矿山地质勘查中水文地质问题分析和水文地质灾害防治

2021-01-06韩磊

中国金属通报 2020年15期

韩磊

（河北煤田地质局第二地质队，河北邢台 054000）

在很多有关地质勘查的文献资料中，经常会发生各种各样的地质灾害，使矿山周边或矿山内部的工作人员受到伤害。事实上，这些矿山地区之所以会发生灾害，与地下水有着密不可分的关系。在矿区开采矿物时，因为某些人为因素或自然因素的影响，地下水的流动会发生一些改变，从而导致整个水文地质环境产生一系列变化[1]。因此，在地质勘察过程中对地下水文环境进行科学的观测，就能在真正的矿物开采过程中控制危险，清除不稳定因素，从而使矿山顺利开采，并且保护工作人员能够在矿山中安全施工，使矿山周边地区居民不再受到生命财产威胁。

1 矿山地质勘查中水文地质问题分析

1.1 水文地质问题划分

地质结构复杂的地方通常地下水文环境也会很复杂，在对地下水文环境进行勘察时，首先需要对地质环境进行分类，将不同的单元系统统一划分出各种类型的区域，然后将这些不同类型的地质环境分别进行水文分析。根据矿山中主要矿体与地下水水位及补给条件的关系，结合地表水的水层结构，以及地质环境的复杂程度，可以将矿山地质勘查中水文地质问题的复杂程度分为简单、中等、复杂三类。

水文地质问题相对简单的矿山中地面环境也相对简单，基本没有其他不可控因素的影响。一般情况下，该矿山的主要矿体位置高于侵蚀面，或者矿体少部分位于侵蚀面以下，但矿区周边没有河流或湖泊等地上水系，因此不会对地下水进行补给，导致地下水的边界十分清晰。此时，地下水的主要含水层水量较少，因此在没有矿体堵塞水流通路的情况下，该类地形十分利于排水，不会因自然原因导致地下水位上涨或下降。这种类型的水文环境的地下水结构不会随意改变，所以地质勘察工作最为简单。

第二种是水文地质问题的难度处于中等地位的矿山。该类矿山的主要矿体依然高于侵蚀面，地表的自然排水条件较为丰富，基本不会出现堵塞等情况。地下水的主要含水层水量中等，或者矿物主体部分位于侵蚀面以下，但是矿区周边的地表河流、湖泊等水资源较少，不能大范围倒灌入地下水，导致地下水位猛涨。其周边地形利于排水，水文环境复杂程度适中，能够导致地下水结构发生根本性变化的因素相对较少，这种水文环境问题及其勘察工作被称为中等难度。

最后一类是水文地质问题最为复杂的一类矿山，这类矿山的地下水的主要含水层中水量十分丰富，主要矿体位于侵蚀面以下，因此极易造成矿山堵塞排水道的情况，自然排水条件很差。且附近地表的水系相对发达，在降水后，大量的河流、湖泊会基于压力对地下水进行补给，导致地下水压升高，其水文地质边界很难画出清晰度轮廓。因此该地矿山的地下水在复杂的水文变化下极易发生大面积的坍塌现象，导致矿山灾害的发生。这类矿山的水文地质情况是最复杂的一类，也是最易发生自然灾害一类。

因此，在当前矿山勘察的过程中，一定要加强对水文地质环境的重视。探明水文地质环境，从而推导出地下水位和水压的变化，这样才能够最大程度地避免矿山灾害。

1.2 矿山地质勘查中水文地质因素引发的灾害

在对矿山水文地质进行探查的过程中，首先需要区分水文地质类型是简单、中等还是复杂。简单和中等程度的水文地质环境相对安全，而在复杂的水文地质环境下则应注意地下水位和地下水圧的变化情况。

第一，地下水位升降导致的问题。在大部分情况下，地下水的水层结构会保持在一个相对稳定的状态，具体水层分布如图1所示。

图1 矿山地下水位分布

然而在一些特殊情况下，地下水的水层会产生一些变化，这些变化就是导致水文灾害的元凶。如上图所示，地下水分布的最左侧是由地上水系构成的补给区，当地表水位上升时，就会越过承压水面，进入隔层水，导致潜水水位的上升。当地表水量因降雨或人工影响而增加，或者地壳变迁时，地表水位自然就会发生变化，因此地表水位的上升，可以是自然因素的影响，也可以是人为因素的影响，若矿山地下水潜水量持续增加，会导致矿体土壤下沉，在水中体积增大，进而导致土壤盐碱化。土壤变软后会导致矿山中矿物元素含量减少，使矿山减产。同时，被腐蚀的土壤会丧失以往的土地粘性，导致山体滑坡或坍塌现象，这些灾害在地质勘察或采矿过程中是致命的。在复杂的水文环境下，若补给区的水层被矿山矿体堵塞，只有排泄区在不断运动，则会导致地下水位大幅降低，从而导致地面坍塌、山体滑坡等自然灾害。因此，如果不事先勘察清楚矿山周边的水文地质信息就直接进行开采，就会导致多种灾害的发生。另外，地下水位的频繁升降会导致山体土壤产生变形，使涨缩幅度增大，导致地裂对轻型建筑以及地下矿洞造成不可修复的损害。因此，矿山地质勘查工作中要着重进行水文地质勘查。

