礦山地質(zhì)探礦工程中存在的問(wèn)題與解決對(duì)策研究

王強(qiáng)

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)（山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院），山東泰安271000）

1 礦山地質(zhì)探礦的作用

目前，我國(guó)礦山地質(zhì)探礦工作還處于發(fā)展階段，與歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比依然存在一定差距。同時(shí)，我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量較大，這就要求在礦山地質(zhì)探礦方面不斷創(chuàng)新，積極使用先進(jìn)技術(shù)，探測(cè)出礦產(chǎn)資源的位置、儲(chǔ)量、品位等信息，為礦產(chǎn)資源的開(kāi)采與利用提供幫助[1]。同時(shí)，由于礦產(chǎn)資源很多處于地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，要通過(guò)礦山地質(zhì)探礦的有效開(kāi)展，了解當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害的成因與區(qū)域，并為礦山地質(zhì)災(zāi)害的治理與預(yù)防提供參考。

2 礦山地質(zhì)探礦工程中存在的問(wèn)題

某市金屬礦山早在1928年就有礦床的探采歷史，通過(guò)地質(zhì)探礦工作，發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域各類金屬存儲(chǔ)量較為豐富。其中，錫、鉛、鋅的儲(chǔ)量分別為6.8×105t、3.4×105t、2.38×106t，同時(shí)，還有銀、鉻等其他金屬。為對(duì)礦區(qū)地質(zhì)地貌特征、成礦條件進(jìn)行了解，決定再次進(jìn)行地質(zhì)探礦工作。但是，在地質(zhì)探礦工作開(kāi)展期間存在諸多問(wèn)題，給該項(xiàng)工作的順利開(kāi)展造成不利影響。

2.1 探礦方式不科學(xué)

在地質(zhì)探礦工作開(kāi)展期間，不同的區(qū)域礦山地質(zhì)條件存在較大差異，所以在開(kāi)展地質(zhì)探礦工作時(shí)需要選擇合理的方式，確保地質(zhì)探礦的質(zhì)量與安全。但是，在地質(zhì)探礦作業(yè)期間受到技術(shù)、人員、設(shè)備、資金等方面的限制與影響，導(dǎo)致地質(zhì)探礦所選擇的方法不合理，無(wú)法為礦產(chǎn)資源的開(kāi)采以及地質(zhì)災(zāi)害的防治提供準(zhǔn)確參考[2]。

2.2 技術(shù)選擇不合理

目前，在地質(zhì)探礦中會(huì)運(yùn)用到多種技術(shù)，不同的技術(shù)適用不同的探礦工程。在實(shí)際地質(zhì)探礦過(guò)程中，對(duì)技術(shù)的選擇不夠合理，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)礦區(qū)進(jìn)行精細(xì)化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化探礦，不僅影響探礦工作質(zhì)量與效率，還存在一定安全隱患。

2.3 探礦點(diǎn)甄別問(wèn)題

探礦點(diǎn)的確定是地質(zhì)探礦中的重要環(huán)節(jié)，可決定礦點(diǎn)是否有礦、儲(chǔ)量多少、品位高低。所以，需通過(guò)地質(zhì)探礦工作，了解礦點(diǎn)地質(zhì)環(huán)境的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。但探礦點(diǎn)甄別工作的開(kāi)展，很容易出現(xiàn)失誤或者安全問(wèn)題，對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)采產(chǎn)生極大影響。

3 礦山地質(zhì)探礦工程中存在問(wèn)題的解決對(duì)策

為確保礦山地質(zhì)探礦工程的順利開(kāi)展，需針對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題提出科學(xué)的處理方式。要充分了解與掌握礦山地質(zhì)環(huán)境，合理選擇探礦方式，使用先進(jìn)的勘探技術(shù)。

3.1 掌握礦山地質(zhì)環(huán)境

礦山地質(zhì)環(huán)境的獲取與掌握，能為礦山地質(zhì)探礦工作的開(kāi)展提供參考，要求在正式勘探前，對(duì)礦山的規(guī)模、種類進(jìn)行調(diào)查，對(duì)礦脈的規(guī)模、數(shù)量予以評(píng)估，并對(duì)不同地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了解。在了解礦山地質(zhì)環(huán)境時(shí)，可選用RS 與GIS 技術(shù)，有效了解礦區(qū)實(shí)際情況，為下一環(huán)節(jié)的工作提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息參考。

1）數(shù)據(jù)源選擇。對(duì)于礦山地質(zhì)環(huán)境背景條件與地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，可有針對(duì)性地獲取遙感影像。所選擇的數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat oli 數(shù)據(jù)和Worldview-2 的高分辨率影像，二者的分辨率分別為15 m 與0.16 m。

