基于數(shù)據(jù)分析的礦區(qū)水工環(huán)地質勘查方案研究

盧星諭

（廣東省地質局第七地質大隊，廣東 惠州 516008）

目前，基于數(shù)據(jù)分析的勘查技術已經(jīng)有多，但是很多地區(qū)還在使用常規(guī)勘查方案，不僅技術落后而且勘查工作效率低下，若要保證勘查質量，且需要投入巨大的勘查成本。但一般情況下，地方政府部門投入的資金力度較小，這就沒辦法保證礦區(qū)內水工環(huán)地質勘查的結果質量。針對上述問題，研究基于數(shù)據(jù)分析的礦區(qū)水工環(huán)地質勘查方案，希望本文分析可以為礦山開采提供技術及理論支撐。

1 基于數(shù)據(jù)分析提取礦區(qū)水工環(huán)地質特征

在水工環(huán)地質勘查工作中，不同因素都可能會影響勘查方向及進度。所以對目標區(qū)域的各項數(shù)據(jù)進行整理、篩選以及分析是勘查工作中不可或缺的一步。因此，基于數(shù)據(jù)分析提取礦山水工環(huán)地質特征，因為礦山內容易存在多個數(shù)量的老窿，這些老窿會隨著回采面的升高而增大。在采礦時容易發(fā)生冒落的現(xiàn)象，發(fā)生采場充填，所以確定老窿位置，確保礦山可以安全開采是極其重要的問題。基于數(shù)據(jù)分析，勘查礦山區(qū)域內老窿，可以明確提供勘查方向，有效把握空區(qū)內老窿分布及大小狀況。通過對得到的數(shù)據(jù)進行分析和處理，確定礦區(qū)地層、構造裂隙、頂坡以及地層組成，為下一步勘查做充足的準備?；跀?shù)據(jù)分析，詳細調查工程地質巖組的分布、產(chǎn)狀及性質特征，對礦區(qū)區(qū)域內不穩(wěn)定構造的延伸情況、結構構面、填充物以及產(chǎn)狀進行重點查明。確定礦區(qū)內礦體和圍巖的結構與質量，并測定其穩(wěn)定性。對礦山開采具有影響的因素大部分可基于數(shù)據(jù)分析進行勘查分析，例如溶洞發(fā)育情況、風化帶風化深度及程度、破碎帶的破碎程度等。勘查巖組的不同構造部位，對于得到的數(shù)據(jù)采取節(jié)理裂隙統(tǒng)計，可以確定節(jié)理裂隙的方向，避免其發(fā)育方向對礦產(chǎn)開采造成影響[1]。

2 瞬變電磁技術確定勘查范圍

瞬變電磁技術是觀測二次感應得到的渦流，同時應用電磁感應定律，對礦山水工環(huán)地質進行勘查，確定勘查范圍。在勘查礦山水工環(huán)地質時，需對地下的干擾進行多次實驗，檢測數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，再用計算機進行解釋，明確礦山水工環(huán)地質情況，確定勘查范圍。下圖為瞬變電磁技術的技術路線圖。

根據(jù)上圖1所示，使用瞬變電磁技術中的高密度電法確定礦山水工環(huán)地質的勘查范圍。高密度電法在勘查礦山水文地質中，是一種列陣式的勘查手段，可以很好的應用電測深法和電刨面法。使用高密度電法時，設備布置不僅簡單方便，而且故障率低，可以很好的滿足礦山水文地質勘查工作的要求[2]。在以前，這種電法采取人工控制的方式進行工作，但隨著科學技術發(fā)展，已經(jīng)變化為全自動化。目前，瞬變電磁技術已經(jīng)在數(shù)據(jù)勘查的速度上得到了大幅度提高，品質得到了提升，同時數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了無人控制，電極排列模式得到了增加，保證了勘查礦山水工環(huán)地質的科學性、技術性和有效性。高密度電法也可以采集到多出常規(guī)電法幾十倍的數(shù)據(jù)，勘查結果的可靠性及準確性得到了大幅度提高。并且勘查速度上面，也比其他常規(guī)方法速度快，提高了礦山水工環(huán)地質勘查效率。通過直接時域法，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行重復計算，計算結果可以給出我們各監(jiān)測時間的空間場分布圖像，根據(jù)圖像可以清楚的看出圖像隨著時間變化的結果，因此對礦山水工環(huán)地質的分析具有極大的作用。瞬變電磁技術的分辨率較高，對礦山地面上地形要求較低，因此使用瞬變電磁技術確定礦山水工環(huán)地質勘查范圍擁有較高優(yōu)勢。

