礦山地質(zhì)采礦特征及創(chuàng)新方法研究

許江濤

（山西省煤炭工業(yè)廳資源地質(zhì)局，山西 太原 030045）

在中國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)高速發(fā)展的數(shù)十年中，如何更高效率、更科學(xué)地實(shí)施礦山地質(zhì)采礦工作，也備受社會(huì)相關(guān)研究群體的關(guān)注。在采礦工作實(shí)施前，相關(guān)開(kāi)采人員需要對(duì)礦山或待開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行前期的礦山地質(zhì)勘查，即掌握并了解與礦山地質(zhì)相關(guān)的地質(zhì)信息，包括礦區(qū)水文信息、礦區(qū)地層數(shù)據(jù)、礦區(qū)構(gòu)造信息等[1]。在掌握與礦山地質(zhì)采礦相關(guān)的信息后，需要將獲取的礦區(qū)信息與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部信息進(jìn)行對(duì)比，掌握地區(qū)礦產(chǎn)資源的賦存情況。在此基礎(chǔ)上，嘗試將礦山地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)相關(guān)的延伸環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，深入地的挖掘礦山地質(zhì)信息與相關(guān)數(shù)據(jù)。總之，正確認(rèn)知礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)、總結(jié)礦山構(gòu)造演化規(guī)律、科學(xué)地選擇礦山地質(zhì)采礦方法，屬于開(kāi)采工作的前期準(zhǔn)備工作，也是礦山采礦的必須執(zhí)行工作。截止目前，我國(guó)針對(duì)礦山地質(zhì)采礦的相關(guān)研究已取得了相對(duì)顯著的成果，并在較多著名的造礦帶與產(chǎn)礦區(qū)域內(nèi)產(chǎn)出了較多的礦產(chǎn)資源。因此，對(duì)礦山地質(zhì)采礦開(kāi)展深入的研究，不僅對(duì)于地質(zhì)找礦工作存在重大意義，同時(shí)對(duì)于滿足市場(chǎng)需求而言，也具有直接的推動(dòng)作用。本文也將在相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山地質(zhì)采礦特征及創(chuàng)新方法展開(kāi)進(jìn)一步的研究，并希望通過(guò)此種方式，實(shí)現(xiàn)并做到對(duì)礦山結(jié)構(gòu)的深度研究，確保我國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展[1]。

1 礦山地質(zhì)采礦特征

1.1 差異性特征

在開(kāi)展礦山地質(zhì)采礦工作前，需要相關(guān)執(zhí)行單位進(jìn)行采礦特征的研究。考慮到礦山開(kāi)采過(guò)程中，地質(zhì)環(huán)境是不斷發(fā)生變化的（主要受到地質(zhì)變遷與地殼遷移的影響），因此這一趨勢(shì)也屬于在某種程度上加大了采礦工作的實(shí)施難度。并且，在開(kāi)展地質(zhì)勘查工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同深度的礦產(chǎn)資源的出礦質(zhì)量也是不同的，因此在針對(duì)不同礦區(qū)進(jìn)行采礦的過(guò)程中，需要選擇的開(kāi)采技術(shù)也是不同的。例如，在我國(guó)中南部地區(qū)，現(xiàn)存的礦山中含有大量的礦產(chǎn)物質(zhì)，結(jié)合對(duì)地區(qū)的地質(zhì)勘查結(jié)果數(shù)據(jù)，也可以看出地區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源的分布相對(duì)較廣。倘若針對(duì)此部分地區(qū)采用了較不合理的開(kāi)采方式，不僅會(huì)導(dǎo)致采礦成本的提升，同時(shí)也會(huì)在側(cè)面降低了礦產(chǎn)行業(yè)在市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。為此，在針對(duì)大型礦區(qū)進(jìn)行采礦行為時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境、地層變化趨勢(shì)等，制定科學(xué)合理的采礦方案。常規(guī)情況下，具備高質(zhì)量礦產(chǎn)資源區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜（包括存在水環(huán)變化特征、地質(zhì)坍塌現(xiàn)象等）、地質(zhì)變化呈現(xiàn)一定規(guī)律（地質(zhì)表面具有顯著的紋路、紋路具有肉眼可見(jiàn)的變化規(guī)律等）。總之，不同地區(qū)的礦山地質(zhì)采礦特征是不同的。

