矿产勘察学

矿产勘察学第七章勘探工程系统和勘探工程设计第一节勘探技术手段及其合理应用为完成勘探任务所完成的各种工程和技术方法称为勘探技术手段。勘探技术手段选择和应用是否合理，将直接影响勘探工作的地质与经济效果。因此，勘探技术的选择和合理的应用是一个十分重要的问题。一勘探技术手段的种类目前对金属、非金属矿床勘探来说，经常、大量采用的勘探技术手段是钻探和坑探工程，一般称探矿工程或勘探工程。除探矿工程以外，还配和物探、化探等方法，判断矿体的位置和产状，指导探矿工程的布置，检查钻探工程的质量，寻找盲矿体等。（一）坑探工程挖掘坑道以便揭露和探察矿体，以及进行其他地质勘察工作的坑道工程称为坑探工程，间称坑探。坑探按其所处位置不同，有地表坑道（包括浅坑、剥土、探槽、浅井）与地下坑道（包括竖井、斜井、暗井、平窟、石门、沿脉及穿脉等）。过去曾把地表坑道明作轻型山地工程，而把地下坑道称为重型山地工程。地表坑道工程（1）剥土（BT）是在地表清除矿体上浮土的一种工程。它无一定形状，在浮土不超过0.5——1米时应用。主要来采取样品、确定矿体厚度，追索矿体边界或其他地质界线。剥露面积的大小及深度，应视具体情况而定。图8—1探槽断面图。（未做）（2）探槽（TC）是从地表挖掘的一种槽行坑道（图8—1）。其横断面通常为倒梯形，槽的深度一般不超过3—5米。深槽断面规格，视浮土性质及探槽深度而定，一般以利于工作，保证安全为原则，其大小关系可参考。①探槽一般要求垂直矿体走向布置，②当矿体形态复杂，产状不名时，也可沿矿体的平均走向或根据物探资料进表8—1覆盖层性质深度（米）底宽（米）口宽（米）边坡（米）风化十分强烈1——311.6——6.065——73分化强烈，较松散1——311.4——5.873——78分化不强烈，浮土密1——511.3——7.073——87分化较轻，紧密结实1——511.2——5.078——84主于探槽布置在工作区的主要地质剖面上，应尽量垂直含矿层、含矿带、构造带和围岩的走向，以研究地层剖面、矿化规律与揭露矿体等，工程量一般较大。辅助探槽是加密于主于探槽之间的短槽，用于揭露矿体界线及有关地质界线。它可与主干探槽平行，但必要是亦可不平行，工程量较小。主要用于追索和圈定覆土下近地表矿体或其它地质界线，一般要求覆盖层不超过3米，当地下水面底时，个别情况下覆盖层在5米时也可采用。（3）浅井（QT）它是从地表向下掘进的一种深度和断面都较小，铅垂方向的地质勘探坑道（图8—2）。其断面形状一般为正方行或矩形，断面面积为1.2—2.2平方米，深度一般不超过20米。断面为圆形的浅井。浅井的横断面大小，通常以松散层坚固程度、浅井深度和涌水量大小而定。在岩性稳固的松散层中，浅井也可以基本上不加支护。由于不支护，断面不宜过大，通常为0.8—1平方米。浅井掘进在松散层中，为了支护及施工方便，经常采用矩形断面，除支护所占据的空间外，其净断面如图8—2所示。浅井的布置按矿体的的规模和产状不同，其布置也一样。①当矿体产状较陡时，在地表开掘浅井，不易恰好打到矿体，则采用在浅井下拉石门或穿脉较为合适。②当矿体产状较缓时，浅井应垂直矿体走向沿其上盘布置追索矿体。图8—2A）。表8—2浅井深度（米）净断面（长×宽）平方米应用的条件0—10±1.1×0.7辘轳提升0—20±1.2×0.8-1.0辘轳或机械提升，吊桶提升0—10±1.3×1.1辘轳或机械提升，吊桶或汞提升0—20±1.7×1.3辘轳或机械提升，2台汞提升布置原则用途地形有利时应优先使用地形坡度＞50度以上（1）揭露、延长矿体。（2）也是人员出入、用输、通风、排水的通道。（1）常用于连接竖井和岩脉。（2）揭露含矿体岩系和平行矿体等。平引矿体走向，在围岩中掘进（一般在沙体下盘），称为石巷或脉外沿脉。（1）了解矿体沿走向的变化（2）在矿体之外的沿脉坑道，可供行人，运输，通风，排水之用。