綜合地質勘探技術在礦山開采中的應用研究

任 偉

（新疆能源（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

礦山開采作業具有復雜性和系統性，作業環境相對惡劣。受地質條件約束，所用的地質勘探技術也不盡相同。在礦山開采全過程中，應該全方位收集相關地質資料，開展深度綜合分析[1]。在井口（坑口）選擇、礦井開拓及掘進（礦坑開挖）、巷道（礦坑邊坡）支護、地質災害防治等多個環節，比選出最優化的勘探技術。制定出最合理的綜合勘探方案，確保礦山開采安全、高效、綠色、可持續。

1 綜合地質勘探是礦山勘探發展的必然趨勢

傳統模式下礦企在勘查找礦、礦井（礦坑）建設、災害防治等環節采用的地質勘探手段較為單一，獲取的地質資料也比較零散，缺乏統一、規范化。在一定程度上影響了礦山整體地質資料綜合分析、復雜地質情況綜合研判，導致礦山開采精準性不高，工作效率較低。例如，以往在礦山勘查階段，主要是為了完成資源儲量評估、礦體定位和開采方案設計等前期工作[2]。這期間更注重地震和鉆孔資料的搜集，大多未能形成遙感、地震、電磁、鉆孔等較為綜合的基礎地質資料，以致后期礦建和開采階段缺少必要的參照基礎。有的礦企即便在勘查階段采用了遙感、電磁等綜合勘探技術，但一旦進入實質性礦建和開采階段，技術的價值作用也往往被忽視，沒有持續開展綜合地質勘探，缺少較為全面的綜合地質資料，影響了礦山開采的研判和決策。

有的礦企更多關注于地球物理探測，主要根據礦體和圍巖之間的物理性質差異，如導電性、磁化性、密度差等特性，獲取礦層邊界、地質構造等信息[3]。以觀測動態變化，提高安全生產效能，減少災害發生概率。但實際上，地球物理探測法主要用于判斷地質構造是否異常，并不能有效獲取地質資料。由于地質資料精準度不高，大多情況僅用于參考，配合鉆探等資料進行綜合分析，不能直接作為開采依據。有的礦山地質條件復雜，易發生礦山地質災害，潛在采礦風險較大。以往單一的地質勘探手段難以有效識別礦山地質災害發生風險，嚴重影響礦山安全生產，不利于企業綠色健康可持續發展。例如，地面塌陷、沉降、地裂縫、滑坡、崩塌等地面礦山地質災害的判定，需要遙感數據、測繪數據及位移監測數據。而冒頂、片幫、突水、巖爆等井下礦山地質災害的判定，則更依賴地球物理探測、超前鉆探等數據。

由此可見，綜合地質勘探在礦山開采過程中發揮著重要作用。應該全面考慮礦山地質條件、開采方式、生產規模、施工現場布置等特點，針對性地選擇勘探方式。形成有效的綜合勘探方法，全方位深層次多角度掌握、分析、研判礦山地質情況。從而作出準確決策，減少地災發生概率，提高安全生產能力，更好地保障和促進礦企高質量發展。

2 綜合地質勘探在礦山生產中的具體應用

2.1 礦山生產中幾種主要的地質勘探方法及應用范圍

2.1.1 遙感監測

遙感監測主要依靠不同物質及地形地物反射、散射光譜特征或電磁波的差異性，通過衛星、航天器、飛機、熱氣球、無人機等高空設備進行全數字攝影、高精度航空攝影、無人機攝影，收集分析遙感數據。解譯處理遙感信息，形成遙感數字圖像，監測一定區域地形地貌、地質水文、生態環境、工程施工等信息。一方面，能從宏觀視角上，針對大尺度區域生成的小比例尺遙感圖像，結果往往精度較低，分辨率較差，多用于區域勘查找礦、地質填圖和成礦規律研究。另一方面，針對特定礦區生成大比例尺遙感圖像，一般精度和分辨率都比較高，容易識別，常用于礦坑開挖、礦層變化、火區管理、地災防治等情況監測分析。當下，在礦山生產開發中，無人機監測受到重視，除用于礦井建設、礦坑開挖、礦區布置、生產調度等情況監測外，還可重點監測礦區滑坡、崩塌、地裂縫、地面沉降、地面塌陷等地災發生情況和火區防治情況。

