矿山水文地质结构及其采动响应分析

郭 俊，王 婧

（青海省有色第三地质勘查院，青海 西宁 810000）

矿山水文地质结构拥有隔水层与含水层，其内部真实的组合关系还带有采掘空间、导水通道与各类补充型水源等，此结构的活动运行会直接影响到采掘活动的整体安全，只有加强矿山周遭的生态保护才能使水资源的补给更为合理，使其能量变化与正常代谢更加有效。

1 矿山水文地质结构中水害的主要类型

矿山水文地质结构内的水害存有较多类型，由于其开采强度的改变而发生了开采重心向西转移的现象，也出现了更多类型的水害。相较于矿山水文地质内额结构特征，矿井水害与其有着极高的相似度，因而专业人员也可对矿井水害进行深入研究。具体来说，相关人员可依照充分含水层、煤层、导水通道与充水水源等关系对水害结构进行合理划分。从充水水源与开采煤层的空间位置上来讲，可将水害划分成贯通型水害、底板水害、顶板水害、地表水水害与大气降水水害等。根据老空水害等典型问题又能将其分成老空水害、其他类型水害等。

（1）开采层与充水水源间的水害。对于地表水水害而言，其煤层开采会经常受到地表湖水与地表海水的威胁，多存在于水库底部的煤矿开采。顶板水害或底板水害都存在单层水害、组合型水害，在实行煤层开采期间会遭受多类基岩的威胁，此类水害多发生在我国的西北部，如东北、西北型煤田等。贯通型水害主要分成断层水害、陷落柱水害等，若在煤层开采过程中突然遭受突水威胁，则可能输此类水害，其大多会发生在各类开采区。

（2）老空水害的主要类型。其一，正常的老空水害可分成隔离型、底板型、同层型与顶板型等水害类型，开采人员可依照不同形态来确认水害名称，并采用对应性措施进行高效管控。其二，老空水害还囊括了其他类型水害，即侧向含水层、煤层含水层水害，由于此类煤层本身就带有水分，在开采过程中可能会在侧向遭遇突水威胁。

2 矿山水文地质结构中水害的具体特征

在完成水害类型的划分后，为使其防治工作更有针对性，管理人员需了解每项水害的具体特征，当发生水害时其防治重点才会更为明确。

（1）大气降水水害。地下含水层内的重要补给水源即为地表水与大气降水，根据当前的矿山开采现状，大气降水为直接且唯一的充水水源，其降水强度会给矿山水害带来重要影响，二者在时间上还存有极强的同步性。因此，防治大气降水水害的主要方式为隔断因开采而引发的坡面径流、地面裂缝、导水缝隙带与大气降水间的联系，在雨季期间还要及时对地面裂缝进行封堵，改进季节性河流的改道与铺底。而在防治地表水害期间，工作人员需对采动范围进行有效控制，避免因导水产生的裂隙破坏隔水层，或利用填充等方式降低导水裂隙带的发育高度，使隔水层的整体结构保持完整。

（2）顶板水害与底板水害。就顶板水害来说，若层状结构完整，且遭遇突水时其内部的导水裂隙带、煤层垮落带会影响到顶部含水层，继而发生顶板水害类事故。根据当前的多种顶板水害案例，主要可分成离层水害、组合型水害与单层水害等，而组合型水害依照其不同的组合关系与结构类型还能细化为更多类型。防治顶板水害的主要原则为维持隔水层结构的完整度，其主要措施有限厚开采、充填开采等，在开采期间要降低其给隔水层带去的影响。

针对底板水害来说，此类危害的威胁主要在于底板中石灰岩内部的含水层，此类危害也可详细划分成组合型水害与单层水害。根据石灰岩自身易岩溶的性质，会给含水层带去较大压力，在开采过程中极有可能发生事故。在防控底板含水层期间要采用改造注浆、工作面注浆或疏水降压法等。

（3）贯通型水害。贯通型水害产生的主要原因在于煤层的大力开采引发的水文地质结构扰动，也为水害提供了更为便利的通道。在划分此类水害时还能对照其致灾机制与不同结构，由于我国主要的水灾事故皆来自于断层导水，多处矿山事故也源于导水陷落柱，治理或预防的关键为采用注浆等多种手段来加强导水通道的限制，并将含水层与采掘空间进行一定的隔离。

（4）老空水害的防治手段。当采空区域被水填充后会形成一定程度的积水区，若扰动积水区或开采煤层则会引发突水事故，基于开采煤层与采空区间的位置不同，其形成的老空水害的类型也各不相同，因而只有在了解该区域正常的水文地质结构后采取的防治手段才更加有效。针对其他类型的水害，工作人员在防治期间还要对照不同的煤层形态，从而增强防治工作的合理性与可行性。

3 矿山水文地质结构内的采动响应

在研究矿山水文地质结构内的采动响应时，工作人员需看出在采掘活动的影响下该区域地质结构中的隔水层与含水层的损坏体现与具体变化。采动响应与地质结构内的诸多要素，如工作强度、采掘位置、地质温度、时间效应、水的渗流与地质结构等有着密切联系。

