夏志永
(廣西基礎(chǔ)勘察工程有限責(zé)任公司,廣西 南寧 530000)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源的需求不斷提高,礦山工程也在過(guò)程中得到不斷發(fā)展,對(duì)勘探技術(shù)的要求也越來(lái)越高。工程勘探技術(shù)是水工環(huán)地質(zhì)勘探的重要方法,具有勘察范圍廣泛,成本較低的特點(diǎn),能夠使勘察人員較為詳細(xì)地了解巖土情況,因此在巖土工程的勘察工作中應(yīng)用較為廣泛[1]。
在實(shí)施礦產(chǎn)資源的勘探與開采工作前,需要對(duì)礦山進(jìn)行大量工程地質(zhì)勘察,其中包括了對(duì)礦區(qū)巖土組成、結(jié)構(gòu)等方面的勘察,其中,確定基巖覆蓋層的厚度是勘測(cè)地下礦體深度的前提,因此巖土勘察是巖土工程建設(shè)中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),總結(jié)工程地質(zhì)特征,對(duì)今后的勘察設(shè)計(jì)工作有著重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。
由于地下地質(zhì)條件復(fù)雜,使勘察人員在實(shí)際探測(cè)中根據(jù)不同地質(zhì)特征選擇不同的探測(cè)設(shè)備,而傳統(tǒng)方法只從自身探測(cè)角度出發(fā),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及解譯的勘察結(jié)果往往與實(shí)際情況有著一定的偏差,工程物探技術(shù)種類眾多,根據(jù)研究區(qū)域的地質(zhì)條件和特征,本文將工程物探方法與鉆探資料相結(jié)合,研究本文方法的工程勘察效果。通過(guò)對(duì)礦山巖土工程的勘察結(jié)果的分析與研究,能夠?qū)ο嗨频刭|(zhì)環(huán)境下的礦山巖土工程勘察提供一定的參考依據(jù)。
在礦山巖土工程建設(shè)區(qū)域范圍內(nèi),礦山工作面包含地面本身以及各類地面設(shè)施。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山工作面各組成部分相互協(xié)調(diào)的布設(shè),引入工程物探技術(shù)對(duì)其工作面布設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在地球地殼表面中,經(jīng)過(guò)各種地質(zhì)作用在基巖上的堆積物稱為覆蓋層,覆蓋層大部分都是巖性松散的狀態(tài),受多個(gè)因素的影響,使地下沉積層產(chǎn)生了不同的結(jié)構(gòu)和巖性。覆蓋層的探測(cè)包括對(duì)厚度及分層的探測(cè),根據(jù)不同的勘察目的,選用的方法也有所差異。針對(duì)本文勘察礦山巖土工程的需要,本文選用高密度電法進(jìn)行勘察,高密度電法將地質(zhì)勘探技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化結(jié)合,綜合了電剖面法和電磁測(cè)深法,能夠完成縱橫向的斷面測(cè)量[3]。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中,本文結(jié)合已有的地質(zhì)資料,對(duì)地下地質(zhì)體范圍和勘探深度進(jìn)行了解,選擇合適的電極距,由于本此勘探深度較為中等,因此通過(guò)一次布設(shè)。在測(cè)線的布置中,注意測(cè)線邊界在研究區(qū)域的有效勘探范圍內(nèi),布設(shè)時(shí)盡量使同一列的電極保持平直的角度。安置多路墊板轉(zhuǎn)換器,設(shè)置50根電極,將50根電極與電極轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接。在對(duì)勘察工作面上各個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置時(shí),根據(jù)礦山巖土工程實(shí)際規(guī)模,將測(cè)點(diǎn)設(shè)置數(shù)量控制在10個(gè)~20個(gè)范圍內(nèi),每?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)之前的距離相差應(yīng)當(dāng)在25cm~35cm范圍內(nèi),針對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn),分別設(shè)置三個(gè)不同方向上的測(cè)線,并且測(cè)點(diǎn)的方向是固定不變的,分別為斜向上45°、平行、斜向下45°(方向可根據(jù)實(shí)際勘察需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)。在完成上述布置內(nèi)容后,還需要對(duì)礦山巖土工程勘察工作面整體進(jìn)行布置,確保工作面能夠滿足實(shí)際勘察需要,并且能夠在不破壞周圍生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上,為勘察工作提供更便利的條件。
