矿山水工环地质勘察技术应用分析.pdf

2023年7月上 世界有色金属 121水文地质Hydrogeology矿山水工环地质勘察技术应用分析许彬（山东省地质矿产勘查开发局第四地质大队，山东 潍坊 2 6 1 0 2 1）摘 要：随着国家经济前所未有的快速发展，人们对于矿产资源的需求大幅度增加。而水工环地质勘察是矿产资源开发过程中的关键内容，重视水工环地质勘察能够为矿山资源开采提供保障。进行水工环地质勘察工作时，在保护矿山开采作业的前提下，为矿山开采项目持续提供基础数据，以期为矿产资源的开采提供参考依据，进而提高矿产资源的开发效率。本文基于当前发展成熟的水工环地质勘察技术，对其影响因素进行探讨，对水工环地质勘察技术运用于矿山的具体方法进行分析，为我国拥有良好的矿产行业发展前景奠定基础。关键词：矿山；水工环；地质勘察；应用分析中图分类号：T D 1 6 7 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 3-0 1 2 1-3Application analysis of mining hydraulic environmental geological survey technologyXUBin(T h e F o u r t h G e o l o g i c a l B r i g a d e o f S h a n d o n g P r o v i n c i a l G e o l o g i c a l a n d Mi n e r a l E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p me n t B u r e a u,We i f a n g 2 6 1 0 2 1,C h i n a)Abstract:Wi t h t h e u n p r e c e d e n t e d r a p i d d e v e l o p me n t o f t h e n a t i o n a l e c o n o my,p e o p l e s d e ma n d f o r mi n e r a l r e s o u r c e s h a s s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d.T h e h y d r a u l i c e n v i r o n me n t a l g e o l o g i c a l s u r v e y i s a k e y c o n t e n t i n t h e p r o c e s s o f mi n e r a l r e s o u r c e d e v e l o p me n t,a n d e mp h a s i z i n g t h e h y d r a u l i c e n v i r o n me n t a l g e o l o g i c a l s u r v e y c a n p r o v i d e g u a r a n t e e s f o r t h e mi n i n g o f mi n e r a l r e s o u r c e s.Wh e n c o n d u c t i n g h y d r a u l i c,e n v i r o n me n t a l,a n d g e o l o g i c a l s u r v e y s,w h i l e p r o t e c t i n g mi n i n g o p e r a t i o n s,i t i s n e c e s s a r y t o c o n t i n u o u s l y p r o v i d e b a s i c d a t a f o r mi n i n g p r o j e c t s,i n o r d e r t