圖1 瞬變電磁技術的技術路線圖

3 設置勘查方案

在勘查礦山水工環(huán)地質前，首先需要收集礦山附近的地震資料及其他資料，再調查礦區(qū)構造情況，判斷礦區(qū)內是否有斷裂帶的存在，斷裂帶是否存在活動性斷裂，通過以上勘查，確定礦區(qū)的穩(wěn)定性指標。再調查礦山區(qū)域內，地表水和地下水的背景環(huán)境，對礦區(qū)內可以造成地面沉陷、滑坡、泥石流等環(huán)境地質問題進行調查研究，調查礦坑污染、地表水污染的分布范圍以及方式途徑，并分析其對環(huán)境的危害程度。通過各項技術手段，收集和分析礦山水工環(huán)地質的磁性及密度結構，選擇2～3個靶區(qū)，并在每個靶區(qū)內選取3～4個鉆孔位置。后續(xù)對礦區(qū)區(qū)域內的所有鉆孔采取工程地質編錄，進行數(shù)據(jù)整理，同時對礦體和圍巖進行采樣，計算其物理力學參數(shù)，為礦山開采提供技術及理論支撐。使用遙感技術勘查礦山工程地質，可以通過遙感衛(wèi)星影像，對礦山構造帶的特征進行分析，根據(jù)衛(wèi)星影像的空間排列組合、色彩、形狀以及紋理，確定土壤、植被以及水系等特征，同時判斷地層的空間展布，構造帶規(guī)律等。綜上所述，在勘查點進行鉆孔，結合鉆探技術，繪制礦山的水工環(huán)地質圖像。首先需確定礦山水工環(huán)地質的表層巖電阻率，在勘探點使用瞬變電磁技術，將礦山中的表層巖土當做可以發(fā)生電磁波的水平面，向下發(fā)射精準垂直的電磁波，即可檢測到相交的正向電磁場。之后對電磁場的電磁分量進行測量，即可得出礦山水工環(huán)地質的表層巖電阻率。下列公式為水工環(huán)地質表層巖電阻率計算公式。

其中，γ代表其他影響勘查工作的參數(shù)；h代表電磁波發(fā)射頻率；a代表電磁場橫向分量；b代表電磁場豎向分量；P代表為水工環(huán)地質表層巖電阻率。通過上述計算，確定電阻率，進行水工環(huán)地質勘查。隨后確定礦山中容易通過巨大水源的位置，礦山開采中，一旦地下水的水位發(fā)生變化，對后續(xù)開采工作將造成許多麻煩。所以勘查水源位置，提前做好應對方案。其次測量最為集中的坑道位置以及勘查隔水底板是否破損嚴重。坑道位置和隔水底板也是保障礦區(qū)是否可以安全有效開采的重要因素。通過測量的坑道位置，設置引水渠和排水管，給予礦山開采充足的保證。

4 實驗論證分析

為了檢驗本文方案的可持續(xù)性發(fā)展，對某座礦山的水工環(huán)地質進行多次的勘查實驗，設置兩組勘查方案，在同一環(huán)境下，對同一礦山進行水工環(huán)地質勘查。

將本文勘查方案設置為實驗組，傳統(tǒng)勘查方案設置為對照組，收集兩組實驗的排放廢料，實驗進行20組測試。對比觀察分析20組數(shù)據(jù)結果。實驗下表1為兩組實驗排放廢料數(shù)量表。

表1 實驗組和對照組排放廢料數(shù)量表

根據(jù)上表1數(shù)據(jù)所示，進行20組測試，實驗組的排放廢料在0.080t～0.156t之間，平均排放廢料為0.1328t，對照組排放廢料在0.685t～1.672t之間，平均排放廢料為0.9159t，對照組比實驗組多排放了0.7831t的廢料，到第19組和第20組實驗時，對照組排放廢料突然加劇，但由于實驗次數(shù)較少，不確定對照組后續(xù)實驗數(shù)據(jù)。但對比實驗結果，在同一環(huán)境下，使用本文的勘查方案排放的廢料更少，說明本文的勘查方案設計合理，可持續(xù)性發(fā)展更強。

5 結語

本文對基于數(shù)據(jù)分析的礦區(qū)水工環(huán)地質環(huán)境勘查方案進行了研究。相對于常規(guī)方案，本文基于數(shù)據(jù)分析，針對性選擇不同技術對礦山的水文地質、工程地質以及環(huán)境地質分別進行勘查，具有極高的參考價值。但由于本文勘查方案沒有考慮技術人員能力，在實際情況下操作流程復雜，仍需進一步優(yōu)化流程展開研究工作。希望本文的分析為礦山開采提供技術及理論支撐。