地质勘测技术在现代采矿中的应用与挑战

一、引言

在现代采矿工程中，地质勘测技术是获取地质信息、保障开采安全与资源高效利用的关键手段。从采矿前期对矿体的精准定位，到开采过程中对地质变化的实时监测，地质勘测技术贯穿采矿全流程。

二、地质勘测技术概述

（一）地球物理勘探技术

电法勘探基于不同岩石和矿石的电学性质差异，通过向地下施加电场，观测和研究电场分布规律来探测地质构造和寻找矿体。其中，电阻率法利用岩石和矿石电阻率的差异，当地下存在电性差异的地质体时，会使地面电场分布发生畸变，从而推断地下地质情况。磁法勘探依据岩石和矿石的磁性差异进行探测。不同地质体具有不同的磁性，当含有磁性矿物的矿体存在时，会引起地磁场的局部异常。

（二）地质钻探技术

岩心钻探是利用深部钻探的机械工程技术，通过钻机和钻具从地下取出岩心样本。其流程包括钻孔、取心、岩心整理与编录等环节。取出的岩心样本能够直观反映地下岩石的岩性、结构、构造以及矿体的品位、厚度等特征。水文地质钻探主要用于探测地下水的水位、水量、水质以及含水层的性质等情况。

（三）遥感技术

航空遥感通过飞机搭载可见光、红外、雷达等传感器，获取地表高分辨率的图像信息。其具有灵活性高、分辨率高的特点，能够快速获取大范围的地质地貌数据，用于识别断层、褶皱等地质构造，监测矿区土地利用变化和植被破坏情况 。在山区矿区的地质灾害监测中，航空遥感可及时发现山体滑坡、泥石流等灾害隐患点，为防灾减灾工作提供及时准确的信息。卫星遥感利用人造卫星上的遥感器对地球表面进行周期性观测，具有覆盖范围广、数据获取速度快的优势。

（四）其他勘测技术

GIS 是一种用于采集、存储、管理、分析和展示地理空间数据的计算机系统。在地质勘测中，GIS 可对地球物理勘探数据、钻探数据、遥感数据等进行整合管理，通过空间分析功能，生成地质剖面图、等值线图等可视化成果。GPS 具有高精度定位的优势，在地质勘测中广泛应用于野外地质测量、钻探定位和采矿设备导航等方面。野外地质人员利用 GPS 可准确记录地质观察点的坐标位置，提高地质填图的精度。

三、地质勘测技术在现代采矿中的应用

（一）采矿前期规划阶段

地球物理勘探技术能够在大面积区域内快速圈定潜在的矿体范围，通过对电、磁、地震等异常数据的分析，初步判断矿体的大致位置和规模。如在某铜矿勘探中，利用电阻率法和重力勘探相结合的方式，快速锁定了可能存在铜矿的区域。遥感技术可对矿区进行大范围的地质地貌调查，识别出断层、褶皱等大型地质构造，以及地形地貌特征，为矿区选址和总体规划提供基础资料。

（二）采矿设计阶段

地质勘测获取的详细地质数据是选择采矿方法的重要依据。若矿体埋藏较浅、规模较大且地质条件稳定，通常采用露天开采；若矿体埋藏较深，则适合采用地下开采。GIS 技术可将地质数据与采矿工程设计相结合，进行空间分析和模拟，优化开采境界、运输线路和开拓巷道布局，提高开采效率和经济效益。地球物理勘探技术能够探测地下潜在的地质构造薄弱带，如断层破碎带，评估其在开采过程中可能引发的坍塌、冒顶等安全风险。

（三）采矿实施阶段

在采矿实施过程中，钻探技术可实时获取开采工作面的地质信息，如矿体的走向、倾角变化，以及遇到的断层、破碎带等情况，及时调整开采方案和采掘方向，确保开采工作顺利进行。遥感技术可实时监测矿区生态环境变化，如植被覆盖度下降、土地沙化、地表沉降等，及时发现环境问题并采取相应的治理措施 。地球物理勘探技术可用于监测采空区的稳定性，通过监测采空区上方地表的变形和地下应力变化，预警可能发生的地表塌陷等地质灾害，保障矿区人员和设备安全。

