綜合地質(zhì)勘探技術(shù)在礦山開采中的應(yīng)用研究

任 偉

（新疆能源（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

礦山開采作業(yè)具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性，作業(yè)環(huán)境相對惡劣。受地質(zhì)條件約束，所用的地質(zhì)勘探技術(shù)也不盡相同。在礦山開采全過程中，應(yīng)該全方位收集相關(guān)地質(zhì)資料，開展深度綜合分析[1]。在井口（坑口）選擇、礦井開拓及掘進(jìn)（礦坑開挖）、巷道（礦坑邊坡）支護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害防治等多個環(huán)節(jié)，比選出最優(yōu)化的勘探技術(shù)。制定出最合理的綜合勘探方案，確保礦山開采安全、高效、綠色、可持續(xù)。

1 綜合地質(zhì)勘探是礦山勘探發(fā)展的必然趨勢

傳統(tǒng)模式下礦企在勘查找礦、礦井（礦坑）建設(shè)、災(zāi)害防治等環(huán)節(jié)采用的地質(zhì)勘探手段較為單一，獲取的地質(zhì)資料也比較零散，缺乏統(tǒng)一、規(guī)范化。在一定程度上影響了礦山整體地質(zhì)資料綜合分析、復(fù)雜地質(zhì)情況綜合研判，導(dǎo)致礦山開采精準(zhǔn)性不高，工作效率較低。例如，以往在礦山勘查階段，主要是為了完成資源儲量評估、礦體定位和開采方案設(shè)計(jì)等前期工作[2]。這期間更注重地震和鉆孔資料的搜集，大多未能形成遙感、地震、電磁、鉆孔等較為綜合的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，以致后期礦建和開采階段缺少必要的參照基礎(chǔ)。有的礦企即便在勘查階段采用了遙感、電磁等綜合勘探技術(shù)，但一旦進(jìn)入實(shí)質(zhì)性礦建和開采階段，技術(shù)的價(jià)值作用也往往被忽視，沒有持續(xù)開展綜合地質(zhì)勘探，缺少較為全面的綜合地質(zhì)資料，影響了礦山開采的研判和決策。

有的礦企更多關(guān)注于地球物理探測，主要根據(jù)礦體和圍巖之間的物理性質(zhì)差異，如導(dǎo)電性、磁化性、密度差等特性，獲取礦層邊界、地質(zhì)構(gòu)造等信息[3]。以觀測動態(tài)變化，提高安全生產(chǎn)效能，減少災(zāi)害發(fā)生概率。但實(shí)際上，地球物理探測法主要用于判斷地質(zhì)構(gòu)造是否異常，并不能有效獲取地質(zhì)資料。由于地質(zhì)資料精準(zhǔn)度不高，大多情況僅用于參考，配合鉆探等資料進(jìn)行綜合分析，不能直接作為開采依據(jù)。有的礦山地質(zhì)條件復(fù)雜，易發(fā)生礦山地質(zhì)災(zāi)害，潛在采礦風(fēng)險(xiǎn)較大。以往單一的地質(zhì)勘探手段難以有效識別礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響礦山安全生產(chǎn)，不利于企業(yè)綠色健康可持續(xù)發(fā)展。例如，地面塌陷、沉降、地裂縫、滑坡、崩塌等地面礦山地質(zhì)災(zāi)害的判定，需要遙感數(shù)據(jù)、測繪數(shù)據(jù)及位移監(jiān)測數(shù)據(jù)。而冒頂、片幫、突水、巖爆等井下礦山地質(zhì)災(zāi)害的判定，則更依賴地球物理探測、超前鉆探等數(shù)據(jù)。

由此可見，綜合地質(zhì)勘探在礦山開采過程中發(fā)揮著重要作用。應(yīng)該全面考慮礦山地質(zhì)條件、開采方式、生產(chǎn)規(guī)模、施工現(xiàn)場布置等特點(diǎn)，針對性地選擇勘探方式。形成有效的綜合勘探方法，全方位深層次多角度掌握、分析、研判礦山地質(zhì)情況。從而作出準(zhǔn)確決策，減少地災(zāi)發(fā)生概率，提高安全生產(chǎn)能力，更好地保障和促進(jìn)礦企高質(zhì)量發(fā)展。