o p r o v i d e r e f e r e n c e b a s i s f o r t h e mi n i n g o f mi n e r a l r e s o u r c e s a n d i mp r o v e t h e e f f i c i e n c y o f mi n e r a l r e s o u r c e d e v e l o p me n t.T h i s a r t i c l e i s b a s e d o n t h e c u r r e n t ma t u r e h y d r a u l i c e n v i r o n me n t a l g e o l o g i c a l s u r v e y t e c h n o l o g y,e x p l o r e s i t s i n f l u e n c i n g f a c t o r s,a n d a n a l y z e s t h e s p e c i f i c me t h o d s o f a p p l y i n g h y d r a u l i c e n v i r o n me n t a l g e o l o g i c a l s u r v e y t e c h n o l o g y t o mi n e s,l a y i n g t h e f o u n d a t i o n f o r C h i n a s p r o mi s i n g mi n e r a l i n d u s t r y d e v e l o p me n t p r o s p e c t s.Keywords:Mi n i n g;Hy d r a u l i c e n v i r o n me n t;G e o l o g i c a l s u r v e y;A p p l i c a t i o n a n a l y s i s收稿日期：2 0 2 3-0 4作者简介：许彬，男，生于1 9 7 6 年，汉族，山东日照人，本科，注册安全工程师，研究方向：矿山水工环地质勘查技术及安全管理。在矿山开采过程中，水工环地质勘察工作起着十分关键、不可忽视的作用，勘察技术的选择及应用，影响水工环地质勘察的效率和所得数据的精准，选择合适的方法能够提高矿山水工环地质勘察工作的质量。由于矿山的水文地质、工程地质及环境地质都较为复杂，因此做好水工环地质的勘察工作有利于矿山资源的开发，保障项目工作人员的财产及生命安全1。矿山资源开采过程中诸多方面的因素会导致突发危险情况，通过水工环地质勘察工作减小不可控因素的影响，在科学技术发展的背景下将复杂的水工环地质勘察工作细致化、精确化。1 矿山资源中的水工环地质勘察概述1.1 水工环地质勘察的重要性随着科技的快速发展，水工环地质勘察技术根据国内外的研究得到不断提升，研究人员根据需求对多种地质勘察技术进行选择，提高了勘察数据的准确性，提高矿产资源利用率。水工环地质勘察工作主要进行场所是在矿区，矿区地形复杂，变化因素多，容易发生事故，同时矿山资源的开采效率和施工受到水文条件、气候因素及施工设备等多方面的影响。因此水工环地质勘察工作是矿山开采工作的重点，实践说明要将矿山开采工程顺利完成，需要做好水工环地质勘察工作，只有认真实施水工环地质勘察工作，才能将事故的可能性降到最低，确保矿山资源的顺利开采。由于矿山开采过程充满了危险，并且矿山开采中出现的事故具有突发性，导致采矿的安全事故危害了许多采矿工作人员的生命安全，采矿工作的安全性是整个施工过程中的首要考虑因素，做好矿山水工环勘察工作能够为工程施工安全提供保障。在矿产资源开采的过程中，矿山原有的生态环境平衡遭到破坏，导致矿山山体多年的稳定性受到影响，进而诱发相关的地质问题。近年来，突发的山体岩石滑落，开展水工环地质勘察能够最大限度的减少开采过程当中导致的隐患，控制对于矿区生态环境的破坏程度，降低矿山开采作业的风险2。