大數(shù)據(jù)背景下的礦山巖土工程勘察工作要點(diǎn)分析

張永權(quán)

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三三隊(duì)，廣東 肇慶 526060）

近年來(lái)，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的智慧礦山系統(tǒng)建設(shè)已得到了廣泛應(yīng)用，智慧礦山模式主要在監(jiān)管運(yùn)營(yíng)、高效率的設(shè)備信息讀取和數(shù)據(jù)化的動(dòng)態(tài)仿真等方面具有前所未有的優(yōu)勢(shì)，礦山作業(yè)可以直接借助數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)的方式進(jìn)行作業(yè)整體管控，全面提升作業(yè)效率和作業(yè)安全性[1]。在數(shù)據(jù)平臺(tái)當(dāng)中，結(jié)合大數(shù)據(jù)整合實(shí)現(xiàn)的BIM可視化模型建構(gòu)，則能夠?qū)ΦV山巖土的真實(shí)工況進(jìn)行模擬仿真，并能夠?qū)罄m(xù)作業(yè)狀況進(jìn)行精確預(yù)演，在礦山作業(yè)中，應(yīng)用價(jià)值極高。

1 傳統(tǒng)礦山作業(yè)中巖土工程勘察工作難點(diǎn)問(wèn)題

1.1 巖土信息獲取較為困難

傳統(tǒng)巖土勘察的工作環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，不同巖體、地質(zhì)環(huán)境所需要運(yùn)用的勘察測(cè)量工具也較多，部分地質(zhì)體可能深埋于地面以下，對(duì)于勘察作業(yè)技術(shù)要求也較高[2]。此外，在勘察中，還會(huì)使用其他鉆探等工具設(shè)備來(lái)開(kāi)展勘察工作，工作難度較高，相應(yīng)的巖土實(shí)地信息獲取的難度也相對(duì)較高。

1.2 勘察風(fēng)險(xiǎn)較大

與勘察難度相對(duì)應(yīng)的是勘察作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)較高，在一些礦山作業(yè)當(dāng)中，很多巖體特征表現(xiàn)并不明顯，巖土勘察很難在一開(kāi)始便完成對(duì)于巖土狀況相對(duì)宏觀的認(rèn)知，一些不表現(xiàn)在地面上的溶洞、涵洞、土洞等，都有課程產(chǎn)生對(duì)于安全性的影響，在未進(jìn)行有效的不良狀況勘察之前，勘察作業(yè)也有可能面臨到因地質(zhì)環(huán)境過(guò)于復(fù)雜所帶來(lái)的種種風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 信息形式較為混亂

傳統(tǒng)勘察所完成的地質(zhì)巖土的信息整理方式相對(duì)落后，勘察報(bào)告主要以紙面形式進(jìn)行呈現(xiàn)，對(duì)于信息的整理、基于信息對(duì)于礦山環(huán)境的還原來(lái)說(shuō)，都有一定的難度。一些情況較為復(fù)雜的礦山環(huán)境中，還需要運(yùn)用大量的文字報(bào)告來(lái)對(duì)其巖土情況加以描述，無(wú)疑進(jìn)一步增加了礦山信息整理的難度，整體礦山巖土的信息形式較為混亂，在一定程度上影響了后續(xù)作業(yè)工序。

2 大數(shù)據(jù)背景下的礦山技術(shù)升級(jí)

2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)特征

大數(shù)據(jù)的基本特征在與應(yīng)用的數(shù)據(jù)體量十分龐大，系統(tǒng)能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行特征量的挖掘、分析和應(yīng)用，完成人工數(shù)據(jù)分析無(wú)法得到的數(shù)據(jù)結(jié)論。在大數(shù)據(jù)應(yīng)用背景下，數(shù)據(jù)分析方式也逐漸以可視化的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，與單一的數(shù)據(jù)表現(xiàn)不同，可視化形式將真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行模擬，對(duì)于工程項(xiàng)目的管理來(lái)說(shuō)，更有助于高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行分析和判斷[3]。礦山所開(kāi)展的巖土工程勘察項(xiàng)目主要需要進(jìn)行地質(zhì)情況測(cè)繪和相應(yīng)的勘探，在工程中，需要作業(yè)人員進(jìn)行原位測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，而在大數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)可以借助大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)提供輔助能力，進(jìn)而提高工程質(zhì)量和安全性。