2）建立遙感解譯標(biāo)志。遙感解譯標(biāo)志其實(shí)就是判讀要素，能對(duì)地物信息的影像特征進(jìn)行直接反映，在判斷時(shí)的要素有大小、形狀。判讀后發(fā)現(xiàn)這里的地類有尾礦庫(kù)、廢石堆、工業(yè)廣場(chǎng)等，同時(shí)也能對(duì)特征進(jìn)行描述。

3）要對(duì)地質(zhì)環(huán)境背景條件信息進(jìn)行提取。Tin 數(shù)據(jù)可在ArcGIS 中生成，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成高程模型DEM。對(duì)于地形起伏度的計(jì)算，要確定最佳比例尺，在ArcGIS 中進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算工具為焦點(diǎn)統(tǒng)計(jì)工具，可得到高差分布圖。植被覆蓋度可使用Landsat oli 的數(shù)據(jù)，通過(guò)大氣校正，對(duì)歸一化植被指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到植被覆蓋度的最小值與最大值。同時(shí)，也要獲取土體利用現(xiàn)狀圖、年平均降雨量、巖層富水性等各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息。

3.2 合理選擇探礦方式

采礦活動(dòng)的基礎(chǔ)就是探礦方式的選擇與確定，本文對(duì)探礦方式的選擇進(jìn)行介紹。在接到礦山地質(zhì)探礦任務(wù)后，要針對(duì)實(shí)際情況對(duì)探礦重點(diǎn)工作予以確定。在第一次探礦時(shí)，先確定勘探目標(biāo)為地質(zhì)勘查與淺井勘查，再逐漸拓展勘查范圍。在礦山地質(zhì)探礦之前，探礦方式要結(jié)合實(shí)際方式進(jìn)行確定。當(dāng)?shù)V體較集中時(shí)，探礦效果較理想的方式為鉆探法。當(dāng)?shù)V體相對(duì)比較復(fù)雜時(shí)，可配合其他方式進(jìn)行探礦，如坑探作業(yè)。探礦方式也要保持靈活性，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，如礦區(qū)地形切割強(qiáng)，可采取水平坑道法，鉆探法則可運(yùn)用在礦區(qū)地形平緩的區(qū)域。

礦區(qū)自然環(huán)境會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生極大影響，所以需合理選擇機(jī)械設(shè)備。比如，在應(yīng)用鉆探法時(shí)，就要做好勘探剖面上鉆探設(shè)計(jì)，對(duì)截面點(diǎn)位置、鉆探類型進(jìn)行合理確定。鉆探時(shí)要求鉆孔軸線垂直于礦體表面，要求鉆孔傾角控制在65°～70°以上。當(dāng)沒(méi)有選擇性磨損時(shí)，要求巖芯分層平均采取率控制在65%以上。在鉆進(jìn)過(guò)程中，每鉆進(jìn)50 m 測(cè)斜一次，直孔在100 m深度內(nèi)，要確?？仔笨刂圃?°～3°以內(nèi)，如有孔斜超差問(wèn)題時(shí)需及時(shí)糾正。

3.3 使用先進(jìn)的勘探技術(shù)

3.3.1 3S 技術(shù)

在礦山地質(zhì)探礦中3S 技術(shù)發(fā)揮著重要作用，能對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面分析，仿真與分析效率較高，收集信息與處理信息的效率更快，能將收集來(lái)的信息快速完成分析并輸出。該技術(shù)受環(huán)境的影響較小，無(wú)論何種天氣都能保持地質(zhì)探礦的精準(zhǔn)度與效率，操作簡(jiǎn)單方便，能滿足工程實(shí)際需求。

1）GPS 技術(shù)的應(yīng)用。GPS 技術(shù)在勘探線剖面測(cè)量中發(fā)揮著重要作用，觀測(cè)點(diǎn)可固定觀察，不會(huì)隨意移動(dòng)，能確保高程測(cè)量的精準(zhǔn)性。在找礦前能對(duì)地形進(jìn)行測(cè)量，GPS 相比于傳統(tǒng)測(cè)量方式更加先進(jìn)，不僅可以在一個(gè)點(diǎn)內(nèi)測(cè)量10 km 半徑的地物，還具有較高的精準(zhǔn)度與效率。布設(shè)工程點(diǎn)時(shí)，可在掌上機(jī)中輸入坐標(biāo)，在衛(wèi)星測(cè)量下，可快速完成放樣工作。完成放樣工作后，在實(shí)地可布置點(diǎn)位。

2）RS 技術(shù)的應(yīng)用。RS 技術(shù)的有效應(yīng)用，能在高空對(duì)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行勘探，外界的干擾較小，檢測(cè)的精準(zhǔn)度較高。低礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)可在衛(wèi)星圖片上顯示，工作人員可清晰了解當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。