1.2 剝離斜層存在斷層

在賦存礦產(chǎn)資源的礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，大部分區(qū)域內(nèi)存在低斜角，且地質(zhì)結(jié)構(gòu)在不斷地變遷與演化過(guò)程中極易生成淺層地層結(jié)構(gòu)[2]。以剝離斷層礦山地區(qū)為例，在針對(duì)此地區(qū)進(jìn)行礦山地質(zhì)勘查工作時(shí)發(fā)現(xiàn)，區(qū)域礦產(chǎn)資源賦存超過(guò)1000.0km2，核心資源區(qū)域內(nèi)地質(zhì)采礦存在水平位移特征，位移距離超過(guò)50.0km，貼近地表區(qū)域的地層厚度發(fā)生顯著的斷層變化，斷層深度在2.0km~4.0km。同時(shí)，在對(duì)礦山地質(zhì)采礦特征進(jìn)行深度勘查的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，深地表區(qū)域存在沉積層，沉積層與表層之間的交角在15.0°~25.0°之間。考慮到我國(guó)當(dāng)下地質(zhì)勘查與開(kāi)采工作的實(shí)施已趨近于地層產(chǎn)狀水平，因此，在勘查工作中，可實(shí)現(xiàn)的地質(zhì)斷層勘查深度應(yīng)至少大于5.0km[3]。按照中世紀(jì)礦山地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)采模型而言，地殼在進(jìn)行水平開(kāi)采的過(guò)程中，是存在某種延伸作用力的，即在主軸存在壓力的前提下，礦山地質(zhì)采礦的軸截面存在應(yīng)力場(chǎng)，鉛直現(xiàn)象也發(fā)生在應(yīng)力場(chǎng)中，在此種條件下，剝離斜層將形成一個(gè)正斷層，此時(shí)正斷層的高傾斜角度應(yīng)至少大于60.0°。

除上述提出的礦山地質(zhì)采礦剝離斜層特征，在對(duì)剝離斜層上、下兩層巖石進(jìn)行形變研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，不同斷層中存在的形變與質(zhì)變趨勢(shì)是不同的，常規(guī)情況下，斷層是呈現(xiàn)一種過(guò)渡趨勢(shì)的。上層通常會(huì)呈現(xiàn)一種褶皺構(gòu)造方式，下層為正平面切割方式，且下層斷層面的脆性相比上層相對(duì)較大。

2 礦山地質(zhì)采礦方法創(chuàng)新

2.1 引進(jìn)信息化技術(shù)定位礦山地質(zhì)采礦標(biāo)識(shí)

為了全面落實(shí)對(duì)礦山地質(zhì)的采礦工作，在相關(guān)工作中，可采用引進(jìn)信息化技術(shù)的方式，定位礦山地質(zhì)采礦標(biāo)識(shí)。例如，在此過(guò)程中，使用光學(xué)定位技術(shù)，在礦區(qū)布設(shè)監(jiān)控站點(diǎn)、主控站、信息接收站等。其中主控站的作用主要是為了保障對(duì)多個(gè)站點(diǎn)之間信息的有效傳輸；信息接收站的作用主要是為了落實(shí)對(duì)指令的接收與注入；監(jiān)控站點(diǎn)的作用主要是為了衛(wèi)星定位軌道相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與定位。在完成對(duì)區(qū)域站點(diǎn)相關(guān)工作的布設(shè)后，由監(jiān)控站點(diǎn)發(fā)送礦區(qū)信息定位數(shù)據(jù)，并同步向衛(wèi)星發(fā)送定位指令。當(dāng)衛(wèi)星接收端獲取到指令信息后，對(duì)指定或圈定的礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)掃描，獲取多個(gè)維度的礦區(qū)地質(zhì)概圖。當(dāng)終端信息接收站完成對(duì)概圖的接收后，計(jì)算機(jī)將結(jié)合區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，根據(jù)礦山地質(zhì)采礦特征與水文地質(zhì)條件，為采礦工作的實(shí)施圈定礦區(qū)。礦山地質(zhì)采礦標(biāo)識(shí)示意圖可用如下圖1表示。

圖1 礦山地質(zhì)采礦標(biāo)識(shí)定位

如上述圖1所示，A、B、C、D、E、F、G等區(qū)域?yàn)榈貙訁^(qū)域，結(jié)合衛(wèi)星定位可知，此部分地區(qū)的賦存存在斷層，因此可以認(rèn)為此部分區(qū)域內(nèi)存在常規(guī)礦物質(zhì)（包括獨(dú)立礦金屬元素或組合礦金屬元素等）。在使用無(wú)線電定位技術(shù)進(jìn)行對(duì)礦區(qū)深度進(jìn)行開(kāi)采與勘查的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)H區(qū)域下層存在密集異常現(xiàn)象。因此，可采用遠(yuǎn)程探測(cè)儀對(duì)H中心區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)的深度勘查，包括獲取地區(qū)礦產(chǎn)資源樣本、空氣樣本等方式，檢測(cè)礦區(qū)內(nèi)是否存在瓦斯氣體存在。倘若獲取的采樣樣本中存在空氣濃度超過(guò)0.716kg/m3密度時(shí)，則認(rèn)定采礦區(qū)域內(nèi)存在瓦斯氣體。針對(duì)存在瓦斯氣體的采礦區(qū)域，有關(guān)的單位需要在執(zhí)行采礦工作的過(guò)程中，佩戴相對(duì)應(yīng)的防毒面具，避免由于瓦斯的滲透性導(dǎo)致相關(guān)采礦工程的實(shí)施受阻。在此基礎(chǔ)上，對(duì)識(shí)別到存在瓦斯氣體的周邊礦物質(zhì)進(jìn)行勘查，判定其周邊礦物質(zhì)是否呈現(xiàn)一種游離狀態(tài)或吸附狀態(tài)。在完成對(duì)采礦區(qū)域的地質(zhì)勘查工作后，輸出A、B、C、D、E、F、G等區(qū)域?qū)?yīng)的范圍，定位區(qū)域位置，導(dǎo)出位置坐標(biāo)，以此完成對(duì)礦山地質(zhì)采礦標(biāo)識(shí)的定位。