（1）揭露矿体厚度，圈定矿体（2）了解矿石组分及占位（3）查明矿体与围岩接触关系等在矿体上盘掘进，有探矿作用在矿体下盘用岩中掘进，无探矿作用（1）探矿（2）大部分用于运输，人员出入，通风等到作用垂直暗井，又称天井，倾暗井：又称上山或下山，（1）在地下坑道中向上或向下勘探矿体索和圈定被子错断的矿体（2）惯中断水平坑通浅井主要用于揭露松散层掩盖下的地表的矿体，追索原生矿及其边界，深度一般不超过20米，不多5—10米。对一些特殊矿床的勘探，有时浅井成为主要的技术手段。像含有金属矿物的花岗岩的大多数硅酸镍矿床，由于矿体埋藏浅，地下水不多，岩石松软而稳固，故常用浅井来勘探。③对于要求大体积取样的金刚石沙矿或水晶沙矿来说，只能用浅井来勘探。其它沙矿应用沙矿钻探时，必须用一定数量的浅井检查沙钻的取样质量。布置原则及用途2地下坑道工程1.平窿（PD）它是按一定规格从地表向矿体内部掘进，其一端直通地表的水平坑道(图8-3a)平窿的断面形状多为梯形，是人员出入、运输、通风及排水的通道。在地质勘探中，它常用来揭露、追索和研究矿体。与竖井和斜井比较，它施工简便、运输及排水容易，坑道貌岸然维护方便，使用的机械设备及投资也较少，掘进速度快。因此，在地形有利的条件下，应当优先使用平窿。竖井一般布置在矿体下盘，其原因有：（1）矿时还可用，且安全（2）减少矿量损失（3）保证其他地下坑道貌岸然稳固（1）是人负出入，运输通风排水的主要通道（2）由于竖井成本高，施工技术较复杂，布置时对地表，地下（用钻探）的地质情况要进行详细研究，要有充分的地质依据。（3）一个矿床设计1-2个就可以了。2.石门（SM）是地表无直接出口若悬河与含矿岩系走向垂直的水平坑道貌岸然（图8-3b）。石门常用来联接竖井和沿脉，揭露含矿岩系的地质剖面和某些平行矿体，追索被断层错失的矿体等。3.沿脉（YM）是在矿体中沿走向掘进的地下水平坑道（图8-3c）。沿脉主要用来了解矿体沿走向的变化情况。如果矿体厚度超过2-3米，则需配合使用横穿矿体走向的穿脉坑道（图8-4）。沿脉也有脉外的，供行人、运输、排水和通风之用。4穿脉（CM）垂直矿体走向并穿过矿体的地下水平坑道（图8-3d）。穿脉坑道貌岸然主要用来揭露矿体厚度，圈定矿体了解矿石组成份和品位变化，以及查明矿体与围岩的接触关系、上下盘岩石的性质，并可探寻地下有无平行矿脉或矿体，因而穿脉是沿着矿体变化之最大的方向掘进的。利用它能获得有关矿体形成条件与矿石质量和数量有关参数的宝贵资料。图8-3地下坑探工程图8-4沿脉配合穿脉圈定矿体a-平窿，b-石门；c-沿脉；1-花岗岩；2-矿体；3-石灰岩d-穿脉;c-竖井；f-斜井；（图未做）g-天井（图未做）5.竖井（SJ）是一种直通地表且深度和断面都较大的垂直方向的坑道，也是进入地下的一种主要不得通道（图8-3e）。竖井按用途分勘探竖井和采矿竖井。后者又分主井、副井及通风井等。竖井的断面直径有4，4.5，5，5.5，6，6.5，7平方米等。勘探竖井一般布置在矿体的下盘，其优势是将来采矿时可以应用，不必留保安矿柱，可减少矿石的损失；其缺点是石门较长，在掘进和运输上不经济。竖井若设计在矿井的上盘矿体顶板岩石易于崩塌，影响上盘岩石的石门所以日后开采时难以利用。由于竖井的勘探成本较高，施工技术也较复杂，所以在布置竖井时，必须有充分的地质依据。事先必须对矿床的地表部分进行详细研究，且深部情况也必须用钻探或其它方法先行了解，才能设计竖井。基于上述原因，在初步勘探时一般不用竖井，进入详细勘探之后才能使用，设计竖井数量不宜过多，一般一个竖井1—2个就够了。（6）斜井（XJ）是在地表有直接出口的倾斜坑道（图8—3f）。可以代替并勘探产状稳定倾角不大于45度的矿体。和竖井相比优点是减少石门的长度；缺点是承受地压较大。机械磨损较大，勘探同样深度的矿体，斜井长度也比竖井大，缺点比较明显，一般较少采用。（7）暗井（AJ）是在地表没有直接出口的垂直或倾斜的坑道（图8—5）断面一般为长方行，其规格多为1.5×2.5平方米。垂直的暗井又称天井，倾斜的暗井又称上山或下山。