水文地质因素对矿山地质灾害的影响及防治措施研究

2023-01-09许志伟

中国金属通报 2022年18期

关键词：含水层水文地质灾害

许志伟

我国整体国土面积十分广阔，地区之间在地理环境方面存在的差异性比较大，部分区域地质灾害发生比较频繁，为尽量减少地质灾害产生的危害与影响，降低经济损失与减少人员伤亡，应针对地质灾害形成的水文地质展开详细分析，增强防灾减灾质量与效率。

1 水文地质基本概述

通过水文地质，可以将地下水变化与流动反映出来，对于地下水来讲，结构比较复杂，因此流动也较为复杂。矿山发生地质灾害与地壳进行的自然运动都能将地下水发生的流动变化体现出来，在开发或者是使用地下水时，很可能会导致矿山地质发生灾害。

2 矿山地质灾害的主要类型

第一，冒顶片帮。此种灾害比较普遍，其中主要为块体冒落、岩石脱落、底层坍落和地质结构、采矿引发的坍塌，尤其是矿岩整体稳定性较大，难以采矿的矿体和软弱夹层比较容易出现大规模垮落，造成冒顶事故。第二，采空区、山地面塌陷。一般来讲地面塌陷会发生在井下开采矿山和地下井，采空区由于矿柱过少或者是受损造成其支撑能力较差，进而导致地面出现塌陷。并且矿体埋藏相对较深矿区展开开采工作时没有及时进行回填以及崩落采空区，随着规模的逐渐增加，塌陷的面积与规模也会变得越来越大。除此之外，岩溶分布区当中，在矿山排水疏干影响下，上方会出现塌陷。第三，井下突水。这种情况下主要受含水层影响，受非正常开采和违规操作影响，如果遇到采空区、积水巷道、地下暗河、溶洞等含水体，可能会导致隔离岩层发生失稳问题，进而引发灾害。特别是进行水体下采矿时，需进行专门论证并且运用专门防治措施。第四，滑坡和崩塌。这两种现象属于露天矿上中较为常见的地质灾害，发生频度比较高，影响矿山安全性，采空区发生山体滑坡可能是受到超量开采影响，同时也可能发生露天矿场自身边坡失稳情况。上述灾害和地质条件、自然环境之间的联系十分紧密。第五，地下水位下降。矿山无论是进行露天开采还是地下开采，均需要进行程度不同的疏干排水，在此情况下，地下水位十分容易出现下降问题，产生大疏排漏斗，导致地表水系、地下水系发生破坏，降低地表整体蓄水能力。地下水位一旦出现下降问题，产生的危害难以恢复，可能会造成岩溶塌陷问题。第六，泥石流。泥石流的出现主要是由于矿山在开采时废渣、尾矿未能进行规范管理造成，废渣、尾矿在处理时运用随选随排方式，因此会在山坡或者是沟谷大量堆积，一旦出现大于，就容易引发泥石流，对于采矿工作的安全性危害较大。第七，深部岩爆。就岩爆来讲，主要是受到应力的作用和影响，开采时如果深度超过一千米，受到的应力影响将会比较大，导致岩层出现岩爆情况。基于破裂机制进行分析，岩爆的产生主要是由于开挖卸荷时岩石本身弹性应变可以进行瞬间释放，进而导致脆性破裂和爆裂情况出现。

