深層礦床開采地質條件及其綜合探測研究

李 菲，郭慶妮，張 晨，崔 娜，康璐燕，安 楚

(陜西省地質科技中心，陜西 西安 710065)

地質勘測的研究結果顯示，我國擁有非常豐富的礦產資源儲備量，但我國地質比較復雜，不同地區礦體形成條件存在較大差異，很大程度上增加了礦產開采的難度，影響著礦井生產的安全性。特別是我國東部地區，礦產資源比較豐富，但地質開采條件上存在較大的時空差異性。通過從地質條件控制角度來深入分析礦產安全生產的主要地質因素，并進行綜合分析，可有效提升礦體生產的安全性。但我國在此方面的研究還不夠深入，因此，本文基于理論實踐，對深層礦床開采地質條件及其綜合探測做了如下分析。

1 深層礦床的類型

與地表及淺層礦床開采地質條件相比，深層礦床地質更加復雜，發展至今，仍無一套科學先進的綜合勘測技術，這在一定程度上限制了我國深層礦事業持續穩定的發展，亟需一套細致科學的劃分標準，并制定與之相應的探測技術才能有效滿足實際需求。根據開采地質條件影響因素的不同，深層礦床可以分為以下幾種：

1.1 根據地質構造進行分類

根據地質構成的不同，深層礦床可以分為兩大類：第一類是褶皺斷裂壓類，就我國地質條件而言，此種類型的深層礦床主要分布在華北平原及其外帶變形區域中，擠壓變形是此類深層礦床的主要特征，斷層主要呈現褶皺狀樣式；第二類是斷裂斷塊壓類，此類深層礦床主要分布在太行山及其周圍，主要特征為后期會發生伸展變形，以斬壘組合為主。

1.2 根據水文地質進行分類

根據水文地質的不同，深層礦床也可以分為兩大類，其一淡水壓類，此類深層礦床的主要特征是未確定積水范圍和邊界；其二深部高壓巖溶水，此類深層礦床的地質條件非常復雜，特別是在華北石炭一二疊紀以巖溶水為主要代表的礦層中，床地質條件就是典型的深部高壓巖溶水深層礦床，地板高承壓巖溶水會對生產造成非常嚴重的威脅。

1.3 根據動力地質進行分類

根據動力地質問題的不同，深層礦床同樣可以分為兩大類，一種是地應壓類，深層礦床在高地應力的作用下，巖體會發嚴重的塑性變形，使得圍巖發生劇烈移動，從而導致巷道發生變形或者破壞，在進行礦開采時，隨著沖壓的升高會增加井底開采的危險性，需要高度重視；另一種是礦井瓦斯壓類，研究表明，就深層礦床而言，開采的深度越大，地質條件的變化也會更加復雜多變。

2 不同類型礦床勘測方法

深層礦床開采地質條件的勘測方法與淺層以及表層的勘測方法不同。就我國目前深層礦床開采地質條件勘測方法而言，淺層和表層礦勘測時主要采用的是地面鉆探法，輔以地面物探法。深層礦床開采地質條件的勘測，則需要以地震勘測和電磁波勘測的相關理論為主要切入點，然后再逐層解決問題。

2.1 三維立體多波地震勘測法

大量應用實例表明，此種深層礦床勘測方法與傳統三維地震勘測法相比，擁有更多的地震屬性，而且勘測的結果更加真實可靠，不但可以從三維立體多波地震勘測結果中提取更多的復合參數，還可以精確勘測目標性質。目前在深層礦床勘測中，地震勘測是主流的發展方向[1]。上世紀80年代，美國采用礦層甲烷氣儲層特征來進行分量地震描述，取得的效果也比較好。而我國對于三維立體多波地震勘測法研究的起步比較晚，各項技術和操作方法還不夠成熟，但已在波場正演、有限差分正演、遺傳算法等方面的理論研究和實際應用中取得了一定成績，具有良好的發展趨勢。

2.2 電磁勘探法

電磁勘探法的勘測原理是：根據巖層或者礦石導電性和導磁性的不同，通過電磁感應進行礦勘探的一種勘探方法。國外電磁法勘探儀器和裝備的優勢非常明顯，并且在反演理論和方法等方面的進步非常大。

我國礦產企業對于反演方面進行了全方位的探析，同時也獲得了一定的進展。此種方法在解決奧灰以上底層含水條件探測中，可有效滿足50m～250m以內小構造和含水層的探測。