暗井的主要功能是用来在地下坑道中间上或向下勘探那些不规则的矿体，追索矿体被错断的部分，贯通两个想领中段的水平坑道，揭露上下两个中段之间矿体的变化情况。综上所述，一般情况下，初步勘探阶段，主要采用地表坑道工程和钻探，当转入详细勘探阶段后，只有用详细的地质测量对矿床的地表部分进行周密研究并揭露矿体露头，取得一定钻探资料证实证明深部有矿时，才部署地下坑探工程。首先在最远景最可靠的部分开始。在设计地下坑道时，应尽量考虑将来开采时能被利用。因此，注意运输坑道要避免急转弯，坑道断面要保证车辆通行，坑道间垂直距离应考虑开采系统等。（二）钻探工程1、含义（1）是通过钻探机械向地下钻孔，并从中取得岩心、矿心、矿粉，借以了解地下地质，矿产情况以及追索全定矿体工程。（2）钻探工程是主要的矿产勘察手段钻井深度，对于固体矿产为100—1000米。勘探埋止较成的矿体—岩心钻可直孔钻进也可倾斜钻进（3）钻探工程在矿产勘察各阶段可使用，但使用最多的是评查和勘探阶段。2钻探工程的作用号孔名作用1勘探钻孔在矿床勘探时，用来系统揭露矿床的地下地质情况，追索和圈定矿体，了解矿石质量，矿化深度和矿化范围。2先锋钻孔用来大致了解矿床情况，结论坑道工程的布置。3验证钻孔检验地面物化探异。4水文钻孔了解矿床深部含水情况以及水文地质资料。5构造钻孔查明构造在地下剩部的变化情况。3钻矿工程的优点钻探与地下坑探工程相比，有以下优点。（1）钻探费用低，浅矿的费用更低。（2）钻探施工场地方便，受限性小。（3）地下水涌水量大，也能施工。（4）钻进深度快，消耗动力少，不用支护。（5）钻进深度大，可了解深部情况。转探工程也有其不足的一面，例如钻探的岩心直径有限，不利于地质观察，精度不如坑探工程高。此外对于那些矿化极为复杂的矿床，钻探工程的效果往往不高，它有时还受水源，动力条件的限制等等。（三）井中化探在钻井中间时进行岩石地球化学采样，已受到普遍的重视。它不仅是建立已知矿床原生晕模式、了解矿体蚀变带的基础，而且也是预测和估价深部盲矿体十分的依据。经验表明，它是矿区外围和深部盲矿预测找矿行之有效的一种勘察手段。（四）钻井地球物理勘探钻井地球物理勘探是50年代提出和发展起来的一种技术手段，在煤田和油田勘查中应用较为成熟。根据目前发展的趋势，广义的井中物探可分为成三大类；①测定钻孔之间或附近矿体在钻孔中所产生物理场的方法，主要有充电法、多频感应电磁法、自然电场法、激发极化法、磁法、电磁波法、压电法、声波法等；②测定井壁及其附近岩、矿石物理性质的方法，如磁化率测井、密度测井及电阻率测井等；③测定钻孔所见矿体的矿物成分及大致含量的方法，如接触极化曲线法、核测井技术等。前者（①）称作井中物探；后两种（②、③）又称为地球物理测井或地球物理取样。1.井中物探井中物探的作用是发现井周或井底深部盲矿，确定矿体相对于钻孔的位置、大小、形状、产状，追赶索和圈定矿体范围，以及研究井间空间矿体的连续性等。这不仅加大和补充了地面物探方法的勘探深度，同时也扩大了钻孔的有效作用半径，可更合理地布置钻孔，及时指导钻进或停钻，提高勘探速度和见矿率。2.地球物理测井主要用于研究井壁地质情况，其具体任务是：划分和校验钻孔地质剖面，查明矿层位置并确定其深度和厚度；直接测岩矿石物性参数；研究和确定矿石成分及含量，以实现局部不取岩心或无岩心钻进。测井方法目前已由单一电测井发展到磁、电磁、放射性等多种参数综合测井。在研究和确定矿石成分及含量方面，核物理测井（r能谱测量、选择性r—r测井、核磁共振、中子活化法及x萤光测井等）技术将成为一种主要手段，已引起国内外重视。主要井中物探方法及其用途列于表4—13中。3.小结（1）不同勘查技术手段的作用和应用范围是有限的，各有所长和不足；（2）各种勘查技术手段虽然由于科学技术的进步有很大发展和改进，但仍然因为技术原因和地质现象复杂等，某些技术成果常常具有多解性，因而使用权其应用受到某种局限；（3）不同勘查技术手段应用实际上是提示，研究和利用控矿条件及矿化信息的某一方面的特性，