新綜合物探法在礦產(chǎn)資源開采精準(zhǔn)定位中的應(yīng)用研究

尹維民

（山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013）

在現(xiàn)階段的礦山開采勘探發(fā)展過程中，社會(huì)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量不斷增加，但礦產(chǎn)資源不斷減少，導(dǎo)致開采難度不斷增加。然而應(yīng)用傳統(tǒng)的物探方法已經(jīng)很難發(fā)現(xiàn)新的礦脈，因此需要對(duì)傳統(tǒng)的物探技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，并融合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研發(fā)出可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的物探技術(shù)，為礦產(chǎn)資源的開采工作提供技術(shù)上的支持。

1 新綜合物探法在礦產(chǎn)開采中的意義及特點(diǎn)

1.1 新綜合物探在礦產(chǎn)開采中的意義

對(duì)于大多數(shù)的礦山開采而言，由于礦區(qū)獨(dú)有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成成分會(huì)對(duì)開采工作面造成十分嚴(yán)重的影響。因此，需要確定某個(gè)基準(zhǔn)面場(chǎng)的實(shí)際變化，并對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造特點(diǎn)的探測(cè)，以獲得該區(qū)域地質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

通常情況下采用一種物探方法進(jìn)行礦產(chǎn)資源開采的地質(zhì)勘探，往往會(huì)出現(xiàn)得出結(jié)論不精確的現(xiàn)象，導(dǎo)致技術(shù)人員無法對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的地質(zhì)判斷。在這種情況下，需要借助專業(yè)的資料或者其他方法對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行證實(shí)，為此，可以通過對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)鉆探驗(yàn)證，得到準(zhǔn)確的勘探數(shù)據(jù)。同時(shí)，在實(shí)際的地質(zhì)勘查過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)物探工作的工作量進(jìn)行分配，并做好應(yīng)對(duì)不同地質(zhì)的解決方案和工作準(zhǔn)備，從而保障物探工作的有效推進(jìn)，并取得預(yù)期的效果[1]。

1.2 物探方法在工程勘查中的應(yīng)用特點(diǎn)

在對(duì)開采的未知區(qū)域進(jìn)行勘探工作時(shí)，可以先利用物探技術(shù)進(jìn)行首輪勘查，采用該方式的主要原因在于其具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，物探方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)復(fù)雜的基巖面進(jìn)行全面探查，并能夠?yàn)橹蟮目碧姐@孔布置提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，勘探工作的鉆孔分布是否合理是可以影響到整個(gè)勘查任務(wù)的質(zhì)量。因此，物探技術(shù)可以在礦產(chǎn)資源開采中實(shí)現(xiàn)自身的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。第二，新綜合物探方法可以準(zhǔn)確地對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)的實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行探查，對(duì)復(fù)雜性較高的地質(zhì)區(qū)域有著較強(qiáng)的探測(cè)能力，而且其可以將地質(zhì)情況以三維巖溶或者四維變化的形式表現(xiàn)出來。第三，其也可以對(duì)地下設(shè)施的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行勘查，具有節(jié)約成本，保證地質(zhì)勘查質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)[2]。

2 物探方法的實(shí)際應(yīng)用

2.1 基巖起伏區(qū)內(nèi)新綜合物探法的運(yùn)用

對(duì)花崗巖為主要地質(zhì)的基巖起伏區(qū)而言，在進(jìn)行物探工作時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到基巖出現(xiàn)不均勻的風(fēng)化問題，并且常規(guī)的勘探技術(shù)會(huì)使基巖體表面發(fā)生劇烈震動(dòng)，如果使用傳統(tǒng)的單一鉆探技術(shù)進(jìn)行基巖體表面的形態(tài)勘探工作，將增加人力和財(cái)力方面的投入，且無法保證對(duì)地層的“無縫”勘查效果。針對(duì)這種情況，施工團(tuán)隊(duì)可以使用高密度電阻率剖面技術(shù)進(jìn)行探查，對(duì)巖層剖面進(jìn)行解析，獲得高阻值的電波信號(hào)結(jié)構(gòu)，然后按照電波形態(tài)設(shè)計(jì)鉆孔布置點(diǎn)位。同時(shí)，物探工作也可以利用電法剖面技術(shù)對(duì)鉆孔進(jìn)行有側(cè)重的合理化布置，以有效提升鉆探穩(wěn)定性，保證地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)的精度，滿足實(shí)際的設(shè)計(jì)和施工需要[3]。

