礦山地質(zhì)勘查中的水文地質(zhì)問題研討

盛童童

（北方銅業(yè)股份有限公司，山西 運城 043700）

礦山水文地質(zhì)勘查工作主要針對某一特定礦山的水文地質(zhì)條件展開相應(yīng)的調(diào)研，預(yù)估開采工作是否會造成土壤及地下水的污染等。隨著礦山勘查技術(shù)的持續(xù)升級，對應(yīng)的水文地質(zhì)勘查問題也在同步增多，以至于礦山開采活動的開展頗為困難。尤其是礦山水文地質(zhì)勘查工作對地下水變化的觀察研究難度極大，因為地下水的位的改變極易引發(fā)自然災(zāi)害，只有充分做好礦山水文地質(zhì)的勘查研究工作，有針對性地采取合理化預(yù)防措施，才能確保礦山開采工作規(guī)范化進(jìn)行。

1 礦山水文地質(zhì)勘查工作中的主要問題

1.1 礦山水文地質(zhì)勘查工作的制度不夠完善

目前礦山水文地質(zhì)勘察工作主要是針對地下水位的分布狀況進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行高效分析并預(yù)估地下水的發(fā)展情況，結(jié)合勘查區(qū)域的水文問題及未來可能發(fā)生的變化，采取合理的防治措施對周邊環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。雖然礦山開發(fā)能夠促進(jìn)科技發(fā)展，為人們帶來巨大效益，但相關(guān)政府部門也應(yīng)高度重視礦山水文地質(zhì)的勘察工作，強化礦山開發(fā)對環(huán)境破壞問題的相關(guān)預(yù)防與治理，由于水文地質(zhì)勘測工作過于注重資源的數(shù)量與質(zhì)量，致使地質(zhì)勘查單位缺乏有針對性的管理機制，礦山水文地質(zhì)勘查結(jié)果亦得不到嚴(yán)格監(jiān)督，諸如此類的問題嚴(yán)重阻礙著地質(zhì)勘查工作的進(jìn)一步發(fā)展[1]。

1.2 礦山水文地質(zhì)勘察技術(shù)落后

礦山水文地質(zhì)勘測工作中，先進(jìn)的勘查技術(shù)對礦山勘查人員來說，既能保證勘查結(jié)果的精準(zhǔn)度又能提升工作效率，對水文地質(zhì)勘查工作的有效開展十分有利。但在實際工作中，很多勘察單位的設(shè)備與技術(shù)都無法匹配時代發(fā)展的需求，以至于部分勘查工作人員，仍然在使用陳舊的設(shè)備及工藝，礦山水文地質(zhì)勘查工作已經(jīng)無法完全匹配現(xiàn)代礦山開發(fā)的實際需求，究其原因主要是主管單位不夠重視水文地質(zhì)的勘查工作，投入的精力與經(jīng)費不足。

1.3 礦山地下水位異變

礦山開采是一種投資巨大且勞動力密集型的高危型工程項目，礦山企業(yè)若想成功開采，必須根據(jù)工程項目的具體要求，利用先進(jìn)技術(shù)充分調(diào)研礦山地下資源的礦物分布情況、及地下水的特征變化等。綜合分析地下土層含水吸水性、巖土的結(jié)構(gòu)組成及井下平均用水量等相關(guān)因素，才能有效屏蔽開采工作中的各類安全問題。因為礦山開采環(huán)節(jié)會產(chǎn)生大量渣土等類結(jié)構(gòu)松散的物質(zhì)堆積，而且該類物質(zhì)孔隙較大在水的作用下極易發(fā)生水土流失情況。地下水位驟然發(fā)生變化的情況下，礦坑猛然進(jìn)水會形成極為嚴(yán)重且無法控制的礦山災(zāi)害，甚至?xí)殡S坑內(nèi)泳漿。在采礦活動中，一旦含泥沙的蓄水層被破壞，礦坑內(nèi)立馬會涌入巖屑與泥沙等物質(zhì)，導(dǎo)致更嚴(yán)重的災(zāi)害效果。關(guān)于礦山勘查區(qū)域地下含水層的相關(guān)劃分，可參考下表。

