礦區(qū)地下水疏干對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響與防治

薛丁煒，陳云芳，王曉翠，徐海洋，李　婧，劉賀軍

（河北省保定地質(zhì)工程勘查院，河北保定071051）

礦區(qū)地下水疏干對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響與防治

薛丁煒*，陳云芳，王曉翠，徐海洋，李婧，劉賀軍

（河北省保定地質(zhì)工程勘查院，河北保定071051）

深部采礦往往會(huì)遇到采礦巷道涌水、突水的影響，為保證地下采礦活動(dòng)的安全，礦山常設(shè)計(jì)地下水的疏干工程。而地下水的疏干工程則往往是大規(guī)模的降水工程，其影響的范圍會(huì)波及到疏干含水層的補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)。在補(bǔ)給區(qū)由于過(guò)度的排泄，使地下水持水度減小，可造成植被退化、土地荒漠化等不良現(xiàn)象；在排泄區(qū)，則往往因水源補(bǔ)給不足，造成水循環(huán)周期增長(zhǎng)，水質(zhì)惡化等不良現(xiàn)象。從理論闡述的角度出發(fā)，來(lái)揭示這些因礦山開(kāi)發(fā)而造成的不良地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)環(huán)境破壞現(xiàn)象，并試圖引導(dǎo)人們?cè)诘V山工程設(shè)計(jì)及礦山環(huán)境治理實(shí)踐中更好地保護(hù)環(huán)境。

地下采礦；礦山環(huán)境；地下水疏干；防治工程

我國(guó)有約60%以上的采礦活動(dòng)是在地下的深部采礦，豎井、平硐、斜井等是實(shí)現(xiàn)深部采礦活動(dòng)所必需的礦山基礎(chǔ)工程或設(shè)施，而由于地下含水層和地下水的存在，深部采礦往往會(huì)遇到采礦巷道涌水、突水的影響，為保證地下采礦活動(dòng)的安全，礦山工程設(shè)計(jì)部門(mén)常設(shè)計(jì)地下水的疏干工程，對(duì)影響地下采礦活動(dòng)的地下水進(jìn)行疏干。然而，地下水的疏干工程往往是大規(guī)模的降水工程，其影響的范圍會(huì)波及到疏干含水層的補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)。

由于地下水流場(chǎng)的變化，在疏干含水層的補(bǔ)給區(qū)會(huì)由于過(guò)度的排泄，使地下水持水度大幅減??；在地質(zhì)環(huán)境上往往可造成植被退化、土地荒漠化等不良現(xiàn)象。在疏干含水層的下游排泄區(qū)，則往往因水源補(bǔ)給不足而造成地下水循環(huán)周期增長(zhǎng)、水質(zhì)惡化等不良現(xiàn)象。

1　采礦工程概述

采礦活動(dòng)總體可分為地表采礦和地下采礦2大類(lèi)，由于采礦活動(dòng)的內(nèi)容、地理和空間位置的不同，采礦過(guò)程中所建造的采礦附屬工程和所使用的生產(chǎn)工藝也各不相同。

1.1地表采礦工程概述

露采礦山主要有以建材、稀土、粘土、云母、煤炭等為主的非金屬礦山和以鐵、銅、金、銀、鎳、鉛等為主的金屬礦山。其生產(chǎn)工藝為露天采掘，采掘形成的地表工程有采坑、掌子面、溝槽等，其破壞范圍主要在地表和地表以下的可進(jìn)行露天采掘的淺部含礦地層。其采掘過(guò)程可以是人工挖掘，也可以是機(jī)械挖掘或爆破施工，礦山的附屬工程則包括安全平臺(tái)的設(shè)置、公路開(kāi)拓、礦山工業(yè)場(chǎng)地及排土場(chǎng)等。

1.2地下采礦工程概述

地下采礦活動(dòng)的情形比較復(fù)雜，地下采礦既有固體礦產(chǎn)也有液體和氣體礦產(chǎn)。地下開(kāi)采的固體礦產(chǎn)主要有煤炭、石英、石膏、氟石、電氣石、螢石、磷灰石等非金屬礦以及鐵、銅、鋁、錳、金、銀、鎳、鉬、鎢、鋅、鉛、鈾等金屬礦。液、氣態(tài)礦產(chǎn)則主要有石油、地下水（包括地下熱水）和天然氣。地下采礦所使用的采礦工藝也是多種多樣、五花八門(mén)。地下采礦活動(dòng)主要是利用平硐、斜井、豎井、井管等礦山基礎(chǔ)工程或設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)地下采礦的。其采掘過(guò)程主要在固體礦產(chǎn)的開(kāi)采過(guò)程中適用，采掘工藝主要為機(jī)械挖掘和爆破施工；而液、氣態(tài)礦產(chǎn)則是在勘探揭穿礦層以上覆蓋層后，即由井管和配套泵站直接進(jìn)行控制和輸出。

