礦山地下開采活動對地下水環(huán)境的影響分析

孟貴和

[摘要]礦山的開釆工程使地下水原有的徑流途徑發(fā)生改變，從而對地下的水流系統(tǒng)造成一定影響，其最主要的表現(xiàn)形式是礦坑涌水。預測礦坑的涌水量，不僅是研究礦山開采活動對地下水流系統(tǒng)影響的基礎，同樣也是高效利用礦山水資源的基礎，預測礦坑涌水量的精度會對礦山的安全生產(chǎn)產(chǎn)生直接影響。因此，把礦坑涌水量預測作為基礎，開展礦山地下開采對地下水流影響的相關研究，有一定的實際應用價值與理論意義。

[關鍵詞]地下開采 地下水環(huán)境 礦坑涌水量 影響

[中圖分類號] P641.7 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-332-1

1前言

地下開采工程一般通過改變原有地下水徑流途徑而對地下水流系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而改變礦山地下水滲流場與水文地質(zhì)條件，這主要是由礦坑疏干排水造成的。礦井排水通常造成淺層地下水的水位下降，導致土地沙漠化，農(nóng)作物減產(chǎn)，破壞了原有水資源在自然環(huán)境下的動態(tài)均衡，所以，預測礦坑涌水量，不單單是高效利用礦山水資源的基礎，同樣也是礦山開采對地下水影響的研究基礎。把礦坑涌水量預測作為基礎， 開展礦山地下開采對地下水流影響的相關研究，不僅具有一定的理論意義，還具有一定的實用價值。

2礦坑涌水量預測

礦坑涌水量的多少是判定礦床水文地質(zhì)的復雜程度非常重要的指標，同時，還是相關礦山設計部門確定防治水措施與排水設備的主要依據(jù)，在勘探與生產(chǎn)活動當中具有非常重要的意義。預測的礦坑涌水量如果偏大，將會造成礦山開采停滯和開采成本的增加；如果偏小，就可能會因防治水措施的不足而造成礦井突水事故，直接危害到生產(chǎn)人員的生命財產(chǎn)安全。所以，預測礦坑涌水量需要在查明水文地質(zhì)和區(qū)域地質(zhì)條件的基礎上，結合實際水文地質(zhì)條件采用具有代表性的數(shù)學模型和計算參數(shù)及計算方法，來提高預測結果的精度和可信度。

2.1礦坑涌水量預測——解析法

解析法預測礦坑涌水量主要是采取建立解析公式來進行預測，主要是依據(jù)地下水動力學的相關原理，參考初始條件與邊界條件的不同模式設計出相對應的地下水運動的模型，同時使用數(shù)學解析方法來進行求解。解析法是比較傳統(tǒng)的預測方法，它在預測礦坑涌水量等相關方面被廣泛應用。

2.2礦坑涌水量預測——數(shù)值法

數(shù)值法將全部的研究區(qū)分成許多個近似均質(zhì)與形狀規(guī)則的單元體，使用合適的不同水文地質(zhì)參數(shù)賦值給所有的計算單元，將各個計算單元都集合成一體就可以表現(xiàn)出研究區(qū)域在水文地質(zhì)上的非均質(zhì)性與幾何上形狀的不規(guī)則。而針對非穩(wěn)定滲流問題，還要把計算時段分成許多時段單元，時段單元的集合指的就是需要研究分析的總時間段。

3礦坑涌水對地下水流場影響分析

在天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)單元內(nèi)，地下水運動的過程為排泄、補給和徑流。在地質(zhì)構造、水文地質(zhì)條件與土壤特性及地貌等等不改變的條件下，進行補徑排循環(huán)。但是為了使礦山能夠進行安全開采，采礦活動需要抽排出礦井涌水，即將在采場周圍對可以進入井巷或是對井巷有威脅的地下水進行有效疏干，使周圍的地下水水位下降，從而迫使采場周圍地下水動力場產(chǎn)生影響，但在礦坑排水中礦坑涌水的水量大小占據(jù)非常大的決定作用，因此必須要進行礦坑涌水的產(chǎn)生對附近地下水系統(tǒng)的影響進行一系列的詳細分析。另外，大幅度下降的地下水位，會造成地下水在包氣帶中徑流途徑發(fā)生改變，從側向徑流變成了垂向徑流，從而對地表灌溉系數(shù)、地表基流量與土壤墑情造成非常不利的影響。

3.1對地下水資源影響分析

采礦活動以及形成的礦坑涌水，將會讓地下水流場與地應力場在一定范圍內(nèi)改變。進行礦山開采首先會對礦體裂隙含水巖組進行破壞，隨著礦床排水與礦體大面積的釆空，將會造成礦體頂板巖體發(fā)生塌陷、變形、破碎和松動，以及斷層裂隙的延伸加寬，從而形成冒落帶、垮落帶和移動帶以及變形帶，導致采場周邊地應力場的改變；伴隨礦坑涌水的不斷排出與采空區(qū)的形成，改變了原有的地下水流場，形成了地下水降落漏斗，在降落漏斗影響范圍內(nèi)，地下水流的運動速度變得更快，地下水的靜儲量驟減。

此外，地下水水位的大幅下降，讓局部飽水帶變成了包氣帶，將提高地下水滲流速度與水力坡度，并加大地下水的沖蝕能力，進一步引起巖溶塌陷等地質(zhì)災害的發(fā)生，從而影響和改變礦山所處的水文地質(zhì)條件。在對地下水進行影響分析預測的時候，需要遵守“最大”的原則，并結合研究區(qū)的地表水發(fā)育現(xiàn)狀，以暫時不對地表水的補給進行綜合考慮。

3.2對地表水資源影響分析

礦山開采活動對地表水資源的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，破壞了流域水文下墊面，伴隨礦井的持續(xù)開拓，不斷擴大采空塌陷區(qū)，將造成礦體裂隙含水巖組的水位大幅下降，和潛水自由水面的蒸發(fā)下降，及降低水土的保持能力；第二，地表的基流減少，在礦山進行基建之后，因為礦床需要進行生產(chǎn)排水，會導致礦床頂板以上的一些含水巖組的疏干與破壞，大大減少地下水儲水空間，造成地下水的調(diào)儲能力下降，這將會對地表產(chǎn)匯流機制產(chǎn)生影響。

3.3對土壤與農(nóng)林灌溉用水影響分析

礦坑涌水對土壤造成的影響主要體現(xiàn)在：土壤的結構變松，土壤的侵蝕程度增加，土地的生產(chǎn)能力下降。礦坑涌水造成淺層地下水的水位大幅下降，而地表降水補給比較強烈，因此礦坑涌水一般不會對區(qū)內(nèi)的農(nóng)作物正常生長產(chǎn)生較大影響，不過會使農(nóng)田耕作的灌溉強度增大。

4結論

受到褶皺與斷裂等地質(zhì)構造的影響，礦山涌水形成的水文地條件較為復雜，同時礦坑涌水一般是大降深疏干排水，因此本文對礦山開釆活動對地下水水資源產(chǎn)生的影響進行深入分析，最后認識到礦山地下開釆會造成采場周圍含水巖組水位的降低，也會造成孔隙潛水越流補給的增加，和孔隙潛水位的大幅降低甚至疏干，以及降低土壤的保墑能力，增大農(nóng)田耕作灌溉的強度，和降低潛水自由水面和水土的保持能力，以及減少地表的基流，從而影響地表產(chǎn)匯流機制。

參考文獻

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