1.4 水文地質(zhì)勘察工作落實不到位

礦山企業(yè)在進(jìn)行地質(zhì)勘察過程中，并未重視地質(zhì)勘察工作的實效開展，以至于水文地質(zhì)勘察工作漏洞百出。比如在劃分含水層時，缺乏科學(xué)支撐，僅依靠勘查人員的工作經(jīng)驗進(jìn)行劃分，造成最終結(jié)果缺乏一定的精準(zhǔn)度。而且工作人員對地下水的動態(tài)預(yù)測分析不夠充分，他們僅針對當(dāng)前水量、水位的相關(guān)勘測，一定程度上忽略了對礦山開采帶來的影響進(jìn)行有效分析，以至于地下水資源的開發(fā)利用總是出現(xiàn)各種問題，使得礦山開采工作的安全系數(shù)極低[2]。

2 礦山水文地質(zhì)研究的重要內(nèi)容

2.1 合理開發(fā)、利用礦區(qū)地下資源

由于地下水分布復(fù)雜，相關(guān)的徑流方向無法獲得準(zhǔn)確判斷，很多礦井也會因此受到不同程度的水害影響。礦山溶水問題得不到切實解決，礦山資源的開采工作將無法高效完成。礦山企業(yè)必須高度重視部分礦產(chǎn)資源開采區(qū)域的環(huán)境問題，否則在開采過程中會影響到周邊環(huán)境、氣候、林業(yè)資源等。目前，地層塌陷以及水質(zhì)污染等方面問題已經(jīng)是礦井開采區(qū)域不得不重視的環(huán)境問題，出現(xiàn)該類問題出現(xiàn)不僅會增加礦山企業(yè)的生產(chǎn)成本，還會增大相應(yīng)的環(huán)保工作壓力。因此，礦山企業(yè)必須通過相關(guān)的水文地質(zhì)勘查工作進(jìn)行充分研究，確保礦區(qū)資源能夠合理開發(fā)。

2.2 鉆研地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作

通過嚴(yán)格的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)研工作，能有效針對整個礦山及周邊地區(qū)進(jìn)行合理的方案設(shè)計，確保施工人員能夠全面了解整個礦區(qū)的水文地質(zhì)情況，以便于合理配置工作人員并針對礦井水害等類問題，制定合理的防治措施。全面開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作能根據(jù)前期評估結(jié)果，有針對性地制定防護(hù)方案，具體分析施工環(huán)境的動態(tài)變化。確保相同類型的地質(zhì)災(zāi)害能夠通過合理方案及時解決。比如勘查單位想了解地下水對相關(guān)建筑物的腐蝕效果，可以針對該建筑物對基礎(chǔ)持力層的相關(guān)要求等方面內(nèi)容進(jìn)行重點勘查，根據(jù)具體的施工進(jìn)度仔細(xì)測定水文地質(zhì)，以獲取精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作應(yīng)詳細(xì)分析與該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的歷史資料，總結(jié)發(fā)生災(zāi)害的根本原因并做好詳實記錄。針對整個片區(qū)地下水進(jìn)行嚴(yán)格檢測，確保水位發(fā)生變化時，能夠及時采通過相應(yīng)的應(yīng)急規(guī)劃方案合理規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害帶來的各種安全風(fēng)險[3]。

表1 煤礦礦井水文地質(zhì)類型表

2.3 合理劃分礦山水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的水害類型

2.3.1 大氣降水類

一般情況下，地下含水層的補給主要來源于地表水或大氣降水。其中，大氣降水類的水害，主要是指礦井中的充水補給主要來源于大氣降水，礦井水害在時間層面上，與降水強度密切相關(guān)。關(guān)于大氣降水形成的水害防治，主要根據(jù)礦山的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)將大氣降水有效隔絕的同時，將開采環(huán)節(jié)留下的地面裂縫、坡面徑流等進(jìn)行有效隔絕。除了該類地面裂縫封堵措施之外，還可以采用改造季節(jié)性河流或?qū)ζ溥M(jìn)行鋪底等方式，達(dá)到最佳防治效果。

