盧星諭

（廣東省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì)，廣東 惠州 516008）

目前，基于數(shù)據(jù)分析的勘查技術(shù)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(shù)落后而且勘查工作效率低下，若要保證勘查質(zhì)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(méi)辦法保證礦區(qū)內(nèi)水工環(huán)地質(zhì)勘查的結(jié)果質(zhì)量。針對(duì)上述問(wèn)題，研究基于數(shù)據(jù)分析的礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)勘查方案，希望本文分析可以為礦山開采提供技術(shù)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(zhì)特征

在水工環(huán)地質(zhì)勘查工作中，不同因素都可能會(huì)影響勘查方向及進(jìn)度。所以對(duì)目標(biāo)區(qū)域的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhì)特征，因?yàn)榈V山內(nèi)容易存在多個(gè)數(shù)量的老窿，這些老窿會(huì)隨著回采面的升高而增大。在采礦時(shí)容易發(fā)生冒落的現(xiàn)象，發(fā)生采場(chǎng)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(wèn)題?；跀?shù)據(jù)分析，勘查礦山區(qū)域內(nèi)老窿，可以明確提供勘查方向，有效把握空區(qū)內(nèi)老窿分布及大小狀況。通過(guò)對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，確定礦區(qū)地層、構(gòu)造裂隙、頂坡以及地層組成，為下一步勘查做充足的準(zhǔn)備?；跀?shù)據(jù)分析，詳細(xì)調(diào)查工程地質(zhì)巖組的分布、產(chǎn)狀及性質(zhì)特征，對(duì)礦區(qū)區(qū)域內(nèi)不穩(wěn)定構(gòu)造的延伸情況、結(jié)構(gòu)構(gòu)面、填充物以及產(chǎn)狀進(jìn)行重點(diǎn)查明。確定礦區(qū)內(nèi)礦體和圍巖的結(jié)構(gòu)與質(zhì)量，并測(cè)定其穩(wěn)定性。對(duì)礦山開采具有影響的因素大部分可基于數(shù)據(jù)分析進(jìn)行勘查分析，例如溶洞發(fā)育情況、風(fēng)化帶風(fēng)化深度及程度、破碎帶的破碎程度等?？辈閹r組的不同構(gòu)造部位，對(duì)于得到的數(shù)據(jù)采取節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，可以確定節(jié)理裂隙的方向，避免其發(fā)育方向?qū)ΦV產(chǎn)開采造成影響[1]。

2 瞬變電磁技術(shù)確定勘查范圍

瞬變電磁技術(shù)是觀測(cè)二次感應(yīng)得到的渦流，同時(shí)應(yīng)用電磁感應(yīng)定律，對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)進(jìn)行勘查，確定勘查范圍。在勘查礦山水工環(huán)地質(zhì)時(shí)，需對(duì)地下的干擾進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，再用計(jì)算機(jī)進(jìn)行解釋，明確礦山水工環(huán)地質(zhì)情況，確定勘查范圍。下圖為瞬變電磁技術(shù)的技術(shù)路線圖。

根據(jù)上圖1所示，使用瞬變電磁技術(shù)中的高密度電法確定礦山水工環(huán)地質(zhì)的勘查范圍。高密度電法在勘查礦山水文地質(zhì)中，是一種列陣式的勘查手段，可以很好的應(yīng)用電測(cè)深法和電刨面法。使用高密度電法時(shí)，設(shè)備布置不僅簡(jiǎn)單方便，而且故障率低，可以很好的滿足礦山水文地質(zhì)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(jìn)行工作，但隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)變化為全自動(dòng)化。目前，瞬變電磁技術(shù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)勘查的速度上得到了大幅度提高，品質(zhì)得到了提升，同時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了無(wú)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(zhì)的科學(xué)性、技術(shù)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(jié)果的可靠性及準(zhǔn)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(zhì)勘查效率。通過(guò)直接時(shí)域法，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可以給出我們各監(jiān)測(cè)時(shí)間的空間場(chǎng)分布圖像，根據(jù)圖像可以清楚的看出圖像隨著時(shí)間變化的結(jié)果，因此對(duì)礦山水工環(huán)地質(zhì)的分析具有極大的作用。瞬變電磁技術(shù)的分辨率較高，對(duì)礦山地面上地形要求較低，因此使用瞬變電磁技術(shù)確定礦山水工環(huán)地質(zhì)勘查范圍擁有較高優(yōu)勢(shì)。

