探析水工環(huán)在礦山地質(zhì)勘查中的問題與防治對策

楊俊武

（甘肅省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020）

在礦山資源高強(qiáng)度開采的背景下，水文地質(zhì)在較大程度上影響著礦山資源開采的進(jìn)度與后續(xù)運(yùn)載情況，水工環(huán)地質(zhì)勘查在礦山地質(zhì)勘查中占據(jù)著越來越顯著的地位。水工環(huán)地質(zhì)勘查主要是綜合對水文地質(zhì)、礦區(qū)工程地質(zhì)、礦區(qū)周邊環(huán)境進(jìn)行勘查的工作。通過水工環(huán)勘查，可以為礦山精準(zhǔn)、安全開采提供數(shù)據(jù)支持。但由于諸多因素影響，當(dāng)前水工環(huán)地質(zhì)勘查問題頻現(xiàn)，影響著相關(guān)作業(yè)的科學(xué)合理性。因此，探究水工環(huán)地質(zhì)勘查問題的應(yīng)對策略勢在必行。

1 水工環(huán)在礦山地質(zhì)勘查中的應(yīng)用內(nèi)容

我國甘肅地區(qū)地形較為復(fù)雜，地質(zhì)特征存在較大差距，陡坡地帶較多。加之礦山開采活動(dòng)會(huì)破壞森林資源，甚至形成土體結(jié)構(gòu)松散的洞穴地形、坑穴地形，造成土壤結(jié)構(gòu)斷裂，引發(fā)滑坡、泥石流、地面坍塌等地質(zhì)災(zāi)害問題。為了有效預(yù)測上述問題，在水工環(huán)地質(zhì)勘查時(shí)，就需要從水質(zhì)、地質(zhì)、礦區(qū)氣象資料、鉆孔巖芯幾個(gè)方面開展勘查作業(yè)。其中水質(zhì)勘查內(nèi)容主要包括泉水、坑道、河溪的水位、水溫定期勘測[1]。同時(shí)調(diào)查采礦區(qū)地下水形成、水特殊分布特征、地表水成因、地下水氣體流動(dòng)、地下水組成等；地質(zhì)調(diào)查主要以礦區(qū)地層地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)條件為對象，以礦開采區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害、資源開發(fā)現(xiàn)狀為重點(diǎn)，從區(qū)域自然環(huán)境變化與地質(zhì)問題間關(guān)系入手，綜合運(yùn)用PTK、遙感等技術(shù)，確定礦山地質(zhì)信息；氣象資料勘查特指礦區(qū)歷年氣象情況調(diào)查，比如，礦區(qū)溫濕度、蒸發(fā)量、年最大降水量、年最小降水量、月最大降水量、月最小降水量、日最大降水量、日最小降水量等；鉆孔巖芯勘查內(nèi)容除統(tǒng)計(jì)風(fēng)化帶深度、密度、巖芯形狀外，還需要根據(jù)后續(xù)水工環(huán)地質(zhì)勘查需求，進(jìn)行鉆孔巖石硬度、風(fēng)化情況、結(jié)構(gòu)、顏色進(jìn)行分析。同時(shí)在鉆孔階段，詳細(xì)記錄掉塊、塌孔情況以及孔內(nèi)水位、間隔時(shí)間、水位不發(fā)生變化位置，滿足礦區(qū)建設(shè)方案策劃要求。

2 水工環(huán)在礦山地質(zhì)勘查中的應(yīng)用問題

2.1 技術(shù)流程不合理

水工環(huán)地質(zhì)勘查高度復(fù)雜，需要勘查方對礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)條件具有全面認(rèn)知。而礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)流程則是以礦區(qū)勘查階段礦山類型為依據(jù)，結(jié)合相關(guān)規(guī)定、不同類別礦山礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范制定的。受以往以犧牲環(huán)境為代價(jià)的粗放式礦業(yè)開發(fā)思維影響，當(dāng)前礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)流程與綠色礦山建設(shè)發(fā)展要求存在偏差，特別是水工環(huán)地質(zhì)勘查、鉆孔靜止水位測量技術(shù)流程，沒有貫徹礦區(qū)資源高效率利用、合理開采標(biāo)準(zhǔn)，影響了礦業(yè)的綠色發(fā)展進(jìn)程。

2.2 勘查結(jié)果應(yīng)用范圍狹窄

勘查結(jié)果應(yīng)用是礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查的最終目標(biāo)，但是由于當(dāng)前勘查結(jié)果管理水平不高，導(dǎo)致項(xiàng)目部門無法科學(xué)有效地應(yīng)用勘查結(jié)果[2]。具體表現(xiàn)為：在理論層面，項(xiàng)目部門多開展多類型勘查工作，通過分析多類別的勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行整體勘查結(jié)果的推算，但在現(xiàn)實(shí)情況下，上述勘查過程受多種因素影響，特別是勘查結(jié)果轉(zhuǎn)化難度較高，影響了勘查結(jié)果應(yīng)用時(shí)效性，進(jìn)而沖擊著區(qū)域礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合效益。比如，現(xiàn)有基于水工環(huán)地質(zhì)勘查結(jié)果的礦山風(fēng)險(xiǎn)評估水平較低，與預(yù)期目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)，影響了工程建設(shè)安全性。

