巖土工程數(shù)字化勘察在金屬礦山中的應(yīng)用

蒙 毅

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊，廣東 河源 517000）

對金屬礦山的巖土情況進(jìn)行合理勘察，有益于后續(xù)的金屬礦物開采工作。因此，探究巖土工程中數(shù)字化勘察技術(shù)在金屬礦山勘查過程中的應(yīng)用，必須從地質(zhì)條件﹑巖土性質(zhì)等層面展開整體調(diào)查，促使金屬礦山的巖土勘察速度以及數(shù)據(jù)信息精度顯著提高。在現(xiàn)代技術(shù)手段飛速發(fā)展的背景下，巖土工程作為我國建筑業(yè)的重要組成部分，應(yīng)給予充分重視。及時更新工程地質(zhì)勘察技術(shù)措施，才能更清楚地了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，從而更深入地了解該地區(qū)的地形地貌。數(shù)字化勘察技術(shù)，是推進(jìn)傳統(tǒng)巖土工程勘查技術(shù)的進(jìn)步的動力，更具科學(xué)性與高效性，能夠推動金屬礦山巖土勘察工作的向前發(fā)展。

1 數(shù)字化巖土工程概述

數(shù)字巖土工程勘測技術(shù)是傳統(tǒng)勘察的升級版，這項(xiàng)技術(shù)集計算機(jī)技術(shù)﹑測繪技術(shù)﹑網(wǎng)絡(luò)技術(shù)﹑數(shù)據(jù)庫技術(shù)于一體組成的現(xiàn)代勘測系統(tǒng)。數(shù)字化巖土勘察技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，有效地提高了數(shù)據(jù)采集﹑調(diào)查時長﹑數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量。數(shù)字化勘察是利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對勘察區(qū)的有效管理，結(jié)合現(xiàn)代勘察手段，計算機(jī)技術(shù)和圖表文字等數(shù)據(jù)結(jié)合，為金屬礦山的勘察提供數(shù)據(jù)支持，適合當(dāng)前現(xiàn)代化時期對勘察技術(shù)的需求。高質(zhì)量的地質(zhì)數(shù)據(jù)分析幫助了勘察技術(shù)人員盡快找到可能影響施工過程的因素。再融入數(shù)字化的勘察技術(shù)，工作人員就可以在勘察時發(fā)現(xiàn)影響工程建設(shè)質(zhì)量的不利因素，及時調(diào)整，科學(xué)合理使用施工材料﹑在保證工程質(zhì)量的前提下節(jié)約工程開支。

2 傳統(tǒng)巖土工程勘察技術(shù)的缺陷

2.1 勘察資料不全面

隨著我國科技發(fā)展的進(jìn)步，巖土工程勘察技術(shù)體系的更新率也有了很大的提高。各項(xiàng)技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，提高了工程地質(zhì)設(shè)計方案的科學(xué)有效性。因此，在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，測量部門的測繪精準(zhǔn)度也明顯提升。但在工程師﹑地質(zhì)學(xué)家﹑測量員以及建筑設(shè)計師的實(shí)際工作過程中，會出現(xiàn)分離的情況，設(shè)計工作與地質(zhì)調(diào)查工作分開。因此，工程設(shè)計人員在實(shí)際工作過程中很難通過對勘探人員提供的數(shù)據(jù)得到全面了解。

2.2 數(shù)字化地圖和設(shè)計系統(tǒng)之間連通性不強(qiáng)

在巖土工作過程中，地形圖是設(shè)計系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，但由于傳統(tǒng)巖土測量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的技術(shù)缺陷，如測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或測量結(jié)果不一致，將導(dǎo)致地形圖在連接到CAD界面過程中，很難正確進(jìn)行連接，因此技術(shù)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，需要對巖土測量數(shù)據(jù)重新進(jìn)行數(shù)字化處理。在這樣的背景下，這自然會對工程地質(zhì)調(diào)查的效率和質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，而在CAD設(shè)計系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，也很難充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