2　礦山環(huán)境問(wèn)題的類(lèi)型

不同類(lèi)型的礦區(qū)，由于采礦活動(dòng)的內(nèi)容、地理和空間位置及所使用生產(chǎn)工藝的不同，其對(duì)地質(zhì)環(huán)境所產(chǎn)生的影響也存在著一定的差異。

2.1地表采礦活動(dòng)所產(chǎn)生的地質(zhì)及環(huán)境問(wèn)題

露采礦山主要有以建材、稀土、煤等為主的非金屬礦山和以鐵、銅、金、銀、鎳、鉛等為主的金屬礦山。這類(lèi)礦山采礦活動(dòng)形成的礦山環(huán)境問(wèn)題主要是形成大范圍的露天采坑，遺留大片的高陡邊坡，采場(chǎng)和廢石場(chǎng)遺留大量的采礦廢渣石。因此，也是崩塌、滑坡及泥石流次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的敏感地帶。另一方面，露天采礦在形成大面積的占地和植被破壞的同時(shí)，還會(huì)造成水土流失和破壞地形地貌景觀(guān)及形成揚(yáng)塵污染空氣等。而選礦生產(chǎn)還會(huì)造成土壤和水源的污染。

2.2地下采礦活動(dòng)所產(chǎn)生的地質(zhì)及環(huán)境問(wèn)題

地下固體礦產(chǎn)采礦活動(dòng)對(duì)環(huán)境形成的影響，主要是硐采過(guò)程中形成大范圍的地下采空區(qū)，破壞賦礦層、圍巖及頂?shù)装宓恼w性、穩(wěn)定性和一系列與采礦活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的地質(zhì)及環(huán)境問(wèn)題，主要有粉塵污染、巖爆、瓦斯突出、礦坑突水、水均衡系統(tǒng)破壞及海水入侵、地下水及土壤污染等。由此類(lèi)采礦活動(dòng)派生出的地質(zhì)災(zāi)害主要有地面沉陷、采空塌陷、地裂縫。

地下液、氣體礦產(chǎn)采礦活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，主要是液、氣態(tài)礦產(chǎn)開(kāi)采后由于地壓減小而導(dǎo)致大范圍的地面沉降和沉降區(qū)周邊地帶的地裂縫災(zāi)害；含水層的越流補(bǔ)給和水質(zhì)混雜、惡化；對(duì)開(kāi)采礦層回灌補(bǔ)給所形成的人為污染等。

更重要的是，無(wú)論是地上采礦的礦山還是地下采礦的礦山，其礦業(yè)活動(dòng)不止在礦山的礦業(yè)活動(dòng)范圍內(nèi)形成影響，它們還會(huì)影響到周邊地帶和與礦山地下水存在水力聯(lián)系的其它地區(qū)，這些地區(qū)也許與該礦山的距離很遙遠(yuǎn)。首先，在這些礦區(qū)范圍內(nèi)，如果采礦活動(dòng)涉及到地下水位以下的范圍，那么，礦山生產(chǎn)就必然會(huì)受到地下水的影響。為了保證礦山生產(chǎn)的安全，礦山生產(chǎn)管理部門(mén)必然要設(shè)計(jì)地下水的疏干工程，來(lái)保證礦山生產(chǎn)的正常運(yùn)行和采礦工人、機(jī)械設(shè)施的安全。其次，礦山生產(chǎn)管理部門(mén)應(yīng)對(duì)礦山生產(chǎn)對(duì)與礦山存在聯(lián)系的周邊或其它地區(qū)所產(chǎn)生的影響加以考慮，從而，實(shí)現(xiàn)更新意義上的“新型綠色礦山”建設(shè)。

3　地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與防治工程

3.1地質(zhì)環(huán)境保護(hù)

地質(zhì)環(huán)境保護(hù)既可以是實(shí)施礦山開(kāi)發(fā)前的行為過(guò)程和必然程序，也可以是礦山開(kāi)發(fā)過(guò)程中的行為過(guò)程和必然程序?！氨Ｗo(hù)”即保持、維護(hù)某一區(qū)域的正常的自然生態(tài)原貌或原有存在狀態(tài)，也就是對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)或周邊相鄰地帶未被破壞的地質(zhì)環(huán)境采取措施加以保護(hù)。然而，這些工作還只是狹義的，在小范圍內(nèi)施用的手段和方法，對(duì)與本礦區(qū)相關(guān)聯(lián)的地下水上游補(bǔ)給區(qū)和下游排泄區(qū)來(lái)說(shuō)，這些做法和行為過(guò)程是沒(méi)有意義的。對(duì)此，我們要另想辦法，比如在上游截流蓄水，以減少對(duì)本區(qū)的補(bǔ)給。這樣做還有一個(gè)好處，就是同時(shí)降低了采礦區(qū)礦硐內(nèi)的涌水量，也就是相應(yīng)地減少了礦區(qū)地下水的疏干量。但這些工作需要我們?nèi)プ龈?、更詳盡的調(diào)查和評(píng)價(jià)工作，以制定合理的控制或防護(hù)計(jì)劃和措施。

