水文地质因素对矿山地质灾害的影响探讨

2022-12-22汪夏旭

世界有色金属 2022年19期

关键词：水文地质矿山环境

汪夏旭，陈婷＊

（1.海南省海洋地质资源与环境重点实验室，海南海口 570206；2.海南地质综合勘察设计院，海南海口 570206；3.海南省地质综合勘察院，海南海口 570206）

地质环境灾害问题一直存在，主要与矿山开采活动﹑生态环境变化密切相关。因人类对于资源的需求量持续增加而导致环境污染问题﹑资源短缺问题日益明显，各种生态问题引发一系列水文地质环境地质问题愈发严重。

以海南省为例，海南省气候属热带季风性气候，地区有着较为丰富的水资源，一旦发生矿山地质灾害会给某一区域带来较大的经济损失，为此需要全面加强对水文地质环境地质的研究，针对矿山地质灾害问题探索出新的思路和防治方法。

1 水文地质环境分析——以海南省为例

总体来看，海南地区交通便利，由于地处热带北缘而具有热带季风气候条件，具有丰富的水资源。海南地区国际旅游岛的建设使得海南岛成为国际旅游重要枢纽中心，随着当地经济的快速增长，水资源需求量不断增加，水文环境问题不容忽视。海南地区的地质情况主要以山地﹑丘陵和平原等作为主要地形地貌，台地广阔，呈现出中间高四周低的形势。当地对水资源的开发利用建设较好，从供水状况来看主要通过地表水源供水，海南岛南部供水量最大，而万泉河流域供水量较小。而从用水耗水状况来看，其中农业用水﹑工业城镇用水及生活用水﹑生态环境用水量占总用水量比重较大，达到近80%的比例。而农业用水比重呈现出逐年下降的趋势，生活﹑生态环境等用水比重有所增加[1]。由于当地一些水力基础设施仍然有待完善，因而能够抵御地质灾害问题的防御能力相对有限。海南地区环境方面仍然存在突出问题，如土壤破坏严重﹑热带雨林破坏严重及热带海洋污染严重等问题对水文地质环境产生直接性的不良影响，在一定程度上加剧了地质灾害严重程度。

关于《地质灾害防治条例》中明确提出了地质灾害类型及活动引起成因，包括山体崩塌﹑泥石流﹑地裂缝及地面沉降等，其中明确指出与地质作用相关的灾害称为地质灾害。海南省近年来也不可避免的发生地质灾害，如2016年台风电母强降雨引发的地质崩塌﹑10年公路发生较严重的山体滑坡﹑泥石流等地质灾害，对当地经济﹑群众生活等构成极大的威胁。

由于海南地区的气候条件与位置特点，台风和连续性强降雨等类灾害在海南地区较为多发，容易引发更严重的地质灾害，如泥石流﹑山体滑坡等，对地质灾害巡查﹑监测和预警工作提出较高的要求。

随着全球气候问题的日益加剧﹑岛内经济社会迅猛发展以及国际旅游岛地位的确定，海南省的水文自然灾害呈现出发生频率加快﹑强度加大﹑损失加重的趋势，对经济社会稳定发展造成了严重的抑制。但现阶段，海南省的水文水资源监测体系﹑水文信息服务及水文预测方面的不足仍极为严重，尤其信息化建设方面尚存在诸多问题。分区建设﹑标准不一﹑全局意识薄弱的弊端尤为突出。基于此，现阶段需深入分析地区常见的水文地质问题为何，并明晰其防范措施。针对当前存在的工作弊端及时加以改革，提升土地规划的合理性，做好地质灾害巡查﹑检测及预测，进而有效提升地质灾害防御能力。

2 水文地质环境地质问题分析

2.1 矿山地下水位不规律升降

水文地质环境问题属于岩土工程内容之一，通常膨胀性土体或岩体区域，矿山地下水主要包括上层滞水﹑裂隙水等几种类型，受区域地质因素的影响导致地下水位无法保持绝对的稳定，且频繁升降现象较为明显。尤其对处于多雨季或旱季的地区，这种膨胀性土体或岩体区域因水文环境条件而产生较为明显的变化。

当矿山开采区地下水位出现季节性升降变化时则会导致土体﹑岩体等区域土质不均匀涨缩，进而影响其物理性质，对岩土工程结构整体承载力造成不良影响。矿山地下水位的不规律升降变化对土体﹑岩体机构均造成影响，同时水位变化幅度导致岩体膨胀收缩变化，进而会降低岩体稳定性，导致各类地质灾害问题的发生。