3 數(shù)字化勘察技術(shù)應(yīng)用于金屬礦山的特征及優(yōu)勢

數(shù)字化勘察技術(shù)在應(yīng)用于金屬礦山的巖土勘察過程中，表現(xiàn)出了鮮明的高效性﹑安全性以及集群性。安全性體現(xiàn)在數(shù)字化勘察能夠通過定向監(jiān)測，對金屬礦山巖土勘察的整個過程進(jìn)行監(jiān)管把控，能夠及時發(fā)現(xiàn)金屬礦山巖土工程中，存在影響施工的不良地質(zhì)條件，而非在具體的施工中發(fā)現(xiàn)問題，重新制定施工計劃，拖慢施工進(jìn)程。安全性體現(xiàn)在數(shù)字化的勘察過程取代了傳統(tǒng)的人工實(shí)地勘察，避免了在實(shí)地勘察過程中可能遭遇的安全問題。集群性體現(xiàn)在數(shù)字化勘察能夠?qū)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時整理，以最快的速度將新獲取的勘察信息與數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的信息進(jìn)行集群整合。

金屬礦山巖土工程勘察任務(wù)的完成，需要用到的數(shù)據(jù)類型較多，總量較大，例如：在進(jìn)行金屬礦山巖土工程勘察時，需要對目標(biāo)金屬礦山的地質(zhì)條件﹑水文環(huán)境等各方面信息進(jìn)行收集。為了對目標(biāo)金屬礦山的巖土條件是否符合進(jìn)行工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行最終確認(rèn)，勘察人員必須針對該金屬礦山的巖土性質(zhì)﹑地質(zhì)構(gòu)造特征等情況都進(jìn)行嚴(yán)格的報告分析。數(shù)字化勘察技術(shù)的內(nèi)核是通過數(shù)據(jù)庫以及信息技術(shù)優(yōu)化巖土勘察流程，實(shí)現(xiàn)巖土勘察的高效性與系統(tǒng)性。

數(shù)字化勘察技術(shù)相較于傳統(tǒng)勘察技術(shù)，前者不但可以把有關(guān)目標(biāo)勘察地區(qū)的各類地理信息﹑巖土信息進(jìn)行系統(tǒng)性整合，使巖土勘察向流程化﹑體系化的方向推進(jìn)，而且還能借助地理信息系統(tǒng)﹑地質(zhì)條件建模技術(shù)等核心技術(shù)的同步使用，成功搭建地質(zhì)三維模型，并運(yùn)用地質(zhì)三維模型及時發(fā)現(xiàn)巖土工程施工過程中不良地質(zhì)條件，有效避免施工風(fēng)險。

4 巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)的金屬礦山的應(yīng)用流程

4.1 建立數(shù)字化勘察模型

金屬礦山的勘察任務(wù)較為瑣碎﹑繁雜，而且其勘察結(jié)果必須滿足較高的精確度標(biāo)準(zhǔn)。所以經(jīng)常借助數(shù)字化勘察技術(shù)來完成金屬礦山的勘察工作。具體的工作流程主要由建立勘察模型﹑虛擬勘察以及實(shí)際勘察共同組成[1]。

在數(shù)字化勘察技術(shù)應(yīng)用于金屬礦山勘察工作過程中，首要任務(wù)是完成數(shù)字化金屬礦山勘察模型的搭建。運(yùn)用搜集的基本地理信息以及已經(jīng)勘察過的有關(guān)金屬礦山的地理數(shù)據(jù)，聯(lián)系應(yīng)用模型，制成不能更改的信息資料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)針對金屬礦山巖土信息的深入研究。

模型搭建首先要著重參考金屬礦山的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境信息，以具備基本地質(zhì)條件信息作為前提條件，獲取需要進(jìn)行測點(diǎn)的初始數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到金屬礦山的深層次巖土數(shù)據(jù)[2]。其次通過計算機(jī)制圖技術(shù)把基礎(chǔ)地質(zhì)條件信息與初始測點(diǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，轉(zhuǎn)化為在研究金屬礦山過程中需要用到的巖土資料或者圖紙。CAD輔助設(shè)計是經(jīng)常使用的計算機(jī)制圖技術(shù)，能夠加快具體工作進(jìn)程，確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確度，能夠達(dá)到數(shù)字化勘察技術(shù)應(yīng)用于金屬礦山中增加工作效率的目的。

