礦山地質(zhì)工程勘查技術(shù)解析

郭佳偉

（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

1 引言

地質(zhì)勘查作業(yè)是礦山產(chǎn)出前必須經(jīng)歷的工作，能為礦山生產(chǎn)運營提供安全保障。通過科學合理的勘查施工技術(shù)，了解潛在的地質(zhì)災害，為礦山開采、生產(chǎn)與運營提供一手資料，確保整個礦山生產(chǎn)過程的安全性與可靠性。新時期，在現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展下，礦山地質(zhì)工程勘查施工技術(shù)得到了極大的提高，不僅能提升勘查施工的質(zhì)量與效率，還能減輕工作人員的負擔，確保勘查施工的有序進行。因此，對礦山地質(zhì)工程勘查施工技術(shù)進行研究具有重要意義。

2 礦山地質(zhì)工程勘查的意義

礦山地質(zhì)工程勘查的意義表現(xiàn)為：（1）掌握地質(zhì)詳細信息。通過礦山地質(zhì)工程勘查，利用先進的設備與技術(shù)，及時獲取礦山現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)，為礦山開采施工的有效開展提供支持[1]。（2）對礦山開采提出合理建議。礦山施工現(xiàn)場工程勘查的開展，能及時獲取礦山工程參數(shù)信息，對當下環(huán)境安全性、整體情況予以精準評價，并給出合理建議。尤其是在基礎(chǔ)施工、支護方式確定時，能在參數(shù)信息的參考下，為施工工作的有序開展提供幫助。（3）提升工作質(zhì)量與效率。由于礦山生產(chǎn)前工程勘查是十分關(guān)鍵的一步，為提升勘查質(zhì)量與效率，一般會使用當下比較先進的技術(shù)與設備，為礦山開采工作的順利進行奠定基礎(chǔ)。

3 礦山地質(zhì)工程勘查技術(shù)

3.1 3S 技術(shù)

3S 技術(shù)在礦山地質(zhì)勘查工程中發(fā)揮著重要作用，能有效獲取礦山信息，并對數(shù)據(jù)信息進行分析，形成特定視圖，為人們的管理決策提供支持。3S 技術(shù)的基礎(chǔ)是計算機技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)等，3S 技術(shù)是RS、GPS、GIS 這3 項技術(shù)的集成，在一個系統(tǒng)中發(fā)揮這3 種技術(shù)的功效[2]。礦山地質(zhì)相對比較復雜多元，對勘查設備與技術(shù)的精準度要求較高，傳統(tǒng)測量方法難以對地質(zhì)數(shù)據(jù)信息進行精準、有效掌握。3S 技術(shù)在勘查工程中，能有效打造數(shù)字礦山技術(shù)體系，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立，在系統(tǒng)中存儲3S 技術(shù)收集的各項數(shù)據(jù)，為礦山地質(zhì)分析提供可靠支持。3S 技術(shù)是礦山地質(zhì)工程勘查中比較常見的技術(shù)，由于其良好的勘查效果，在地質(zhì)勘查中得到了廣泛運用。

3S 技術(shù)在礦山勘查中能在一個系統(tǒng)平臺中發(fā)揮各自的優(yōu)勢。在對礦山開采沉陷進行監(jiān)測時，可以將GPS 與InSAR融合在一起，在有效獲取精準數(shù)據(jù)的同時，也能消除數(shù)據(jù)誤差[3]。分析礦山土地利用情況變化時，通過獲取遙感影像資料并與GIS 技術(shù)進行綜合，能全面、系統(tǒng)地對土地利用情況進行監(jiān)測。礦山安全監(jiān)測中，GPS 與GIS 的組合，也能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效采集與管理。

礦山地質(zhì)勘查期間，通過3S 技術(shù)的應用，能有效獲取礦體、巖層等數(shù)據(jù)信息，為礦山綠色開采提供一手數(shù)據(jù)資料。同時，也可以在地質(zhì)勘查技術(shù)上，通過計算機模擬與仿真等方式，為綠色開采提供幫助。在礦山環(huán)境綜合治理與監(jiān)測中，3S技術(shù)的應用能與多項先進技術(shù)相融合，如3D 拓撲建模、可視化技術(shù)等，對礦山地質(zhì)情況進行全面評價，為礦山綠色開采及環(huán)境保護提供幫助[4]。