2.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)育區(qū)內(nèi)物探方法的運(yùn)用

在利用新綜合物探法對(duì)礦產(chǎn)資源開采進(jìn)行定位時(shí)，在遇到發(fā)育型結(jié)構(gòu)且實(shí)際地形復(fù)雜多變的地質(zhì)時(shí)，需要對(duì)物探工作進(jìn)行全方位設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括探測(cè)地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、提供復(fù)雜地基的處理方案、地質(zhì)深層滲透以及劃分地質(zhì)分布區(qū)域等。在對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，物探技術(shù)通常運(yùn)用于理想性較高的物性差異界面，其可以將地質(zhì)體空間結(jié)構(gòu)圖形化、數(shù)據(jù)化，以了解區(qū)域內(nèi)物理場(chǎng)變化情況。

一般而言，需要在對(duì)礦產(chǎn)資源開采前就先行使用物探技術(shù)對(duì)設(shè)定區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，找出巖層中的各種異常和多種場(chǎng)位的變化特征，以有效避免之后的指導(dǎo)鉆探工作出現(xiàn)勘探誤差，影響到勘探數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。而且，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬于發(fā)育區(qū)的礦產(chǎn)資源開采的精準(zhǔn)定位，可以利用平面自然電位分布技術(shù)以及使用對(duì)稱電阻率測(cè)深技術(shù)這兩種物探技術(shù)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘探，以獲得較合理的解釋結(jié)果。

2.3 新綜合物探法在礦山工程地質(zhì)勘查中的運(yùn)用

目前，在我國礦山工程地質(zhì)勘查過程中，仍會(huì)存在一些地質(zhì)礦帶缺少數(shù)據(jù)資料的現(xiàn)象，如果不明確實(shí)際的地質(zhì)信息，完善必要的數(shù)據(jù)資料，將會(huì)對(duì)之后的新建礦山開采工作造成很大的影響，甚至可能造成工程開采過程中地基失穩(wěn)問題的發(fā)生。因此，在這類區(qū)域進(jìn)行勘查時(shí)，需要使用探測(cè)精度較高的探測(cè)技術(shù)和設(shè)備來明確該礦產(chǎn)的實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)。如果使用傳統(tǒng)的鉆探技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)則很難全面了解實(shí)際的地質(zhì)情況。例如，在某礦山工程中使用雷達(dá)物探技術(shù)對(duì)未知地質(zhì)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，通過雷達(dá)圖像顯示發(fā)現(xiàn)在地下約6m深度有兩個(gè)較為明顯的曲線異常，而在鉆探檢測(cè)時(shí)卻沒有發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，這就表明傳統(tǒng)的勘探技術(shù)已經(jīng)無法適用現(xiàn)代礦產(chǎn)資源開采行業(yè)，難以為礦產(chǎn)資源的開采工作提供安全保障。

2.4 利用大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)定位礦產(chǎn)資源

新綜合物探法的設(shè)計(jì)部分主要包括以下幾點(diǎn)：

第一點(diǎn)，需要對(duì)地質(zhì)開采模型的施工工藝進(jìn)行研究。在仔細(xì)研究采煤機(jī)和液壓支架自動(dòng)跟機(jī)實(shí)際工作原理的基礎(chǔ)上，按照地質(zhì)模型規(guī)劃采煤機(jī)等的開采參數(shù)模型，進(jìn)而達(dá)到精準(zhǔn)開采的需求。

第二點(diǎn)，建立關(guān)于地質(zhì)物探的開采模型。對(duì)目標(biāo)礦產(chǎn)資源開采區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化切割，并選取合適的基點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系，利用物探設(shè)備采集的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行絕對(duì)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。而且基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)設(shè)置在綜采工作面的進(jìn)風(fēng)巷礦層底角處，之后將各工作面以及其他絕對(duì)坐標(biāo)依次與其進(jìn)行校準(zhǔn)，然后依據(jù)轉(zhuǎn)換后的絕對(duì)坐標(biāo)，生成精確的資源開采模型，并且此模型還應(yīng)當(dāng)具有煤層采高、推進(jìn)度、挖底以及俯仰角度等基礎(chǔ)開采信息，從而為之后的工作提供全方位的數(shù)據(jù)支撐。

第三點(diǎn)，利用地質(zhì)模型和專業(yè)設(shè)備對(duì)礦產(chǎn)模型進(jìn)行精準(zhǔn)度的修正。此環(huán)節(jié)主要以地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域雷達(dá)和慣導(dǎo)監(jiān)測(cè)技術(shù)獲取實(shí)時(shí)地質(zhì)數(shù)據(jù)，并通過智能系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化和修正開采模型的目標(biāo)。

