石灰石開采過程中地下水影響與預(yù)防措施分析

何劍平 張臘根 劉基

（廣東核力工程勘察院 廣州花都 510800）

0 前言

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)正處于高速發(fā)展過程，國家正加大基礎(chǔ)建設(shè)投入。基礎(chǔ)建設(shè)的增加，需要大量建筑材料，作為基礎(chǔ)建筑材料之一的水泥需求量不斷上升。石灰石作為水泥生產(chǎn)的主要原料，其需求量也不斷擴(kuò)大。石灰石均位于灰?guī)r地區(qū)，石灰石的開采無疑都會(huì)影響地下水。

1 石灰石開采對地下水的影響途徑

1.1 石灰石開采過程中的環(huán)境影響初析

一般礦山類項(xiàng)目，對環(huán)境影響類型與影響程度如表1所示。

表1 礦山類項(xiàng)目環(huán)境影響類型與影響程度

1.2 地下水影響

根據(jù)石灰石開采類項(xiàng)目特征，項(xiàng)目僅開采石灰石，石灰石本身不含重金屬；僅有開采過程，不添加任何化學(xué)藥劑，整個(gè)開采過程對水質(zhì)影響主要為懸浮物（包括地表水與地下水）。礦坑涌水在沉砂池中停留后，懸浮物將沉淀到沉砂池內(nèi)，沉砂池滲入地下部分基本不含SS。但由于項(xiàng)目位于灰?guī)r地區(qū)，灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育，開采過程將影響當(dāng)?shù)氐叵滤?。本?xiàng)目對地下水環(huán)境影響主要為采礦期對地下水水位影響見表2所示。

表2 本項(xiàng)目地下水環(huán)境影響識(shí)別矩陣

2 石灰石開采過程對地下水的影響分析

2.1 石灰?guī)r地區(qū)基本水文地質(zhì)狀態(tài)

灰?guī)r地區(qū)，一般含水層包括第四系孔隙水含水層、碳酸鹽巖溶洞裂隙含水層和塊狀巖類裂隙含水層。

（1)第四系孔隙含水層

主要分布于礦區(qū)地表，由殘坡積及沖洪積的含砂礫粘性土、碎石土、礫砂等組成，厚度不均。殘坡積層一般透水性較好，富水性弱，沖洪積層局部富水性中等，沿河溪附近富水性較好。

(2)碳酸鹽巖溶洞裂隙含水層

由灰?guī)r、含燧石、夾泥灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖等巖層，為項(xiàng)目主要開采地層。巖層隱伏于第四系松散層之下，部分裸露地表，富水性不均一。淺部巖溶裂隙較發(fā)育，富水性中等。

(3)塊狀巖類裂隙含水層

礦區(qū)偶有分布，呈巖脈侵入產(chǎn)出。淺部風(fēng)化裂隙發(fā)育，尤其在侵入接觸帶巖性較為破碎。含弱風(fēng)化裂隙水或脈狀水。

2.2 石灰石開采對地下水水質(zhì)影響

石灰石開采一般屬露天開采，開采過程中為降低大氣環(huán)境影響，將采取灑水除塵等措施，該部分水除蒸發(fā)部分外，另有少量進(jìn)入地下，可能會(huì)污染地下水。但開采過程中僅對原地下巖層進(jìn)行開采，當(dāng)?shù)貛r層作固體廢棄物時(shí)為一般性固體廢棄物，一般不會(huì)浸出毒性，排土場滲水水質(zhì)與當(dāng)?shù)氐叵滤|(zhì)基本一致，排土場滲水不會(huì)影響排土場地下水水質(zhì)。除塵用水經(jīng)巖層進(jìn)入地下后不會(huì)影響地下水環(huán)境水質(zhì)。綜合考慮，石灰石開采一般不會(huì)影響當(dāng)?shù)氐叵滤|(zhì)。

2.3 水位影響

第四系孔隙水和基巖裂隙水主要接受大氣降雨的直接補(bǔ)給，地下水隨季節(jié)變化大；巖溶水受大氣降雨的影響較大，地下水主要靠大氣降雨滲入第四系土層后間接補(bǔ)給，并受季節(jié)的影響。地下水的動(dòng)態(tài)變化與大氣降水關(guān)系密切，受氣象因素的影響明顯。

第四系孔隙含水層與溶洞裂隙含水層之間無明顯的隔水層存在，水力聯(lián)系比較密切，隨著開采延深，采場排水，自然流場改變之后，孔隙水可通過巖溶裂隙進(jìn)入采場，河流等地表水亦可通過第四系松散層與采場發(fā)生間接聯(lián)系。