矿山地下水位下降的主要原因在于矿山开采作业因素的影响，当地下水受到一定程度污染时导致水位不断下降，造成的直接后果是水资源的污染或枯竭。当地矿山下水位逐渐下降时会导致地基的抗压能力变弱，导致地基发生沉降或工程结构塌陷。可以说，矿山地下水位的频繁升降对岩体结构﹑土质结构产生直接影响，因而存在混凝土被碳化或土质松软达不到工程标准要求的问题，矿山地下水开发利用存在较大安全隐患[2]。

此外矿山地下水位上升的受影响因素较多，如地区水文气象条件的变化﹑含水层结构的频繁变化或者农业灌溉规模的扩增等。其中当区域水文气象条件发生变化引起地区降雨量增加，进而导致地下水位不断上升，当水位上升时对周边土壤土质产生影响，土壤盐渍含量增加，岩土结构含量有所变化，且土层出现塌方或滑移等现象。

2.2 地下水的水压变化问题

正常情况下，岩土工程施工过程中，地下水应当处于相对平衡的状态，确保矿山地下水压保持在正常稳定参数范围内，避免产生较大幅度变化。一般受岩土工程建设或其他因素的影响导致地下水压发生变化，随着地下水压的不断升高，压力也在逐渐增大，对地基产生直接影响，当压力达到一定程度时会导致地基裂缝问题。软土层稳定性将对地质工程造成严重影响，而若水文地质条件较差，所造成的不良影响便更为恶劣。软土具备独特的触变特性，在地下水运动冲击下其强度将逐渐减少，甚至于产生稀释现象。初期承压阶段地基将形成较大压力空隙水柱，并破坏软土层。而当水量上升至一定程度时，水柱便会变小，因而出现空隙水位，并最终导致地基变形。压力的增大导致地基材料发生变形，进而引起地基抗压能力受到负面影响，为此加强对地下水压的监测尤为重要。

2.3 潜水位的上升问题

潜水位的上升多由于发生水源渗漏现象，通常农业灌溉规模的不断扩大会导致容易发生水源渗漏问题，此时潜水位上升。领导当地表河流或湖泊水位呈上升状态时仍然会造成潜水位上升。而潜水位上升带来的直接后果是地基的形变，当潜水位升高并侵入到地基内部时会导致地基内部孔隙含水量增加，地基整体强度有所下降，进而出现混凝土被碳化的问题。

此外，潜水位的上升对土质土壤结构强度造成影响，潜水位的升高下降导致土壤强度产生不同程度的下降，当土壤基础结构产生变化时导致地基的均匀受力能力发生倾斜，因而容易出现建筑物沉降，对工程质量及建筑物使用安全构成威胁。

2.4 矿区地表塌陷及山体滑动问题

地表塌陷是矿山地质灾害的主要类型之一，包括非熔岩性和熔岩性塌陷。

在矿山采空区由于人类发生过度开采行为导致非熔岩性塌陷，同时由于人类活动对熔岩地区洞隙岩土体产生影响，造成土体结构发生严重形变，此时土层逐渐向下陷落造成地面坍塌现象。另外，熔岩发育变化﹑岩体结构变化及水文气象条件等也是造成熔岩性塌陷的重要影响因素，所在区域地面明显发生形变，当陷落到一定程度时造成地表塌陷[3]。熔岩塌陷是一种极为常见的地质灾害问题，多为开口型溶洞，其内部矿石成分主要为碳酸盐，矿石上覆盖着一层蓬松土质。由于矿石下层水流冲击力过强，水流运动将逐渐对溶洞底层结构造成一定破坏。熔岩塌陷问题常产生于陡河锻炼带，这是由于此地段矿石埋藏深度过小，且沉积地层过薄，因而更易受到水流运动作用力影响。

此外在我国发生的众多矿山地质灾害中，山体滑动现象占据较大比重，与区域地质环境﹑水文气象条件等有莫大的关联。山体滑动现象发生的核心机制在于矿体向剪切破坏面滑移，由于剪应力超过该面的抗剪强度而发生山体滑动问题同时受区域气候条件或地质环境的影响，如遇到大面积降水或二次地震会加剧矿山地质灾害严重程度，造成的破坏力度不容忽视。针对山体滑动灾害问题应当着重从工矿地区入手。