圖1 瞬變電磁技術(shù)的技術(shù)路線圖

3 設(shè)置勘查方案

在勘查礦山水工環(huán)地質(zhì)前，首先需要收集礦山附近的地震資料及其他資料，再調(diào)查礦區(qū)構(gòu)造情況，判斷礦區(qū)內(nèi)是否有斷裂帶的存在，斷裂帶是否存在活動(dòng)性斷裂，通過(guò)以上勘查，確定礦區(qū)的穩(wěn)定性指標(biāo)。再調(diào)查礦山區(qū)域內(nèi)，地表水和地下水的背景環(huán)境，對(duì)礦區(qū)內(nèi)可以造成地面沉陷、滑坡、泥石流等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查研究，調(diào)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(duì)環(huán)境的危害程度。通過(guò)各項(xiàng)技術(shù)手段，收集和分析礦山水工環(huán)地質(zhì)的磁性及密度結(jié)構(gòu)，選擇2～3個(gè)靶區(qū)，并在每個(gè)靶區(qū)內(nèi)選取3～4個(gè)鉆孔位置。后續(xù)對(duì)礦區(qū)區(qū)域內(nèi)的所有鉆孔采取工程地質(zhì)編錄，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，同時(shí)對(duì)礦體和圍巖進(jìn)行采樣，計(jì)算其物理力學(xué)參數(shù)，為礦山開采提供技術(shù)及理論支撐。使用遙感技術(shù)勘查礦山工程地質(zhì)，可以通過(guò)遙感衛(wèi)星影像，對(duì)礦山構(gòu)造帶的特征進(jìn)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(shí)判斷地層的空間展布，構(gòu)造帶規(guī)律等。綜上所述，在勘查點(diǎn)進(jìn)行鉆孔，結(jié)合鉆探技術(shù)，繪制礦山的水工環(huán)地質(zhì)圖像。首先需確定礦山水工環(huán)地質(zhì)的表層巖電阻率，在勘探點(diǎn)使用瞬變電磁技術(shù)，將礦山中的表層巖土當(dāng)做可以發(fā)生電磁波的水平面，向下發(fā)射精準(zhǔn)垂直的電磁波，即可檢測(cè)到相交的正向電磁場(chǎng)。之后對(duì)電磁場(chǎng)的電磁分量進(jìn)行測(cè)量，即可得出礦山水工環(huán)地質(zhì)的表層巖電阻率。下列公式為水工環(huán)地質(zhì)表層巖電阻率計(jì)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(chǎng)橫向分量；b代表電磁場(chǎng)豎向分量；P代表為水工環(huán)地質(zhì)表層巖電阻率。通過(guò)上述計(jì)算，確定電阻率，進(jìn)行水工環(huán)地質(zhì)勘查。隨后確定礦山中容易通過(guò)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(duì)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(yīng)對(duì)方案。其次測(cè)量最為集中的坑道位置以及勘查隔水底板是否破損嚴(yán)重?？拥牢恢煤透羲装逡彩潜Ｕ系V區(qū)是否可以安全有效開采的重要因素。通過(guò)測(cè)量的坑道位置，設(shè)置引水渠和排水管，給予礦山開采充足的保證。

4 實(shí)驗(yàn)論證分析

為了檢驗(yàn)本文方案的可持續(xù)性發(fā)展，對(duì)某座礦山的水工環(huán)地質(zhì)進(jìn)行多次的勘查實(shí)驗(yàn)，設(shè)置兩組勘查方案，在同一環(huán)境下，對(duì)同一礦山進(jìn)行水工環(huán)地質(zhì)勘查。

將本文勘查方案設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)勘查方案設(shè)置為對(duì)照組，收集兩組實(shí)驗(yàn)的排放廢料，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行20組測(cè)試。對(duì)比觀察分析20組數(shù)據(jù)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)下表1為兩組實(shí)驗(yàn)排放廢料數(shù)量表。

表1 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組排放廢料數(shù)量表

根據(jù)上表1數(shù)據(jù)所示，進(jìn)行20組測(cè)試，實(shí)驗(yàn)組的排放廢料在0.080t～0.156t之間，平均排放廢料為0.1328t，對(duì)照組排放廢料在0.685t～1.672t之間，平均排放廢料為0.9159t，對(duì)照組比實(shí)驗(yàn)組多排放了0.7831t的廢料，到第19組和第20組實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)照組排放廢料突然加劇，但由于實(shí)驗(yàn)次數(shù)較少，不確定對(duì)照組后續(xù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shuō)明本文的勘查方案設(shè)計(jì)合理，可持續(xù)性發(fā)展更強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)基于數(shù)據(jù)分析的礦區(qū)水工環(huán)地質(zhì)環(huán)境勘查方案進(jìn)行了研究。相對(duì)于常規(guī)方案，本文基于數(shù)據(jù)分析，針對(duì)性選擇不同技術(shù)對(duì)礦山的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)以及環(huán)境地質(zhì)分別進(jìn)行勘查，具有極高的參考價(jià)值。但由于本文勘查方案沒(méi)有考慮技術(shù)人員能力，在實(shí)際情況下操作流程復(fù)雜，仍需進(jìn)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(shù)及理論支撐。