極復(fù)雜地貌綜合資源勘查方法的研究與應(yīng)用

周晶晶，曹 棟

（1.冀中能源邯鄲礦業(yè)阜平礦業(yè)公司，河北 保定 073200；2.冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)，河北 邯鄲 056008）

1 工程概況

阜平礦業(yè)有限公司為擴(kuò)大礦井資源儲(chǔ)量，延長礦井服務(wù)年限，決定對(duì)煤炭資源條件較好的東部擴(kuò)大區(qū)進(jìn)行資源勘查工作。擴(kuò)大區(qū)地處太行山東麓，屬中高山區(qū)，地形條件復(fù)雜，山高谷深。區(qū)內(nèi)高海拔高度在+600—+1 700 m，相對(duì)高差1 100 m。勘查區(qū)地貌大致為近東西向的兩條溝和三道地表分水嶺，地形起伏較大，地勢(shì)總體上東高西低。勘查區(qū)內(nèi)為大清河水系板峪河上游，無大的地表水系，地表水主要來源于大氣降水。板峪河源于神仙山，由北而南穿過原礦區(qū)，上游為山澗湍流，至原礦區(qū)匯合后潛入板峪河床砂卵石下，平水期河床干涸，豐水期河水暴滿。

2 資源勘查工程方法分析

在勘查工作實(shí)施過程中，通過多次野外實(shí)地踏勘發(fā)現(xiàn)，本區(qū)地表地形條件復(fù)雜，原設(shè)計(jì)鉆探工程因地形條件限制難以實(shí)施，絕大部分區(qū)域無路可通，而且修路工程難度極大、成本較高，鉆探設(shè)備進(jìn)場及電力供應(yīng)等問題難以解決，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的部分地面鉆探工程無法實(shí)現(xiàn)，單單采取地面物探、鉆探的勘查手段不能確保任務(wù)的完成。

鑒于此實(shí)際情況，經(jīng)過討論、分析、論證，確定了采用地表物探、鉆探+井下巷探的綜合資源勘查方法，在具備鉆探條件的區(qū)域，采用地表踏勘、GPS 定位確定鉆孔施工位置，并利用無人機(jī)、纜繩及龍門架等現(xiàn)代化科技手段將鉆探設(shè)備、柴油發(fā)電機(jī)等運(yùn)送到指定位置；在不具備鉆探條件的區(qū)域，采取井下巷探方式進(jìn)行探測工作，井下巷探采用符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的掘進(jìn)及支護(hù)方式進(jìn)行，并利用機(jī)械綜掘機(jī)進(jìn)行施工，加快勘查工程進(jìn)度。

3 資源勘查工程方法研究與應(yīng)用

3.1 地表鉆探工程方法

第一階段。在地表不進(jìn)行修路的情況下，經(jīng)過野外踏勘，利用GPS 定位對(duì)勘查方案設(shè)計(jì)鉆孔位置進(jìn)行現(xiàn)場勘查，核實(shí)是否具備施工條件，對(duì)符合施工條件的鉆孔位置進(jìn)行圖紙和現(xiàn)場校對(duì)，最終確定地表鉆探施工位置，并對(duì)鉆探地點(diǎn)進(jìn)行平整，使之符合施工條件。由于地表地形極復(fù)雜，尤其在植物繁盛的地區(qū)無路可尋，山區(qū)信號(hào)較差，實(shí)際踏勘中效率較低。針對(duì)這個(gè)問題，利用手機(jī)下載三維地圖并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，節(jié)省人力消耗，提高踏勘效率。

第二階段。確定符合條件的鉆孔位置后，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，經(jīng)過野外踏勘多條運(yùn)輸線路，最終確定一條方便快捷可行的運(yùn)輸路線。路線確定后，首先用人力將龍門架運(yùn)輸?shù)街付ㄖ修D(zhuǎn)位置并固定牢靠，而后以龍門架為中轉(zhuǎn)樞紐，利用無人機(jī)在龍門架之間運(yùn)送纜繩，最后利用纜繩將鉆探設(shè)備等運(yùn)輸?shù)街付ㄊ┕の恢茫鐖D1、圖2 所示。

第三階段。在鉆場附近鋪設(shè)供水管路，通過架設(shè)好的運(yùn)輸路線將抽水泵、發(fā)電機(jī)及柴油等運(yùn)送到施工位置，利用抽水泵在附近水源處進(jìn)行抽水解決供水問題，利用柴油發(fā)電機(jī)解決電力供應(yīng)問題。

通過采用野外踏勘、GPS 定位、無人機(jī)運(yùn)輸纜繩等人力與科技相結(jié)合的現(xiàn)代化科技手段，實(shí)現(xiàn)利用纜繩運(yùn)送鉆探工程設(shè)備的目的，接提高地表鉆探進(jìn)度。

