深层矿床开采地质条件及其综合探测研究

李 菲，郭庆妮，张 晨，崔 娜，康璐燕，安 楚

(陕西省地质科技中心，陕西 西安 710065)

地质勘测的研究结果显示，我国拥有非常丰富的矿产资源储备量，但我国地质比较复杂，不同地区矿体形成条件存在较大差异，很大程度上增加了矿产开采的难度，影响着矿井生产的安全性。特别是我国东部地区，矿产资源比较丰富，但地质开采条件上存在较大的时空差异性。通过从地质条件控制角度来深入分析矿产安全生产的主要地质因素，并进行综合分析，可有效提升矿体生产的安全性。但我国在此方面的研究还不够深入，因此，本文基于理论实践，对深层矿床开采地质条件及其综合探测做了如下分析。

1 深层矿床的类型

与地表及浅层矿床开采地质条件相比，深层矿床地质更加复杂，发展至今，仍无一套科学先进的综合勘测技术，这在一定程度上限制了我国深层矿事业持续稳定的发展，亟需一套细致科学的划分标准，并制定与之相应的探测技术才能有效满足实际需求。根据开采地质条件影响因素的不同，深层矿床可以分为以下几种：

1.1 根据地质构造进行分类

根据地质构成的不同，深层矿床可以分为两大类：第一类是褶皱断裂压类，就我国地质条件而言，此种类型的深层矿床主要分布在华北平原及其外带变形区域中，挤压变形是此类深层矿床的主要特征，断层主要呈现褶皱状样式；第二类是断裂断块压类，此类深层矿床主要分布在太行山及其周围，主要特征为后期会发生伸展变形，以斩垒组合为主。

1.2 根据水文地质进行分类

根据水文地质的不同，深层矿床也可以分为两大类，其一淡水压类，此类深层矿床的主要特征是未确定积水范围和边界；其二深部高压岩溶水，此类深层矿床的地质条件非常复杂，特别是在华北石炭一二叠纪以岩溶水为主要代表的矿层中，床地质条件就是典型的深部高压岩溶水深层矿床，地板高承压岩溶水会对生产造成非常严重的威胁。

1.3 根据动力地质进行分类

根据动力地质问题的不同，深层矿床同样可以分为两大类，一种是地应压类，深层矿床在高地应力的作用下，岩体会发严重的塑性变形，使得围岩发生剧烈移动，从而导致巷道发生变形或者破坏，在进行矿开采时，随着冲压的升高会增加井底开采的危险性，需要高度重视；另一种是矿井瓦斯压类，研究表明，就深层矿床而言，开采的深度越大，地质条件的变化也会更加复杂多变。

2 不同类型矿床勘测方法

深层矿床开采地质条件的勘测方法与浅层以及表层的勘测方法不同。就我国目前深层矿床开采地质条件勘测方法而言，浅层和表层矿勘测时主要采用的是地面钻探法，辅以地面物探法。深层矿床开采地质条件的勘测，则需要以地震勘测和电磁波勘测的相关理论为主要切入点，然后再逐层解决问题。

2.1 三维立体多波地震勘测法

大量应用实例表明，此种深层矿床勘测方法与传统三维地震勘测法相比，拥有更多的地震属性，而且勘测的结果更加真实可靠，不但可以从三维立体多波地震勘测结果中提取更多的复合参数，还可以精确勘测目标性质。目前在深层矿床勘测中，地震勘测是主流的发展方向[1]。上世纪80年代，美国采用矿层甲烷气储层特征来进行分量地震描述，取得的效果也比较好。而我国对于三维立体多波地震勘测法研究的起步比较晚，各项技术和操作方法还不够成熟，但已在波场正演、有限差分正演、遗传算法等方面的理论研究和实际应用中取得了一定成绩，具有良好的发展趋势。

2.2 电磁勘探法

电磁勘探法的勘测原理是：根据岩层或者矿石导电性和导磁性的不同，通过电磁感应进行矿勘探的一种勘探方法。国外电磁法勘探仪器和装备的优势非常明显，并且在反演理论和方法等方面的进步非常大。

我国矿产企业对于反演方面进行了全方位的探析，同时也获得了一定的进展。此种方法在解决奥灰以上底层含水条件探测中，可有效满足50m～250m以内小构造和含水层的探测。