3.2 遙感技術(shù)

礦山地質(zhì)勘查中遙感技術(shù)的應用有如下特點：（1）高度不同，視野不同；（2）角度不同，形狀不同；（3）尺度不同，精細化程度不同。所以，結(jié)合這3 個特點，本文對遙感技術(shù)的應用進行介紹。

不同尺度的遙感數(shù)據(jù)在礦山地質(zhì)勘查中被廣泛應用，三維影像飛行圖與遙感多光色彩合成圖比較常見，相比于傳統(tǒng)地形圖，它們的精準度更高，能為地質(zhì)勘查工作提供支持。遙感光波圖形可以在遙感技術(shù)的應用下快速獲取，能清晰觀察與提取礦物相關(guān)數(shù)據(jù)信息，保證礦區(qū)帶礦資源評價的精準性[5]。通過1∶100 000、1∶50 000 比例尺的礦產(chǎn)遙感地質(zhì)勘查圖像的運用，能為礦床找礦及礦山開采施工奠定基礎(chǔ)。在找礦預測中，通過相應尺度遙感技術(shù)的應用，能高效圈定成礦遠景靶區(qū)。同時，也可以在礦區(qū)資源潛力評價中運用GIS 技術(shù)，通過圖文、文字描述等數(shù)據(jù)庫的有效管理，提升礦產(chǎn)資源評價效率。

3.3 瞬變電磁技術(shù)

巖石的導電差異是瞬變電磁法的基礎(chǔ)，該技術(shù)是利用接地線源或者不接地回線向地下發(fā)送脈沖電流，以此對介質(zhì)電阻率進行探測。其工作原理就是通過發(fā)射線圈導入波形電流，從而在導電巖石中產(chǎn)生感應電流，發(fā)射線圈斷電后，受熱損耗的影響，地下導電巖石中的感應電流隨著時間而衰減。法線方向電性參數(shù)賦存情況通過探測的電阻率變化進行反映。巷道迎頭超前探測，線圈要與迎頭貼近，法線與迎頭前方保持方向一致，移動時距離保持在0.1～0.5 m。迎頭拐角處，為向迎頭側(cè)前方進行探測，可對角度進行調(diào)整，形成扇形觀測系統(tǒng)[6]。

測點布置很關(guān)鍵，所以，要合理確定測點角度。測定時與工作面之間的夾角確定為30°、45°、60°、90°，一個夾角的測定方向為4 個，每次需對4 個方向的數(shù)據(jù)進行采集。為避免產(chǎn)生盲區(qū)，30°角探測方向的深度需合理確定，一般需控制在150 m以上。當探測深度設計為150 m 時，發(fā)射電線的磁矩、天線邊長、發(fā)射電流及發(fā)射天線匝數(shù)分別定為900 A·m2、2 m、2～3A、20 匝。

3.4 水文、地質(zhì)力學以及巖土力學技術(shù)

礦山地質(zhì)勘查期間受到資源分布、地質(zhì)環(huán)境影響，勘查難度相對較大，所以，為確保礦產(chǎn)勘查整體質(zhì)量與效率，需要在勘查工作開展期間合理應用水文、地質(zhì)力學及巖土力學相關(guān)技術(shù)。為得出數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，要在歷史數(shù)據(jù)、當下數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析下，對地質(zhì)問題進行陣地新分析，這樣就可以對潛在的地質(zhì)災害進行全面分析，并結(jié)合實際分析結(jié)果得出預防措施。為提升地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)的可靠性與合理性，需合理使用水文技術(shù)、地質(zhì)力學與巖土技術(shù)，在勘查期間要符合國家相關(guān)規(guī)定，確保操作的規(guī)范與科學[7]。

3.5 物理勘探技術(shù)