2.3 勘查精準(zhǔn)度無法保障

水工環(huán)地質(zhì)勘查從本質(zhì)上而言是一種以地下水資源、自然環(huán)境、工程建設(shè)地質(zhì)為目標(biāo)的勘查作業(yè)。雖然在技術(shù)不斷革新、理論不斷豐富過程中水工環(huán)地質(zhì)勘查為礦區(qū)建設(shè)提供了幫助，但是水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)仍然不夠成熟，在勘查階段極易出現(xiàn)精準(zhǔn)度不足問題。加之水工環(huán)地質(zhì)勘查團(tuán)隊(duì)勘查設(shè)備滯后于行業(yè)發(fā)展潮流，致使礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)勘查效率被限制在一個(gè)較低的水平，間接影響了礦區(qū)工程建設(shè)進(jìn)程。

3 水工環(huán)在礦山地質(zhì)勘查中問題的防治對策

3.1 建立綠色勘查技術(shù)流程

在綠色礦山建設(shè)背景下，勘查技術(shù)人員應(yīng)從技術(shù)流程入手，進(jìn)行勘查方案的優(yōu)化調(diào)整。比如，對于地質(zhì)測繪技術(shù)，除了應(yīng)用現(xiàn)代化的地質(zhì)測繪設(shè)備外，勘查人員還應(yīng)該選擇科學(xué)而符合實(shí)際的測繪比例。比如，選擇1/25000 的比例進(jìn)行測繪。同時(shí)以現(xiàn)代化的勘查測繪設(shè)備與測繪工作實(shí)際相結(jié)合的方式，探明礦區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源開采線路。若在勘查過程中發(fā)現(xiàn)礦區(qū)斷層，則勘查人員應(yīng)根據(jù)礦區(qū)斷層特征，從嚴(yán)監(jiān)察、管理相應(yīng)區(qū)域及周邊地質(zhì)災(zāi)害，為礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)測繪效率的有效提升做好鋪墊。再如，對于鉆孔靜止水位測量技術(shù)，勘查人員應(yīng)以礦區(qū)開采任務(wù)結(jié)束為節(jié)點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行礦區(qū)水位測量。并利用每5.0min 一次的間隔代替初始測量時(shí)間間隔，同時(shí)將最終測量時(shí)間調(diào)整為開始測量后1.0h，保證礦區(qū)水位測量工作科學(xué)開展。鑒于礦區(qū)內(nèi)部水位數(shù)值處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)，為確保水位測量時(shí)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，測量人員應(yīng)設(shè)定科學(xué)的水位穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)（4h 幅度小于等于10.0cm），在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行礦區(qū)水位的多次測量。在整個(gè)測量過程中，測量人員應(yīng)以60.0min 為一個(gè)周期進(jìn)行水位的密切觀測及各項(xiàng)數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄。若在觀測期間發(fā)現(xiàn)偏差較大數(shù)值，則應(yīng)及時(shí)調(diào)整、復(fù)測，并結(jié)合礦區(qū)鉆孔結(jié)構(gòu)特征差異進(jìn)行水位測量方式的持續(xù)改進(jìn)，達(dá)到鉆孔靜止水位測量目標(biāo)；若在測量階段發(fā)現(xiàn)礦區(qū)漏水情況，應(yīng)第一時(shí)間根據(jù)礦產(chǎn)資源開采情況采取堵漏措施，并依托測量數(shù)據(jù)信息分析漏水原因，降低水資源低價(jià)值損耗，助力綠色礦山建設(shè)。

此外，水質(zhì)分析流程改進(jìn)是綠色勘查技術(shù)流程建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。勘查技術(shù)人員應(yīng)在傳統(tǒng)水樣成分檢測、分析判定礦區(qū)水資源污染情況的基礎(chǔ)上，進(jìn)行采集、檢測、分析模塊的進(jìn)一步優(yōu)化[3]。在采集時(shí)，要求采集人員選用石蠟封口的1.0kg 水樣容器，進(jìn)行水樣獲取時(shí)間、編號(hào)的順序標(biāo)記；在檢測時(shí)，檢測人員可以從水樣溫度、水樣氣味等方面，進(jìn)行水樣受污染程度的初步判定；在分析時(shí)，除了記錄結(jié)果外，檢測人員還可以根據(jù)自身專業(yè)經(jīng)驗(yàn)提出防治污染的措施，為綠色礦山建設(shè)貢獻(xiàn)自己的力量。