2.2 礦山技術(shù)升級(jí)

以大數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的現(xiàn)代智慧礦山系統(tǒng)在當(dāng)前的礦山工程中應(yīng)用逐漸廣泛，智慧礦山系統(tǒng)以大數(shù)據(jù)為核心，融入物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，搭建了能夠?qū)崿F(xiàn)信息分析和信息共享的中央管控平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山狀況的數(shù)字化集成和課時(shí)顯示。技術(shù)層面智慧礦山主要以搭建分布式信息獲取源為中央集成式信息處理中心為基本架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)信息獲取和中央處理相互結(jié)合的運(yùn)作模式，對(duì)于數(shù)字化的礦山作業(yè)體系建設(shè)而言，具有決定性的升級(jí)作用。而在系統(tǒng)層面，以BIM技術(shù)為代表的仿真模擬技術(shù)手段，使得礦山工程項(xiàng)目作業(yè)能夠以真實(shí)、可視化的形式呈現(xiàn)在系統(tǒng)平臺(tái)之上，最終以模型的方式對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行呈現(xiàn)。圖1為運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行真實(shí)模擬的礦山圖像，與傳統(tǒng)巖土勘察的圖像繪制相比，三維、真實(shí)、精準(zhǔn)是BIM技術(shù)應(yīng)用下大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)。

圖1 BIM技術(shù)呈現(xiàn)的礦山仿真圖像

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用下礦山巖土工程勘察項(xiàng)目的工作形式創(chuàng)新

3.1 建構(gòu)巖土勘察項(xiàng)目管理體系

巖土勘察是礦山勘察項(xiàng)目當(dāng)中的重要一環(huán)，主要在礦山施工之前對(duì)所屬礦山的地理環(huán)境、地質(zhì)條件和巖土情況進(jìn)行調(diào)查分析，給出基礎(chǔ)建議。在大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用背景下，巖土勘察環(huán)節(jié)也需要針對(duì)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行重新的調(diào)整和安排，以滿足實(shí)際勘察項(xiàng)目的技術(shù)需要。

勘察工程師需要在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)當(dāng)中完成四個(gè)環(huán)節(jié)的工作，分別是勘察任務(wù)書編制、勘察可行性分析、初步勘察和詳細(xì)勘察四個(gè)階段。其中勘察任務(wù)書編制完成后需要在系統(tǒng)當(dāng)中提交給設(shè)計(jì)工程師和總工程師，分別對(duì)任務(wù)書進(jìn)行審核，通過(guò)審核后，返還到勘察工程師，由勘察工程師根據(jù)審核意見(jiàn)對(duì)任務(wù)書進(jìn)行調(diào)整，并編制可行性勘察報(bào)告[4]?？尚行詧?bào)告提交設(shè)計(jì)工程師，進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，再有造價(jià)工程師對(duì)整個(gè)勘察過(guò)程進(jìn)行投資核算，總工程師對(duì)方案進(jìn)行審核，并要求設(shè)計(jì)工程師和造價(jià)工程師對(duì)方案和預(yù)算進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)最終審核后，再由勘察工程師進(jìn)行初步勘察工作和詳細(xì)勘察。大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)之中，勘察作業(yè)和管理運(yùn)行機(jī)制都直接通過(guò)信息共享的方式來(lái)完成，實(shí)現(xiàn)工作效率的提升。