2.2 聯(lián)系物理手段與化學(xué)手段創(chuàng)新采礦流程

在完成對(duì)礦山地質(zhì)采礦標(biāo)識(shí)的識(shí)別與定位后，需要聯(lián)系物理手段與化學(xué)手段，對(duì)采礦流程進(jìn)行創(chuàng)新。在此過(guò)程中，需要在采礦工作前，選擇合理的礦產(chǎn)資源勘查軟件。獲取采礦區(qū)域數(shù)據(jù)層信息，并通過(guò)多渠道獲取數(shù)據(jù)層信息，在條件允許的情況下，使用科學(xué)合理的手段，將獲取的衛(wèi)星定位信息、地質(zhì)信息等轉(zhuǎn)化為地質(zhì)采礦的圖示。結(jié)合獲取的圖像，構(gòu)建地區(qū)采礦三維地質(zhì)模型，并建立采礦過(guò)程中的直接參數(shù)優(yōu)化方法、工藝流程優(yōu)化方案，在完成相關(guān)準(zhǔn)備工作后，將模擬的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)一系列的手段，將其轉(zhuǎn)換為一種可執(zhí)行的采礦操作方案。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合采礦三維地質(zhì)模型中的決策支撐層信息，對(duì)整合的信息進(jìn)行可預(yù)見(jiàn)性分析，即明確執(zhí)行不同探礦與采礦行為預(yù)計(jì)取得的成果。在采礦工作實(shí)施的過(guò)程中，所執(zhí)行的物理采礦行為包括衛(wèi)星探測(cè)直接觀察法（對(duì)獲取的衛(wèi)星信息進(jìn)行直接觀察，以此定位采礦標(biāo)識(shí)）、獲取數(shù)據(jù)綜合分析法（將多渠道獲取的采礦信息進(jìn)行綜合分析，以此種方式圈定找礦區(qū)域）、圖像對(duì)比法（對(duì)比圖像中的異常區(qū)域與常規(guī)區(qū)域，分析異常區(qū)域是否存在礦產(chǎn)資源）。所執(zhí)行的化學(xué)采礦行為包括磁場(chǎng)定位法（結(jié)合礦區(qū)磁場(chǎng)的異常變化，分析區(qū)域礦產(chǎn)資源賦存情況等）。在進(jìn)行地區(qū)實(shí)際探礦的過(guò)程中，可根據(jù)地區(qū)礦產(chǎn)資源賦存，選擇合理的采礦手段。此過(guò)程中，應(yīng)注意在完成對(duì)礦區(qū)的開(kāi)采與勘查工作后，應(yīng)同步進(jìn)行礦區(qū)地質(zhì)恢復(fù)工作，以此種方式降低礦山開(kāi)采工程對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的干擾與影響。綜上所述，通過(guò)信息化技術(shù)的使用，精準(zhǔn)定位礦山地質(zhì)采礦標(biāo)識(shí)，并聯(lián)系物理手段與化學(xué)手段在礦山開(kāi)采工作中的使用，創(chuàng)新采礦流程，以此完成對(duì)礦山地質(zhì)采礦方法的創(chuàng)新。

3 結(jié)語(yǔ)

基于我國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，相關(guān)礦山地質(zhì)采礦與礦產(chǎn)資源開(kāi)采的研究，成為了有關(guān)單位的關(guān)注與研究重點(diǎn)。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)高質(zhì)量礦產(chǎn)資源的產(chǎn)出，本文從差異性特征與剝離斜層存在斷層兩個(gè)方面，對(duì)礦山地質(zhì)采礦特征進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，引進(jìn)信息化技術(shù)定位礦山地質(zhì)采礦標(biāo)識(shí)、聯(lián)系物理手段與化學(xué)手段創(chuàng)新采礦流程，提出礦山地質(zhì)采礦創(chuàng)新方法。總之，要實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)礦產(chǎn)資源的高效率產(chǎn)出，可在后期的相關(guān)研究中，從現(xiàn)代化層面入手，結(jié)合智能化測(cè)繪技術(shù)與信息化勘查手段等層面實(shí)施，定位不同礦區(qū)內(nèi)賦存的資源類型，并將早期獲取的地質(zhì)數(shù)據(jù)以一種統(tǒng)一的格式，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理，通過(guò)此種方式，保障信息采集的效率，確保通過(guò)本文的研究，為我國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)的可持續(xù)建設(shè)與發(fā)展提出指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)行業(yè)在經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)步提升。