复杂地质条件下矿山地质勘查技术优化研究

2021-06-13朱强伟赵旭鹏

世界有色金属 2021年5期

朱强伟，赵旭鹏

（1.青岛地矿岩土工程有限公司，山东青岛 266100；2.青岛地质工程勘察院，山东青岛 266100）

我国国土面积辽阔，矿山开采区多处地质环境复杂地区。复杂地质条件下所使用的地质勘查技术逐渐成为一些学者的研究重点，不同地质条件对所采用的地质勘查技术有着不同的要求[1]，以当下通用的矿山勘查技术作为例，结合矿山开采区岩土工的程特性，优化原有的勘查技术。这样一来，所采用的勘查方式不仅保护原有岩土地层环境，还为复杂地形区的矿山深度开采提供了一定的实践经验。国外在矿山地质勘查方面的研究较早，结合不同岩体的力学特性[2]，构建了多种力学模型，并总结得到了多种不同适用条件的地质勘查技术。

国内在复杂地形区矿山地质勘查方面的研究较晚，但近几年经过对实际地质勘查经验进行总结，筛选出了一些适用复杂地质条件的矿山地质勘查方法。在考虑到岩土体的同时，改进勘查方法和技术，具有一定的指导意义。

1 复杂地质条件下矿山地质勘查技术实施条件

1.1 制定合理的地质勘查间距

复杂地质条件下，岩土处在较为复杂的外部环境中，所以在设计地质勘查间距时，结合实际岩土结构情况，控制勘查间距产生的荷载，再规划勘查线路。综合考虑实际的矿山地层复杂程度后，结合《岩土工程勘察范围》中的原则性要求，设定勘查孔间的间距在16m～26m之间。将勘查孔间距数值小于20m时，定义该孔隙为小数值孔隙，将该数值运用在地层分布较为均匀的地质环境中。定义勘查孔间距数值大于20m为大数值孔隙，并将其设定在地形环境较为复杂的环境中[3]。

为了区分复杂地质环境中各个勘查间距间的区别，采用二维反演软件反演拟合地质层结构，在地质层复杂的勘查间距中，以地质层发生变化的临界层作为区分点，保证矿山地质勘查工作对地层变化的掌握，以设定合理的地质勘查间距作为基础，计算复杂地质层产生的附加应力。

1.2 计算复杂地质层产生的附加应力

根据现有的施工经验，复杂地质环境中存在着一定的软弱下卧层，在实际地质勘查过程中可能会减小原有的勘探深度，所以在使用地质勘探技术前，先计算复杂地质层产生的附加应力。

在自重应力作用下，地质层已形成了稳定的变形，地质层形成的应力分布如图1所示。

图1 地质层形成的附加压力

在上图所示的附加压力下，将自重应力看作为定值，并在最终计算结果中扣除该部分应力数值[4]。以相同地质层作为计算对象，附加压力就可表示为：

1.3 针对特殊地质层制定合理的勘查方案

在上述分析研究下，在制定勘查方案时，先设定试夯次数时，控制每次勘查钻孔产生的夯沉量在20mm左右，且地质范围内不可产生较大的隆起，整个地质勘查实施工作所产生的总夯沉量应控制在10cm左右。如果钻孔位置处于特殊地质环境且含水量较大时，在处理地质层前，应预先铺设15cm厚度的碎石，分担实行勘查工作的进行对岩土地质层产生巨大压力。在进行地质勘查前，控制垫层中的水分，在垫层地面设定一个标高数值，在钻孔形成的基坑底面，采用阶梯状或是斜铺状，在地质层间构建一个搭接层，保证矿山地质勘查技术实施的安全性[5]。

2 进行多参数、高精度、大探测深度的矿山地质勘查技术的应用与开发

为了有效解决复杂地形区矿山地质勘查工作中出现的测量精度低、勘查深度浅等问题，主要在于新勘探方法、勘查技术的组合应用。目前，在进行矿山地质勘查工作中急需解决的问题有增强矿山地质勘查设备的抗干扰能力、提升地质勘探的测量精度、向深部地层进行勘探。总结多年矿山地质勘探经验，我们发现不同地质勘查单位所使用的勘查设备参差不齐，对于得到的地质勘查数据资料的处理等方面同样存在较大差异。

一些矿企使用先进探测设备和高端技术，但未充分发挥出技术优势，所以需要对全国范围内的地质勘查单位使用勘查新技术进行有效统一，提升矿山地质勘查技术的整体使用水平。为快速研发出一千米以上的地质勘查技术，为复杂地形区及深部区域的矿产资源勘查提供有效的技术手段，要突破技术难题，围绕实现勘查技术（地、物、化、遥等）的集成与突破，即以信息技术为核心，利用地理信息系统、模拟技术、三维位场数据处理等多学科技术的融合和集成，获得综合地质勘查信息；突出技术的实用性和效益性，避免一味追求技术的先进性；树立大地质、大资源、大科学的理念，加强复杂地形区矿山地质研究。

3 矿山地质勘查技术优化前后的对比结果分析

试验中固定模拟复杂地质条件下进行的矿山地质勘查，设定出矿山地质勘查次数，定义在场地和地基稳定状态下，岩土工程的冻结深度为矿山可进行地质勘查的深度，对比使用三种勘查技术可达到的勘查深度，结果如下表所示：

表1 三种地质勘查技术可勘查的深度结果

由上表所示勘查深度结果可知，在三种勘查技术的实施过程中，未改进前的勘查技术可勘探的深度数值在第30次，勘察测量得到的深度在1500m左右，深度数值较小，文献[4]中的勘查技术最终勘探深度在2000左右，勘查深度数值较大，而改进后的矿山地质勘查技术可勘探得到的深度数值在2500m左右，与两种现有的施地质勘查技术相比，优化后的勘查技术更适用于复杂地质条件下的矿山地质勘查需求。