2.3.2 地表水害類

由于江、河、湖、海等地表的大型水體密集分布，會形成很大的水量，若針對該類礦山水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行礦山資源開采，勢必會進(jìn)行水體以下的施工作業(yè)。一旦該類水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的隔水性能，遭到采礦作業(yè)不同程度的破壞，便會直接與地表水體產(chǎn)生一定的水力聯(lián)系，形成無可避免的水害事故。為了避免該類水害，應(yīng)該科學(xué)分析采動影響效應(yīng)，采取相應(yīng)措施避免出現(xiàn)導(dǎo)水裂隙帶，并做好隔水層的相關(guān)防護(hù)工作，比如采取充填方式，控制導(dǎo)水裂隙帶的高度等，力求隔水層具備更好的完整性及穩(wěn)定性。

2.3.3 頂板水害類

在礦山資源開采過程中，常會遇到完整型層狀的礦山水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于開采活動會影響到頂板含水層、采動垮落帶等，一定程度上增大了頂板水害事故的發(fā)生幾率。對頂板突水事故來說，它包含了單層組合型水害和及離層水害等。尤其是對組合型水害的劃分，必須充分考慮基巖層與松散層之間的組合關(guān)系。因為，礦井的充水水源主要由巖溶水、基巖裂隙水以及松散層孔隙水等組成。在薄基巖下實施開采活動時，上側(cè)的富水沙層在開采作工作的影響下，極易發(fā)生突水潰沙等類事故。因此，在防治該類水害環(huán)節(jié)，必須注重相關(guān)隔水層的完整性。疏干（疏降）礦區(qū)頂板的含水層，或進(jìn)行充填式開采，也可以遵循一定的開采厚度等方式， 使隔水層保持完整。

2.3.4 底板水害

該類水害可分為單層、組合型等類，由于石灰?guī)r極易出現(xiàn)巖溶且水壓較大，在礦區(qū)資源開采過程中，常會影響到下側(cè)的石灰?guī)r含水層， 使得突水事故加劇。對于底板水害防治來說，最重要的是保證其底板隔水巖層的防水性能，可采取注漿的方式將井下作業(yè)面進(jìn)行合理改造，或采取一定措施實行疏水降壓，達(dá)到防治該類水害的目的。

2.3.5 貫通型水害

由于礦山水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在陷落柱、斷裂等情況，甚至有些地質(zhì)結(jié)構(gòu)在鉆孔之后封閉不良，致使相關(guān)礦區(qū)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)在礦山資源開采過程中，有了極大擾動，導(dǎo)致水害發(fā)生越發(fā)劇烈。據(jù)了解，斷層導(dǎo)水類的水害事故發(fā)生率極高，（據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示該類水害事故的發(fā)生率高達(dá)80%以上），針對該類水害事故的最佳防治措施是根據(jù)導(dǎo)水陷落柱這一重大水害事故元兇，可采用注漿封堵的方式達(dá)到防控效果。

2.3.6 老空水害

礦山的采空區(qū)域通常會被水充填為一個積水區(qū)，在開采該區(qū)域附近的礦山資源時造成的擾動，極易會引發(fā)突水事故。因為采空區(qū)與開采資源層的空間位置不同，容易產(chǎn)生老空水害。治理時，應(yīng)根據(jù)實際的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)采取合理的措施。

礦山水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)在礦山資源開采活動的影響下，會加重巖土體的破壞程度， 不僅如此，開采活動對其頂（底）板巖層的破壞力也很大，改變了地下水滲流情況及地下水流動態(tài)，使水害事故大概率發(fā)生。因此必須切實做好礦山水文地質(zhì)的勘察及調(diào)研工作，根據(jù)實際情況制定合理的水害防治措施。如充分了解煤層頂、底板的破壞因素（脆性變形、塑性變形等），這些因素影響改變了原有的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，而該類水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)又包括巖性、水滲流、溫度時間以及地應(yīng)力等方面內(nèi)容，研究該類指標(biāo)元素的改變數(shù)據(jù)并結(jié)合開采活動的具體位置及開采強度等，選擇合理的防治措施控制水害。

