综合地质勘探技术在矿山开采中的应用研究

任 伟

（新疆能源（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

矿山开采作业具有复杂性和系统性，作业环境相对恶劣。受地质条件约束，所用的地质勘探技术也不尽相同。在矿山开采全过程中，应该全方位收集相关地质资料，开展深度综合分析[1]。在井口（坑口）选择、矿井开拓及掘进（矿坑开挖）、巷道（矿坑边坡）支护、地质灾害防治等多个环节，比选出最优化的勘探技术。制定出最合理的综合勘探方案，确保矿山开采安全、高效、绿色、可持续。

1 综合地质勘探是矿山勘探发展的必然趋势

传统模式下矿企在勘查找矿、矿井（矿坑）建设、灾害防治等环节采用的地质勘探手段较为单一，获取的地质资料也比较零散，缺乏统一、规范化。在一定程度上影响了矿山整体地质资料综合分析、复杂地质情况综合研判，导致矿山开采精准性不高，工作效率较低。例如，以往在矿山勘查阶段，主要是为了完成资源储量评估、矿体定位和开采方案设计等前期工作[2]。这期间更注重地震和钻孔资料的搜集，大多未能形成遥感、地震、电磁、钻孔等较为综合的基础地质资料，以致后期矿建和开采阶段缺少必要的参照基础。有的矿企即便在勘查阶段采用了遥感、电磁等综合勘探技术，但一旦进入实质性矿建和开采阶段，技术的价值作用也往往被忽视，没有持续开展综合地质勘探，缺少较为全面的综合地质资料，影响了矿山开采的研判和决策。

有的矿企更多关注于地球物理探测，主要根据矿体和围岩之间的物理性质差异，如导电性、磁化性、密度差等特性，获取矿层边界、地质构造等信息[3]。以观测动态变化，提高安全生产效能，减少灾害发生概率。但实际上，地球物理探测法主要用于判断地质构造是否异常，并不能有效获取地质资料。由于地质资料精准度不高，大多情况仅用于参考，配合钻探等资料进行综合分析，不能直接作为开采依据。有的矿山地质条件复杂，易发生矿山地质灾害，潜在采矿风险较大。以往单一的地质勘探手段难以有效识别矿山地质灾害发生风险，严重影响矿山安全生产，不利于企业绿色健康可持续发展。例如，地面塌陷、沉降、地裂缝、滑坡、崩塌等地面矿山地质灾害的判定，需要遥感数据、测绘数据及位移监测数据。而冒顶、片帮、突水、岩爆等井下矿山地质灾害的判定，则更依赖地球物理探测、超前钻探等数据。

由此可见，综合地质勘探在矿山开采过程中发挥着重要作用。应该全面考虑矿山地质条件、开采方式、生产规模、施工现场布置等特点，针对性地选择勘探方式。形成有效的综合勘探方法，全方位深层次多角度掌握、分析、研判矿山地质情况。从而作出准确决策，减少地灾发生概率，提高安全生产能力，更好地保障和促进矿企高质量发展。

2 综合地质勘探在矿山生产中的具体应用

2.1 矿山生产中几种主要的地质勘探方法及应用范围

2.1.1 遥感监测

遥感监测主要依靠不同物质及地形地物反射、散射光谱特征或电磁波的差异性，通过卫星、航天器、飞机、热气球、无人机等高空设备进行全数字摄影、高精度航空摄影、无人机摄影，收集分析遥感数据。解译处理遥感信息，形成遥感数字图像，监测一定区域地形地貌、地质水文、生态环境、工程施工等信息。一方面，能从宏观视角上，针对大尺度区域生成的小比例尺遥感图像，结果往往精度较低，分辨率较差，多用于区域勘查找矿、地质填图和成矿规律研究。另一方面，针对特定矿区生成大比例尺遥感图像，一般精度和分辨率都比较高，容易识别，常用于矿坑开挖、矿层变化、火区管理、地灾防治等情况监测分析。当下，在矿山生产开发中，无人机监测受到重视，除用于矿井建设、矿坑开挖、矿区布置、生产调度等情况监测外，还可重点监测矿区滑坡、崩塌、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等地灾发生情况和火区防治情况。

