超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采的影響研究

張世濤，王曉亮，劉 宇，宋淑娥，吳文彬

（1.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110032；2.遼寧省地質(zhì)實驗研究所，遼寧 沈陽 110032）

超大型礦床要求礦床中資源的儲量必須大于2000億噸，而針對超大型礦床水文地質(zhì)條件指的就是超大型礦床地下水的存在形式，是包括含水層的厚度、礦化度、硬度、水溫及水的流動狀態(tài)等綜合地質(zhì)信息，也是礦山開采工作中一項十分重要的內(nèi)容。超大型礦床地下水主要補給源為大氣降水，大氣降水通過基巖風(fēng)化裂隙垂直入滲補給下伏基巖含水層。地下水總體上是由南向北方向運移，通過裂隙以側(cè)向地下逕流的方式；另一部分則通過地表蒸發(fā)、植物蒸騰，以垂向的方式排泄，回到大氣中。針對超大型礦床水文地質(zhì)條件進(jìn)行專門觀測的研究，是有效防止礦山開采所面臨的大面積

采空區(qū)塌陷和露天采礦場邊坡滑落等地質(zhì)問題的有效手段。技術(shù)負(fù)責(zé)人高級工程師張琪表示：“礦產(chǎn)是工業(yè)的糧食與血液，是國家經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。在影響礦山開采的因素中，礦床水文地質(zhì)條件是決定礦山開采是否能夠取得良好效果最關(guān)鍵的因素[1]。通過分析超大型礦床水文地質(zhì)條件的綜合信息，進(jìn)一步加大確定礦山開采方案的合理性。除此之外，超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采的影響，必定會在一定程度上，影響著整個礦區(qū)工作的合理開發(fā)和未來規(guī)劃，能夠有效降低在礦山開采的過程中出現(xiàn)人為事故的風(fēng)險。由于超大型礦床區(qū)域地形、地質(zhì)相對復(fù)雜，礦山開采的方案、順序以及深度直接決定礦山開采的效率以質(zhì)量。因此，本文提出超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采的影響研究。

1 超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采的影響研究

礦山開采指采礦及選礦生產(chǎn)的全過程，而貫穿全過程的監(jiān)督管理是對礦產(chǎn)資源實行有效保護(hù)和合理開發(fā)的一項最重要措施。必須嚴(yán)格把控好礦山開采過程的各個環(huán)節(jié)，監(jiān)督礦山開采資源時，必須合理地安排開采順序，以充分回收和綜合利用礦產(chǎn)資源；采礦方法和選礦工藝必須技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理；開采回采率、選礦回收率兩個主要綜合指標(biāo)，必須達(dá)到設(shè)計要求；儲量變動情況要適合生產(chǎn)過程及礦山的規(guī)模要求，以期達(dá)到對礦山進(jìn)行科學(xué)管理。分析超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采方案確定的影響，再通過分析水文地質(zhì)條件對礦山開采順序合理性的影響，以及分析水文地質(zhì)條件對礦山開采深度的影響，致力于為礦山開采提出與實際情況更匹配的開采方案。

1.1 影響礦山開采方案的確定

由于超大型礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜，傳統(tǒng)的礦山開采技術(shù)不能有效解決復(fù)雜水文地質(zhì)條件造成的諸多難題[2]。露天礦山開采通用的有兩種主要方案方法，一個是全境界開采法；另一種是陡幫開采法。地下礦山開采主要有三種開采方法，分別為：崩落法、充填法以及空場法。本文通過分析超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采方案確定的影響，致力于確定與實際情況最匹配的礦山開采方案?？紤]到目前“大數(shù)據(jù)”和“人工智能”已經(jīng)應(yīng)用于礦山開采研究的方方面面，正在以不可思議的速度提高對超大型礦床水文地質(zhì)條件勘探的精準(zhǔn)度，改變著礦山開采的技術(shù)以及方案。在通常情況下，礦山開采順序方案主要包括四種，分別為：從礦體的一側(cè)向另一側(cè)回采、從兩側(cè)向中間回采、從中間向兩側(cè)回采以及跳躍式開采。為了優(yōu)化礦山的開采順序，可以將礦山的開采看作一個復(fù)雜的生產(chǎn)過程，其中超大型礦床水文地質(zhì)條件直接決定礦山的開采方案。而超大型礦床水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，又要求其在實際礦山開采過程中不能遵循一定的規(guī)則，井下開采礦山含水層的厚度以及礦化度比較平均，一般采用從礦體的一側(cè)向另一側(cè)回采的開采順序，并且要求在礦山開采前必須具有完整、可靠的地下水位檢測系統(tǒng)。在嚴(yán)格把控超大型礦床水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐V山含水層的硬度，在下階段已回采結(jié)束的采空區(qū)采用中選擇從兩側(cè)向中間回采的開采順序。從中間向兩側(cè)回采主要針對含水層礦化度高的下階段未開采的礦山，跳躍式開采的使用主要為了避免大面積采空區(qū)的出現(xiàn)。