在进行矿山水工环勘察的过程中，选择合适的勘察技术，矿产资源的开采效率以及矿产资源的利用率能够得到更大程度的提高。1.2 水工环地质勘察的内容水工环地质调查内容主要包括三个方面，分别是水文地质勘察、工程地质勘察以及地质环境勘察。通过对其多方面的研究，充分了解矿山地质的整体条件，保证矿山开采作业的安全性，并对可能出现的地质问题进行相关预测，将风险控制在一定范围内。水文地质勘察的基本内容包括选择地下水点调查、地表水调查及地下水有关的物理地质现象等研究工作。通过水文地质勘察工作，阐明调查区域范围内的水文地质条件，记录地下水相关数据，各种观察成果应及时记录，记录格式统一，图文一致，尽可能的详细。在进行一定数量的地质观察世界有色金属2023年7月上122水文地质Hydrogeology点的布置时，遵循的原则要以控制各种地质界限以及地质体为主，如在不同岩性、岩相或内部相带的分界线进行定点3。在进行水文地质条件的研究时，还应结合其地貌，通过对周围地貌的观察与描述，对于地下水活动、地下水富集有关的地貌现象要着重研究。对于调查水点，不仅要包括地下水的天然露头，还要包括人工露头，从矿山水文地质条件为切入点，通过数据及公式计算矿坑的涌水量，分析矿山水资源，通过水文地质勘察所得数据及图文信息等，掌握施工范围内的水文地质特征。工程地质勘察需要详细调查矿山的工程地质问题，研究矿体主要围岩的风化特征，结合相关的岩体风化程度野外鉴定表，划分岩体的强弱风化带；通过测定自然斜坡、人工边坡相关数据，进而研究边坡坡高、坡面形态与岩体结构的关系等4。工程地质勘察的主要目的是为了保证矿山开采的顺利实施，保证施工条件符合相应的标准，对矿山的岩体情况进行详细了解。通过调查矿山具体的工程地质情况，评估矿山的稳定性，对矿山开采所需的施工材料及施工人员情况进行合理预测，根据工程地质勘察的相关数据，结合现代多种技术进行分析，掌握矿山工程地质情况。环境地质调查主要为野外调查，其需要将沿途观察所得的数据、地质特征进行详细记录，认真填写调查表上所需的各种地质信息，并在野外调查记录本上需附的图件及摄像资料等。环境地质调查要点包含了潜在不稳定的斜坡、滑坡区及其附近地段、泥石流沟谷等，对于各类地质灾害形成条件、影响因素等的描述要有重点，用相关数据对诱发因素进行说明5。详细记录每个点的地质环境条件，在环境地质勘察工作重点突出的同时，做到记录的内容全面、观测所得数据无误、勘察工作目的明确，从而对当地的地质特征有更加清晰且明确的认知。加强矿山环境质量及周边环境质量的考察，对矿山开采过程中可能出现的地质环境问题进行预测，通过多方面专业严谨的勘察，降低灾害发生的可能性，达到科学的预防灾害效果。水工环地质勘察在前期工作中，需要对地下水层分布条件、周围地理条件等进行系统详细的勘察，在勘察期间则还需对施工现场的水层流向及水位进行预测并监控，结合现场施工的具体情况，对矿山开采作业的具体情况进行评估预测，将风险情况限制在可控范围内6。由于水工环地质勘察内容涉及方面较多，在勘察不同的内容时应有不同的重点，进行相关勘察方案设计时结合具体情况，针对地下水勘察工作时，将监测到的数据详细记录在相关数据库中，同时明确勘察是以地下水的深度及顶板深度这两个方面的数据要重点测量。使用先进的技术及仪器保证勘察的质量，做好相应的资料数据记录，使用电法技术勘察地下水的流速及方向，为后期的工作提供参考数据。1.3 水工环地质勘察技术影响因素影响水工环地质勘察的因素主要有两个方面，人员方面的因素及技术方面的因素。实际水工环地质勘察过程中，由于其项目管理形式较为落后，导致对于勘察工作没有高度的重视，采取的勘察手段也大多是传统技术手段。水工环地质勘察工作是一项复杂的工作，其涉及的勘察项目较多，但是目前水工环勘察体系不够完善，验收也缺乏一定的标准，尤其是缺乏相关人员进行评审，导致水工环勘察工作以形式为主，并未将水工环地质勘察作用充分发挥，进而影响工程质量7。