圖1 工作人員操縱無人機(jī)Fig.1 A worker controls a drone

圖2 龍門架、纜繩及最終確定的鉆探位置Fig.2 Gantry,cable and final drilling position

3.2 井下巷探工程方法

與地表鉆探相結(jié)合，井下采用巷探的方式進(jìn)行資源勘查工作。井下在煤巖層走向方向布置一條主探巷，根據(jù)勘查精度要求在煤巖層傾向方向布置上下山。將地表不能施工鉆探工程的位置投射到井下對(duì)應(yīng)位置，在主探巷適當(dāng)位置布置上下山并沿煤層施工，在井下投射位置巷道中進(jìn)行豎直上下鉆探工程，以探測煤層頂?shù)装宓刭|(zhì)及水文地質(zhì)情況。

巷探中若遇到無見煤點(diǎn)（巖巷） 的情況，采取井下向上或向下鉆探方式，對(duì)巷道頂?shù)走M(jìn)行鉆進(jìn)，以探索煤層。井下巷探采用符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的支護(hù)及掘進(jìn)方式進(jìn)行施工，利用現(xiàn)代化機(jī)械綜掘機(jī)加快巷探施工進(jìn)度，提高效率。

4 實(shí)施情況及成果

資源勘查工作歷經(jīng)40 個(gè)月完成，以地面物探、鉆探及井下巷探為主要勘查手段，輔以測井等手段，進(jìn)行綜合勘查、綜合分析研究，完成了資源勘查任務(wù)。地表難以施工鉆探工程與利用無人機(jī)、纜繩及龍門架等現(xiàn)代化科技創(chuàng)新手段相比較，節(jié)約了井下巷探工程量約2 000 m。

4.1 地面物探成果

完成地面物探測線4 條，總長度6 550 m，初步查明井田南部落差大于100 m 的FN1 斷層及勘查區(qū)構(gòu)造形態(tài)。

4.2 鉆探工作

共計(jì)施工地面鉆孔7 個(gè)，完成鉆探工程量7 201.4 m，采用全孔取芯，鉆孔質(zhì)量均按《煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 （MT/T1042-2007） 進(jìn)行評(píng)級(jí)驗(yàn)收，綜合評(píng)級(jí)均為甲級(jí)；所有鉆孔均進(jìn)行了封閉，封孔質(zhì)量合格。

井下施工水文鉆孔1 個(gè)，完成鉆探工程量273.1 m，井下地質(zhì)鉆孔4 個(gè)，工程量620.8 m，采用全孔取芯，驗(yàn)收合格。

4.3 測井工作

對(duì)地面施工的7 個(gè)鉆孔進(jìn)行了測井工作，進(jìn)行常規(guī)測井和井斜測量，數(shù)字測井7 孔7 161.6 m，占鉆探總進(jìn)尺的99.4%，質(zhì)量評(píng)級(jí)全部為甲級(jí)。

4.4 巷探工作

如圖3 所示，井下巷探施工完成1 條主探巷和6 條上下山，共計(jì)5 351 m。井下巷探工作礦方根據(jù)《煤炭井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 （GB 50213-2010） 進(jìn)行了驗(yàn)收，質(zhì)量合格。

圖3 地表物探、鉆探及井下巷探工程布置Fig.3 Layout of surface geophysical exploration,drilling and underground roadway exploration

4.5 地質(zhì)工作

結(jié)合生產(chǎn)礦井資料及以往地質(zhì)資料，初步查明煤層層位、厚度和分布范圍，確定了煤層的煤質(zhì)為無煙煤，了解了勘查區(qū)自然地理?xiàng)l件、第四紀(jì)地質(zhì)和地貌特征及勘查區(qū)水文地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀。通過井下巷道揭露，查明了FN1 斷層在勘查區(qū)構(gòu)造形態(tài)和平面位置及落差大于30 m 的斷層的發(fā)育程度。確定了煤層瓦斯賦集狀況為低瓦斯礦井，不存在瓦斯突出，水文地質(zhì)條件較簡單，勘查區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等偏復(fù)雜的構(gòu)造，無煤塵爆炸、煤層自燃傾向性為Ⅲ類，可采煤層的頂、底板穩(wěn)固性較好，巖體質(zhì)量中等—良好。估算擴(kuò)大區(qū)資源儲(chǔ)量范圍1.624 3 km2，煤層資源量 966 萬 t，探明的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的資源量（331） 505 萬 t，控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的資源量（332） 184 萬 t，推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量 （333）277 萬 t。

5 結(jié) 語

通過分析研究極復(fù)雜地貌條件下資源勘查工程施工技術(shù)，提出地表物探、鉆探+井下巷探的綜合資源勘查方法和利用無人機(jī)、纜繩、龍門架等現(xiàn)代化手段運(yùn)送設(shè)備的技術(shù)，達(dá)到了勘查資源的目的。