2.5 砂土液化问题

地震来临前，砂土内部的蓬松粉含水量将持续增长，在这种情况下，细砂土内部结构将受到一定破坏，呈现出显著的液化问题。地震来临后，受震荡作用力的影响，饱含水分的砂土将会变得愈发细密，且内部空隙水压将不断升高。在由地震周期性运动所造成的作用力上升到一定程度时，砂土内部空隙水压也将达到一定限度。因而使得大量颗粒物质产生出现悬浮运动现象，形成近似于液体的状态。不同地质条件下的砂土液化程度将呈现出极大差异性，这种差异将诱发地质破坏现象。如，对于粗沉积颗粒而言，颗粒水压将于土层增长呈正比例关系。若沉积颗粒覆盖层压力地域水压力，地下水将夹杂着砂粒由地面喷涌而出，该现象被称为“喷水冒砂”。受水文地质因素影响，砂土地层常产生液化问题，并致使河道淤塞。而对于地表房屋来说，这将诱发严重的开裂与下沉问题，其土壤将由松弛装换为紧张状态，空隙中产生大量水分。基于振动影响，砂土粒间压力不断下降，沙硕间产生脱离问题，并形成悬液状态。一般来看，当地基层砂层出现液化问题，地下水将下渗，并在外界因素影响下逐步形成液化问题。

3 矿山水文地质环境问题防治措施

3.1 做好地质调查，建立地质环境信息系统

针对矿区水文地质工程实施过程易出现的问题应当做好全面调查，预先了解并掌握地区水文地质环境特点与实际情况，明确矿山水文地质和工程地质条件，结合相关数据信息利用信息技术建立相应的地质环境综合信息系统。在进行地质调查时首先需要对矿区地下水含水岩体结构及其含水性进行明确，同时重新界定合理的水文地质参数，以及各项参数信息积极落实地下水资源评价工作。其次对地下水系统进行明确划分，着重对地下水补排情况﹑水资源开发利用情况进行全面评价，为地下水资源的开发利用提供准确可靠的参考依据。再次依据地下水的化学特征及土质物理特征﹑水质特征进行明确总结区分，着重建设应急水源地重点区域，为应急供水用水提供便利。最后集中对岩体工程地质进行明确区分，着重评价岩体地质环境的稳定性。同时明确矿区水文地质问题的类型及地质分布特征，针对问题采取针对性防治措施。

关于不同项目的调查与评价涉及的有关信息应当及时上传到地质环境综合信息系统内进行存储，为后续的防治工作提供准确可靠的信息依据。同时利用信息系统能够不断提高调查评价工作质量和效率，促进水文地质项目调查规范化﹑科学化。

3.2 加强水文地质环境监测设计

水文地质环境监测工作的开展尤为关键，监测工作贯穿于水文地质环境问题事前预测﹑事中防治以及事后控制的全过程。近年来随着社会经济现代化建设进程的加快，国家有关部门不断提高对水文地质环境监测的关注和重视，在相关政策法规的约束下积极开展矿山工程项目。

有关部门开展水文地质环境监测工作应当以地下水资源的可靠质量作为具体衡量标准，实现水文地质环境问题针对性防治。

在信息技术的助力下，有关部门水文地质监测系统得到进一步的优化完善，借助勘测系统准确抓取地下水监测地点，并确定监测类型和范围，确保各项数据精确可靠。另外关于矿山地下水资源监测工作，近年来大量科技电子设备被应用其中，明显提高了监测工作质量和效率。在此情况下对监测工作人员有着更高的要求，要求监测人员加强对计算机信息设备的了解和学习，提高监测人员信息技术应用能力和水文地质环境问题解决能力。另外从社会公众水文需求角度出发，在现有网站体系的基础上增设专用水文服务站点，及时更新反馈最新水情及水资源开采利用情况，引导社会工作参与监督，逐步形成现代网络状监测体系。此外充分利用先进科学新技术持续推动水文地质环境监测信息化﹑网络化，充分发挥计算机信息设备的优势作用，不断提高自动化监测性能，确保各项监测任务有序落实[4]。

3.3 加强土地合理规划，提高地表水利用效益

水文地质环境问题日渐严重与人类的活动行为密不可分，通过加强土地合理规划能够有效协调人力资源与生态资源﹑经济资源间的矛盾关系，从根源上起到有效防治水文地质环境问题的负面作用。为此需要针对土地利用情况进行全面调查，关于土地规划应当规范审批程序，促进土地规划管理与水文地质环境问题防治的有效融合。针对土地规划管理问题，有关法律法规得到持续完善，有关部门应当贯彻落实相关政策，积极执行土地规划监管工作，最大限度保障土地规划合理﹑土地资源利用效益最大化。另外针对土地规划审批需要重点明确区域地质灾害隐患，划分出重点灾害区域加强重点监管，同时要求土地规划部门对水文地质环境问题作详细全面的分析评估，严格禁止土地规划不规范﹑地下水过度开采利用的现象出现。

此外，有关部门应当重点加强地表水利用管理，采取有效措施将地表水进行转化，为工业领域提供充足的工业用水，相应的需要将地下水合理转化为农业或生活用水，实现用水效益最大化。