2 綜合地質(zhì)勘探在礦山生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

2.1 礦山生產(chǎn)中幾種主要的地質(zhì)勘探方法及應(yīng)用范圍

2.1.1 遙感監(jiān)測

遙感監(jiān)測主要依靠不同物質(zhì)及地形地物反射、散射光譜特征或電磁波的差異性，通過衛(wèi)星、航天器、飛機(jī)、熱氣球、無人機(jī)等高空設(shè)備進(jìn)行全數(shù)字?jǐn)z影、高精度航空攝影、無人機(jī)攝影，收集分析遙感數(shù)據(jù)。解譯處理遙感信息，形成遙感數(shù)字圖像，監(jiān)測一定區(qū)域地形地貌、地質(zhì)水文、生態(tài)環(huán)境、工程施工等信息。一方面，能從宏觀視角上，針對大尺度區(qū)域生成的小比例尺遙感圖像，結(jié)果往往精度較低，分辨率較差，多用于區(qū)域勘查找礦、地質(zhì)填圖和成礦規(guī)律研究。另一方面，針對特定礦區(qū)生成大比例尺遙感圖像，一般精度和分辨率都比較高，容易識別，常用于礦坑開挖、礦層變化、火區(qū)管理、地災(zāi)防治等情況監(jiān)測分析。當(dāng)下，在礦山生產(chǎn)開發(fā)中，無人機(jī)監(jiān)測受到重視，除用于礦井建設(shè)、礦坑開挖、礦區(qū)布置、生產(chǎn)調(diào)度等情況監(jiān)測外，還可重點(diǎn)監(jiān)測礦區(qū)滑坡、崩塌、地裂縫、地面沉降、地面塌陷等地災(zāi)發(fā)生情況和火區(qū)防治情況。

2.1.2 地震勘探方法

地震勘探是礦產(chǎn)資源勘探中最為常見的物探技術(shù)，應(yīng)用較為廣泛、技術(shù)也比較成熟，在地質(zhì)找礦、礦井掘進(jìn)、地災(zāi)防治等多個環(huán)節(jié)都能發(fā)揮很好的指向性作用。該技術(shù)多用于識別礦山地質(zhì)構(gòu)造、礦層賦存等重要情況，為礦山開采設(shè)計(jì)和開發(fā)利用提供最基礎(chǔ)的地質(zhì)信息。就應(yīng)用區(qū)域來說，地震勘探一般可分為地表地震勘探和礦井地震勘探兩種。地表地震勘探多用于地質(zhì)找礦和礦山開發(fā)利用方案設(shè)計(jì)階段，礦井地震勘探多用于巷道掘進(jìn)、安全生產(chǎn)、災(zāi)害防治和救援等階段。該方法主要依靠不同介質(zhì)對地震波的反射、折射和吸收效率的差異，通過人為地震干擾，信號數(shù)據(jù)分析，尋找異常區(qū)域和邊界。配合其他地質(zhì)勘探手段，參照以往地震數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，解譯礦山地質(zhì)構(gòu)造和地層變化，在分析研判地下孔洞裂隙、隱伏斷層、采空區(qū)、陷落柱、沖刷帶、含水層等地質(zhì)條件時(shí)具有很好的勘探效果。地震勘探在實(shí)際應(yīng)用中，主要分為三個階段，首先搜集地震數(shù)據(jù)，其次分析處理數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行信息解譯。近年，礦企常使用的三維地震勘探技術(shù)，通過數(shù)據(jù)解譯和模型構(gòu)建，可以形成礦山立體式、可視化、綜合性的數(shù)據(jù)模型，為礦山科學(xué)開采和災(zāi)害防治提供保障和依據(jù)。

2.1.3 微動勘探技術(shù)

微動勘探無需人工干擾，通過記錄地球轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的微小振動，獲取面波信號（瑞雷波頻散曲線），分析預(yù)測地質(zhì)構(gòu)造和地層分布情況。

微動探測利用天然場收集微動信號，工作原理和儀器設(shè)備都比較簡單。微動探測常用方法有單點(diǎn)勘測、測線以及平面勘測等，單點(diǎn)勘探技術(shù)需要根據(jù)勘探深度來設(shè)置特定的觀測臺陣，以便于采集微動信號。測線技術(shù)需要組成觀測線，并按照一定比例布置，保證觀測點(diǎn)處于同一條直線上。此方法可獲取二維微動數(shù)據(jù)，也可利用反演法獲取三維數(shù)據(jù)。平面地質(zhì)勘探技術(shù)對各個環(huán)節(jié)要求都比較高，儀器較為精密，適用于精度要求較高的勘探場景。