第二，地下水水压的变化也能导致水文地质灾害。地下水的水压与其水面与地面的高程成正比，地下水埋得越深，其水压就越高。为了维持水压与大气压的平衡，地下水保持着从补给区到排泄区的水波流动。当地下水圧超出一个波动区间后，地下水就会产生上升和下降两种波动形式，如下表所示。

表1 地下水波动原因及后果

之所以会产生上述后果，是因为地下水的水压波动会导致土壤密度发生变化，使得土壤中的营养物质和矿物质无法再为土壤中的微生物提供安全的生活环境。从而导致土地沉降、坍塌或山体滑坡等现象。地下水圧的反复变化还会导致土壤呈现涨缩现象，进而造成地裂问题[2]。因此，想要解决水压波动问题，需要借助人工手段，在矿山地区施工作业，改善矿山内部的土壤水文条件，平衡内外压强。因此，若是想要开采矿山中的矿物，在进行矿山地质勘查中，就要首先对压力变化进行调查。

2 水文地质灾害防治措施

根据上述内容，可以明确地得知水文地质问题所引发的灾害，为了保护矿山的矿产，为了防止矿内灾害造成人员和财产的损失，必须对水文地质问题引起的地质灾害进行防治，以下为防治方案。

2.1 避免人为因素改变水文地质

由自然因素导致的水文地质灾害是无法逆转的，我们能够改变的只有由人为原因导致的水文地质灾害，因此应尽可能避免人为因素对矿山地区水文地质的破坏。加强矿山环境绿化，提升绿色植被的覆盖率，能够挡风固沙，保护水源，这是保护水文环境最根本的做法。其次，需要加强对污水的治理。工业污水对地下水具有十分严重的污染能力，如果将工业污水不经任何处理直接排放到河流中，那么被污染的河水就会经过补偿区流入地下水，并且污染整个地下水系。污水中含有大量的重金属等元素，这些元素能够腐蚀土壤，使地下水的元素平衡遭到破坏，从而引发一系列的灾害。第三，需要绘制科学合理的矿洞施工图。地上建筑尤其是对矿山造成严重损害的施工会严重影响地下水压与大气压的平衡，因此在施工前应绘制详细科学的施工图，依据施工图对矿山进行挖掘，避免对矿山周边地区水文地质环境造成破坏。最后，还要避免过度开采地下水资源。过度开采地下水资源必然会导致水文地质情况的变化，尤其是在水文地质勘察工作相对较难的矿山周边，若是过度开采地下水资源，很可能会导致水文灾害的频繁发生。因此，无论什么时候，在进行资源采集时都应做到可持续发展，避免过度开采导致恶性情况的发生。相关单位也应当加大对于保护地下水资源的宣传，帮助人们树立正确科学的环境保护意识。并对屡教不改者进行一定的经济处罚。

2.2 实时监测水文地质情况

为了避免水文地质灾害在不知不觉中发生，在矿山地质勘察中，相关部门就要提前勘测当地的水文地质情况，并且在矿山开采时加强对当地水文地质的监测，确保水文变化处于监管和预测范围之内，避免人员和财产的伤亡。在进行检测工作时，工作人员应结合当地的实际情况，如果是水文地质勘察工作相对较难的矿山，要时刻注意降雨量的多少，若超过预警线，则需避免矿洞中出现大面积的坍塌现象。如果是水文地质勘察工作相对简单的矿山，应避免山体滑坡等现象的出现。相关单位应建立如上所述的科学合理的监测机构，确保在每一次矿山地质勘查中都能制定出与当地实际情况相符的监测制度，并在施工时严格实施。

2.3 建设紧急救援团队

相关部门在对水文地质灾害进行防治的同时，还要建设一支能够随时进入状态的紧急救援团队。当地质灾害的警报响起时，紧急救援团队应第一时间派遣救灾人员进入灾区进行营救，并且在最大程度保证被困人员生命安全的情况下避免财产损失。紧急救援团队中不但要有管理人员、救生员，还必须有一定数量的医护人员，以便能够在第一时间对遇害人员进行抢救，避免因伤势过重救援不及时导致伤残或死亡。