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 0m～5m攝像圖 0m～5m巖芯圖

根據(jù)現(xiàn)場CMZ-4鉆孔探測結(jié)果及采集到的數(shù)據(jù)分析，數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)更能直觀、立體式、全方位、量化式展現(xiàn)探測礦區(qū)地質(zhì)層結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集及分析為巖土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等提供了直接依據(jù)。

圖2 5m～10m攝像圖 5m～10m巖芯圖

10m～15m攝像圖 10m～15m巖芯圖

4 結(jié)論

在分析論述數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)工作原理、技術(shù)優(yōu)勢、對(duì)比傳統(tǒng)勘查手段等條件下，通過實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步證實(shí)了數(shù)字式全景鉆孔攝像技術(shù)作為勘查技術(shù)N+模式的一種手段的重要性。

新的勘查技術(shù)、勘查方法的廣泛應(yīng)用為提高礦山地質(zhì)勘查質(zhì)量提供了可靠的技術(shù)手段及質(zhì)量保障。