3.2 加強(qiáng)勘查結(jié)果應(yīng)用

鑒于礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查內(nèi)容繁多，涵蓋了水文、環(huán)境地質(zhì)、工程地質(zhì)等諸多方面。因此，在勘查結(jié)果應(yīng)用時(shí)，人員應(yīng)從多個(gè)層面出發(fā)，統(tǒng)籌諸多類別因素，保證勘查結(jié)果的有效應(yīng)用。一方面，相關(guān)人員可以收集省域內(nèi)多年積累的勘查、地質(zhì)、測量資料?；谙嚓P(guān)資料繁瑣、量大、易出錯(cuò)的特征，進(jìn)行儲(chǔ)量、位置、基礎(chǔ)信息的逐一核查。進(jìn)而以RS（遙感）技術(shù)為支撐，對收集的資料類別進(jìn)行合理劃分，并以文件索引、二進(jìn)制形式分別進(jìn)行圖片（地質(zhì)素描、編錄等）、編錄后文檔資料的格式轉(zhuǎn)換，同時(shí)掃描地質(zhì)剖面圖并對其進(jìn)行矢量化處理。進(jìn)而根據(jù)文檔特點(diǎn)，進(jìn)行文檔關(guān)系模式的構(gòu)建，如表1 所示。

表1 文檔關(guān)系模式

如表1 所示，通過文檔關(guān)系模式的構(gòu)建，可以縮短礦區(qū)信息查找時(shí)間。根據(jù)文檔關(guān)系模式，可以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，分步驟將收集到的表格資料進(jìn)行預(yù)處理、編碼后轉(zhuǎn)換入庫，獲得礦區(qū)位置范圍明了、儲(chǔ)量豐富的資源數(shù)據(jù)庫。

另一方面，在文檔關(guān)系模式與資源數(shù)據(jù)庫建立完畢之后，相關(guān)人員可以根據(jù)礦山生產(chǎn)與工程建設(shè)要求，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的恰當(dāng)應(yīng)用[4]。比如，提取資源數(shù)據(jù)庫內(nèi)資料，利用科學(xué)的方法，分析水工環(huán)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生情況，評價(jià)水工環(huán)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的潛在危害程度并劃分危害等級。同時(shí)將地質(zhì)環(huán)境、水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害有機(jī)整合，分析階段礦山開采對生態(tài)環(huán)境、機(jī)械設(shè)備的負(fù)面影響。進(jìn)而結(jié)合生產(chǎn)與工程建設(shè)合同、相關(guān)文件規(guī)定，從勘查工藝選擇、勘查操作規(guī)范、突發(fā)應(yīng)急預(yù)案、監(jiān)控現(xiàn)場地質(zhì)特征等方面，制定優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場的方案，為經(jīng)濟(jì)效益最大化與生態(tài)效益最大化的同步實(shí)現(xiàn)提供支持。

3.3 提高勘查精準(zhǔn)度

在傳統(tǒng)勘查技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)勘查，技術(shù)人員可以根據(jù)礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查要求，進(jìn)行KPO 定位技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用[5]。即在基于資源數(shù)據(jù)庫的歷年礦區(qū)情況分析的同時(shí)，科學(xué)劃定礦區(qū)經(jīng)度與緯度。以礦區(qū)經(jīng)度與緯度為定位地點(diǎn)，依托無線信號(hào)測距交匯原理，劃定礦區(qū)水工環(huán)勘查目標(biāo)點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)位置并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在定位期間，勘查人員需要依托無線傳輸裝置將勘查信息傳輸?shù)降孛娼邮赵O(shè)備，并在殘差法應(yīng)用的基礎(chǔ)上制定誤差消除矩陣，消除殘差不利影響。誤差消除矩陣為：

（1）中，Vx、Vy分別為Xi 的誤差確定矩陣、-Xi 的轉(zhuǎn)換參數(shù)。根據(jù)誤差矩陣可以獲得定位系統(tǒng)存在的殘差率，結(jié)合單位方差原理可以選擇單位估算值的公式參數(shù)，將參與計(jì)算的數(shù)值量、擬合參數(shù)分別設(shè)定為j、k，則可以得到探測信息參數(shù)R、儲(chǔ)量參數(shù)P 與殘差值W 之間的關(guān)系。即：

由（2）可以計(jì)算殘差值，為勘查結(jié)果處理提供支持，提高勘查精準(zhǔn)度。

此外，在水工環(huán)勘查過程中，勘查人員可以綜合利用激化勘查法，提高勘查精準(zhǔn)性[6]。其中在激化勘查法應(yīng)用時(shí)，勘查人員可以根據(jù)當(dāng)前水工環(huán)地質(zhì)勘查情況，對區(qū)域巖石、礦石中物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，判定勘查對象內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，模擬開采階段易出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，保證勘查作業(yè)順利開展。

4 總結(jié)

綜上所述，越來越快的礦產(chǎn)資源開發(fā)速度，在緩解嚴(yán)峻能源緊缺趨勢的同時(shí)，也揭露了水工環(huán)地質(zhì)勘查工作的缺陷。因此，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)大氣、土壤、地質(zhì)等項(xiàng)目勘查需求，從開始布置傳感器、發(fā)射電磁波、啟動(dòng)傳感器、采集地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征信息、將采集的信息傳輸給終端處理器、區(qū)域地質(zhì)情況分析、礦山地質(zhì)環(huán)境預(yù)測評估幾個(gè)方面入手，以先進(jìn)的技術(shù)為依托，提高水工環(huán)地質(zhì)勘查的精準(zhǔn)度。合理利用水工環(huán)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)，為礦山地質(zhì)勘查相關(guān)工作的有序開展提供依據(jù)。