2.1.4 電磁勘探技術(shù)

電磁勘探與地震勘探相似，將人工地震干擾置換為電磁干擾，并根據(jù)不同介質(zhì)電阻特性，表現(xiàn)出對電磁吸收、反射、散射的差異性，從而收集電磁數(shù)據(jù)信息，也可與微動勘探類似，僅收集礦體和巖體自身發(fā)出的電磁信號。通過數(shù)據(jù)處理、反演模擬，分辨電阻異常區(qū)域，解譯區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、礦石類型、礦層變化等地質(zhì)信息。在礦山生產(chǎn)實(shí)踐中，電磁勘探常用于查明隱伏礦體、復(fù)雜構(gòu)造和地災(zāi)隱患。由于電磁勘探具有靈敏度高、成本低、抗干擾、受環(huán)境影響小、容易實(shí)施等特點(diǎn)，因此電磁勘探既可用于地表勘探，也可用于礦井深部勘探。

2.1.5 測井技術(shù)

測井技術(shù)在能源開采行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，是一種比較常見的物探方法，多與鉆探技術(shù)配合使用。從早期的電性測井發(fā)展到聲波、光譜、電磁、發(fā)射等多種測井方式相結(jié)合的綜合測井，既發(fā)展了測井技術(shù)，也提高了測井?dāng)?shù)據(jù)的精度和應(yīng)用成效。測井?dāng)?shù)據(jù)可以比較立體、直觀地反映地表和巖層、礦層之間的關(guān)系，測定礦層變化、巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等情況。隨著測井技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上減少或替代了鉆探工程提取巖芯的工作，有利于發(fā)展深孔無芯鉆探技術(shù)，降低了綜合勘探成本，因此測井技術(shù)的發(fā)展前景十分樂觀。

2.1.6 鉆探技術(shù)

鉆探可以說是歷史最悠久、結(jié)果最直接、成效最明顯、應(yīng)用最廣泛的勘探技術(shù)，幾乎能夠在所有勘探工程中使用，同時(shí)也是其他勘探技術(shù)最根本的驗(yàn)證手段。原本鉆探技術(shù)主要是為了取出地下深部的巖礦樣品，通過分析測試，解譯地質(zhì)構(gòu)造、地層情況和巖礦性質(zhì)，從而圈定礦體位置和資源儲量。但隨著超深鉆、超大口徑鉆和定向鉆等新技術(shù)的發(fā)展，鉆探不僅用于獲取巖礦樣品，還增加了瓦斯抽放壓、探放水、注漿、送風(fēng)供氧等功能。

對于1000m以淺的礦區(qū)，多為地表鉆探，主要用于測定地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地層分布、礦體賦存和巖礦性質(zhì)。對于深部區(qū)域，多為礦井鉆探，特別是可采用定向鉆、超前鉆等方式，測定地質(zhì)構(gòu)造、地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、礦層變化等情況，為礦山生產(chǎn)提供可靠地質(zhì)依據(jù)。

2.2 綜合地質(zhì)勘探應(yīng)用的發(fā)展方向

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，5G、無人機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、全斷面盾構(gòu)機(jī)與礦山生產(chǎn)的結(jié)合越來越緊密，地質(zhì)勘探方法也越來越多樣化。綜合地質(zhì)勘探，最大的優(yōu)勢就是可以實(shí)現(xiàn)不同勘探技術(shù)之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠促進(jìn)新技術(shù)新方法與傳統(tǒng)地質(zhì)勘探技術(shù)有機(jī)融合。最大限度減少單一勘探技術(shù)的局限性，切實(shí)提升綜合地質(zhì)勘探能力和水平，增強(qiáng)勘探工作質(zhì)量和效率，全面完整準(zhǔn)確獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)和地質(zhì)信息。從而更加精確地掌握礦山地質(zhì)情況和礦體分布情況，為礦企長期穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展提供資源基礎(chǔ)和安全生產(chǎn)的保障。

3 結(jié)語

總體來看，礦山地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造多樣，礦層變化大、連續(xù)性差，常面臨較為嚴(yán)重的地災(zāi)、水害、有害氣體（瓦斯）災(zāi)害等威脅。為確保礦山生產(chǎn)開發(fā)安全、高效、綠色、可持續(xù)，必須全方位、多因素考慮，準(zhǔn)確研判礦山主要地質(zhì)問題，最優(yōu)化組合各勘探技術(shù)，形成最科學(xué)的綜合勘探方法。