2.4 礦山水文地質(zhì)研究對水害防控的意義

研究分析礦山資源采動對礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)帶來的影響，能更好地部署礦井水害防治工作，在治理礦井水害時，首先應(yīng)合理利用并保護(hù)相關(guān)礦區(qū)的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)（如支撐結(jié)構(gòu)、阻水結(jié)構(gòu)等），同時做好重構(gòu)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改善，采取可行性較強的工程措施，增強隔水結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能，最大限度發(fā)揮其應(yīng)有的能效?？梢粤粼O(shè)各種安全煤柱，避免相應(yīng)的采煤作業(yè)對開采區(qū)域造成嚴(yán)重破壞。而且合理設(shè)置安全煤柱能有效降低地表（地下）水或水沙涌入等類水害破壞礦井。尤其是進(jìn)行水下煤層開采時，必須做好礦山水文地質(zhì)勘察工作，才能科學(xué)留設(shè)相關(guān)的安全煤柱。

對于天然阻水結(jié)構(gòu)來說，工程研究對象主要是水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)中具備隔水功能的巖土體及相關(guān)構(gòu)造。整體研究工作應(yīng)充分考察阻水結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、實際空間位置以及巖性組合關(guān)系等，經(jīng)過周密分析之后制定科學(xué)合理的水害防治方案并使其得到有效落實。因此，在水害治理環(huán)節(jié)可注漿填充底板含水層或隔水層等，合理改造含水層的同時能有效加固相應(yīng)的隔水層，使隔水強度得到進(jìn)一步提升。

此外，通過精準(zhǔn)有效的礦山水文地質(zhì)勘察能夠科學(xué)合理的布設(shè)巷道阻水結(jié)構(gòu)，減少水害發(fā)生幾率， 避免造成更多負(fù)面影響。也可以通過設(shè)置地下防滲墻，截斷地下滲流，確保含水層中的水量能通過相關(guān)的疏放工程進(jìn)行有效控制，避免礦區(qū)巖土體遭受各種水害的影響，通過合理的地質(zhì)水文勘察、研究，能有效改變地下水的滲流狀態(tài)，實現(xiàn)對不同類型水害的有效控制。

3 礦山水文地質(zhì)勘察問題的具體防治策略

3.1 注重礦山水文地質(zhì)的勘查工作

礦山勘察單位首先應(yīng)高度重視勘查工作，確保勘查工作人員能夠明確工作流程，認(rèn)真落實各自的工作，最大限度減小勘查工作中的各種誤差。因此，勘查單位在接到勘查任務(wù)時，應(yīng)根據(jù)項目要求充分做好前期勘查準(zhǔn)備，充分了解勘查區(qū)域地下水的分布情況以及受哪些因素的影響等。通過一系列的綜合分析，制定全面具體的勘查規(guī)劃，確保勘查結(jié)果的精準(zhǔn)度以便于后期開采工作能夠順利進(jìn)行。提前部署礦山水文地質(zhì)勘查工作流程，合理預(yù)測水位的變化趨勢并制定相關(guān)的風(fēng)控及應(yīng)急預(yù)案，力求及時解決后續(xù)工作中可能出現(xiàn)的各種問題，同時勘查企業(yè)必須遵循可持續(xù)發(fā)展原則，確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然環(huán)境之間綜合效益達(dá)到最佳效果[4]。

3.2 強化對地下水的動態(tài)監(jiān)測與防護(hù)