基于此,在進(jìn)行工作面的整體布置時(shí),需要結(jié)合礦山巖土工程項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)的礦床分布數(shù)據(jù)、礦區(qū)地形信息、水文地質(zhì)信息、氣象信息等進(jìn)行綜合分析,以此確??辈旃ぷ髅娌贾镁邆涓吆侠硇浴?/p>
巖土數(shù)據(jù)的采集將運(yùn)用最新的分布式高密度電法儀,使用溫納裝置進(jìn)行斷面掃描測(cè)量,獲取所測(cè)未知的電位分布。測(cè)量電極的選擇與轉(zhuǎn)換是高密度電法最重要的技術(shù),本文選用的儀器通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)完成這一操作。溫納裝置在測(cè)量過(guò)程中,電極自西向東移動(dòng)形成剖面線,在同一位置進(jìn)行多次測(cè)量,這種方法能夠應(yīng)對(duì)干擾較大的區(qū)域,在測(cè)量前設(shè)置預(yù)置周期次數(shù)就可以進(jìn)行多次測(cè)量,同時(shí),預(yù)置終止條件,允許接入最大接地電阻,能夠簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程[4]。土質(zhì)對(duì)工程的勘察具有重要的影響,如果土壤過(guò)于疏松,使承載力較差,也會(huì)對(duì)勘察結(jié)果產(chǎn)生一定影響。
本次勘察選取具有代表性的巖土樣品25份,結(jié)合已有地質(zhì)資料,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與解譯。除此之外,在具體勘察的過(guò)程中,還可引入CR1000型號(hào)數(shù)據(jù)采集裝置,這種采集裝置在眾多數(shù)據(jù)采集器當(dāng)中具有更高的性價(jià)比。利用該型號(hào)數(shù)據(jù)采集裝置提供的測(cè)量、時(shí)間設(shè)置、數(shù)據(jù)壓縮等功能,輔助勘察工作巖土數(shù)據(jù)采集更順利的進(jìn)行。同時(shí),該型號(hào)數(shù)據(jù)采集裝置在運(yùn)行過(guò)程中的掃描速率超過(guò)100Hz,并且在該裝置上包含了多個(gè)用于模擬輸入、脈沖計(jì)數(shù)、電壓激發(fā)等連接端口,可通過(guò)12VDC外界充電電池完成供電。同時(shí),由于勘察環(huán)境普遍存在復(fù)雜影響因素,并且所處環(huán)境惡劣,因此一般采集裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行,但CR1000型號(hào)數(shù)據(jù)采集裝置能夠充分適應(yīng)低溫和高溫環(huán)境,根據(jù)實(shí)際需要,在勘察的過(guò)程中也可以選擇低溫型或高溫型CR1000-XT/CR1000-XF型號(hào)數(shù)據(jù)采集裝置,進(jìn)一步提高巖土數(shù)據(jù)工作的可靠性。
由于實(shí)際勘察過(guò)程中會(huì)涉及到眾多的巖土數(shù)據(jù)類型,因此選擇CR1000型號(hào)數(shù)據(jù)采集裝置還基于其具備4M數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)空間,可以直接通過(guò)外界存儲(chǔ)設(shè)備以及CF存儲(chǔ)卡實(shí)現(xiàn)對(duì)海量勘察數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
在勘察工作中,對(duì)巖土數(shù)據(jù)的采集具體操作步驟為:首先,在上述布置的工程物探技術(shù)工作面上,完成對(duì)各個(gè)勘察電信息的編輯,將上述選擇的分布式高密度電法儀和CR1000型號(hào)數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)置在各個(gè)勘察孔孔口位置上,待GPS裝置能夠發(fā)射穩(wěn)定的信號(hào)后,點(diǎn)擊“定位鉆孔”按鈕,并完成對(duì)各個(gè)孔口的定位。其次,在完成鉆孔操作后,還應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行拍攝。拍攝的內(nèi)容主要包括:勘察工作場(chǎng)景拍照、鉆機(jī)拍照、提鉆錄像、巖芯拍照等。