因此，可以看出超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采方案的確定具有積極、正面的影響。結(jié)合超大型礦床水文地質(zhì)條件選擇出的礦山開采方案具有以下優(yōu)點：可提高礦山開采的深度，使開采礦石貧化率降到最低；在傳統(tǒng)礦山開采技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)可能開采的最大深度，并根據(jù)水文地質(zhì)條件利用不同的礦山開采方案在已開拓的最深水平進(jìn)行回采[2]。同時，要提高礦山開采技術(shù)水平，盡可能提高選礦回收率、資源綜合利用程度和利用率，減少尾礦排放量；開發(fā)創(chuàng)新的選礦技術(shù)和設(shè)備，將礦石資源中由于選冶水平低不能利用的成分減到最少。通過井下預(yù)選、將選廠建在井下等方法，做到廢石、尾礦不出井，用于回填采空區(qū)，實現(xiàn)采選廢棄物的就地有效利用。

1.2 影響礦山開采順序

重視超大型礦床水文地質(zhì)條件最重要的原因在于，超大型礦床水文地質(zhì)條件能夠直接影響礦山開采順序的合理性。由于礦山地質(zhì)勘查技術(shù)伴隨信息化的發(fā)展不斷提高，單純依靠下行開采與上行開采不但耗時長，也會產(chǎn)生很多不必要的費用出現(xiàn)。必須結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，采用遙感技術(shù)，準(zhǔn)確、直觀、全面、多角度地確定超大型礦床水文地質(zhì)條件，并且還可以利用多時像的遙感資料，動態(tài)地觀察超大型礦床水文地質(zhì)條件的變化，為提高礦山開采順序的合理性提供技術(shù)指導(dǎo)。通過技術(shù)團(tuán)隊根據(jù)超大型礦床水文地質(zhì)條件所開發(fā)的遙感物探資料創(chuàng)新型解譯方法及其處理工具軟件，創(chuàng)造性地將航空磁力測量數(shù)據(jù)等物探資料直接應(yīng)用于預(yù)測找礦靶區(qū)，在針對超大型礦床進(jìn)行外圍及深部資源拓展勘查中，成功鉆獲隱伏工業(yè)礦體。加強(qiáng)探礦工作精準(zhǔn)實施鉆探，這也是將大數(shù)據(jù)思想應(yīng)用于礦山開采及地質(zhì)找礦工作的重大突破。通過超大型礦床水文地質(zhì)條件能夠有效降低了探礦風(fēng)險、成本，而有效提升了找礦預(yù)測、成功的概率。

超大型礦山開采順序的合理性是決定超大型礦山地質(zhì)勘查效果好壞的重要指標(biāo)，在開采過程中必須對綜合水文地質(zhì)條件的變化規(guī)律展開細(xì)致研究。分析超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采順序合理性的影響可以極大程度提高礦山開采順序合理性，從根本上加速我國工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采順序的影響不但具有礦山開采順序的安全性以及可靠性，分析超大型礦床水文地質(zhì)條件還能夠在本質(zhì)上提高了礦山開采順序方案的關(guān)聯(lián)性。上述的四種礦山開采順序方案是相互聯(lián)系的，缺一不可。因此，基于超大型礦床水文地質(zhì)條件確定礦山開采順序方案是礦山生產(chǎn)開采的有力保障。