在開展礦山地下水質(zhì)監(jiān)測工作時，應(yīng)通過不同時期的水文測試，切實了解地下水的的變化規(guī)律，判斷其對工程項目可能造成的影響并及時制定相關(guān)的防治預(yù)案。為避免踩空區(qū)積水或地表塌陷等類事故，礦山勘查人員可以利用高科技設(shè)備勘查礦區(qū)是否存在采空區(qū)積水，被查明相關(guān)的積水邊界，然后針對積水區(qū)域的水量、水位等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行高效勘查與分析，最大限度降低測量誤差，并在積水邊界外80米處做好相關(guān)的探水警戒標(biāo)識[5]。對于水文地質(zhì)勘查難度較大的礦山來說，勘查人員應(yīng)時刻關(guān)注降水量是否超過預(yù)警線，避免礦洞坍塌或山體滑坡等情況。通過建立先進(jìn)科學(xué)的監(jiān)測管理機構(gòu)，合理制定每次礦山水文地質(zhì)勘查相關(guān)的監(jiān)測制度并在施工環(huán)節(jié)嚴(yán)格落實。相關(guān)機構(gòu)在防治水文地質(zhì)災(zāi)害的同時應(yīng)注重緊急救援團(tuán)隊建設(shè)，確保醫(yī)護(hù)人員能夠第一時間營救遇難人員。此外，礦山勘查應(yīng)深度分析礦區(qū)水文地質(zhì)問題產(chǎn)生的原因并做好災(zāi)害防治規(guī)劃，在采集資源時，應(yīng)充分考慮資源能否再生及礦區(qū)環(huán)保問題，避免礦山資源環(huán)境被惡意破壞。

3.3 完善工程地質(zhì)問題的防治措施

通常情況下，人力無法逆轉(zhuǎn)自然形成的水文地質(zhì)災(zāi)害，但人為因素引發(fā)的礦區(qū)地質(zhì)問題若得不到切實解決，將會嚴(yán)重威脅到勘查人員及區(qū)域周邊民眾的生命財產(chǎn)安全。因此，在進(jìn)行水文地質(zhì)勘查之前，勘查單位必須采用專業(yè)技術(shù)，做好地質(zhì)結(jié)構(gòu)及地形穩(wěn)定等方面的評估。規(guī)范勘查人員的工作流程，使其在保證自身安全的情況下，順利完成對地質(zhì)分布情況及地下巖體性質(zhì)等方面的勘查工作，并將相關(guān)的結(jié)果交由專業(yè)人員分析處理，在制定水文地質(zhì)方案時，應(yīng)集中歸納勘查中存在的相關(guān)問題并及時解決，做好相應(yīng)的開采防護(hù)及水文地質(zhì)災(zāi)害的防治宣傳[6]。

因此，礦山勘查單位應(yīng)合理制定相關(guān)的災(zāi)害防治宣傳計劃，多渠道宣傳第一次災(zāi)害的性質(zhì)、類型、危害程度及基礎(chǔ)防御對策。為了避免地質(zhì)災(zāi)害悄無聲息地發(fā)生，礦山勘查部門應(yīng)加強對礦區(qū)水文地質(zhì)的監(jiān)測力度，充分了解礦區(qū)的徑流、分布及埋藏等基礎(chǔ)條件，使水文變化保持在可被預(yù)測的范圍內(nèi)，最大限度減輕人、財傷亡。

3.4 用科技提升勘查手段

目前水文地質(zhì)勘查工作已呈現(xiàn)代化便捷、準(zhǔn)確化的發(fā)展趨勢，勘查單位應(yīng)緊跟時代步伐淘汰陳舊的勘查設(shè)備、技術(shù)。引導(dǎo)勘查人員積極學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)及新型勘查理念，實時更新自己的知識儲備，力求礦山水文地質(zhì)勘查工作能夠科學(xué)合理地開展，從一開始就能實行專業(yè)化管理（比如:機械化技術(shù)支持、專款專用及技術(shù)創(chuàng)新鼓勵等），根據(jù)不同范圍制定相應(yīng)的工作規(guī)范，充分利用創(chuàng)新科技手段解決落后技術(shù)無法解決的各種水文地質(zhì)勘查問題。

4 結(jié)語

總之，水文地質(zhì)勘察直接關(guān)系到礦山資源能否順利開采以及相關(guān)工程施工的成與敗，因此在水文地質(zhì)勘查過程中，必須全面做好安全隱患調(diào)查、礦山設(shè)計以及地下水檢測等方面的分析工作，積極推廣新型勘查技術(shù)，大力研究水文地質(zhì)，為地質(zhì)勘查問題提供更多優(yōu)質(zhì)解決方案，以此促進(jìn)礦山開發(fā)建設(shè)的長效發(fā)展。