礦產勘查服務理念下礦山水工環地質勘查技術優化研究

夏野瀟

（甘肅省有色金屬地質勘查局蘭州礦產勘查院，甘肅 蘭州 730046）

在礦產資源需求量不斷增加的背景下，礦產的開發力度也逐漸加大[1]。由于我國國土覆蓋面積較廣，礦山開采施工的環境具有明顯的多樣化特征。復雜的地質環境為開采施工帶來了巨大的安全隱患。因此，在施工前進行全面、完整的水工環地質勘查是十分重要的。勘查結果不僅是施工設計的重要依據，同時也是確保施工安全的重要保障。但隨著勘探要求的逐漸提高，需要采集的地質數據也越來越復雜，傳統的勘查技術難以滿足特殊環境的勘查需求。為此，許多專家學者對勘查技術進行了研究。其中，文獻[2]以綠色礦山建設為核心目標，對水工環地質勘查技術的實施流程作出了改進研究，提高了勘查技術在不同環境的適應性，但勘查范圍仍有一定局限性；文獻[3]將遙感技術應用于水工環地質勘查中，提高了數據與地理位置之間的匹配度，但未對勘查深度這一問題作出針對性研究。

為了滿足復雜地質條件對地質勘查技術的新要求，本文提出礦產勘查服務理念下礦山水工環地質勘查技術優化研究。礦產勘查的服務理念是提高勘查技術與勘查需求之間的擬合度。本文依據礦產勘查服務理念，在現有技術的基礎上，以擴大勘查范圍為目標，對勘查技術進行優化設計，并通過實際應用測試驗證了所提方法的有效性。本文的研究能夠為水工環地質勘查技術的發展提供有價值的參考。

1 礦山水工環地質勘查技術優化研究

1.1 搭建礦山結構模型

對礦山水工環地質信息進行勘查之前，首先要明確勘查環境的總體結構。為此，本文利用GPS技術構建了礦山結構三維模型，根據礦山的整體結構屬性，確定目標勘查的深度和位置。

為了確保構建模型與實際礦山結構具有高度的一致性，本文利用GPS技術采集礦山的位置信息。通過信號傳導系統將GPS采集到的數據發送至控制中心內。由于勘查環境是一個三維的空間，因此，需要將采集到的數據轉化為p(x,y,z)的形式。控制中心以三維坐標為基礎，在三維空間內構建出完整的礦山結構模式圖。數據的轉化模式如圖1所示。

圖1 礦山三維信息轉化模式

其中，p為GPS采集到的信息，l為p到礦區中心位置的直線距離，β和θ分別為l與水平軸線和豎直軸線的夾角。通過以上方式轉換GPS傳輸的若干個點的位置信息，構建完整的模型。

需要注意的是，實際的位置信息匹配會受到GPS位置差分、相位差分、偽距差分等因素的影響出現誤差。為此，本文通過RTK技術對差分的共性進行總結分析，將分析結果作為修改基準站的正數標準。利用GPS流動站對相應數據進行收集，確認修正后的位置信息與初始階段位置信息是否存在差異。當確認無差異后，利用MSS影像數據配合遙感技術搭建最終的模型。模型如圖2所示。

圖2 礦山結構模型

1.2 水工環地質勘查技術優化

在上述模型的基礎上，利用礦區地質構造之間的連接關系對勘查位置的選擇進行優化。

首先通過觀察礦山模型判斷地質構造的分布及走勢。一般情況下，同一構造的巖性特征是一致的，因此可以通過采集淺層位置的構造數據降低勘查技術的施工難度。其次，由于底層地質結構之間的作用力會阻礙勘查設備的安置，本文結合礦山模型中不同位置的地質狀況，將軟弱下臥層作為目標施工位置，通過減小阻力值，加深勘查的深度。為此，需要確定地質層產生的附加應力，其計算方式為：

其中，P表示目標勘查點的附加應力值；γ表示附加參量；F表示地質層的荷載；D表示勘查深度。以此計算出勘查設備到達目標地質層受到的應力。如果應力超過設備的自加速作用力，則表明設備無法到達探測深度，需要更換新的探測點。重復上述操作，直至應力值小于設備的自加速作用力，則將該位置作為最終的勘查位置。

2 應用測試

將本文設計的勘查技術應用于實際的礦山水工環地質勘查中，并將文獻[2]和文獻[3]的勘查技術作為對照組。通過對比三種方法的勘查效果，分析本文提出方法的應用價值。

2.1 勘查環境

開展測試的礦山面積為126.3km2，地形地貌以丘陵為主，東南區域有明顯的堆積河谷地貌特征，部分侵蝕構造高山區的高度達到865m，為勘查工作帶來了較大困難。同時礦山存在角度大于60°的邊坡，大部分區域的中低山區高度為100m～200m之間，地表長年受到雨水沖刷和風力侵蝕，結構松散程度較高。深層地質構造有兩條橫向斜坡平行排布，一條縱向斜坡與橫向斜坡呈26°夾角交叉。巖體性質主要是層狀板巖，硬度較高，表層覆蓋了厚度為2.5cm-3.3cm的殘積物。分別采用三種技術對該區域的水工環地質條件進行勘查。

2.2 勘查結果

分別采用三種技術勘查測試環境內的水工環地質信息，勘查深度如表1所示。

表1 不同技術對地質信息的勘查深度/m

由表1可知，文獻[2]技術最終的勘查深度為670m，未達到侵蝕構造高山區的最大高度865m，因此無法實現對水工環地質的完整勘查；文獻[3]技術最終的勘查深度為790m，同樣無法滿足勘查需求。而本文設計的勘查技術可以實現對地下950m地質環境的有效勘查，達到了侵蝕構造高山區的勘查要求，具有良好的應用效果。

3 結語

礦山水工環地質環境的勘查關系到施工設計效果與后期施工安全，因此如何在確保勘查結果可靠的前提下，最大程度地擴大勘查范圍成為了現階段勘查工作的研究重點。在此背景下，本文提出礦產勘查服務理念下礦山水工環地質勘查技術優化研究。實驗結果表明應用本文技術獲得的最終勘查深度達到了礦山的最大深度要求。通過本文的研究，以期為水工環勘查技術的發展提供有價值的參考。