夏野瀟

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730046）

在礦產(chǎn)資源需求量不斷增加的背景下，礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)力度也逐漸加大[1]。由于我國(guó)國(guó)土覆蓋面積較廣，礦山開(kāi)采施工的環(huán)境具有明顯的多樣化特征。復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境為開(kāi)采施工帶來(lái)了巨大的安全隱患。因此，在施工前進(jìn)行全面、完整的水工環(huán)地質(zhì)勘查是十分重要的。勘查結(jié)果不僅是施工設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，同時(shí)也是確保施工安全的重要保障。但隨著勘探要求的逐漸提高，需要采集的地質(zhì)數(shù)據(jù)也越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的勘查技術(shù)難以滿足特殊環(huán)境的勘查需求。為此，許多專家學(xué)者對(duì)勘查技術(shù)進(jìn)行了研究。其中，文獻(xiàn)[2]以綠色礦山建設(shè)為核心目標(biāo)，對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)的實(shí)施流程作出了改進(jìn)研究，提高了勘查技術(shù)在不同環(huán)境的適應(yīng)性，但勘查范圍仍有一定局限性；文獻(xiàn)[3]將遙感技術(shù)應(yīng)用于水工環(huán)地質(zhì)勘查中，提高了數(shù)據(jù)與地理位置之間的匹配度，但未對(duì)勘查深度這一問(wèn)題作出針對(duì)性研究。

為了滿足復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)地質(zhì)勘查技術(shù)的新要求，本文提出礦產(chǎn)勘查服務(wù)理念下礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)優(yōu)化研究。礦產(chǎn)勘查的服務(wù)理念是提高勘查技術(shù)與勘查需求之間的擬合度。本文依據(jù)礦產(chǎn)勘查服務(wù)理念，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，以擴(kuò)大勘查范圍為目標(biāo)，對(duì)勘查技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試驗(yàn)證了所提方法的有效性。本文的研究能夠?yàn)樗きh(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)的發(fā)展提供有價(jià)值的參考。

1 礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)優(yōu)化研究

1.1 搭建礦山結(jié)構(gòu)模型

對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)信息進(jìn)行勘查之前，首先要明確勘查環(huán)境的總體結(jié)構(gòu)。為此，本文利用GPS技術(shù)構(gòu)建了礦山結(jié)構(gòu)三維模型，根據(jù)礦山的整體結(jié)構(gòu)屬性，確定目標(biāo)勘查的深度和位置。

為了確保構(gòu)建模型與實(shí)際礦山結(jié)構(gòu)具有高度的一致性，本文利用GPS技術(shù)采集礦山的位置信息。通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)將GPS采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心內(nèi)。由于勘查環(huán)境是一個(gè)三維的空間，因此，需要將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為p(x,y,z)的形式?？刂浦行囊匀S坐標(biāo)為基礎(chǔ)，在三維空間內(nèi)構(gòu)建出完整的礦山結(jié)構(gòu)模式圖。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化模式如圖1所示。

圖1 礦山三維信息轉(zhuǎn)化模式

其中，p為GPS采集到的信息，l為p到礦區(qū)中心位置的直線距離，β和θ分別為l與水平軸線和豎直軸線的夾角。通過(guò)以上方式轉(zhuǎn)換GPS傳輸?shù)娜舾蓚€(gè)點(diǎn)的位置信息，構(gòu)建完整的模型。

需要注意的是，實(shí)際的位置信息匹配會(huì)受到GPS位置差分、相位差分、偽距差分等因素的影響出現(xiàn)誤差。為此，本文通過(guò)RTK技術(shù)對(duì)差分的共性進(jìn)行總結(jié)分析，將分析結(jié)果作為修改基準(zhǔn)站的正數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。利用GPS流動(dòng)站對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，確認(rèn)修正后的位置信息與初始階段位置信息是否存在差異。當(dāng)確認(rèn)無(wú)差異后，利用MSS影像數(shù)據(jù)配合遙感技術(shù)搭建最終的模型。模型如圖2所示。

圖2 礦山結(jié)構(gòu)模型

1.2 水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)優(yōu)化

在上述模型的基礎(chǔ)上，利用礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造之間的連接關(guān)系對(duì)勘查位置的選擇進(jìn)行優(yōu)化。

