復雜地質條件下礦山地質勘查技術優化研究

朱強偉，趙旭鵬

（1.青島地礦巖土工程有限公司，山東 青島 266100；2.青島地質工程勘察院，山東 青島 266100）

我國國土面積遼闊，礦山開采區多處地質環境復雜地區。復雜地質條件下所使用的地質勘查技術逐漸成為一些學者的研究重點，不同地質條件對所采用的地質勘查技術有著不同的要求[1]，以當下通用的礦山勘查技術作為例，結合礦山開采區巖土工的程特性，優化原有的勘查技術。這樣一來，所采用的勘查方式不僅保護原有巖土地層環境，還為復雜地形區的礦山深度開采提供了一定的實踐經驗。國外在礦山地質勘查方面的研究較早，結合不同巖體的力學特性[2]，構建了多種力學模型，并總結得到了多種不同適用條件的地質勘查技術。

國內在復雜地形區礦山地質勘查方面的研究較晚，但近幾年經過對實際地質勘查經驗進行總結，篩選出了一些適用復雜地質條件的礦山地質勘查方法。在考慮到巖土體的同時，改進勘查方法和技術，具有一定的指導意義。

1 復雜地質條件下礦山地質勘查技術實施條件

1.1 制定合理的地質勘查間距

復雜地質條件下，巖土處在較為復雜的外部環境中，所以在設計地質勘查間距時，結合實際巖土結構情況，控制勘查間距產生的荷載，再規劃勘查線路。綜合考慮實際的礦山地層復雜程度后，結合《巖土工程勘察范圍》中的原則性要求，設定勘查孔間的間距在16m～26m之間。將勘查孔間距數值小于20m時，定義該孔隙為小數值孔隙，將該數值運用在地層分布較為均勻的地質環境中。定義勘查孔間距數值大于20m為大數值孔隙，并將其設定在地形環境較為復雜的環境中[3]。

為了區分復雜地質環境中各個勘查間距間的區別，采用二維反演軟件反演擬合地質層結構，在地質層復雜的勘查間距中，以地質層發生變化的臨界層作為區分點，保證礦山地質勘查工作對地層變化的掌握，以設定合理的地質勘查間距作為基礎，計算復雜地質層產生的附加應力。

1.2 計算復雜地質層產生的附加應力

根據現有的施工經驗，復雜地質環境中存在著一定的軟弱下臥層，在實際地質勘查過程中可能會減小原有的勘探深度，所以在使用地質勘探技術前，先計算復雜地質層產生的附加應力。

在自重應力作用下，地質層已形成了穩定的變形，地質層形成的應力分布如圖1所示。

圖1 地質層形成的附加壓力

在上圖所示的附加壓力下，將自重應力看作為定值，并在最終計算結果中扣除該部分應力數值[4]。以相同地質層作為計算對象，附加壓力就可表示為：

1.3 針對特殊地質層制定合理的勘查方案

在上述分析研究下，在制定勘查方案時，先設定試夯次數時，控制每次勘查鉆孔產生的夯沉量在20mm左右，且地質范圍內不可產生較大的隆起，整個地質勘查實施工作所產生的總夯沉量應控制在10cm左右。如果鉆孔位置處于特殊地質環境且含水量較大時，在處理地質層前，應預先鋪設15cm厚度的碎石，分擔實行勘查工作的進行對巖土地質層產生巨大壓力。在進行地質勘查前，控制墊層中的水分，在墊層地面設定一個標高數值，在鉆孔形成的基坑底面，采用階梯狀或是斜鋪狀，在地質層間構建一個搭接層，保證礦山地質勘查技術實施的安全性[5]。

2 進行多參數、高精度、大探測深度的礦山地質勘查技術的應用與開發

為了有效解決復雜地形區礦山地質勘查工作中出現的測量精度低、勘查深度淺等問題，主要在于新勘探方法、勘查技術的組合應用。目前，在進行礦山地質勘查工作中急需解決的問題有增強礦山地質勘查設備的抗干擾能力、提升地質勘探的測量精度、向深部地層進行勘探。總結多年礦山地質勘探經驗，我們發現不同地質勘查單位所使用的勘查設備參差不齊，對于得到的地質勘查數據資料的處理等方面同樣存在較大差異。

一些礦企使用先進探測設備和高端技術，但未充分發揮出技術優勢，所以需要對全國范圍內的地質勘查單位使用勘查新技術進行有效統一，提升礦山地質勘查技術的整體使用水平。為快速研發出一千米以上的地質勘查技術，為復雜地形區及深部區域的礦產資源勘查提供有效的技術手段，要突破技術難題，圍繞實現勘查技術（地、物、化、遙等）的集成與突破，即以信息技術為核心，利用地理信息系統、模擬技術、三維位場數據處理等多學科技術的融合和集成，獲得綜合地質勘查信息；突出技術的實用性和效益性，避免一味追求技術的先進性；樹立大地質、大資源、大科學的理念，加強復雜地形區礦山地質研究。

3 礦山地質勘查技術優化前后的對比結果分析

試驗中固定模擬復雜地質條件下進行的礦山地質勘查，設定出礦山地質勘查次數，定義在場地和地基穩定狀態下，巖土工程的凍結深度為礦山可進行地質勘查的深度，對比使用三種勘查技術可達到的勘查深度，結果如下表所示：

表1 三種地質勘查技術可勘查的深度結果

由上表所示勘查深度結果可知，在三種勘查技術的實施過程中，未改進前的勘查技術可勘探的深度數值在第30次，勘察測量得到的深度在1500m左右，深度數值較小，文獻[4]中的勘查技術最終勘探深度在2000左右，勘查深度數值較大，而改進后的礦山地質勘查技術可勘探得到的深度數值在2500m左右，與兩種現有的施地質勘查技術相比，優化后的勘查技術更適用于復雜地質條件下的礦山地質勘查需求。

4 結語

深入研究復雜地質條件后，優化后的礦山地質勘查技術成為了當下的研究熱點。

經測試研究，優化后的礦山地質勘查技術能夠彌補現有地質勘查技術存在的不足，能夠為復雜地質條件下的礦山地質勘探提供一定的理論指導。