3 矿山地质灾害分布特征与防治现状

从分布特征来讲，首先，地质灾害的实际分布会在地质环境分布不同的情况下有所不同。灾害分布往往较大程度上会被周边地质环境所影响，其中主要为泥石流、滑坡、崩塌等，平原地区发生灾害往往会使地表受到破坏，或者是导致制备破坏有所加剧，我国由于地理面积广阔，因此地质环境具有的差异性相对较大，结合地形地质、岩石、水文气象，灾害发生概率由高到低分布为中高山地区、中低山丘陵、平原盆地、黄土高原、戈壁沙漠、多年冻土区域。2020年全国发生的地质灾害中，滑坡4810起、崩塌1797 起、泥石流899 起、地面塌陷183 起、地裂缝143 起、地面沉降8 起，造成139 人死亡（失踪）、58 人受伤，直接经济损失50.2 亿元。2020年地质灾害发生数与2019年相比增加26.8%。在峡谷与山地比较多的区域中，在多雨和气候温顺影响下，容易出现滑坡、泥石流情况，在开采矿山影响下，地质灾害实际发生概率会有所加剧。其次，矿区发生的地质灾害具有类型多样特点，并且实际发生频次具有差异性。矿区出现地震情况时，往往会发生地表变形、破裂、泥石流、斜坡失稳等问题，进而导致砂土液化、泥石流等，最终造成矿区中发生地表破裂，但是灾害发生频次具有一定差异性。最后，不同矿区发生的地质灾害具体类型。地区如果降水比较丰沛，则地质灾害便会比较高发，西北地区虽然会出现滑坡、塌陷等地质灾害，但往往产生的危害性并不大。早期开展矿山地质相关工作时，一直运用先开采然后治理的模式，这种方式虽然能够使经济效益获得极大程度提升，但是往往会严重破坏矿山环境，导致地质灾害的出现。在开采和治理二者矛盾逐渐激化的情况下，认识到了保护矿山的重要性，开始通过有序且科学的方式展开矿山开采，并且合理措施修复治理环境，其中主要涉及水资源、地形地貌、土地资源，约束矿山开采行为，在绿色开采思想理念影响下，矿山开采过程中，环保意识明显提升，这在一定程度上加强了对于矿山地质的保护，能够利用有效方式对地质灾害进行监测和预防，其中主要为崩塌、滑坡、地面塌陷、泥石流等，进而减少矿山地质灾害产生的影响与风险，提升相关环境的治理效果和恢复效果。

4 水文地质因素对于矿山地质灾害产生的影响

4.1 含水层结构受到破坏造成矿山地面发生塌陷

矿山进行高强度开发情况下，难免会导致矿山地质环境发生破坏，严重影响矿山含水层。开采活动会直接造成含水层导水、含水、隔水多种能力出现变化，造成水动力层出现扰动，破坏含水层结构，导致地面发生塌陷，对于结构破坏来讲，包含的类型为三类。首先，建设矿井揭露含水层；其次，导水裂隙带受到影响拓宽明显，矿井中出现含水层渗漏；最后，含水层通过裂隙在空采区出现，以致于板底突水。这单种情况的出现会破坏矿山覆岩发育，造成含水层实际渗漏速度明显增加，地表产生拉伸缝隙，并且地面会出现塌陷，坍塌区域中积水明显，进而使矿山开采时的安全性受到较大不良影响。同时含水层在结构受到破坏以后，会出现持续排水活动，产生降落漏斗，采矿活动在逐渐进行过程中，漏斗面积会明显增加，进而矿山结构受到破坏，威胁矿山整体稳定性，容易引发滑坡以及崩塌现象。

4.2 水位变化影响地下水平衡

开采矿山时，会将大量地下水抽排疏干，以致于地下水位出现大幅下降问题，区域当中水平衡会被破坏，进而导致地下水发生枯竭，并且对工农业用水、生活用水产生严重不良影响，对周围居民生活形成破坏，在停止进行排水以后，地下水平衡会出现持续性变化，逐渐向含水层介质进行回灌，造成断层出现导水性变化。同时含水层在径流、补给、排水方面也会有所变化。地下水平衡对于地质构造以及地形地貌具有控制性作用，因此平衡不稳定情况下，地下水在流场形态上会有所改变，由原本水平流动向着垂直流动，流动速度也会有所加快，受水动力影响，低洼区域可能会出现沼泽化或者是被淹没情况，进而使矿区整体生产安全受到严重威胁。