1.3 影響礦山開采深度

歷經(jīng)新中國成立后近七十年的地質(zhì)勘探，全國范圍內(nèi)的淺表礦已經(jīng)非常之少，找礦難度越來越大，不得不將目標(biāo)轉(zhuǎn)向深部礦、隱伏礦、覆蓋區(qū)。影響礦山開采深度的控制性因素是超大型礦床水文地質(zhì)條件勘探的準(zhǔn)確程度，因此，如何提高超大型礦床水文地質(zhì)條件勘探的精度，是礦山開采工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在分析超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采深度的影響中，首先，要分析礦山開采中存在的風(fēng)險。在礦山開采時，一般流程是由地表開始的，通過由淺入深的方法向地下探采。隨著對礦產(chǎn)資源需求量的不斷增加，礦山開采向地下探采的程度越來越深，就意味著對超大型礦床水文地質(zhì)條件的勘查結(jié)果也提出了越來越精準(zhǔn)的要求。一旦沒有充分考慮超大型礦床水文地質(zhì)條件，確定礦山開采深度的最大值，在礦山實際開采過程中就會很容易出現(xiàn)與超大型礦床水文地質(zhì)條件不匹配的風(fēng)險。尤其是在超大型礦床水文地質(zhì)條件較差的位置進(jìn)行深度礦山開采工作，由于工作人員無法掌握超大型礦床深層水文地質(zhì)情況，勘查未知的地下水水壓無法得到精準(zhǔn)的預(yù)測。這就意味著地質(zhì)勘查深度越深，地下水水壓越高，越容易出現(xiàn)礦山開采事故，直接威脅礦山工作人員的生命安全。因此，必須提高對超大型礦床水文地質(zhì)條件勘查的重視程度，盡量避免水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

地質(zhì)學(xué)研究的主要目的是找礦，找礦是地質(zhì)部門的主業(yè)，也是各地質(zhì)勘查單位的中心工作。地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)技術(shù)的提升關(guān)鍵更在于如何降低風(fēng)險成本而有效提高預(yù)測成功的概率。另外，超大型礦床水文地質(zhì)條件的勘查復(fù)雜程度極高，不僅要配備先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，對工作人員的專業(yè)素養(yǎng)也具有很高的要求。必須做到實時精準(zhǔn)把控地下水水壓，才能向更深的地層進(jìn)行礦山開采，進(jìn)而提高礦產(chǎn)資源的開采率，實現(xiàn)礦山開采的預(yù)期效果。結(jié)合遙感物探資料創(chuàng)新型解譯方法及其處理工具軟件攻克了利用磁法物探資料預(yù)測弱磁性礦種的找礦難題，大幅降低了勘查找礦的投資風(fēng)險，為實現(xiàn)深部礦、隱伏礦的找礦預(yù)測突破提供了一個全新有效的方法和工具。超大型礦床多處于山區(qū)、礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)條件非常復(fù)雜，單純依靠地面監(jiān)測和實地監(jiān)測得到的礦床水文地質(zhì)條件耗時長、費用高、見效慢，尤其是在有些交通不便的地區(qū)，工作難度大，不易判斷。必須結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，采用遙感技術(shù)，不但可準(zhǔn)確、直觀、全面、多角度地觀察和預(yù)測超大型礦床水文地質(zhì)條件，還可以利用多時像的遙感資料，動態(tài)地觀察超大型礦床水文地質(zhì)信息的變化，為提高確定礦山開采深度的精準(zhǔn)度提供技術(shù)指導(dǎo)。綜上所述，分析超大型礦床水文地質(zhì)條件能夠更好的指導(dǎo)礦山開采工作的進(jìn)行。

2 結(jié)束語

本文通過研究超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采的影響，認(rèn)為現(xiàn)階段我國礦山開采工作仍然沒有充分結(jié)合礦床水文地質(zhì)條件?？傮w看來雖然通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)能夠獲取礦床水文地質(zhì)條件，但對于礦床水文地質(zhì)條件在礦山開采的應(yīng)用方面還存在不足。因此，研究超大型礦床水文地質(zhì)條件對礦山開采的影響是十分必要的。超大型礦床水文地質(zhì)條件是優(yōu)化礦山開采順序的有效手段，有理由加大對超大型礦床水文地質(zhì)條件的應(yīng)用拓展，致力于在提高礦山開采技術(shù)的同時，選出與實際情況匹配度最高的開采順序方案，從而提高我國超大型礦床的開采效率與開采安全。