2.3 深层矿床综合物探法

深层矿床地质勘测的真实有效性，直接决定了后期开采和运输工作能否顺利开展。就目前我国深层矿发展现状而言，与美国、德国、英国等发达国家相比，还存在很大差距。但在探测理论、探测方法、探测原则等方面的差距并不明显。目前许多勘测工作主要集中在浅层矿床勘测中，相关规范和标准也同样集中在浅部勘测上，但浅层和深部矿床开采地质条件存在较大差距[2]。

通过浅部开采条件下的地质作用和特征几乎不可能推断出深部开采地质条件，而且存在较大的风险。针对此类情况，需要构建出勘测平台，并制定完善综合勘测理论体系，才能为深层矿床勘测和开采奠定坚实基础。

3 地质构造问题为主的深层矿床

就我国深层矿床发展现状而言，进行地质构造研究时面临的问题主要体现在两个方面：其一是相关资料比较少，其二是技术难度大。因此，在实际研究过程中应主要从以下两个方面进行切入：

第一，切实加强对区域地质构造的研究力度，把地质条件、地球物理、区域构造格局等全部融入区域地质构造研究中，并对相关资料进行全面收集和整理，然后再对地质构造控制所造成的影响进行深入分析，详细掌握该区域深层矿床地质构造的发育规律。

第二，根据现有浅层勘测结构和相关资料，以三维立体地震勘测法为主，以探钻控制和验证为辅，逐步构建一套深层矿床地质构成综合探测的研究方法和体系。

4 水文地质问题为主的深层矿床

此类深层矿床可以进一步划分为老空水和深部高压岩溶水。华北矿体在一二叠纪矿山主要以岩矿为代表，这类矿床地质条件相对比较复杂，而且矿层底板高承压的奥灰岩溶水会促使深层矿床带压开采，任何一个细微的环节控制不当，都会引发高压水害等质量通病的发生[3]。需要采用一系列先进科学且合理的勘测技术才能有效提升勘测的真实性。

在实际勘测过程中，想要最大限度地提升深部矿床水文地质勘测的真实性，需要从以下几个方面入手。

（1）详细查明矿层水位的基础地质特征，并以水文地质条件为主要切入点，根据出水力学和水化学特征的实际情况，制定排泄条件和地下水补给方法。

（2）进行现场系统观测，并建立完整的风险评价指标控制体系，有针对性的提出相应的解决措施和防治水方法。

（3）根据实际情况，选择与之相适的综合勘测方法为勘查手段，同时综合分析抽水试验结果和流量测矿井结果，积极查明预开采矿层的富水含量，并找到影响分布规律。

（4）为最大限度上保证勘测的准确性，需要进行多次分析、研究和对比验证，同时还要在采空区和小窑积水范围调查之上，结合物探和井下钻探两种方法，尽快查明积水边界。查探清楚灰岩与灰岩溶洞的分布规律，并深入了解岩溶水、地表水和矿系地层含水、层水力联系情况，以及可能对深部矿产开采造成的影响[4]。

5 动力地质问题为主的深层矿床

在进行地应压类深层矿床开采时，针对容易发生高低应力的情况，可充分结合地质构成分析情况、现场地应力测量和反演算法等，积极预测出矿区深部地应力场，并对相应的数据进行收集，随着开采深度的增加，进行相应的补充测量，然后把反演数值和数值模拟相互结合，就可以有效计算出深部应力场的全部参数。

而针对深层矿床类型的地质条件，在实际开采过程中，随着开采深度的增加，地质条件也会更加复杂。随着矿体重金属含量和压力的不断提高，会增加矿井在开采过程中面临的风险，导致矿井演变为重金属矿井[5]。

针对此类问题，需要先清楚了解地质构造格局分布情况、地层分布状况、水文地质条件等，然后结合实际，选择与之相适的勘测方法。可以采用深钻结合测井组合的方法来确定矿体的分布范围，并推断出其相应的分布状况，并快速测定矿体储层的重金属压力，从而进行有效的对重金属含量进行预测算。

6 结语

综上所述，本文结合理论实践，深入研究了深层矿床开采地质条件及其综合探测，研究结果表明，随着矿产开采的不断深入，许多表层和浅层矿产资源已经面临枯竭，正逐步向更深的方向发展，但我国对深层矿床地质条件勘测的研究还不够深入，需要积极采取一系列方式方法、综合探测技术和模式，才能有效保证勘探的精确性和效率，符合我国目前矿产事业持续稳定发展的相关要求和规范标准。