（1）覆岩采动响应。矿山覆岩中的基岩与松散层的不同主要体现在结构、组合，二者间的厚度也与富水层位不同。覆岩内部的松散层与基岩的接触面在岩体内的优势结构面中，会对覆岩的破坏与变形产生极大影响。覆岩变形的主要形式为“上三带”，也就是常说的弯曲下沉带、裂缝带与垮落带等，此类形态会改变覆岩的整体地质结构。离层含水与单层含水会引发突水水害；在富水或松散层组合结构中会出现采掘溃砂类水害。在防治顶板突水期间，工作人员需仔细研究隔水层的厚度与位置、水压作用、导水裂隙带的高度与开采时间等，才能最大限度的遏制顶板突水事故。

采掘溃砂属当前矿山开采中较严重的地质灾害，由于在采掘期间松散层内的水砂流入矿山下，其行为严重威胁到了地质挖掘工作人员的安全。相较于多种流砂灾害来说，采掘溃砂的危害程度更高，由于其带有高势能、高水压等特点，一旦发生危害则会因其冲击力强、速度快给矿山开采人员带去极大伤害，并形成灌顶式的灾害。比如，在2018 年底某矿山在开采过程中就因采掘溃砂给相关人员造成了极大的伤害，也带去了多种经济损失。

采掘溃砂主要的危险源位于采掘活动中的溃砂通道与含水砂层，若导水裂隙带与垮落带进入到含水砂层就会引发此类事故。在发生溃砂的过程中其水文地质结构将与其采动响应产生密切联系，并将其分成渗透破坏型、直接揭露型与人为通道沟通型等。发生采掘溃砂需满足多种条件，比如，含水砂层的通道要达到运移与启动条件，且岩体遭受破坏的程度较高。

（2）底板采动响应。由于各岩体的地质结构不同，矿山还存有底板采动响应，具体来说，当前我国的多种煤矿都遭受着底板石灰岩中含水层的威胁，如华南的茅口灰岩、华北的石灰岩等。随着采掘深度的改变，水压也变得越来越高，各煤层在开采期间会遭受高地温、高地应力、高水压的强力威胁。在矿井发生突水事故后，矿井内部的涌水量会急剧增加，继而快速降低地下水位。比如，某矿山在开采过程中发生了含水层内的突水事故，发生事故的位置其观测孔的水位下降了15m 左右。

防治底板突水的主要措施为工作人员需时常关注采动前后的地质结构变化，如水位水压、富水性、含水层的具体位置、岩层的破坏深度与底板的变形状态等，通过科学的检测技术能精准地测量出其前后变化的具体数值，通过对此类事故的详细研究，了解其发生的条件，才能最大化降低底板突水事故给水文地质结构带来的影响。当前我国划分底板突水类型的主要依据为石灰岩组合，借助不同的水文地质条件可切实掌握底板突水的实际状况。

例如，青海地区在进行底板采动响应时，其工作人员发现因水压或采掘深度的改变会给煤层开采带去较大威胁，并引发突水事故，在详细研究该区域的各项地质指标后，对其进行科学化改造，降低了事故发生的概率。

（3）地质结构内的采动响应。地质结构中的采动响应将主要带来贯通型水害，其事故类型可分成采掘溃砂、顶底板突水等。若突水事故带有断裂构造，其主要拥有着两种形式，即因开采扰动而产生的断层活化，并形成了导水通道；因煤层开采而生成的天然导水通道，相较于断层突水，岩溶塌陷与陷落柱的结构与其相似，且产生的水害发生机制也相同。华北等多个地区的煤层会遭受石灰岩水的威胁，底板高承压下的石灰岩水会涌入其底部正在发育的矿区，继而出现断层或岩溶陷落柱，其在进入到溶穴后会引发后果严重的突水事故。比如，某矿山在挖掘过程中因工作面出现断层而引发底板突水，部分区域甚至还出现了采掘溃砂现象，其突水量在短时间内快速升高，改变了该区域的水文地质结构。

专业人员为改善区域性水文地质结构特性，要对其进行充分的研究与保护，具体来说，在进行煤层开采的同时要设计多类安全煤柱，其主要作用为充分的分析与考虑煤层开采后的破坏范围。针对安全煤柱的设置要充分结合其实际尺寸，并有效控制水砂、地下水或地表水进入到矿井内的现象，增强此类水文地质结构的有效性。在设计各项灾害防治措施的过程中，要仔细研究阻水结构中的空间位置、稳定性、性质与阻水厚度等，借助充分的研究与指导，适时填充隔水层或含水层，而运用注浆填充法能有效遏制含水层内的富水性，提升整体的隔水强度，增强地质结构的改造效果。

4 结语

综上所述，通过对矿山水文地质结构的详细研究，工作人员应了解此类水害的主要类型，在分析了对应性的采动响应后要对该区域的综合环境有更为明确的认识，在采取矿产资源时要不断提升其准确性与安全性，利用采动效应的专业化分析提升此类资源开发利用的综合效益。