4.3 水污染导致矿山环境负担有所加重

如果矿山出现水质污染，则附近水土环境承担的负担有所加重。问题主要体现在这几方面：首先，地表水污染，原因为有害物质发生累积、矿石淋滤、矿坑排水导致有害物质发生堆积。在此影响下，有害元素会发生富集，对农业、工业用水整体水质产生不良影响。其次，地下水污染，原因在于矿石淋滤、矿坑水向着河流排入然后对地下水进行补给，以及矿坑排水会产生串层污染。进而导致有害元素向地下渗入，对河流湖泊当中的生物会产生一定威胁，生物链受到破坏。最后，突土壤污染，原因在于废水中悬浮物、固体废弃物发生的淋滤作用，以及矿坑未能达到规定标准。进而重金属离子会对耕地产生污染，影响附近居民安全健康。一般来讲，矿石中含有重金属元素，在开采过程中，氰化物、重金属、残留炸药等含有的有害元素往往一部分会渗入到地下，另一部分会在地表残留，以致于水质被污染。同时水质污染会导致土壤质量受到影响，降低土地利用率以及耕地价值。

5 水文地质因素影响下矿山地质灾害防治措施

5.1 做好勘察工作与调研工作

水文地质因素对于地质灾害产生的影响会比较大，应注重预防策略的制定与提升，在此过程中，应展开调研工作、勘查工作，获取相关数据，并且获取数据时体现出针对性，推动各项工作完善，尽量将不必要问题的产生减少。首先，针对灾害进行初期勘察时，应充分了解灾害类型、灾害原因、灾害产生的影响，使各项内容处于掌握中，进而预防工作在实际执行时可以体现出明显针对性，降低不必要问题的发生概率，进而使灾害解决力度得以巩固。其次，落实调研工作和勘查工作的部署，加强各项工作分析、测算，进而使今后工作安排获得有效改善。

5.2 加强灾害监测工作

为了将地质灾害发生尽量减少，降低灾害产生的影响与损失，相关部门需尽量将防治地质灾害监督工作与研究工作做好，保证防治工作整体水平，进而使公共安全获得比较充分的保证，确保人民实际生活质量。并且工作中，强化灾害预警，积极吸收先进管理理念，加强对水文地质的了解，推动相关措施落实，对于地质灾害易发区域，尽量不展开工程建设。正式施工时需先勘察水文、地形，加强对区域水文了解。并且施工时有效展开监测工作，避免地壳发生突然移动问题。管理部门应积极展开管理工作，施工单位制定合理、科学方案，结合施工方案展开施工，规范施工过程。除此之外，重视运用监测系统，及时将存在的安全问题发现，结合问题实施预防措施，尽量降低不利因素产生的影响，进而使工程在运行时的安全性获得比较充分的保证。并且需要考虑到环境产生的影响，气候、季节往往会对地质结构产生不良影响，处于夏季时降雨量往往比较大，多数地区地下水位会有所上升，雨量如果过多，则容易导致地下水位出现升高情况，导致土壤层受到破坏，在夏季时，应加强监测地下水位，地下水位在比较浅的情况下，需运用合理措施展开防治工作。

5.3 及时修复受到严重破坏的区域

为了将滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害减少，应重视矿山地质结构发生严重破坏的区域，如果区域中裂缝较大或者是塌陷较大，需做好刺丝围栏防治工作，放置安全警示牌，然后通过就近取土发布方法，填充塌陷位置中稳定的区域，并且针对塌陷区域展开支撑加固工作，避免出现崩塌或者是滑坡情况。形成坍塌以及滑坡的区域中，应展开抗滑挡墙以及减重工作，通过抗滑桩以及预应力锚杆增强失稳坡体整体稳定性，坡脚位置通过挡墙以及挡渣坝降低对于生活区产生的破坏。防治泥石流过程中，可以运用生活、工程措施二者结合方式，对于工程措施来讲，主要为拦挡、防护、排导。对于生物措施来讲，主要为运用植树造林以及修复植被，通过运用上述措施事先预防。

