矿山地质勘查中的水文地质问题研讨

2021-07-22盛童童

中国金属通报 2021年23期

盛童童

（北方铜业股份有限公司，山西运城 043700）

矿山水文地质勘查工作主要针对某一特定矿山的水文地质条件展开相应的调研，预估开采工作是否会造成土壤及地下水的污染等。随着矿山勘查技术的持续升级，对应的水文地质勘查问题也在同步增多，以至于矿山开采活动的开展颇为困难。尤其是矿山水文地质勘查工作对地下水变化的观察研究难度极大，因为地下水的位的改变极易引发自然灾害，只有充分做好矿山水文地质的勘查研究工作，有针对性地采取合理化预防措施，才能确保矿山开采工作规范化进行。

1 矿山水文地质勘查工作中的主要问题

1.1 矿山水文地质勘查工作的制度不够完善

目前矿山水文地质勘察工作主要是针对地下水位的分布状况进行相关的数据采集，利用现代信息技术进行高效分析并预估地下水的发展情况，结合勘查区域的水文问题及未来可能发生的变化，采取合理的防治措施对周边环境进行保护。虽然矿山开发能够促进科技发展，为人们带来巨大效益，但相关政府部门也应高度重视矿山水文地质的勘察工作，强化矿山开发对环境破坏问题的相关预防与治理，由于水文地质勘测工作过于注重资源的数量与质量，致使地质勘查单位缺乏有针对性的管理机制，矿山水文地质勘查结果亦得不到严格监督，诸如此类的问题严重阻碍着地质勘查工作的进一步发展[1]。

1.2 矿山水文地质勘察技术落后

矿山水文地质勘测工作中，先进的勘查技术对矿山勘查人员来说，既能保证勘查结果的精准度又能提升工作效率，对水文地质勘查工作的有效开展十分有利。但在实际工作中，很多勘察单位的设备与技术都无法匹配时代发展的需求，以至于部分勘查工作人员，仍然在使用陈旧的设备及工艺，矿山水文地质勘查工作已经无法完全匹配现代矿山开发的实际需求，究其原因主要是主管单位不够重视水文地质的勘查工作，投入的精力与经费不足。

1.3 矿山地下水位异变

矿山开采是一种投资巨大且劳动力密集型的高危型工程项目，矿山企业若想成功开采，必须根据工程项目的具体要求，利用先进技术充分调研矿山地下资源的矿物分布情况、及地下水的特征变化等。综合分析地下土层含水吸水性、岩土的结构组成及井下平均用水量等相关因素，才能有效屏蔽开采工作中的各类安全问题。因为矿山开采环节会产生大量渣土等类结构松散的物质堆积，而且该类物质孔隙较大在水的作用下极易发生水土流失情况。地下水位骤然发生变化的情况下，矿坑猛然进水会形成极为严重且无法控制的矿山灾害，甚至会伴随坑内泳浆。在采矿活动中，一旦含泥沙的蓄水层被破坏，矿坑内立马会涌入岩屑与泥沙等物质，导致更严重的灾害效果。关于矿山勘查区域地下含水层的相关划分，可参考下表。

1.4 水文地质勘察工作落实不到位

矿山企业在进行地质勘察过程中，并未重视地质勘察工作的实效开展，以至于水文地质勘察工作漏洞百出。比如在划分含水层时，缺乏科学支撑，仅依靠勘查人员的工作经验进行划分，造成最终结果缺乏一定的精准度。而且工作人员对地下水的动态预测分析不够充分，他们仅针对当前水量、水位的相关勘测，一定程度上忽略了对矿山开采带来的影响进行有效分析，以至于地下水资源的开发利用总是出现各种问题，使得矿山开采工作的安全系数极低[2]。

2 矿山水文地质研究的重要内容

2.1 合理开发、利用矿区地下资源

由于地下水分布复杂，相关的径流方向无法获得准确判断，很多矿井也会因此受到不同程度的水害影响。矿山溶水问题得不到切实解决，矿山资源的开采工作将无法高效完成。矿山企业必须高度重视部分矿产资源开采区域的环境问题，否则在开采过程中会影响到周边环境、气候、林业资源等。目前，地层塌陷以及水质污染等方面问题已经是矿井开采区域不得不重视的环境问题，出现该类问题出现不仅会增加矿山企业的生产成本，还会增大相应的环保工作压力。因此，矿山企业必须通过相关的水文地质勘查工作进行充分研究，确保矿区资源能够合理开发。

2.2 钻研地质灾害调查工作

通过严格的地质灾害调研工作，能有效针对整个矿山及周边地区进行合理的方案设计，确保施工人员能够全面了解整个矿区的水文地质情况，以便于合理配置工作人员并针对矿井水害等类问题，制定合理的防治措施。全面开展地质灾害调查工作能根据前期评估结果，有针对性地制定防护方案，具体分析施工环境的动态变化。确保相同类型的地质灾害能够通过合理方案及时解决。比如勘查单位想了解地下水对相关建筑物的腐蚀效果，可以针对该建筑物对基础持力层的相关要求等方面内容进行重点勘查，根据具体的施工进度仔细测定水文地质，以获取精准的基础数据。因此，地质灾害调查工作应详细分析与该地区地质灾害相关的历史资料，总结发生灾害的根本原因并做好详实记录。针对整个片区地下水进行严格检测，确保水位发生变化时，能够及时采通过相应的应急规划方案合理规避地质灾害带来的各种安全风险[3]。