3.2 進(jìn)行礦山模型創(chuàng)建

大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用能夠通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行礦山環(huán)境的模擬，其中BIM主要運(yùn)用三維仿真方式，對(duì)實(shí)地情況進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。在礦山的巖土勘察中，BIM主要進(jìn)行場(chǎng)地建模和地質(zhì)建模兩個(gè)環(huán)節(jié)的工作，其中場(chǎng)地建模主要針對(duì)場(chǎng)地環(huán)境進(jìn)行模擬創(chuàng)建，依托礦山數(shù)據(jù)進(jìn)行地貌、管網(wǎng)分布等方面的信息內(nèi)容完成創(chuàng)建。在進(jìn)行場(chǎng)地模型分析中，勘察工程師便能夠結(jié)合模型當(dāng)中所呈現(xiàn)的建構(gòu)物分布情況、基礎(chǔ)形式和埋深情況等工程環(huán)境要素，進(jìn)行勘察方案的編制。對(duì)于可能存在的安全性、勘察管理方面的問(wèn)題，則可以直接通過(guò)仿真模型的模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)礦山在勘察中可能發(fā)生的種種情形進(jìn)行模擬。地質(zhì)模型主要針對(duì)礦山當(dāng)中的地質(zhì)信息和巖土力學(xué)參數(shù)信息等進(jìn)行防身創(chuàng)建，通過(guò)BIM仿真降低信息冗余和信息失真問(wèn)題，幫助對(duì)巖土情況進(jìn)行直觀的呈現(xiàn)。BIM仿真當(dāng)中需要具備地質(zhì)空間信息、地質(zhì)構(gòu)造情況、巖土構(gòu)成、巖土參數(shù)等重要信息。與此同時(shí)，BIM模型還必須要完成對(duì)礦山當(dāng)中巖層狀態(tài)、斷層情況、褶皺或裂隙等情況進(jìn)行呈現(xiàn)，幫助不同專業(yè)工作人員能夠直接通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)的方式，從自身專業(yè)角度對(duì)地質(zhì)狀況進(jìn)行理解和分析。同樣，平臺(tái)操作過(guò)程中也可以通過(guò)運(yùn)用交互手段，與其他部門之間進(jìn)行協(xié)同，避免因信息壁壘、信息孤島等問(wèn)題導(dǎo)致的流程繁瑣，影響勘察工作效率。

3.3 勘察技術(shù)全面升級(jí)

通過(guò)合理運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，改善原有勘察工作的實(shí)際項(xiàng)目工作方式，提高工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量。在大數(shù)據(jù)應(yīng)用下的技術(shù)升級(jí)層面，技術(shù)提升主要是地質(zhì)形態(tài)管理以及巖土參數(shù)分析等兩個(gè)方面的能力。首先是地質(zhì)形態(tài)管理方面，巖土勘察中，地質(zhì)形態(tài)主要是指地表之下各類物體的分布情況和實(shí)際狀態(tài)情況等，前述明確在礦山施工中，因地下環(huán)境可能相對(duì)復(fù)雜，容易導(dǎo)致作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，因此需要借助鉆探、物探等手段，對(duì)地質(zhì)體情況進(jìn)行探查。常見(jiàn)的探查對(duì)象有采空區(qū)、溶洞、暗穴等，并獲取其中存在的不良現(xiàn)象。在以往的工程中，需要依靠技術(shù)過(guò)硬的專業(yè)勘察人員，通過(guò)界面判斷的方式，對(duì)地下環(huán)境進(jìn)行預(yù)估，同時(shí)運(yùn)用靈活的技術(shù)手段，對(duì)是否存在不良地質(zhì)體或者存在軟弱結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用能夠更為精準(zhǔn)地對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行分析判斷，降低對(duì)于人工作業(yè)、人員經(jīng)驗(yàn)的依賴，在地質(zhì)形態(tài)的管理當(dāng)中，運(yùn)用大數(shù)據(jù)比對(duì)、大數(shù)據(jù)分析等方式，能夠有效提升地質(zhì)分析效率，避免因人員職業(yè)素養(yǎng)不足所造成的誤判。

此外，在巖土參數(shù)的取樣分析當(dāng)中，大數(shù)據(jù)也有著引領(lǐng)技術(shù)升級(jí)的意義和價(jià)值。巖土參數(shù)確定中，需要勘察人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等方式，開(kāi)展采樣分析，獲得當(dāng)前的巖土參數(shù)。但是如風(fēng)化巖、淤泥、黃土等無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，需要進(jìn)行原位試驗(yàn)，導(dǎo)致工作難度加大。大數(shù)據(jù)技術(shù)則可以通過(guò)動(dòng)態(tài)環(huán)境信息檢測(cè)、遙感數(shù)據(jù)等方式，對(duì)所在地的土壤環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并借助同類型數(shù)據(jù)比對(duì)，對(duì)所在礦山的各類型巖土狀況作出數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，最終獲取巖土精確的數(shù)值參數(shù)，解決以往勘察過(guò)程中面臨的種種難題，有效提升巖土勘察工作質(zhì)量，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。