4.2 虛擬金屬礦山勘察

數(shù)字化勘察技術(shù)的內(nèi)核，是對于研究區(qū)間基本地質(zhì)信息的模擬，將研究區(qū)間通過數(shù)據(jù)庫以虛擬圖景的形式展現(xiàn)在計算機(jī)設(shè)備中。對金屬礦山的巖土特征進(jìn)行虛擬，應(yīng)建立在已經(jīng)完成的基本地質(zhì)信息獲取的前提下，也就是說，虛擬的完成只能針對特定的地理位置，若不具備地形信息，或者基本地理信息中的任何基本信息存在缺失，且無法實(shí)現(xiàn)針對金屬礦山展開的巖土工程的虛擬[3]。要想達(dá)到虛擬金屬礦山巖土工程勘察的目的，必須以獲得基本地質(zhì)信息，基礎(chǔ)勘察數(shù)據(jù)作為重要前提。搜集有關(guān)金屬礦山地理信息的基本資料，針對所要勘察的金屬礦山的地層分布﹑地質(zhì)構(gòu)造情況展開分析。接下來仿真地層﹑地質(zhì)，通過數(shù)字化勘察技術(shù)對仿真的地層﹑地質(zhì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的相關(guān)性進(jìn)行研究，保障最終的勘察結(jié)果不存在與實(shí)際地質(zhì)規(guī)律相互矛盾的內(nèi)容。

然后引入金屬礦山具體的地理位置信息，搭建與實(shí)際研究場地相符度最高的虛擬場地，進(jìn)而得到展開勘察任務(wù)過程中需要用到的所有資料[4]。最后借助對所研究金屬礦山的場地虛擬技術(shù)，降低勘察金屬礦山的困難程度，完成較為深入的金屬礦山勘察任務(wù)。對金屬礦山巖土工程進(jìn)行虛擬是金屬礦山研究過程中經(jīng)常使用的勘察方法。借助虛擬技術(shù)能夠高程度體現(xiàn)數(shù)字化勘察技術(shù)在金屬礦山研究中的優(yōu)勢。針對金屬礦山巖土環(huán)境進(jìn)行虛擬，既提升了以往巖土工程勘察技術(shù)所能達(dá)到的準(zhǔn)確度，又避免了以往在研究金屬礦山中使用巖土勘察技術(shù)可能會帶來的安全問題。

4.3 實(shí)際勘察金屬礦山巖土工程

在完成金屬礦山巖土工程的模型搭建后，應(yīng)該通過數(shù)字化勘察技術(shù)展開對金屬礦山的實(shí)際勘察工作[5]。借助數(shù)字化勘察技術(shù)迭代的應(yīng)用模型，能夠促使金屬礦山的具體巖土環(huán)境通過文字信息﹑圖紙等形式出現(xiàn)在具體的計算機(jī)設(shè)備中，應(yīng)用模型的搭建使得針對金屬礦山的巖土數(shù)據(jù)進(jìn)行分析變得更加直觀。但現(xiàn)階段的模型只具備基本的信息資料，想要完成金屬礦山巖土數(shù)據(jù)分析，需要實(shí)地勘察，完成進(jìn)一步的數(shù)據(jù)采集。實(shí)地數(shù)據(jù)采集確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，以及金屬礦山巖土分析結(jié)果的可信度。

針對金屬礦山展開實(shí)地勘察，需要滿足各個勘察階段對于金屬礦山巖土勘察程度的需求，達(dá)到準(zhǔn)確展現(xiàn)金屬礦山地層分布﹑巖土性質(zhì)等信息的目的[6]。虛擬模擬金屬礦山巖土環(huán)境時，使用的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較低，可能存在部分偏差較大的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行金屬礦山實(shí)地勘察的過程中，能夠?qū)μ摂M場景模擬中的錯誤數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時調(diào)整。當(dāng)信息校正結(jié)束后，需要使用更正后的信息，搭建完整的具有概念性質(zhì)的金屬礦山巖土環(huán)境勘察體系，以實(shí)現(xiàn)金屬礦山勘察任務(wù)管理與把控上的數(shù)字化。

在金屬礦山的巖土勘察過程中，難免存在技術(shù)漏洞，金屬礦山巖土勘察體系對于尋找勘察工作中的技術(shù)漏洞，保證勘察工作完成的準(zhǔn)確度，獲得巖土環(huán)境較為復(fù)雜的金屬礦山，其基本巖土數(shù)據(jù)資料具有加速作用。若實(shí)際勘察工作沒有達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，較為粗略，很多在實(shí)際勘察工作中被隱藏起來的不良地質(zhì)條件，在后續(xù)的施工中也會逐漸顯露。即便建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計﹑施工質(zhì)量都經(jīng)過了嚴(yán)格控制，建筑依舊會因?yàn)椴涣嫉刭|(zhì)條件的應(yīng)力作用出現(xiàn)下沉﹑張裂等形變，會對人的生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生巨大威脅。

