矿产勘查服务理念下矿山水工环地质勘查技术优化研究

夏野潇

（甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院，甘肃 兰州 730046）

在矿产资源需求量不断增加的背景下，矿产的开发力度也逐渐加大[1]。由于我国国土覆盖面积较广，矿山开采施工的环境具有明显的多样化特征。复杂的地质环境为开采施工带来了巨大的安全隐患。因此，在施工前进行全面、完整的水工环地质勘查是十分重要的。勘查结果不仅是施工设计的重要依据，同时也是确保施工安全的重要保障。但随着勘探要求的逐渐提高，需要采集的地质数据也越来越复杂，传统的勘查技术难以满足特殊环境的勘查需求。为此，许多专家学者对勘查技术进行了研究。其中，文献[2]以绿色矿山建设为核心目标，对水工环地质勘查技术的实施流程作出了改进研究，提高了勘查技术在不同环境的适应性，但勘查范围仍有一定局限性；文献[3]将遥感技术应用于水工环地质勘查中，提高了数据与地理位置之间的匹配度，但未对勘查深度这一问题作出针对性研究。

为了满足复杂地质条件对地质勘查技术的新要求，本文提出矿产勘查服务理念下矿山水工环地质勘查技术优化研究。矿产勘查的服务理念是提高勘查技术与勘查需求之间的拟合度。本文依据矿产勘查服务理念，在现有技术的基础上，以扩大勘查范围为目标，对勘查技术进行优化设计，并通过实际应用测试验证了所提方法的有效性。本文的研究能够为水工环地质勘查技术的发展提供有价值的参考。

1 矿山水工环地质勘查技术优化研究

1.1 搭建矿山结构模型

对矿山水工环地质信息进行勘查之前，首先要明确勘查环境的总体结构。为此，本文利用GPS技术构建了矿山结构三维模型，根据矿山的整体结构属性，确定目标勘查的深度和位置。

为了确保构建模型与实际矿山结构具有高度的一致性，本文利用GPS技术采集矿山的位置信息。通过信号传导系统将GPS采集到的数据发送至控制中心内。由于勘查环境是一个三维的空间，因此，需要将采集到的数据转化为p(x,y,z)的形式。控制中心以三维坐标为基础，在三维空间内构建出完整的矿山结构模式图。数据的转化模式如图1所示。

图1 矿山三维信息转化模式

其中，p为GPS采集到的信息，l为p到矿区中心位置的直线距离，β和θ分别为l与水平轴线和竖直轴线的夹角。通过以上方式转换GPS传输的若干个点的位置信息，构建完整的模型。

需要注意的是，实际的位置信息匹配会受到GPS位置差分、相位差分、伪距差分等因素的影响出现误差。为此，本文通过RTK技术对差分的共性进行总结分析，将分析结果作为修改基准站的正数标准。利用GPS流动站对相应数据进行收集，确认修正后的位置信息与初始阶段位置信息是否存在差异。当确认无差异后，利用MSS影像数据配合遥感技术搭建最终的模型。模型如图2所示。

图2 矿山结构模型

1.2 水工环地质勘查技术优化

在上述模型的基础上，利用矿区地质构造之间的连接关系对勘查位置的选择进行优化。

首先通过观察矿山模型判断地质构造的分布及走势。一般情况下，同一构造的岩性特征是一致的，因此可以通过采集浅层位置的构造数据降低勘查技术的施工难度。其次，由于底层地质结构之间的作用力会阻碍勘查设备的安置，本文结合矿山模型中不同位置的地质状况，将软弱下卧层作为目标施工位置，通过减小阻力值，加深勘查的深度。为此，需要确定地质层产生的附加应力，其计算方式为：

其中，P表示目标勘查点的附加应力值；γ表示附加参量；F表示地质层的荷载；D表示勘查深度。以此计算出勘查设备到达目标地质层受到的应力。如果应力超过设备的自加速作用力，则表明设备无法到达探测深度，需要更换新的探测点。重复上述操作，直至应力值小于设备的自加速作用力，则将该位置作为最终的勘查位置。

2 应用测试

将本文设计的勘查技术应用于实际的矿山水工环地质勘查中，并将文献[2]和文献[3]的勘查技术作为对照组。通过对比三种方法的勘查效果，分析本文提出方法的应用价值。

2.1 勘查环境

开展测试的矿山面积为126.3km2，地形地貌以丘陵为主，东南区域有明显的堆积河谷地貌特征，部分侵蚀构造高山区的高度达到865m，为勘查工作带来了较大困难。同时矿山存在角度大于60°的边坡，大部分区域的中低山区高度为100m～200m之间，地表长年受到雨水冲刷和风力侵蚀，结构松散程度较高。深层地质构造有两条横向斜坡平行排布，一条纵向斜坡与横向斜坡呈26°夹角交叉。岩体性质主要是层状板岩，硬度较高，表层覆盖了厚度为2.5cm-3.3cm的残积物。分别采用三种技术对该区域的水工环地质条件进行勘查。

2.2 勘查结果

分别采用三种技术勘查测试环境内的水工环地质信息，勘查深度如表1所示。

表1 不同技术对地质信息的勘查深度/m

由表1可知，文献[2]技术最终的勘查深度为670m，未达到侵蚀构造高山区的最大高度865m，因此无法实现对水工环地质的完整勘查；文献[3]技术最终的勘查深度为790m，同样无法满足勘查需求。而本文设计的勘查技术可以实现对地下950m地质环境的有效勘查，达到了侵蚀构造高山区的勘查要求，具有良好的应用效果。

3 结语

矿山水工环地质环境的勘查关系到施工设计效果与后期施工安全，因此如何在确保勘查结果可靠的前提下，最大程度地扩大勘查范围成为了现阶段勘查工作的研究重点。在此背景下，本文提出矿产勘查服务理念下矿山水工环地质勘查技术优化研究。实验结果表明应用本文技术获得的最终勘查深度达到了矿山的最大深度要求。通过本文的研究，以期为水工环勘查技术的发展提供有价值的参考。