3）GIS 技術(shù)的應(yīng)用。在信息數(shù)據(jù)管理中GIS 技術(shù)發(fā)揮著重要作用，能保證數(shù)據(jù)資源的有效利用，確保信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理的質(zhì)量與效率，提升數(shù)據(jù)調(diào)用輸出的效率與有效性。同時(shí)，在地質(zhì)圖像制作過(guò)程中，GIS 能保證圖像制作的精準(zhǔn)度，為地質(zhì)探礦工作的順利開(kāi)展提供保障。

3.3.2 “穿透性”探測(cè)技術(shù)

雖然覆蓋區(qū)的礦產(chǎn)資源潛力巨大，但找礦勘查難度較高，“穿透性”探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，能夠確保探礦質(zhì)量，提升探礦精準(zhǔn)度。

1）地球物理探測(cè)技術(shù)。在覆蓋地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查中，該技術(shù)發(fā)揮著重要作用，可對(duì)地質(zhì)與圍巖的物性差異予以識(shí)別與劃分。可按照探測(cè)目標(biāo)的不同，合理選擇探測(cè)技術(shù)。在金屬礦產(chǎn)資源調(diào)查中，成本較低的是磁法勘探技術(shù)。

2）地球化學(xué)探測(cè)技術(shù)。這種方法可對(duì)一些難識(shí)別的礦產(chǎn)進(jìn)行勘測(cè)，基巖巖屑測(cè)量是覆蓋區(qū)較常測(cè)量的內(nèi)容[3]。

3.3.3 微動(dòng)探測(cè)方法

將面波頻散曲線在微動(dòng)信號(hào)中提取出來(lái)，有效獲取地下各層波速度以及層厚度的方法就是微動(dòng)探測(cè)方法。在微動(dòng)探測(cè)中頻率-波數(shù)譜法是最為基本的方法。瑞利波與勒夫波是微動(dòng)信號(hào)的2 個(gè)主要內(nèi)容，在處理三分量信號(hào)中的垂直分量時(shí)，就是在處理基階瑞利波。頻率波數(shù)譜中當(dāng)瑞利面波占優(yōu)勢(shì)時(shí)，可有對(duì)應(yīng)的最大值點(diǎn)。這時(shí)，假設(shè)瑞利波頻率為fi，可確定頻率-波數(shù)譜最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波數(shù)為Ki（kxi，kyi），這樣就可以將fi的面波相速度計(jì)算出來(lái)：

這時(shí)，假定道拾震器為M，將每道數(shù)據(jù)按照長(zhǎng)度分為N段，記第i和j道拾震器中第n塊數(shù)據(jù)的頻域信號(hào)分Fin（f）、Fjn（f），頻域信號(hào)為N個(gè)，對(duì)第i和j道拾震器對(duì)應(yīng)的自功率譜與互動(dòng)率譜進(jìn)行計(jì)算。然后，得出高分辨率頻率-波數(shù)譜。

在處理微動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，要對(duì)頻散曲線進(jìn)行提取，并對(duì)點(diǎn)相速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果處理可使用S 波速度-深度圖描述。拾震器、數(shù)據(jù)采集器共同組成微動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理方法由實(shí)際勘探中觀測(cè)臺(tái)矩陣的不同產(chǎn)生一定差異。為確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度，需對(duì)臺(tái)陣重?cái)?shù)予以增加。

3.3.4 繩索取芯鉆探技術(shù)

繩索取芯鉆探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)顯著，能降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鉆進(jìn)效率，減少孔內(nèi)事故的發(fā)生。繩索取芯鉆探技術(shù)的應(yīng)用，要合理選擇設(shè)備，確保鉆孔符合實(shí)際要求。鉆孔結(jié)構(gòu)的確定也十分重要，需要綜合考慮地層、套管級(jí)配的各個(gè)要素，最終確定鉆進(jìn)工藝。鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可分為下面兩類（見(jiàn)表1）。同時(shí)，也要對(duì)沖洗液進(jìn)行合理選擇，要求沖洗液相對(duì)密度、黏度、pH、失水量分別為1.08、29 s、9、8 mL。繩索取芯鉆探技術(shù)的合理應(yīng)用，能通過(guò)樣本數(shù)據(jù)資料分析確定礦產(chǎn)儲(chǔ)量。

表1 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

礦山地質(zhì)探礦工程具有較強(qiáng)的專業(yè)性，是礦產(chǎn)資源開(kāi)采前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，礦山地質(zhì)探礦工程中先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普遍，為不斷提升應(yīng)用質(zhì)量與效率，需要對(duì)全過(guò)程進(jìn)行有效控制，確保地質(zhì)探礦的整體質(zhì)量與效率。在地質(zhì)探礦工程實(shí)施期間，要加強(qiáng)工藝控制，細(xì)節(jié)控制，注重使用綠色技術(shù)，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。