表1 煤矿矿井水文地质类型表

2.3 合理划分矿山水文地质结构的水害类型

2.3.1 大气降水类

一般情况下，地下含水层的补给主要来源于地表水或大气降水。其中，大气降水类的水害，主要是指矿井中的充水补给主要来源于大气降水，矿井水害在时间层面上，与降水强度密切相关。关于大气降水形成的水害防治，主要根据矿山的水文地质结构将大气降水有效隔绝的同时，将开采环节留下的地面裂缝、坡面径流等进行有效隔绝。除了该类地面裂缝封堵措施之外，还可以采用改造季节性河流或对其进行铺底等方式，达到最佳防治效果。

2.3.2 地表水害类

由于江、河、湖、海等地表的大型水体密集分布，会形成很大的水量，若针对该类矿山水文地质结构进行矿山资源开采，势必会进行水体以下的施工作业。一旦该类水文地质结构的隔水性能，遭到采矿作业不同程度的破坏，便会直接与地表水体产生一定的水力联系，形成无可避免的水害事故。为了避免该类水害，应该科学分析采动影响效应，采取相应措施避免出现导水裂隙带，并做好隔水层的相关防护工作，比如采取充填方式，控制导水裂隙带的高度等，力求隔水层具备更好的完整性及稳定性。

2.3.3 顶板水害类

在矿山资源开采过程中，常会遇到完整型层状的矿山水文地质结构，由于开采活动会影响到顶板含水层、采动垮落带等，一定程度上增大了顶板水害事故的发生几率。对顶板突水事故来说，它包含了单层组合型水害和及离层水害等。尤其是对组合型水害的划分，必须充分考虑基岩层与松散层之间的组合关系。因为，矿井的充水水源主要由岩溶水、基岩裂隙水以及松散层孔隙水等组成。在薄基岩下实施开采活动时，上侧的富水沙层在开采作工作的影响下，极易发生突水溃沙等类事故。因此，在防治该类水害环节，必须注重相关隔水层的完整性。疏干（疏降）矿区顶板的含水层，或进行充填式开采，也可以遵循一定的开采厚度等方式，使隔水层保持完整。

2.3.4 底板水害

该类水害可分为单层、组合型等类，由于石灰岩极易出现岩溶且水压较大，在矿区资源开采过程中，常会影响到下侧的石灰岩含水层，使得突水事故加剧。对于底板水害防治来说，最重要的是保证其底板隔水岩层的防水性能，可采取注浆的方式将井下作业面进行合理改造，或采取一定措施实行疏水降压，达到防治该类水害的目的。

2.3.5 贯通型水害

由于矿山水文地质结构存在陷落柱、断裂等情况，甚至有些地质结构在钻孔之后封闭不良，致使相关矿区的水文地质结构在矿山资源开采过程中，有了极大扰动，导致水害发生越发剧烈。据了解，断层导水类的水害事故发生率极高，（据有关数据显示该类水害事故的发生率高达80%以上），针对该类水害事故的最佳防治措施是根据导水陷落柱这一重大水害事故元凶，可采用注浆封堵的方式达到防控效果。

2.3.6 老空水害

矿山的采空区域通常会被水充填为一个积水区，在开采该区域附近的矿山资源时造成的扰动，极易会引发突水事故。因为采空区与开采资源层的空间位置不同，容易产生老空水害。治理时，应根据实际的水文地质结构采取合理的措施。

矿山水文地质结构在矿山资源开采活动的影响下，会加重岩土体的破坏程度，不仅如此，开采活动对其顶（底）板岩层的破坏力也很大，改变了地下水渗流情况及地下水流动态，使水害事故大概率发生。因此必须切实做好矿山水文地质的勘察及调研工作，根据实际情况制定合理的水害防治措施。如充分了解煤层顶、底板的破坏因素（脆性变形、塑性变形等），这些因素影响改变了原有的水文地质结构，而该类水文地质结构又包括岩性、水渗流、温度时间以及地应力等方面内容，研究该类指标元素的改变数据并结合开采活动的具体位置及开采强度等，选择合理的防治措施控制水害。

2.4 矿山水文地质研究对水害防控的意义

研究分析矿山资源采动对矿区水文地质结构带来的影响，能更好地部署矿井水害防治工作，在治理矿井水害时，首先应合理利用并保护相关矿区的水文地质结构（如支撑结构、阻水结构等），同时做好重构水文地质结构的进一步改善，采取可行性较强的工程措施，增强隔水结构的相关性能，最大限度发挥其应有的能效。可以留设各种安全煤柱，避免相应的采煤作业对开采区域造成严重破坏。而且合理设置安全煤柱能有效降低地表（地下）水或水沙涌入等类水害破坏矿井。尤其是进行水下煤层开采时，必须做好矿山水文地质勘察工作，才能科学留设相关的安全煤柱。