礦山地質(zhì)勘查中物理勘探技術(shù)種類較多，常見的有磁法勘探技術(shù)、重力勘探、電法勘探等。（1）磁法勘探技術(shù)。這種方法的成本相對較低，通過物質(zhì)之間相互的磁性差引起的磁場強度變化反映地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)分布等，在實際應用中主要運用在金屬礦山中[8]。（2）重力勘探。在對礦山地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)等進行勘查時，重力勘探發(fā)揮著重要作用。在金屬礦勘查中，這種技術(shù)的應用比較廣泛，能對巖體進行有效判斷，同時也能對斷層進行劃分。（3）電法勘探。人工建立的直流或者交流電是電法勘探的基礎(chǔ)[9]。直流電阻率法：這種方法為陣列勘探方法，可對地質(zhì)構(gòu)造與水文進行勘查，但是容易受到地形的限制。直流時間域激發(fā)極化法：根據(jù)礦石和巖石不同的激電效應為基礎(chǔ)，對大地的激電效應進行研究觀測，用以解決工程地質(zhì)以及尋找金屬的一種電法勘探方法。可控源音頻大地電磁：這種方法在實際應用中觀測深度為3～10 m，具有較高的探測效率，且受外界干擾相對較小，結(jié)果相對比較準確[10]。

4 礦山地質(zhì)勘查案例

以我國某煤礦區(qū)為例，該煤區(qū)屬于巨型煤田，煤質(zhì)優(yōu)良，且便于使用機械開采。但是當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境相對脆弱，水土流失、荒漠化現(xiàn)象比較嚴重。為對煤區(qū)生態(tài)環(huán)境進行治理，強化綠色改造，將3S 技術(shù)與瞬變電磁技術(shù)運用于礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中，能有效提升地質(zhì)勘查質(zhì)量與效率，為煤區(qū)環(huán)境治理提供可靠參考。

首先，進行調(diào)查分析。利用RS 技術(shù)對煤礦區(qū)的土地資源、開采情況等詳細調(diào)查，做好信息采集工作。在GPS 技術(shù)的幫助下，對煤礦區(qū)進行實時定位，在RS 圖像上對地物信息進行定位，當信息源有錯誤時，需使用GPS 進行糾正。對采集到的RS 信息通過解譯等工作，繪制出地質(zhì)地形圖與平面布置圖。其次，進行規(guī)劃設計。在數(shù)據(jù)信息調(diào)查分析基礎(chǔ)上，設計土地復墾方案。最近，進行后期監(jiān)測。對煤礦區(qū)土地資源、治理效果的了解需使用3S 技術(shù)實現(xiàn)實時、動態(tài)監(jiān)測。在監(jiān)測范圍內(nèi)布置監(jiān)測點，監(jiān)測點包括地表變形監(jiān)測點、邊坡監(jiān)測點[11]。

在此次地質(zhì)勘查中，3S 技術(shù)發(fā)揮著重要作用，能有效獲取礦山環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)，并對水土流失、荒漠化等進行初步分析判斷。在野外調(diào)查數(shù)據(jù)時，通過遙感解譯與評價模型應用，能便于數(shù)據(jù)上傳、查詢與修改。同時，也能對底板巖層為弱富水或者淺埋富水層情況進行科學推斷。為確保推斷的可靠性，需使用瞬變電磁技術(shù)，布置好測點后開展數(shù)據(jù)收集與分析，得到的探測結(jié)果為：工作面回風順槽井下瞬變電磁法為0°、30°、45°、60°方向探測視電阻率等值線斷層面。在4#～20#、24#～34#、78#～100#屬于異常區(qū)，隔水性相對比較薄弱，異常區(qū)相對較強的為4～18#，得出底板巖層的隔水性相對比較薄弱。在本案例中通過3S 技術(shù)及瞬變電磁技術(shù)，實現(xiàn)了自動化測圖，提升了測量數(shù)據(jù)的準確性，將測定地形點高程誤差控制在（450±21）mm 以內(nèi)。在實際應用中，3S 技術(shù)操作更加便捷，數(shù)據(jù)的參數(shù)與分析精準度更高[12]。

5 結(jié)語

在現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展過程中，礦山地質(zhì)工程勘查技術(shù)出現(xiàn)了很多先進技術(shù)，如3S 技術(shù)、遙感技術(shù)等，這些技術(shù)在實際應用中能有效提升地質(zhì)勘查質(zhì)量與效率，確?？碧綌?shù)據(jù)的精準性與可靠性，為礦山開采施工、礦山環(huán)境治理等提供可靠支持。未來，對于礦山地質(zhì)工程勘查技術(shù)的研究，將以智能化、信息化、精密化與自動化方向為主，越來越多的先進技術(shù)與設備會被運用到地質(zhì)勘探中，為地質(zhì)勘探工作的有效開展奠定基礎(chǔ)。