在每一個(gè)鉆孔的第一次記錄時(shí),都需要對(duì)鉆進(jìn)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行拍攝,以此進(jìn)一步反應(yīng)鉆井的方式。在后續(xù)的記錄過(guò)程中,若鉆進(jìn)方式?jīng)]有發(fā)生改變,則可以不在繼續(xù)拍照。在對(duì)巖土描述記錄時(shí),需要對(duì)從鉆孔當(dāng)中獲取到的巖芯進(jìn)行拍攝,要求巖芯的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)超過(guò)1m,并按照從上到下的擺放順序放在巖心管當(dāng)中。在巖心管的周圍需要設(shè)置標(biāo)尺、分層標(biāo)簽等,確保在拍照記錄時(shí)能夠清晰辨認(rèn)。最后,在完成上述所有勘察數(shù)據(jù)采集的工作后,將數(shù)據(jù)上傳。在進(jìn)行描述和記錄的過(guò)程中,均可以通過(guò)傳輸軟件對(duì)每一次描述和記錄附加相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)以及時(shí)間數(shù)據(jù),因此不需要針對(duì)每次獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸,只需要在有無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域再上傳數(shù)據(jù)即可。利用數(shù)據(jù)傳輸軟件自動(dòng)上傳每一個(gè)鉆孔當(dāng)中的第一個(gè)數(shù)據(jù)信息,包括鉆孔信息輸入、孔口定位等。
同時(shí),為了避免在數(shù)據(jù)上傳的過(guò)程中出現(xiàn)損壞或丟失的問(wèn)題,在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí),需要按照鉆孔時(shí)的順序進(jìn)行上傳,因此確保數(shù)據(jù)的完整性,為勘察作業(yè)提供更加可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。
由于在實(shí)際勘察工作開展的過(guò)程中常常會(huì)存在異常數(shù)據(jù),嚴(yán)重影響勘察結(jié)果的精度,因此針對(duì)上述獲取到的巖土數(shù)據(jù),還需要對(duì)其進(jìn)行處理。
首先,明確異常的數(shù)據(jù)分為兩種情況,一種為缺失異常數(shù)據(jù),一種為行為異常數(shù)據(jù)。前者通常是由于在采集過(guò)程中數(shù)據(jù)存在丟失導(dǎo)致,再細(xì)化可分為照片異常收據(jù)、錄像異常數(shù)據(jù)和技術(shù)數(shù)據(jù)缺失異常數(shù)據(jù),共三種類型。后者是在勘察的過(guò)程中由于存在不合規(guī)范的操作行為而造成數(shù)據(jù)異常的類型,可再細(xì)化分為報(bào)告異常數(shù)據(jù)、位置異常數(shù)據(jù)和時(shí)間異常數(shù)據(jù)等類型。結(jié)合勘察數(shù)據(jù)的重要性,對(duì)異常程度進(jìn)行劃分,分為輕微異常、一般異常和嚴(yán)重異常共三種類型。針對(duì)不同異常類型數(shù)據(jù),三個(gè)異常等級(jí)對(duì)于不同的具體內(nèi)容。以位置異常數(shù)據(jù)為例,其輕微異常、一般異常和嚴(yán)重異常分別對(duì)應(yīng)的情況為,輕微異常:在相同鉆孔結(jié)構(gòu)當(dāng)中,位置出現(xiàn)偏移,且偏差超過(guò)200m的部分?jǐn)?shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)量的15%;一般異常:在相同鉆孔結(jié)構(gòu)當(dāng)中,位置出現(xiàn)偏移,且偏差超過(guò)200m的部分?jǐn)?shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)量的25%;嚴(yán)重異常:在相同鉆孔結(jié)構(gòu)當(dāng)中,位置出現(xiàn)偏移,且偏差超過(guò)200m的部分?jǐn)?shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)量的50%,或最大偏差已經(jīng)超過(guò)500m的勘察數(shù)據(jù)。
除此之外,除了上述針對(duì)異常數(shù)據(jù)類型處理以外,在采集到巖土數(shù)據(jù)后,需要對(duì)所有勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,剔除突變點(diǎn)或虛假點(diǎn)。