对于天然阻水结构来说，工程研究对象主要是水文地质结构中具备隔水功能的岩土体及相关构造。整体研究工作应充分考察阻水结构的稳定性、实际空间位置以及岩性组合关系等，经过周密分析之后制定科学合理的水害防治方案并使其得到有效落实。因此，在水害治理环节可注浆填充底板含水层或隔水层等，合理改造含水层的同时能有效加固相应的隔水层，使隔水强度得到进一步提升。

此外，通过精准有效的矿山水文地质勘察能够科学合理的布设巷道阻水结构，减少水害发生几率，避免造成更多负面影响。也可以通过设置地下防渗墙，截断地下渗流，确保含水层中的水量能通过相关的疏放工程进行有效控制，避免矿区岩土体遭受各种水害的影响，通过合理的地质水文勘察、研究，能有效改变地下水的渗流状态，实现对不同类型水害的有效控制。

3 矿山水文地质勘察问题的具体防治策略

3.1 注重矿山水文地质的勘查工作

矿山勘察单位首先应高度重视勘查工作，确保勘查工作人员能够明确工作流程，认真落实各自的工作，最大限度减小勘查工作中的各种误差。因此，勘查单位在接到勘查任务时，应根据项目要求充分做好前期勘查准备，充分了解勘查区域地下水的分布情况以及受哪些因素的影响等。通过一系列的综合分析，制定全面具体的勘查规划，确保勘查结果的精准度以便于后期开采工作能够顺利进行。提前部署矿山水文地质勘查工作流程，合理预测水位的变化趋势并制定相关的风控及应急预案，力求及时解决后续工作中可能出现的各种问题，同时勘查企业必须遵循可持续发展原则，确保经济发展与自然环境之间综合效益达到最佳效果[4]。

3.2 强化对地下水的动态监测与防护

在开展矿山地下水质监测工作时，应通过不同时期的水文测试，切实了解地下水的的变化规律，判断其对工程项目可能造成的影响并及时制定相关的防治预案。为避免踩空区积水或地表塌陷等类事故，矿山勘查人员可以利用高科技设备勘查矿区是否存在采空区积水，被查明相关的积水边界，然后针对积水区域的水量、水位等相关参数进行高效勘查与分析，最大限度降低测量误差，并在积水边界外80米处做好相关的探水警戒标识[5]。对于水文地质勘查难度较大的矿山来说，勘查人员应时刻关注降水量是否超过预警线，避免矿洞坍塌或山体滑坡等情况。通过建立先进科学的监测管理机构，合理制定每次矿山水文地质勘查相关的监测制度并在施工环节严格落实。相关机构在防治水文地质灾害的同时应注重紧急救援团队建设，确保医护人员能够第一时间营救遇难人员。此外，矿山勘查应深度分析矿区水文地质问题产生的原因并做好灾害防治规划，在采集资源时，应充分考虑资源能否再生及矿区环保问题，避免矿山资源环境被恶意破坏。

3.3 完善工程地质问题的防治措施

通常情况下，人力无法逆转自然形成的水文地质灾害，但人为因素引发的矿区地质问题若得不到切实解决，将会严重威胁到勘查人员及区域周边民众的生命财产安全。因此，在进行水文地质勘查之前，勘查单位必须采用专业技术，做好地质结构及地形稳定等方面的评估。规范勘查人员的工作流程，使其在保证自身安全的情况下，顺利完成对地质分布情况及地下岩体性质等方面的勘查工作，并将相关的结果交由专业人员分析处理，在制定水文地质方案时，应集中归纳勘查中存在的相关问题并及时解决，做好相应的开采防护及水文地质灾害的防治宣传[6]。

因此，矿山勘查单位应合理制定相关的灾害防治宣传计划，多渠道宣传第一次灾害的性质、类型、危害程度及基础防御对策。为了避免地质灾害悄无声息地发生，矿山勘查部门应加强对矿区水文地质的监测力度，充分了解矿区的径流、分布及埋藏等基础条件，使水文变化保持在可被预测的范围内，最大限度减轻人、财伤亡。

3.4 用科技提升勘查手段

目前水文地质勘查工作已呈现代化便捷、准确化的发展趋势，勘查单位应紧跟时代步伐淘汰陈旧的勘查设备、技术。引导勘查人员积极学习先进技术及新型勘查理念，实时更新自己的知识储备，力求矿山水文地质勘查工作能够科学合理地开展，从一开始就能实行专业化管理（比如:机械化技术支持、专款专用及技术创新鼓励等），根据不同范围制定相应的工作规范，充分利用创新科技手段解决落后技术无法解决的各种水文地质勘查问题。