5.4 保证地表水与地下水处于动力平衡状态

为了使矿山水动力平衡获得比较充分的保证，应积极监测矿山中的地表水以及地下水，具体实施时，应关注这几方面：第一，做好监测点控制工作，通过当前水文钻孔建设长期监测井，运用定点采样形式测试分析水文质量。第二，对于水平衡出现的被破坏风险，进行开采时选择对于岩层实际破坏程度比较小的方式，防止出现不良钻孔，进而使水层结构整体稳定性获得比较充分的保证。第三，重视矿坑排水收集工作以及排水量计算工作，了解矿区排水可能对含水层产生的影响，监测过程中的重点内容为水温、水层厚度、流速、水位、水质这些方面，并且针对排水城可能对水平衡产生的不良影响进行分析，保证水平衡保护整体效果。

5.5 构建灾害处理科学管理体系

灾害在发生情况下，相关工作人员应结合实际情况运用有效处理措施，进而尽量减少灾害产生的影响，以免灾害出现较大损失。灾害类型不同时，应设置差异性应急预案，保证应急预案的不同。并且在实施过程中，形成以人为本思想理念，了解开采活动可能会产生的影响，以免出现二次伤害，这就需要施工方以及相关部门建立灾害专项预案，尽量减少灾害产生的不良影响。

5.6 针对废水废弃物做好资源化管理

开采矿山时往往会产生废弃物以及废水，在此过程中需重视资源化管理，促进污废水进行循环利用，降低工程使用地下清水实际次数，执行废弃物回收标准，保证废弃物以及废水达到排放标准基础上向外排放。如果供水井止水不良，应展开封堵工作，防止发生传播污染情况，最为重要的是封堵分水岭位置供水井，通过自山而下方式展开注浆封堵以后实施水压测试，进而使风度以后的效果获得比较充分的保证，区域在已经发生污染的情况下，利用垂直反应墙、压水测试、生物降解、复合生态系统等多种方式将污染物有效去除，进而保证治理工作开展效果。

5.7 展开综合治理工作

针对水文地质进行治理过程中，应强化地下水污染和开发用工作，进而使治理效果获得比较充分的保证，促进地下水呈现出良好稳定性。地下水在被污水污染情况下，往往会破坏地下水生态结构，形成的危害比较大，为防止水文地质产生不良影响，针对地下污水展开强化治理十分重要。治理时可以运用综合治理方式，实现对水源污染的有效治理，并且做好污染源分析工作，避免出现大范围污染情况，也需充分了解污染源，积极运用污染处理全新技术，保证治理质量与效率。同时水污染治理中应合理开发、科学利用水资源，我国地下水资源虽然比较丰富，但是区域分布存在一定差异性，过度开采、开发地下水问题比较突出，这对于地质系统整体稳定性会产生较大不良影响。地下水总量在过多的情况下，形成的冲击力会严重影响地下结构，难以保证地质系统整体稳定性。并且地下水过度开采未能进行及时补给的情况下，地下水位会发生明显下降问题，严重时可能使漏斗区域发生地面塌陷，这就需要科学计算、判断地下水资源。同时区域实际情况结合在一起，减少灾害产生的损失。

5.8 科学开发和利用资源

在开发资源过程中，应保证开发利用的科学性、合理性，油气资源、矿产资、水资源等进行开发利用以后，针对出现的地面沉降问题，应及时展开补偿，通过外河地质构造针对地下开挖对应地质构造展开补偿，体现出资源在开发、利用时的科学性、合理性，降低开发利用时发生非科学水文地质转化问题，避免出现比较严重地质灾害。

5.9 重视重点区域防治

针对边坡变化进行实时检测，使边坡稳定性获得充分保证，由专业人员针对矿山地址进行勘察，针对已经出现的灾害点，在正式进行开采之前需将加固工作做好。开采挖掘坑道时，应保证坑道中获得足够支撑，并且落实防护工作。以防在支撑不足情况下出现坍塌问题。同时应重视隐患排查工作的实施，尽量使潜在风险实际发生概率降低，减少灾害发生。可以由专人进行检查，并且做好数据分析、收集、处理工作。通过针对重点区域进行防治，可以进一步优化灾害防治工作的整体效果。