四、地质勘测技术在现代采矿中面临的挑战

（一）技术层面挑战

随着采矿向深部和复杂地质区域发展，现有地质勘测技术面临诸多挑战。在深部采矿中，由于地层压力大、地质构造复杂，地球物理勘探信号衰减严重，导致探测准确性和可靠性下降 。对于隐伏矿体和深部地质结构的探测，现有技术的分辨率和探测深度有限，难以满足精确勘探的需求。地球物理勘探数据、钻探数据和遥感数据在空间定位、数据精度等方面存在差异，使得多源数据整合难度大。

（二）成本与效率层面挑战

先进的地质勘测设备如高精度地球物理勘探仪器、深部钻探设备价格昂贵，购置成本高。同时，这些设备的维护和运行成本也较高，需要专业的技术人员进行操作和维护。在复杂地质条件下，为了获取准确的地质信息，往往需要进行多次勘测和数据验证。从野外数据采集到室内数据处理、分析和解释，整个过程耗时较长。

（三）数据处理与分析层面挑战

现代地质勘测技术产生的数据量巨大，如高分辨率遥感影像、高密度地球物理探测数据等。这些数据的存储、管理和传输需要大量的硬件资源和网络带宽 。同时，数据处理过程复杂，涉及数据预处理、滤波、反演等多个环节，对计算能力和算法要求高。地质条件的复杂性使得建立准确的数据分析模型面临困难。不同地区的地质背景差异大，影响地质现象的因素众多，难以用简单的数学模型进行准确描述。

五、应对地质勘测技术挑战的策略

（一）加强技术研发与创新

针对复杂地质条件，加大科研投入，开展专项技术研发。利用人工智能、机器学习等新技术，提高地球物理勘探数据的反演精度和解释能力，增强对深部地质结构和隐伏矿体的探测能力。建立统一的数据标准和接口，促进不同地质勘测技术数据的融合。研发多源数据综合解释软件和平台，实现数据的集成管理和协同分析。

（二）优化成本与效率管理

通过设备共享、租赁等方式，降低设备购置成本。鼓励国内企业开展地质勘测设备的研发和生产，实现国产化替代，降低对进口设备的依赖，从而降低设备成本 。政府可出台相关补贴和税收优惠政策，支持矿山企业采用先进的地质勘测技术，减轻企业的成本压力。

（三）提升数据处理与分析能力

建立地质勘测大数据管理平台，实现数据的高效存储、共享和管理。引入先进的数据处理算法和技术，如深度学习、云计算等，提高数据处理效率和精度 。开发专门的地质数据处理软件，简化数据处理流程，降低数据处理难度，提高数据处理的自动化水平。

六、结论

地质勘测技术在现代采矿的规划、设计和实施等各个阶段都发挥着不可或缺的重要作用，从资源勘探与储量评估，到开采过程的安全保障和环境监测，为采矿行业的发展提供了关键支撑。然而，当前地质勘测技术在复杂地质条件适应性、多技术融合、成本与效率以及数据处理分析等方面面临诸多挑战。

参考文献：

[1] 何继善， 汤井田， 李帝铨. 深部矿产资源勘探中的地球物理方法与应用[J]. 地球物理学报， 2021， 64（6）： 2017-2032.

[2] 彭苏萍， 杜文凤， 赵伟. 煤矿地质透明化关键技术与应用进展[J]. 煤炭学报， 2022， 47（1）： 1-15.

[3] 李夕兵， 赵国彦， 周子龙. 金属矿深部开采地质勘探技术挑战与对策[J]. 岩石力学与工程学报， 2020， 39（5）： 865-880.