3.2防治工程

“防”是預(yù)施工程；即為了預(yù)防、扼制地質(zhì)環(huán)境某種惡化傾向而采取的手段和措施。“治”是后善工程；即針對(duì)地質(zhì)環(huán)境中某一現(xiàn)存不良或破壞現(xiàn)象的治理實(shí)踐。在當(dāng)前的認(rèn)知和科技水平狀況下，對(duì)礦山范圍內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題一般采用支擋、錨固、攔截、疏導(dǎo)等工程措施和追施水肥、密植等生物措施，來(lái)預(yù)防或?qū)χ芜@些實(shí)際問(wèn)題，而在更大范圍內(nèi)和更廣范疇上存在的問(wèn)題，目前尚未提及，更沒(méi)有任何施用預(yù)防、對(duì)治措施的先例。對(duì)此，我們應(yīng)該加以重視和進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)、周密的考慮。

3.3合理開(kāi)發(fā)與利用

針對(duì)礦山生產(chǎn)疏干地下水在更大的范圍內(nèi)造成不良影響的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，如果將疏干的地下水直接排掉，多數(shù)情況下勢(shì)必要造成水資源的浪費(fèi)，而當(dāng)排泄不當(dāng)時(shí)，還會(huì)在排泄區(qū)造成一定的危害，甚至是造成災(zāi)害。如軟化鄰近區(qū)域的地基，影響建筑物的安全與穩(wěn)定；再遇暴雨行洪，很可能會(huì)引發(fā)或誘發(fā)大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害，這樣，對(duì)人類(lèi)社會(huì)所造成的不良影響或損害是巨大的、甚至是慘痛的，我們不得不加以謹(jǐn)慎的考慮。因此，能夠?qū)⑹韪伤鳛楣喔荣Y源或水產(chǎn)品來(lái)充分利用，則會(huì)起到既不影響采礦經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，又同時(shí)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這樣一舉兩得的效果。為此，我們可以有以下幾種方式來(lái)解決這一問(wèn)題。

（1）將疏干水作為灌溉資源利用。當(dāng)然這不是只在礦山附近的小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，我們要從更大的區(qū)域范圍著想。開(kāi)渠輸水，將多余的水輸送到真正需要的地方。這樣，新修的水利工程還可以在治理一定區(qū)域范圍內(nèi)的洪水時(shí)派上用場(chǎng)，這是一舉三得的做法。

（2）將優(yōu)質(zhì)的疏干水作為城鎮(zhèn)供水及工業(yè)生產(chǎn)水源，或制成礦泉水、純凈水等水產(chǎn)品進(jìn)行處理，這是帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的渠道和策略。這種方法對(duì)開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的前提條件要求較高，因此，具有一定的局限性。因

為，不是每一處礦山的地下水水質(zhì)都會(huì)那么好，我們需要有科學(xué)依據(jù)來(lái)作為施行開(kāi)發(fā)計(jì)劃或規(guī)劃的支撐。

（3）將疏干水作為回灌資源利用。這一做法既可以應(yīng)用于相鄰的不同種類(lèi)礦山之間的相互補(bǔ)足，同時(shí)，也可應(yīng)用于相鄰地區(qū)同一礦種礦山之間的相互調(diào)節(jié)，使更大范圍內(nèi)的礦業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)正規(guī)化，實(shí)現(xiàn)保持一定限度之平衡的有序發(fā)展。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，礦山采礦活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境所造成的危害是多方面的，造成損害的程度也有輕有重。因此，礦山環(huán)境保護(hù)與治理工作是一個(gè)涉及范疇很廣的話(huà)題。我們必須進(jìn)行多方面的調(diào)查研究和深入細(xì)致的分析，才能發(fā)現(xiàn)真正的問(wèn)題和問(wèn)題的癥結(jié)所在。從而，根據(jù)不同的實(shí)際環(huán)境條件和地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題事件的性質(zhì)，有針對(duì)性地提出對(duì)地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)和防治方案及措施，以期起到在大幅度節(jié)約治理投資的前提下，有效地促進(jìn)某一地區(qū)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的正常進(jìn)行和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的正常產(chǎn)生和發(fā)展，促進(jìn)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境和當(dāng)?shù)厣鐣?huì)人文環(huán)境的和諧發(fā)展與穩(wěn)定，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展與提升。

［1］譚績(jī)文，等.礦山環(huán)境地質(zhì)學(xué)［M］.2013.

［2］工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.4版.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］國(guó)土資源部.DZ/T0218-2006礦山工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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1004-5716（2016）01-0137-03

2015-08-17

2015-08-18

薛丁煒（1968-），男（漢族），河北河間人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘查、地質(zhì)災(zāi)害及礦山地質(zhì)環(huán)境評(píng)估、勘查、治理工程設(shè)計(jì)及施工管理技術(shù)工作。