固体矿产勘查中地质结构及水文地质特征的探讨

2019-01-03梅昌龙

中国金属通报 2019年7期

关键词：涌水量岩层含水层

梅昌龙

（贵州省地质矿产勘查开发局一一二地质大队，贵州安顺 561000）

固体矿产作为工业生产中的重要能源，是推动工业可持续发展的基础保障。通过采用合理的固体矿产勘查技术，能够对目标区域的矿产储备量、分布规律进行科学分析，可以有效提升矿产开采质量，减少不必要的资源浪费。

1 固体矿产勘查的意义

1.1 研究地质结构特征的意义

通过固体矿产勘查，可以了解目标区域矿体的各种参数变化，根据矿体参数变化规律预测目标区域矿体存储量、矿体质量、矿体变化情况和矿体存在形态[1]。结合此类数据分析结果选择对应的开采技术，需要注意的是，在选择对应开采技术之后，应该分析该开采技术对目标区域造成的影响，根据影响权重确定开采技术的可行性。在对矿床进行勘查时，可以明确目标区域地层、岩层与岩浆岩的特征，判断各结构之间是否存在较大的断层或破碎带，标注此类结构在矿床中的地理位置，在开采至该位置前，采取对应控制措施，降低安全事故发生概率。另外，通过勘查目标区域的地质特征，能够了解目标区域内的自然灾害分布情况，如洪水、山体滑坡、泥石流等，结合目前开采情况，可以制定相应安全保护措施，降低自然灾害的负面影响。

1.2 研究水文地质特征的意义

研究目标区域水文特征是设计开采给水排水系统的重要参考依据[2]。水文地质特征的勘查内容主要包括矿区的冲水因素、矿区地下水层位置、地下水来源、地层渗水情况、矿区含水层范围、矿区隔水层分布位置、矿区各含水层之间的相关性、矿区地层的渗透系数等。尤其在对断层和破碎带进行水文地质特征勘查时，需要重点关注岩层的含水性和充水性，避免岩层含水量过高，引发开采事故。

2 固体矿产勘查地质结构特征

2.1 地形地貌

在对地形地貌进行勘查时，主要分为以下几方面内容：首先，分析勘查区域的地质结构。例如，勘察人员利用定点采样的方法对目标区域岩层样本进行采集，借助地质分析仪器对地质结构进行分析，根据仪器显示结果找寻矿体变化规律，预测可能出现地质断层或破碎带的位置，收集该位置的反射波长，验证推测结果。其次，考察岩相的古地理环境。目前大多数固体矿产主要聚集在第四纪地层当中，因为该岩层厚度相对较大，岩层质地相对松软，有助于地下水渗透，所以在矿场区域一般都会存在储水岩层。在勘察过程中，需要明确地下水的流动方向和所处岩层位置，便于后续矿产开采过程中的排水工作。最后，目标区域的地貌。很多固体矿产主要分布在丘陵地区，矿产会随着丘陵地带的起伏呈现不规则分布。对此，在勘察过程中，需要明确矿产边界，避免出现漏采的情况。

2.2 地质情况

通过研究目标区域的地质情况，能够确定矿产的分布规律，为选择开采技术提供数据支持。地质情况除了勘查岩层属性外，还需要考虑区域的地质构造情况，地质构造可以水平构造、单斜构造和褶皱构造。水平构造是没有经过地层结构变动的地质构造。该类型区域的矿产分布非常均匀，主要集中在某一水平岩层中，开采难度相对较低。单斜构造是水平岩层受到地壳运动挤压发生变动，整体岩层向同一方向倾斜的地质构造。在进行矿产开采时，遵循倾斜情况，也可以达到开采目的，属于中等开采难度。褶皱构造是岩层受到强烈地壳运动挤压后形成波状弯曲的地质结构。相较于前两种地质结构，该类型结构开采难度最大，需要考虑不同的岩层属性和结构硬度，对开采技术要求较高。

2.3 工程地质特征

随着开采的推进，整体地质结构受力情况将发生改变，如果不能及时采取应对措施，容易造成坑道坍塌。对此，在正式开采前，需要对开采区域进行岩石取样，确定各岩层受力情况，根据分析结果，可以在开采过程中选择安放支架、调整机器频率等方式来稳定上层岩层，借此提升开采过程的安全性。例如，技术人员可以在矿区不同位置选取若干取样点进行采样，将所有样本送往实验室，利用加压设备测定岩层硬度、强度、受力情况和岩体质量。根据结果选择合适开采方案，提升开采方案的适用性。另外，在开采过程中需要及时检查岩体情况，根据岩体的完整性和延续性调整开采方案，借此提升矿产开采的可靠性。

2.4 矿床特征

矿产特征主要包括矿产规模、矿产存储量、矿产分布情况、矿产深度、矿产形状、矿产类型等。矿采规模和矿产存储量直接影响开采的延续时间和企业经济效益；矿产分布情况和矿产深度直接影响矿产开采进度，如果地层结构复杂度较高并且所处位置较深，将增加企业的开采成本，降低企业经济利润空间；矿产形状和矿产类型是决定企业经济利润的重要影响因素。如果矿产形状相对规则，可以有效降低开采难度，加快开采进度；反之则会限制开采进度。矿产类型的经济价值将直接影响企业的经济效益。

3 固体矿产勘查水文地质特征

3.1 水文气象

水文气象主要是对目标区域气候情况、降水情况、地表水组成情况进行勘察。气候类型可以分为温带大陆性气候、亚热带季风气候、温带季风性气候、亚热带湿润气候等。

不同气候类型对应不同特征对应不同气候情况，如温带大陆性气候所处地区的冬季非常寒冷，夏季温度较高，全年温差超过40℃，并且地区全年干旱少雨，所有降水主要集中在夏季。

根据气候情况可以对目标区域地下水总量进行初步预估。降水情况是对目标区域以往降水情况进行统计，计算年平均降水量，降水是补充地下水层的主要来源之一，计算地表蒸发量与平均降水量之间差值，确定每年地下水的补充情况。地表水渗透也是地下水的主要补充来源，分析地表水潜流情况，结合前两组数据确定目标区域地下水分布情况和总储水量。

3.2 基岩裂隙潜水

通常情况下，地下含水层是由细小砂石、砾石和卵石组成，含水厚度在20毫米以内。因为岩层缝隙较大，具有较高的透水性，所以地表水会沿着含水层缝隙进入固水层。

在勘察过程中，需要确定含水层分布位置、厚度和相互间联系情况。对于含水层分布密集的区域，潜水活动比较活跃，不利于固体矿产的形成，但水质较高，处于优良水平。含水层根据岩性特点可以分为流纹岩、凝灰质砾等。

3.3 涌水量预测

受到含水层、固水层的影响，在矿产开采过程中，会出现渗水情况。对此，在开采前，需要对矿区涌水量进行计算，根据计算结果确定开采技术、开采方案的可行性。目前涌水量计算方法由积水廊道法、解析法和曲线外推法。以积水廊道法为例进行涌水量计算。

假定补给情况均满足开采所需，此时矿区涌水量计算公式如下：Q=BK（2H-S）S/2R。其中Q表示矿区涌水量（单位m3/d）；B表示矿区内部坑道的水平长度（单位m）；K表示含水层的渗透系数（单位m/d）；H表示含水层的总厚度（单位m）；S表示水位升降情况（单位m）；R表示涌水量的影响半径（单位m）。将测量数据代入公式计算矿区涌水量，针对计算数值制定相关的控制方案，确保开采工作的顺利进行。