2.3 深層礦床綜合物探法

深層礦床地質勘測的真實有效性，直接決定了后期開采和運輸工作能否順利開展。就目前我國深層礦發展現狀而言，與美國、德國、英國等發達國家相比，還存在很大差距。但在探測理論、探測方法、探測原則等方面的差距并不明顯。目前許多勘測工作主要集中在淺層礦床勘測中，相關規范和標準也同樣集中在淺部勘測上，但淺層和深部礦床開采地質條件存在較大差距[2]。

通過淺部開采條件下的地質作用和特征幾乎不可能推斷出深部開采地質條件，而且存在較大的風險。針對此類情況，需要構建出勘測平臺，并制定完善綜合勘測理論體系，才能為深層礦床勘測和開采奠定堅實基礎。

3 地質構造問題為主的深層礦床

就我國深層礦床發展現狀而言，進行地質構造研究時面臨的問題主要體現在兩個方面：其一是相關資料比較少，其二是技術難度大。因此，在實際研究過程中應主要從以下兩個方面進行切入：

第一，切實加強對區域地質構造的研究力度，把地質條件、地球物理、區域構造格局等全部融入區域地質構造研究中，并對相關資料進行全面收集和整理，然后再對地質構造控制所造成的影響進行深入分析，詳細掌握該區域深層礦床地質構造的發育規律。

第二，根據現有淺層勘測結構和相關資料，以三維立體地震勘測法為主，以探鉆控制和驗證為輔，逐步構建一套深層礦床地質構成綜合探測的研究方法和體系。

4 水文地質問題為主的深層礦床

此類深層礦床可以進一步劃分為老空水和深部高壓巖溶水。華北礦體在一二疊紀礦山主要以巖礦為代表，這類礦床地質條件相對比較復雜，而且礦層底板高承壓的奧灰巖溶水會促使深層礦床帶壓開采，任何一個細微的環節控制不當，都會引發高壓水害等質量通病的發生[3]。需要采用一系列先進科學且合理的勘測技術才能有效提升勘測的真實性。

在實際勘測過程中，想要最大限度地提升深部礦床水文地質勘測的真實性，需要從以下幾個方面入手。

（1）詳細查明礦層水位的基礎地質特征，并以水文地質條件為主要切入點，根據出水力學和水化學特征的實際情況，制定排泄條件和地下水補給方法。

（2）進行現場系統觀測，并建立完整的風險評價指標控制體系，有針對性的提出相應的解決措施和防治水方法。

（3）根據實際情況，選擇與之相適的綜合勘測方法為勘查手段，同時綜合分析抽水試驗結果和流量測礦井結果，積極查明預開采礦層的富水含量，并找到影響分布規律。

（4）為最大限度上保證勘測的準確性，需要進行多次分析、研究和對比驗證，同時還要在采空區和小窯積水范圍調查之上，結合物探和井下鉆探兩種方法，盡快查明積水邊界。查探清楚灰巖與灰巖溶洞的分布規律，并深入了解巖溶水、地表水和礦系地層含水、層水力聯系情況，以及可能對深部礦產開采造成的影響[4]。

5 動力地質問題為主的深層礦床

在進行地應壓類深層礦床開采時，針對容易發生高低應力的情況，可充分結合地質構成分析情況、現場地應力測量和反演算法等，積極預測出礦區深部地應力場，并對相應的數據進行收集，隨著開采深度的增加，進行相應的補充測量，然后把反演數值和數值模擬相互結合，就可以有效計算出深部應力場的全部參數。

而針對深層礦床類型的地質條件，在實際開采過程中，隨著開采深度的增加，地質條件也會更加復雜。隨著礦體重金屬含量和壓力的不斷提高，會增加礦井在開采過程中面臨的風險，導致礦井演變為重金屬礦井[5]。

針對此類問題，需要先清楚了解地質構造格局分布情況、地層分布狀況、水文地質條件等，然后結合實際，選擇與之相適的勘測方法。可以采用深鉆結合測井組合的方法來確定礦體的分布范圍，并推斷出其相應的分布狀況，并快速測定礦體儲層的重金屬壓力，從而進行有效的對重金屬含量進行預測算。

6 結語

綜上所述，本文結合理論實踐，深入研究了深層礦床開采地質條件及其綜合探測，研究結果表明，隨著礦產開采的不斷深入，許多表層和淺層礦產資源已經面臨枯竭，正逐步向更深的方向發展，但我國對深層礦床地質條件勘測的研究還不夠深入，需要積極采取一系列方式方法、綜合探測技術和模式，才能有效保證勘探的精確性和效率，符合我國目前礦產事業持續穩定發展的相關要求和規范標準。