5 數(shù)字化勘察技術(shù)的應(yīng)用分析

5.1 邊界約束重構(gòu)的綜合勘察技術(shù)的應(yīng)用

運(yùn)用邊界約束重構(gòu)方法時，必須優(yōu)先完成對所要研究的金屬礦山一定范圍內(nèi)的間斷位置的地層結(jié)構(gòu)分布情況以及地質(zhì)構(gòu)造變化情況的基本信息的分析，將搭建重構(gòu)散點(diǎn)數(shù)據(jù)作為重要前提，運(yùn)用三維三洋數(shù)據(jù)信息，完成針對金屬礦山礦物質(zhì)特征序列而展開的梳理工作[7]。借助邊界信息標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，能夠顯著提升金屬礦山巖土工程數(shù)字化勘察效果。在標(biāo)準(zhǔn)差的具體計算公式A={x，μA(x)，VA(x)|x∈X}中，μA(x)與VA(x)共同構(gòu)成了層位面重構(gòu)的維數(shù)，對變量X的取值范圍進(jìn)行限定后，能夠針對目標(biāo)點(diǎn)K所處的位置，產(chǎn)生能夠闡釋其所處網(wǎng)格范圍內(nèi)的斷面特點(diǎn)的解，計算公式如下：

在具體的計算過程中，Xi是數(shù)字化勘察技術(shù)的特征序列X的簡單子樣，T是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的待插值點(diǎn)的補(bǔ)償插值區(qū)間，能夠通過對離散點(diǎn)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行簡單的整合分析，再借助收斂聚類特征判斷公式，針對離散點(diǎn)的聚收狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷。做出初步判斷后，需要通過裁剪的方式，把金屬礦山斷層之中分布的金屬礦物的固體顆粒，整體形態(tài)展開概述與分析，在具體的分析過程中，不能缺少對固體礦物顆粒的分類均值分析和方差分析。對礦物固體顆粒進(jìn)行分類均值分析，方差分析的主要目的是對主要礦物的大致含量，礦物顆粒的大小進(jìn)行確認(rèn)，因此在計算分類均值和方差時，需要通過XRD方法對該金屬礦山斷層中，分布的金屬礦物固體顆粒的自動聚類情況﹑出現(xiàn)的概率進(jìn)行計算，避免因?yàn)樽詣泳垲惽闆r存在而引發(fā)的誤差。完成上述計算過程后，針對金屬礦山巖土層的勘察工作已經(jīng)基本完成。

5.2 三角重構(gòu)與數(shù)字化勘察的聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用

借助數(shù)字化技術(shù)針對金屬礦山巖土勘察展開技術(shù)升級過程中，經(jīng)常通過不規(guī)則三角網(wǎng)重構(gòu)和數(shù)字技術(shù)之間的聯(lián)合。在二者聯(lián)合過程中，首先要通過Grid網(wǎng)格模型，完成針對金屬礦山巖土而展開的不規(guī)則三角網(wǎng)重構(gòu)，合理運(yùn)用交叉點(diǎn)所能展現(xiàn)出的信息，進(jìn)行針對存在于金屬礦山巖土中的金屬礦層，具體含量以及分布特點(diǎn)的研究，而且通過對網(wǎng)格線的具體參數(shù)波動狀況的觀察，還能夠獲取含有金屬礦物的的巖土層關(guān)聯(lián)位置，及發(fā)生變化的數(shù)據(jù)情況。在完成這些工作的基礎(chǔ)上，還需要利用數(shù)字化勘察技術(shù)完成對金屬礦山巖土的顆粒粒度特征計算，利用數(shù)字化重構(gòu)完成信息處理。經(jīng)過一些列的計算和數(shù)據(jù)整理，能夠給獲得數(shù)字化勘察過程中所需要的基本數(shù)據(jù)信息。運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)對基本勘察數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，能夠完成目標(biāo)金屬礦山空間上的數(shù)據(jù)系統(tǒng)整合，然后以資源共享的方式，實(shí)現(xiàn)金屬礦山勘察工作者的合力，對數(shù)字化勘察應(yīng)用于金屬礦山的整體過程展開優(yōu)化，達(dá)到通過數(shù)字化勘察技術(shù)提高金屬礦山勘察工作的效率的根本目的。