2.1.2 地震勘探方法

地震勘探是礦產資源勘探中最為常見的物探技術，應用較為廣泛、技術也比較成熟，在地質找礦、礦井掘進、地災防治等多個環節都能發揮很好的指向性作用。該技術多用于識別礦山地質構造、礦層賦存等重要情況，為礦山開采設計和開發利用提供最基礎的地質信息。就應用區域來說，地震勘探一般可分為地表地震勘探和礦井地震勘探兩種。地表地震勘探多用于地質找礦和礦山開發利用方案設計階段，礦井地震勘探多用于巷道掘進、安全生產、災害防治和救援等階段。該方法主要依靠不同介質對地震波的反射、折射和吸收效率的差異，通過人為地震干擾，信號數據分析，尋找異常區域和邊界。配合其他地質勘探手段，參照以往地震數據標準，解譯礦山地質構造和地層變化，在分析研判地下孔洞裂隙、隱伏斷層、采空區、陷落柱、沖刷帶、含水層等地質條件時具有很好的勘探效果。地震勘探在實際應用中，主要分為三個階段，首先搜集地震數據，其次分析處理數據，最后進行信息解譯。近年，礦企常使用的三維地震勘探技術，通過數據解譯和模型構建，可以形成礦山立體式、可視化、綜合性的數據模型，為礦山科學開采和災害防治提供保障和依據。

2.1.3 微動勘探技術

微動勘探無需人工干擾，通過記錄地球轉動過程中產生的微小振動，獲取面波信號（瑞雷波頻散曲線），分析預測地質構造和地層分布情況。

微動探測利用天然場收集微動信號，工作原理和儀器設備都比較簡單。微動探測常用方法有單點勘測、測線以及平面勘測等，單點勘探技術需要根據勘探深度來設置特定的觀測臺陣，以便于采集微動信號。測線技術需要組成觀測線，并按照一定比例布置，保證觀測點處于同一條直線上。此方法可獲取二維微動數據，也可利用反演法獲取三維數據。平面地質勘探技術對各個環節要求都比較高，儀器較為精密，適用于精度要求較高的勘探場景。

2.1.4 電磁勘探技術

電磁勘探與地震勘探相似，將人工地震干擾置換為電磁干擾，并根據不同介質電阻特性，表現出對電磁吸收、反射、散射的差異性，從而收集電磁數據信息，也可與微動勘探類似，僅收集礦體和巖體自身發出的電磁信號。通過數據處理、反演模擬，分辨電阻異常區域，解譯區域地質構造、礦石類型、礦層變化等地質信息。在礦山生產實踐中，電磁勘探常用于查明隱伏礦體、復雜構造和地災隱患。由于電磁勘探具有靈敏度高、成本低、抗干擾、受環境影響小、容易實施等特點，因此電磁勘探既可用于地表勘探，也可用于礦井深部勘探。

2.1.5 測井技術

測井技術在能源開采行業應用十分廣泛，是一種比較常見的物探方法，多與鉆探技術配合使用。從早期的電性測井發展到聲波、光譜、電磁、發射等多種測井方式相結合的綜合測井，既發展了測井技術，也提高了測井數據的精度和應用成效。測井數據可以比較立體、直觀地反映地表和巖層、礦層之間的關系，測定礦層變化、巖石性質、地質構造等情況。隨著測井技術的發展，在一定程度上減少或替代了鉆探工程提取巖芯的工作，有利于發展深孔無芯鉆探技術，降低了綜合勘探成本，因此測井技術的發展前景十分樂觀。

2.1.6 鉆探技術

鉆探可以說是歷史最悠久、結果最直接、成效最明顯、應用最廣泛的勘探技術，幾乎能夠在所有勘探工程中使用，同時也是其他勘探技術最根本的驗證手段。原本鉆探技術主要是為了取出地下深部的巖礦樣品，通過分析測試，解譯地質構造、地層情況和巖礦性質，從而圈定礦體位置和資源儲量。但隨著超深鉆、超大口徑鉆和定向鉆等新技術的發展，鉆探不僅用于獲取巖礦樣品，還增加了瓦斯抽放壓、探放水、注漿、送風供氧等功能。

對于1000m以淺的礦區，多為地表鉆探，主要用于測定地質結構、地層分布、礦體賦存和巖礦性質。對于深部區域，多為礦井鉆探，特別是可采用定向鉆、超前鉆等方式，測定地質構造、地災風險、礦層變化等情況，為礦山生產提供可靠地質依據。

2.2 綜合地質勘探應用的發展方向

隨著現代信息技術的迅猛發展，5G、無人機、工業機器人、全斷面盾構機與礦山生產的結合越來越緊密，地質勘探方法也越來越多樣化。綜合地質勘探，最大的優勢就是可以實現不同勘探技術之間的優勢互補，能夠促進新技術新方法與傳統地質勘探技術有機融合。最大限度減少單一勘探技術的局限性，切實提升綜合地質勘探能力和水平，增強勘探工作質量和效率，全面完整準確獲取地質數據和地質信息。從而更加精確地掌握礦山地質情況和礦體分布情況，為礦企長期穩定可持續發展提供資源基礎和安全生產的保障。

3 結語

總體來看，礦山地質條件比較復雜，地質構造多樣，礦層變化大、連續性差，常面臨較為嚴重的地災、水害、有害氣體（瓦斯）災害等威脅。為確保礦山生產開發安全、高效、綠色、可持續，必須全方位、多因素考慮，準確研判礦山主要地質問題，最優化組合各勘探技術，形成最科學的綜合勘探方法。