2.5 開采面空間導(dǎo)航定位及精準(zhǔn)控制技術(shù)

該技術(shù)主要通過光纖陀螺儀慣性導(dǎo)航技術(shù)，將慣導(dǎo)系統(tǒng)支持的開采礦機(jī)行進(jìn)路線計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)切割路線進(jìn)行比對(duì)，并通過對(duì)設(shè)計(jì)切割曲線進(jìn)行修正，從而達(dá)到對(duì)工作面進(jìn)行校直和修正水平控制等目標(biāo)。

同時(shí)通過實(shí)時(shí)監(jiān)控慣性導(dǎo)航x、y、z三個(gè)方向的位移變化數(shù)據(jù)，將采礦機(jī)的三維位姿狀況及時(shí)傳送至控制中心。管控人員可通過對(duì)采礦機(jī)位姿變化數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)一步更正截割模板中的采高數(shù)據(jù)，從而達(dá)到提升精準(zhǔn)定位控制效果的目的。另外，在礦產(chǎn)資源開采過程中可以利用雷達(dá)定位技術(shù)，在刮板輸送機(jī)的頭部和尾部安裝測(cè)距激光雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送機(jī)頭部、尾部以及進(jìn)、回風(fēng)兩端距離進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)，進(jìn)而得到開采面輸送機(jī)實(shí)際位移情況，為精準(zhǔn)開采定位控制提供決策依據(jù)。

3 新綜合物探法在實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

科學(xué)有效的物探方法能夠影響整個(gè)礦山工程的設(shè)計(jì)和施工，而且通過為礦產(chǎn)開采工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供重要的地質(zhì)數(shù)據(jù)資料，可以提升開采效果。但想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還需要重點(diǎn)注意以下兩點(diǎn)問題。

3.1 物探方法的選擇需要注重針對(duì)性

只有對(duì)礦產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地考察才可以準(zhǔn)確地選擇出科學(xué)合理的物探方法，并充分發(fā)揮物探技術(shù)的重要價(jià)值。但是不能認(rèn)為新綜合物探法可以適用于任何地質(zhì)的勘查工作，在進(jìn)行礦山礦產(chǎn)資源開采定位時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合開采區(qū)域的實(shí)際地質(zhì)情況和開采復(fù)雜性進(jìn)行充分判斷，選取最適合的物探方法進(jìn)行探測(cè)，進(jìn)而確保整個(gè)物探定位的質(zhì)量。在確定好物探方法之后還要排除施工現(xiàn)場(chǎng)的干擾因素，例如，物探區(qū)域有明顯的潮濕或者周邊區(qū)域有大量的水分都會(huì)對(duì)地質(zhì)物探帶來干擾，因此，在物探工作開始之前應(yīng)當(dāng)及時(shí)處理好施工區(qū)域的影響因素，從而降低不重要因素對(duì)物探工作的影響，提升地質(zhì)探測(cè)的真實(shí)性和精準(zhǔn)性。

3.2 注重分析驗(yàn)證的有效性

在對(duì)物探數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)該使用多種方式進(jìn)行檢驗(yàn)，在將物探數(shù)據(jù)和其他輔助信息進(jìn)行對(duì)比處理時(shí)，都需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行驗(yàn)證方法的選擇。而且在具體實(shí)施過程中，需要以檢驗(yàn)質(zhì)量和準(zhǔn)確程度兩方面為依據(jù)，進(jìn)而確保驗(yàn)證方法的真實(shí)準(zhǔn)確性，以將地質(zhì)物探結(jié)果分析驗(yàn)證的真實(shí)有效地體現(xiàn)出來。

4 結(jié)語

目前礦山資源開采對(duì)物探精度提出了更高的要求，而新綜合物探法的應(yīng)用范圍越來越廣，因此在進(jìn)行現(xiàn)階段的礦山勘探時(shí)，完全可以使用新綜合物探法對(duì)未知區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，以有效提高礦產(chǎn)資源開采精準(zhǔn)度，減少人力、物力和財(cái)力的投入。并且可以通過對(duì)綜合物探勘探信息進(jìn)行分析，為技術(shù)人員和開采人員提供相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用相關(guān)數(shù)據(jù)提升保障開采人員的人身安全，促進(jìn)礦產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。