数字化技术在水文地质工作中的应用探讨

杨晓丽， 李桂林， 胡新红

（湖北省地质局第一地质大队）

1 矿山水文地质勘查工作内容及发展现状

现阶段，矿山水文地质勘察工作主要包含了两方面的内容，第一是对矿区水文地质情况的勘查内容。技术人员会通过精密的勘测仪器对矿山域内的地质分布以及地下水情况进行全方位的勘测分析，在勘测的过程中获取相应数据，并以此数据为依据，预断在后续开采施工过程中可能遇到的问题及情况，从而出具有效的施工方案和预防措施。第二是矿区水文环境的勘测。为响应绿色发展理念，保证后续开采过程与周围环境的协调发展，工程建设人员会运用数字化手段对周边水文环境进行勘察，通常情况下会采用测绘的方式，对资源分布进行记录和图像资料存储，并针对问题提出合理的解决方案，同时落实对矿区的有效管控，政府部门及相关工程企业在这一阶段会高度重视对矿区水文环境的勘察，通过数据研究，促进后续矿区开采工作的顺利开展，保证工程企业的综合效益[1]。

2 矿山水文地质工作中运用的数字化技术

2.1 遥感勘查技术

遥感勘查技术通常是运用电磁波原理，通过传感器对远距离的电磁波信息进行辐射，并以此转化为数据信号，获取相应的勘测图像和内容的技术。通过遥感勘察技术获取的图像信息精准且对后续工程建设人员的勘测分析工作有较大的帮助。首先，工程建设人员可以通过遥感数据的分析明确矿区内不同标的物所处的位置，并在此基础上开展相应的地质勘察工作，不仅可以对资源进行合理管控，同时，通过遥感勘查技术获取的数据信息还可用于防灾管理，现阶段通过遥感技术获取的数据信息无论是储备、传输或是共享操作都更为便捷，因此，在矿山水文地质勘测中应用较为普遍。

图1 遥感技术勘察矿区图片（图片来源：网络）

2.2 多道瞬态面波勘查技术

多道瞬态面波勘查技术在水文地质工作中主要用于对地表波动的接收和信息的收集。具体步骤是工程技术人员首先通过发送面波用以冲击矿山地层介质产生新的面波，再通过传感器对产生的面波进行收集，从而转换成可以运用的信息，通过对此信息的采集和分析，工程技术人员可全方位掌握矿区地下矿产资源的分布和特点，从而为后续开采工作的顺利展开提供数据依据。同时，面波可随着地层介质的变化而发生变化，依据这一特点，可实现对其传播速度的灵活改变与控制。工程技术人员运用该技术，可以准确获取勘测数据，进而有效提升对矿区地质的勘测水平[2]。

2.3 高密度电阻率勘查技术

高密度电阻的勘查技术可有效提升勘察结果的准确性。工程建设人员通常会通过此技术对矿区内的阵列进行勘探，依据电流场原理，通过对比电流传导前后导电性能的差异，进而判断矿区区域内的地质构造，并以此提供相应的数据信息。同时，在运用此技术时，工程技术人员要将其电极划分在同一个观测坡面的观测点上，并在此基础上，安装程控电机转换装置和微机工程电测仪，用于完成对数据信息的采集，在信息转化为图像之后，工程技术人员会依据图像结果，进一步完善勘测信息。

2.4 GPS勘查技术

运用GPS技术开展矿区水文地质勘测工作，可有效发挥其作用，到目前为止，GPS技术可以准确勘测矿区内的水文地质状况，其精确的定位效果比其他技术更为精准。通过连接GPS卫星系统传输无线电信号信息到勘测平台，从而形成有效的图像定位数据，其不仅能够加强水文地质勘测工作的效率和质量，还可以实现对各类数据信息的处理分析。

2.5 原位测试技术

原位测试技术是以矿区区域内的岩土工程力学为依据，结合科学的分析处理方式，对矿山开采区域内的地质结构及含水量情况进行测定分析，进而确定各项水文地质条件的技术，工程技术人员通常会采用该技术，对较难取样的地层进行测试取样，同时，在地质勘测的过程中，其可与其他的技术一同结合使用，进一步保证地质勘测结果的准确性，其可以有效规避各地形条件的差异性进行测试，可有效适应水文地质勘测工作的测试需求[3]。

2.6 X射线次级发射光谱分析技术

通常情况下，此技术被运用于矿山水文地质勘测工作中的微量元素测定分析中，用以测定各样品中元素的含量。工程技术人员在射线光子激发原子这一原理的基础上研发该技术，并通过其激发作用对取样成分进行元素判定，进而完成对取样成分的化学分析。与此同时，运用X射线次级发射光谱分析技术，还可以对矿山开采区地下断层的情况进行清晰地图像化呈现，以此来判断矿区地下水的分布和流动情况。