2.1.2 地震勘探方法

地震勘探是矿产资源勘探中最为常见的物探技术，应用较为广泛、技术也比较成熟，在地质找矿、矿井掘进、地灾防治等多个环节都能发挥很好的指向性作用。该技术多用于识别矿山地质构造、矿层赋存等重要情况，为矿山开采设计和开发利用提供最基础的地质信息。就应用区域来说，地震勘探一般可分为地表地震勘探和矿井地震勘探两种。地表地震勘探多用于地质找矿和矿山开发利用方案设计阶段，矿井地震勘探多用于巷道掘进、安全生产、灾害防治和救援等阶段。该方法主要依靠不同介质对地震波的反射、折射和吸收效率的差异，通过人为地震干扰，信号数据分析，寻找异常区域和边界。配合其他地质勘探手段，参照以往地震数据标准，解译矿山地质构造和地层变化，在分析研判地下孔洞裂隙、隐伏断层、采空区、陷落柱、冲刷带、含水层等地质条件时具有很好的勘探效果。地震勘探在实际应用中，主要分为三个阶段，首先搜集地震数据，其次分析处理数据，最后进行信息解译。近年，矿企常使用的三维地震勘探技术，通过数据解译和模型构建，可以形成矿山立体式、可视化、综合性的数据模型，为矿山科学开采和灾害防治提供保障和依据。

2.1.3 微动勘探技术

微动勘探无需人工干扰，通过记录地球转动过程中产生的微小振动，获取面波信号（瑞雷波频散曲线），分析预测地质构造和地层分布情况。

微动探测利用天然场收集微动信号，工作原理和仪器设备都比较简单。微动探测常用方法有单点勘测、测线以及平面勘测等，单点勘探技术需要根据勘探深度来设置特定的观测台阵，以便于采集微动信号。测线技术需要组成观测线，并按照一定比例布置，保证观测点处于同一条直线上。此方法可获取二维微动数据，也可利用反演法获取三维数据。平面地质勘探技术对各个环节要求都比较高，仪器较为精密，适用于精度要求较高的勘探场景。

2.1.4 电磁勘探技术

电磁勘探与地震勘探相似，将人工地震干扰置换为电磁干扰，并根据不同介质电阻特性，表现出对电磁吸收、反射、散射的差异性，从而收集电磁数据信息，也可与微动勘探类似，仅收集矿体和岩体自身发出的电磁信号。通过数据处理、反演模拟，分辨电阻异常区域，解译区域地质构造、矿石类型、矿层变化等地质信息。在矿山生产实践中，电磁勘探常用于查明隐伏矿体、复杂构造和地灾隐患。由于电磁勘探具有灵敏度高、成本低、抗干扰、受环境影响小、容易实施等特点，因此电磁勘探既可用于地表勘探，也可用于矿井深部勘探。

2.1.5 测井技术

测井技术在能源开采行业应用十分广泛，是一种比较常见的物探方法，多与钻探技术配合使用。从早期的电性测井发展到声波、光谱、电磁、发射等多种测井方式相结合的综合测井，既发展了测井技术，也提高了测井数据的精度和应用成效。测井数据可以比较立体、直观地反映地表和岩层、矿层之间的关系，测定矿层变化、岩石性质、地质构造等情况。随着测井技术的发展，在一定程度上减少或替代了钻探工程提取岩芯的工作，有利于发展深孔无芯钻探技术，降低了综合勘探成本，因此测井技术的发展前景十分乐观。

2.1.6 钻探技术

钻探可以说是历史最悠久、结果最直接、成效最明显、应用最广泛的勘探技术，几乎能够在所有勘探工程中使用，同时也是其他勘探技术最根本的验证手段。原本钻探技术主要是为了取出地下深部的岩矿样品，通过分析测试，解译地质构造、地层情况和岩矿性质，从而圈定矿体位置和资源储量。但随着超深钻、超大口径钻和定向钻等新技术的发展，钻探不仅用于获取岩矿样品，还增加了瓦斯抽放压、探放水、注浆、送风供氧等功能。

对于1000m以浅的矿区，多为地表钻探，主要用于测定地质结构、地层分布、矿体赋存和岩矿性质。对于深部区域，多为矿井钻探，特别是可采用定向钻、超前钻等方式，测定地质构造、地灾风险、矿层变化等情况，为矿山生产提供可靠地质依据。

2.2 综合地质勘探应用的发展方向

随着现代信息技术的迅猛发展，5G、无人机、工业机器人、全断面盾构机与矿山生产的结合越来越紧密，地质勘探方法也越来越多样化。综合地质勘探，最大的优势就是可以实现不同勘探技术之间的优势互补，能够促进新技术新方法与传统地质勘探技术有机融合。最大限度减少单一勘探技术的局限性，切实提升综合地质勘探能力和水平，增强勘探工作质量和效率，全面完整准确获取地质数据和地质信息。从而更加精确地掌握矿山地质情况和矿体分布情况，为矿企长期稳定可持续发展提供资源基础和安全生产的保障。

3 结语

总体来看，矿山地质条件比较复杂，地质构造多样，矿层变化大、连续性差，常面临较为严重的地灾、水害、有害气体（瓦斯）灾害等威胁。为确保矿山生产开发安全、高效、绿色、可持续，必须全方位、多因素考虑，准确研判矿山主要地质问题，最优化组合各勘探技术，形成最科学的综合勘探方法。