5.3 數(shù)字化測繪技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

數(shù)字化測繪技術(shù)在具體的金屬礦山勘測中，主要用于對傳統(tǒng)地形圖的優(yōu)化與精細(xì)化。數(shù)字化測繪地形圖通過對數(shù)字化測繪技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，出色完成了對地形圖的優(yōu)化與精細(xì)化工作。數(shù)字測繪地形圖借助數(shù)字化測繪技術(shù)，將金屬礦山礦山的金屬資源總量﹑經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)以及生態(tài)等信息進(jìn)行全方位的整理，在對整理過的信息進(jìn)行綜合性考量后，進(jìn)行目標(biāo)金屬礦山坐標(biāo)位置與實(shí)際地理位置的一一對應(yīng)，結(jié)合各類信息，構(gòu)建一個具有完整體系的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。借助數(shù)字化測繪技術(shù)繪制出的地形圖，不但能夠最大限度的展現(xiàn)了金屬礦山勘察過程中獲取的數(shù)據(jù)，而且使得負(fù)責(zé)開發(fā)金屬礦山的企業(yè)，在施工過程能夠通過網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)庫中的找到需要的信息。相較于利用傳統(tǒng)測繪技術(shù)繪制的地形圖，使用數(shù)字化測繪技術(shù)的測繪地形圖，不但具有信息儲存量大的特點(diǎn)，還節(jié)省了大量的人力工作，在傳統(tǒng)的測繪制圖中，主要依賴制圖者根據(jù)勘察信息進(jìn)行繪制，而數(shù)字測繪地形圖輸入信息后，能夠自動生成地形圖。總的來說，數(shù)字測繪地形圖在金屬礦山勘察過程中能夠?qū)鴥?nèi)金屬礦山資源數(shù)據(jù)信息的收集與勘察過程中的信息展現(xiàn)，起到了非常關(guān)鍵的作用，增加了金屬礦山的勘察效率。

5.4 信息數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用

在金屬礦山勘察的準(zhǔn)備階段，通過信息數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)定能夠幫助勘察人員快速提煉有效信息，完成針對金屬礦山展開勘察工作的初步規(guī)劃。進(jìn)入金屬礦山的資源勘察﹑數(shù)據(jù)信息收集階段時，通過信息數(shù)字化系統(tǒng)能夠得到準(zhǔn)確度更高的數(shù)據(jù)信息?？辈煺咭部梢越柚畔?shù)字化系統(tǒng)將所獲取的金屬礦山地質(zhì)條件信息進(jìn)行深層化。

雖然信息化數(shù)字系統(tǒng)在金屬礦山勘探過程中能夠起到非常重要的輔助作用，但是由于某些條件的制約，該系統(tǒng)并沒有在我國的金屬礦山勘察工作中大范圍內(nèi)投入使用，僅以研究的形式進(jìn)行小范圍內(nèi)的應(yīng)用，信息數(shù)字化系統(tǒng)的許多細(xì)節(jié)問題還有待完善，即便金屬礦山信息數(shù)字化系統(tǒng)還處于試驗(yàn)階段，但是其試驗(yàn)結(jié)果顯示信息數(shù)字化系統(tǒng)在大范圍內(nèi)使用，將會起到難以估量的作用。

6 結(jié)語

綜上所述，邊界約束重構(gòu)的綜合勘察技術(shù)，三角重構(gòu)與數(shù)字化勘察聯(lián)合的技術(shù)，能夠針對金屬礦山巖土層的特質(zhì)﹑具體金屬礦物的分布情況，進(jìn)行數(shù)字化勘察，提高了工作效率并且降低了傳統(tǒng)金屬礦山勘察過程中的風(fēng)險。數(shù)字化測試技術(shù)的應(yīng)用，提高了制圖過程的自動化程度，更多的展現(xiàn)了金屬礦山的地質(zhì)條件及巖土信息，更具參考意義。信息數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用，則提高了信息獲取的速度與精度?？傊畮r土工程中數(shù)字化勘察技術(shù)應(yīng)用于金屬礦山，給礦山勘察工作帶來了巨大便利。