3 矿山水文地质工作中应用数字化技术的作用

3.1 获取矿山开采区地层结构特征

首先，在矿山水文地质勘测的工作中，运用数字化技术，可以有效实现对矿山周边实际情况的准确勘测，高效掌握矿区地下资源的分布和结构情况，不同的矿区其地下的资源和地质分布情况不同，技术人员以数字化技术勘测的数据为依据，可将其地质分为不同的类型，以便区分和后续的勘测观察，从而提升矿区水文地质勘察工作的准确性。另外，因矿区水文地质勘察工作受气候及天气条件的影响较大，数字化勘测技术的应用可以有效规避此类问题，同时，其对于矿区范围内水害的预测勘察有很好的效果。通常情况下，技术人员会运用数字化勘测技术对矿区范围进行定期的勘测观察，通过数据图像的呈现，技术人员可以通过此类信息分析地质结构特征的整体状态、规划后续的开采方式以及可能出现的水害问题，其包括大气降水水害和地表水害等。其中，通过数据分析地层结构状态的强弱变化，技术人员可以此判断出矿山开采区域可能出现的水涝和淤泥问题，并提前做好防御措施。现阶段，通过有效的数字化勘测手段，技术人员可以准确收集矿区范围内水文地质结构的数据和图像信息，并提前做好区域内的水害预防工作，结合相关部门做好严格管控，已达到保护矿区地层结构及水文的目的，通过技术手段有效改善地层和含水层结构，便于后续矿山开采和勘测工作的顺利进行。

3.2 有效规划开采区的钻探设计及设备选择

在矿区的水文地质勘测工作中，运用数字化技术可以有效规划开采区的钻探设计及设备选择。因开采区域的水文地质条件较为复杂，因此，工程建设人员需要运用数字化技术进行有效勘测，充分掌握各条件因素对矿区开采工作的影响，有效提升开采工作的科学性和合理性。通过数字化勘测技术，工程技术人员可有效掌握矿区的实际情况，并针对具体情况进行全方位的分析，充分运用勘测图像和数据进行数据演算，进而出具合理的开采方案和钻探设计。其中，钻探孔的大小、钻孔间距等参数要通过技术分析加以严谨的计算，保证后续开采钻探的整体效果。另外，在选择钻探设备时，工程技术人员要充分结合钻孔倾斜角度、钻探深度以及矿山区域内岩层和地质的分布条件进行严格筛选，制定科学的钻探计划，以确保钻探工作的效率。其中孔深设计以及深度设计作为钻机设备型号选择的重要依据，通常情况下，钻机的钻探强度参数要大于方案所设计的参数，因为矿区水文地质勘测工作的特殊性，工程技术人员要重点关注对设备的选择，以确保设备能达到预期效果。另外，工程技术人员可以通过数字化数据库技术存储设备钻探相关数据，参考施工设计方案，通过数字化技术对其参数进行公式计算，保证结果的精确性。另外，数字化的远程监测技术可同时协调钻探工作的有序开展，规避钻探过程中可能出现的技术问题，确保钻探作业的质量和效率。与此同时，钻探系数会跟随地质结构的复杂程度而有所选择。工程技术人员可运用数字化技术通过数据分析对其系数进行有效地取值评估，从而选择适合的设备型号。通常情况下，针对地层结构相对稳定的矿区，可适当降低系数，对于地层结构较为复杂的矿区，可适当提升系数，通过技术操作明确系数，充分保障钻机设备的状态能力能够符合矿区开采的基本要求，结合数字化技术，提供有效的数据参考。

3.3 运用综合勘查技术了解整体勘查情况

在现阶段的矿区勘测作业中，高密度电阻率勘测技术和遥感探测技术的使用范围最为广泛，且运用频率最多，两者结合其他的勘测技术共同作用于矿区勘测作业，可有效提升矿区勘察结果的科学性和准确性。一般情况下，综合勘测数据可用于对矿区范围内用水量的勘测、地貌形态及地质结构的勘测、地下水分布及流动状态勘测等，待勘测作业完成之后，工程技术人员会通过勘测数据，运用数字化技术描绘电阻率与单位用水量拟合曲线图，并依据曲线图情况，预判矿区区域内的用水量对后续开采作业的影响，并采取有效措施进行管制，同时，明确不同矿区区域内的地层压力值，并结合曲线关系图计算的数据用于后续钻孔设备的设置和选择规划。例如，在对矿山开采区的用水量进行勘测时，工程技术人员会依据地层结构及地下水的分布情况。将矿区合理规划为多个区域，并针对各个方向的矿区情况依据勘测数据合理制定相应的水文钻孔，再通过水文钻孔的作用，计算出钻探孔内涌水量的值，获取数据后，工程技术人员再运用数据化的勘测设备测算出开采区上覆含水层顶板渗透系数，通过数值分析明确区域含水量，进而做好后续的预防和开采规划。

4 结语

综上所述，在现阶段的矿区水文地质勘测工作中，工程技术人员合理运用数字化技术可有效提升矿区水文地质勘测工作的质量和效率，保证后续矿区开采工作的顺利进行。工程技术人员要重视对水文地质勘测技术的研发及运用，保证勘测结果的准确性和科学性，通过对水文地质勘查数字化技术的改进和完善，保证数字化勘测技术的先进性，提升相关工程企业的综合效益，推进矿山开采工程的科学稳定发展。