首先通過(guò)觀察礦山模型判斷地質(zhì)構(gòu)造的分布及走勢(shì)。一般情況下，同一構(gòu)造的巖性特征是一致的，因此可以通過(guò)采集淺層位置的構(gòu)造數(shù)據(jù)降低勘查技術(shù)的施工難度。其次，由于底層地質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的作用力會(huì)阻礙勘查設(shè)備的安置，本文結(jié)合礦山模型中不同位置的地質(zhì)狀況，將軟弱下臥層作為目標(biāo)施工位置，通過(guò)減小阻力值，加深勘查的深度。為此，需要確定地質(zhì)層產(chǎn)生的附加應(yīng)力，其計(jì)算方式為：

其中，P表示目標(biāo)勘查點(diǎn)的附加應(yīng)力值；γ表示附加參量；F表示地質(zhì)層的荷載；D表示勘查深度。以此計(jì)算出勘查設(shè)備到達(dá)目標(biāo)地質(zhì)層受到的應(yīng)力。如果應(yīng)力超過(guò)設(shè)備的自加速作用力，則表明設(shè)備無(wú)法到達(dá)探測(cè)深度，需要更換新的探測(cè)點(diǎn)。重復(fù)上述操作，直至應(yīng)力值小于設(shè)備的自加速作用力，則將該位置作為最終的勘查位置。

2 應(yīng)用測(cè)試

將本文設(shè)計(jì)的勘查技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查中，并將文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]的勘查技術(shù)作為對(duì)照組。通過(guò)對(duì)比三種方法的勘查效果，分析本文提出方法的應(yīng)用價(jià)值。

2.1 勘查環(huán)境

開(kāi)展測(cè)試的礦山面積為126.3km2，地形地貌以丘陵為主，東南區(qū)域有明顯的堆積河谷地貌特征，部分侵蝕構(gòu)造高山區(qū)的高度達(dá)到865m，為勘查工作帶來(lái)了較大困難。同時(shí)礦山存在角度大于60°的邊坡，大部分區(qū)域的中低山區(qū)高度為100m～200m之間，地表長(zhǎng)年受到雨水沖刷和風(fēng)力侵蝕，結(jié)構(gòu)松散程度較高。深層地質(zhì)構(gòu)造有兩條橫向斜坡平行排布，一條縱向斜坡與橫向斜坡呈26°夾角交叉。巖體性質(zhì)主要是層狀板巖，硬度較高，表層覆蓋了厚度為2.5cm-3.3cm的殘積物。分別采用三種技術(shù)對(duì)該區(qū)域的水工環(huán)地質(zhì)條件進(jìn)行勘查。

2.2 勘查結(jié)果

分別采用三種技術(shù)勘查測(cè)試環(huán)境內(nèi)的水工環(huán)地質(zhì)信息，勘查深度如表1所示。

表1 不同技術(shù)對(duì)地質(zhì)信息的勘查深度/m

由表1可知，文獻(xiàn)[2]技術(shù)最終的勘查深度為670m，未達(dá)到侵蝕構(gòu)造高山區(qū)的最大高度865m，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)水工環(huán)地質(zhì)的完整勘查；文獻(xiàn)[3]技術(shù)最終的勘查深度為790m，同樣無(wú)法滿足勘查需求。而本文設(shè)計(jì)的勘查技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下950m地質(zhì)環(huán)境的有效勘查，達(dá)到了侵蝕構(gòu)造高山區(qū)的勘查要求，具有良好的應(yīng)用效果。

3 結(jié)語(yǔ)

礦山水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境的勘查關(guān)系到施工設(shè)計(jì)效果與后期施工安全，因此如何在確?？辈榻Y(jié)果可靠的前提下，最大程度地?cái)U(kuò)大勘查范圍成為了現(xiàn)階段勘查工作的研究重點(diǎn)。在此背景下，本文提出礦產(chǎn)勘查服務(wù)理念下礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)優(yōu)化研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明應(yīng)用本文技術(shù)獲得的最終勘查深度達(dá)到了礦山的最大深度要求。通過(guò)本文的研究，以期為水工環(huán)勘查技術(shù)的發(fā)展提供有價(jià)值的參考。