水工环勘察工作是一项关系施工人员生命安全的保障性工作，然而目前在矿山资源开采过程中，水工环地质勘察技术仍然传统技术为主，并未充分运用目前已有的先进科学手段，在矿山水工环地质勘察过程中，重视现代勘察技术的运用，并结合国内外更为成熟、先进的地质勘察经验及技术手段，同时结合勘察的实际情况，合理制定水工环勘察计划。2 水工环地质勘察技术应用方法2.1 GPS技术GPS技术即全球定位系统，目前在水工环地质勘察工作中已被相关的勘察工作人员广泛应用。通过利用GPS技术确定信号发送点位置，通过卫星将所需要进行勘察的地理位置信息传输给地面信息接收器，借助卫星定位系统传导信号，从而提升矿山地质勘察数据信息的精确性8。水工环地质勘察工作人员在无线传输设施的辅助下，进行勘察工作，通过数据的远距离实时传输，GPS接收器获得测量数据信息的同时，将其转化为无线信号，使得能更加快捷、高效的获得勘察坐标信息，降低水工环地质考察中投入的人力及物力成本，勘察工作效率得到极大提高的同时，缩短勘察所需周期。GPS定位技术还可以对附近环境进行实时监控，减少外界人员对于勘察过程的干扰，保证勘察所得相关数据及信息的准确性。2.2 GPR勘察技术GPR技术即探地雷达，通过利用雷达脉冲对地下情况进行成像，可以运用于岩石，土壤，淡水等各种地下介质，矿山水工环地质勘察过程中利用无线电谱屏中微波波段的电磁辐射，探测地下结构的反射信号，从而对地下介质情况进行确定。探地雷达工作原理是通过探地雷达发射器和天线，向地面发射电磁能，当能量遇到不同地下介质时，电磁能反射回地表，再由接收天线进行反馈信号变化的记录9。矿山水工环地质勘察工作者，利用探地雷达技术，能够探测地下物体、材料性能的变化、空洞及裂缝等，通过GPS技术能够精确的获取近距离的工程探测数据，其具有分辨率高，操作简单便捷等优点，提高获取数据的精确性，能够运用于基岩覆盖层厚度不同、地质环境中存在的破碎带等不同情况，获取准确的地下信息，以避免各种问题的发生，通过探测识别确定地下设施，有利于水工环地质勘察人员了解地下情况，规避可能出现的风险，降低矿山开采的成本。利用探地雷达技术探测地下情况，通过增加探电雷达发射器的功率，能够增加探测地下的深度，但是在增加勘探深度的同时，发射器功率必须成倍的增加，而GPS发射器信号太大，则可能会干扰其他仪器如电视、手机等，因此在利用GPS技术进行水工环地质勘察时，需要综合各方面情况进行地下深度的探测。2.3 TEM勘察技术TEM技术为瞬变电磁技术，即时间域电磁技术，其利2023年7月上 世界有色金属 123水文地质Hydrogeology用不接回线或接地线人向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲磁场间隙期间，利用线圈或接地电极观测二次感应涡流场，从而根据探测到的介质电阻率，进而判断地下的介质。TEM技术运用于矿山开采中又分为两种方法，地面瞬变电磁法与矿井瞬变电磁法10。在矿山水工环地质勘察实际工作过程中，需要结合具体水工环地质情况进行综合分析，水工环地质勘察中运用地面瞬变电磁法勘察时，只能将线圈平置于地面测量，其对于地面要求限制较多，而矿井瞬变电磁法则可以在矿井巷道底部放置相对体积更小的线圈进行测量，矿井瞬变电磁法相比于地面瞬变电磁法数据，采集工作量更小，测量设备更加轻便，工作效率相对而言更高，并且同时勘察成本更低。在矿山水工环地质勘察工作中，运用矿井瞬变电磁法更多，而地面瞬变电磁法的优势则是在可运用此技术的勘察区域内施工效率更高，纯二次观测，不受到地形的任何影响，能够在高阻围岩中，灵敏的寻找低阻地质体，与矿井瞬变电磁法形成互补作用，能够运用到各个领域的勘探工作。2.4 RTK勘察技术RTK技术即载波相位差分技术，其在矿山水工环境地质的调查勘探过程中，通过实时处理基准站及流动站载波相位观测量的差分方法，利用基准站将观测值及测站坐标信息一起传送给移动站，移动站通过数据链接收来自基准站的数据同时，采集全球定位系统观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，从而达到对勘察数据偏差及时修正的目的。