由于在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中受到電極及不確定因素的干擾,產(chǎn)生一定的與實(shí)際不符的數(shù)據(jù),因此需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。若接地電極效果不好則會(huì)直接影響電流源大小,會(huì)出現(xiàn)讀數(shù)不穩(wěn)定或發(fā)生錯(cuò)誤的情況。通過(guò)濾波處理法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,剔除虛假點(diǎn)或突變點(diǎn),在相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)斷面會(huì)存在著一定的重疊部分,需要取重疊部分?jǐn)?shù)據(jù)的平均值,在剖面方向做平滑處理,是兩個(gè)斷面之間能夠平滑過(guò)渡,接下來(lái)將每個(gè)數(shù)據(jù)部分拼接進(jìn)行整體反演[5]。在實(shí)際的勘察中,由于地形起伏不同,使其對(duì)巖土探測(cè)的視電阻率的異常形態(tài)與位置有所偏差或變形,因此在數(shù)據(jù)反演后,還要將數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的地形校正。
工程物探方法對(duì)礦山的地下地質(zhì)情況的勘察效果較為明顯,不同的工程物探技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理,其結(jié)果也存在著一定差異。當(dāng)工程項(xiàng)目受場(chǎng)地條件限制,實(shí)施時(shí)間較為緊迫時(shí),就需要選擇最有效的方法減小勘察數(shù)據(jù)的誤差,達(dá)到理想的工程地質(zhì)效果。本文根據(jù)實(shí)際研究區(qū)域的覆蓋層地質(zhì)資料,將本文方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比,分析其應(yīng)用效果。本文選取5號(hào)測(cè)線的反演結(jié)果,結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行地質(zhì)覆蓋層推斷,具體結(jié)果如圖1所示。
圖1 推斷剖面圖
由圖1可知,根據(jù)本文方法進(jìn)行解譯得到的高密度推斷剖面圖,測(cè)線長(zhǎng)度為90m,覆蓋了6個(gè)鉆孔,研究區(qū)域內(nèi)的礦山巖土層分為四層,各電性層具有較大差異,第一層是覆蓋層,主要為雜填土,視電阻率范圍在0~15Ω·m,厚度范圍在1m~1.5m之間,第二層為粉砂層,視電阻率范圍在25~80Ω·m,厚度范圍在4m~8m之間,第三層為卵石層,視電阻率范圍在15~45Ω·m,厚度范圍在3m~5m之間,第四層為基巖。由此看出覆蓋層厚度大概為4.5-8米左右。將本文方法與傳統(tǒng)方法數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,其不同方法對(duì)覆蓋層深度的勘察數(shù)據(jù)具體如表1所示。
表1 實(shí)際深度與不同物探方法探測(cè)結(jié)果對(duì)比表
由表1可知,本文方法在15號(hào)鉆孔的勘察結(jié)果與實(shí)際深度一致,對(duì)10鉆孔的勘察結(jié)果誤差最大,為0.5m,本文方法勘察結(jié)果的平均誤差為0.2m。傳統(tǒng)方法在7號(hào)鉆孔的勘察結(jié)果最佳,與實(shí)際深度相差0.4m,在2號(hào)鉆孔的勘察結(jié)果誤差最大,為0.9m,傳統(tǒng)方法勘察結(jié)果的平均誤差為0.57m,本文方法與傳統(tǒng)方法的勘察結(jié)果相比,平均誤差少了0.37m。因此,本文方法的勘察結(jié)果與傳統(tǒng)方法的勘察結(jié)果相比,更為接近實(shí)際深度,說(shuō)明本文方法更適用,具有有效性。
本文通過(guò)對(duì)工程技術(shù)在礦山巖土工程勘察中的應(yīng)用研究,對(duì)巖土覆蓋層厚度進(jìn)行了探測(cè),通過(guò)與其他物探方法與收集資料進(jìn)行對(duì)比分析,證明了本文方法的有效性,取得了一定的研究成果。
但由于時(shí)間和勘察條件的限制,本文研究還存在著諸多不足,如對(duì)礦山巖土地層的變化規(guī)律及特性沒(méi)有進(jìn)行深入分析,在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中,對(duì)于抗干擾的處理還需要加強(qiáng),使勘察結(jié)果的精度進(jìn)一步提高,在探測(cè)流程上還應(yīng)加強(qiáng)與規(guī)范,優(yōu)化對(duì)巖土工程勘察與質(zhì)量控制等環(huán)節(jié),推動(dòng)工程建設(shè)的相更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆较蚯靶小?/p>