礦體灰?guī)r溶洞裂隙是采場礦坑充水的直接通道，礦坑涌水量大小主要取決于采場礦坑所揭露的礦體灰?guī)r巖溶發(fā)育程度。一旦因采場礦坑拓展溝通了較大的溶洞、裂隙，涌水量就會(huì)陡增，甚至?xí)霈F(xiàn)大流量突水。

礦區(qū)周圍構(gòu)造斷裂具一定的導(dǎo)水性和富水性，如礦區(qū)周圍有較大的地表水體，構(gòu)造斷裂勾通較大的含水構(gòu)造，其動(dòng)力補(bǔ)給來源充足足，會(huì)對礦床充水造成大的威脅。

石灰石開采對地下水影響半徑可根據(jù)地下水導(dǎo)則進(jìn)行計(jì)算（計(jì)算示意圖如圖1所示）：

圖1 地下水影響半徑計(jì)算示意圖

R＝2S*(HK)1/2

式中：K－滲透系數(shù)，一般由抽水試驗(yàn)確定；

H－潛水層厚度，用區(qū)域厚度代替；

S－設(shè)計(jì)礦坑水位降深，一般可達(dá)數(shù)十m；

一般情況下，在礦山開采過程中，如不采取堵水措施，當(dāng)采掘過程中采坑周邊為起點(diǎn)向外輻射可能超過1km的地下水位降落漏斗區(qū)，影響范圍覆蓋非常大。

3 地下水環(huán)境預(yù)防與保護(hù)措施

礦山將采取堵水方案，最大限度地減小采場涌水量，改善開采技術(shù)條件，提高邊坡穩(wěn)定性，同時(shí)防止因地下水位降低引起的征地范圍以外地區(qū)的地面沉降、開裂，魚塘干枯，防止對礦山周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重大影響，從而使礦山生產(chǎn)獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

根據(jù)確定的開采范圍，礦區(qū)巖溶分布，第四系孔隙水的分布，有必要對開采境界第四系最終邊坡的孔隙水采取阻斷措施，以防止礦區(qū)紅線以外地區(qū)的地面沉降、開裂、魚塘干枯，并保護(hù)采場最終邊坡的穩(wěn)定性。

具體措施如下：

（1）堵截第四系孔隙水；

（2）堵截巖溶水；

（3）地表水防治。

為防止地面降水流入露天采場，設(shè)計(jì)在最終開采境界外圍設(shè)置截水溝，生產(chǎn)中在采場內(nèi)各臺(tái)段分別設(shè)置內(nèi)部截水、排水溝，將地表降水徑流排出礦區(qū)之外。溝底凈寬1m，平均溝深1.2m，設(shè)計(jì)采用漿砌毛石鋪底及護(hù)坡。

加強(qiáng)礦區(qū)外地下水監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)征地范圍以外地區(qū)的地面沉降、開裂，魚塘干枯等現(xiàn)象，立即查明原因，采取措施堵截地下水通道。可采取以下措施切斷地下水通道：

①較大的含水?dāng)嗔褬?gòu)造和串狀富水溶洞，根據(jù)采掘?qū)I(yè)技術(shù)規(guī)范，在安全隔離帶外含水?dāng)嗔训叵滤疀芰魃嫌芜M(jìn)行圍幕注漿，阻斷地下水涇流到開采范圍內(nèi)。巖溶較大富含水和開拓采準(zhǔn)工程基本在同一個(gè)水平上，距開拓采準(zhǔn)工程較近，采取變更開拓采準(zhǔn)工程設(shè)計(jì)，依據(jù)專業(yè)技術(shù)規(guī)范，繞過含水構(gòu)造和較大的富水巖溶如圖2所示。

②在開拓、采準(zhǔn)工程施工中，所揭露出的較小的含水?dāng)嗔押蛶r溶，均采用預(yù)注漿阻斷地下水流入開采區(qū)。如圖3所示。

礦山應(yīng)采取地下圍幕等措施，可切斷礦區(qū)內(nèi)地下水與礦區(qū)外環(huán)境地下水通道，保證礦區(qū)外地下水環(huán)境不受到嚴(yán)重破壞。

4 結(jié)語

石灰石作為基礎(chǔ)建設(shè)材料水泥的原料，其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用不可小視。但石灰石均位于灰?guī)r地區(qū)，其開采過程不可避免地會(huì)引起地下水的水位變化。如果處理不當(dāng)，地下水影響范圍可能達(dá)1km以上，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐叵滤?，甚至?xí)绊懙叵罗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但如果采取恰當(dāng)?shù)墓こ檀胧煞乐沟V區(qū)紅線以外地區(qū)的地面沉降、開裂、魚塘干枯，并保護(hù)采場最終邊坡的穩(wěn)定性。

[1]《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則地下水環(huán)境》（HJ 610－2011）