载波相位差技术采用较为先进的动态实时差分方法，能够在野外实时得到定位精度为厘米级的测量，降低水工环地质勘察测量条件要求，在由于矿山地形复杂造成通视条件差、能见度低的地区，只要能够满足载波相位差技术的基本工作条件，就能够快速进行高精度定位作业，同时勘察数据安全可靠，没有误差积累，操作简单，数据处理速度快，提高水工环地质勘察数据的测量效率。2.5 遥感技术遥感技术在矿山资源勘探及地质灾害领域，发挥着其他技术无法代替的重要作用。随着科技的进步，遥感技术与计算机紧密结合，遥感技术的应用范围也越来越广泛，从单一波段转化为多元化的遥感技术。由于矿山地质测量环境复杂，交通不便，导致水工环勘察工作人员工作量多且工作难度大，而遥感技术应用于矿山水工环地质勘察中，可以明显降低测量难度，减少测量人员的工作量，有利于矿山水工环地质勘察工作的高效运行。遥感技术根据电磁波理论，利用运载工具携带各种遥感仪器，远距离利用遥感器对地面景物进行无接触的测量，其包含了接收数据记录，数据传输，处理及分析数据的全过程。在矿山水工环地质勘察作业过程中，根据矿山作业中不同的数据需求，搭载相应的传感器，对于测量区域进行全面的数据测量，包括地质类型及该地质类的覆盖面积等。2.6 电法技术电法技术包括高密度电法、激发极化法及三维直流电法等。高密度电法是一种阵列勘探方法，通过设置高密度的观测点进行观测，其适用于野外测量、矿山水工环地质勘察工作，将全部电极放置在地质环境的剖面上，不同电极距及电极排列方式数据的快速自动采集依靠程控电极转化开关及微机工程电测仪实现，利用微机对所得数据进行处理；激发极化法以岩石及矿石激发极化效应的差异为基础，从而解决地质问题，由于其测量的是二次场，所以不受矿山地形起伏和围岩电信不均匀的影响，可测量的数据参数多，通过这些参数能够较准确的找到地下水资源，并且能够在同一水文地质单元内预测相应的涌水量，将机电参数和地层的含水性紧密联系起来，对矿山开采作业中找矿具有一定的指导意义；三维直流电法是传统直流电法的三维化，极大程度的提高矿山水工环地质勘察精度，先进行加密采样数据，取得三维数据体，采取电阻率层析成像技术，对相关资料进行处理及成图，该方法获得的水工环地质勘察信息量大、精度高，但由于其施工量大的缺点，因此在矿山勘察过程中使用较少。以上几种电法技术需要水工环地质勘察人员，根据矿山作业具体情况，进行相应的方法选择。3 结语水工环地质勘察水平随着科技的发展而提高，水工环地质勘察中可以应用的技术种类越来越多，不同的勘察技术适用于矿山的不同地质环境，水文环地质勘察工作人员需要根据勘察工作开展的场景及勘察数据，选择更为合适的勘察技术。随着人们对于矿产资源的需求加大，采矿规模逐渐扩大，在矿产资源开采作业中，矿山水工环地质的勘察工作占据着十分重要的位置，做好矿山水工环地质勘察的工作，能够保证矿山资源开采过程中的安全性，提高矿山工作开采效率及工作质量。1关鹴.地质工作中水工环地质勘察的关键技术及应用范围分析J.世界有色金属,2020(07):286-287.2高杨.水工环地质环境勘察中的技术应用及实施要点分析J.冶金与材料,2021,41(03):108-109.3伊雪龙,徐宁.矿山水工环地质勘察中的技术与应用研究J.世界有色金属,2022(09):145-147.4胡艳丽.水工环地质环境勘察中的技术应用及实施要点分析J.环境与发展,2020,32(06):99-100.5穆应辉.水工环地质灾害危险性评估工作现状、问题及其完善方法分析J.新疆有色金属,2022,45(03):39-41.6罗家豪.新形势下水工环地质勘察技术及其应用分析J.山西水利,2022(06):65-66.7张瑞鹏,李岩涛,安成龙.水工环地质技术在矿山地质灾害防治中的应用J.内蒙古煤炭经济,2022(10):181-183.8毛玲,丁卫,王茹.基于环境保护大背景下水工环地质勘察工作要点分析J.居舍,2021(17):173-174.9段尊风.水工环地质勘察及遥感技术在地质工作中的应用J.科学技术创新,2021(23):20-21.10 孙迪.浅谈水工环地质勘察中各项技术的具体运用J.华北自然资源,2021(03):96-97.