論礦床水文地質(zhì)類型及地下水對采礦影響與防范

李淼清

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

論礦床水文地質(zhì)類型及地下水對采礦影響與防范

李淼清

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

礦山開采的過程會受到礦坑涌水問題的影響，在進行開采工作時，需要對礦山的水文地質(zhì)條件進行詳細了解，分析水文地質(zhì)條件對開采環(huán)節(jié)可能造成的任何影響。對礦山的充水類型及勘探復(fù)雜程度類型劃分進行了解析，對在采礦過程中地下水所產(chǎn)生的礦井突水、地面塌陷、破壞水資源等影響形式進行分析，提出疏干排水、注漿堵水、截水等防治措施。為地下水對礦床開采的影響提供科學(xué)防治對策，保證開采任務(wù)有序進行，不受突發(fā)情況導(dǎo)致開采中斷。

礦山水文地質(zhì)；地下水；采礦；影響；防范措施

1 礦床充水類型劃分

依據(jù)《有色金屬礦山水文地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB51060-2014)[1]，考慮礦床充水的主要含水層的類型，固體礦床充水類型可以劃分為三類。

1.1 孔隙充水礦床

此類礦床以孔隙含水層充水為主，充水巖層埋藏條件、顆粒成分、膠結(jié)程度及與地表水的水力聯(lián)系程度決定了礦床充水條件和礦坑涌水量的大小。例如，元寶山煤田煤層分布于沖積平原下部的侏羅系上統(tǒng)中，上覆厚層第四系，煤系由粉、細砂巖、泥巖夾礫巖及煤層組成，第四系以圓礫石為主夾砂、卵石，第四系透水性極強，該礦床就是孔隙水頂板充水的礦床。

1.2 裂隙充水礦床

此類礦床以裂隙含水層充水為主，充水巖層構(gòu)造發(fā)育程度、裂隙發(fā)育程度以及與地表水的水力聯(lián)系程度決定了礦床充水條件和礦坑涌水量的大小。裂隙充水礦床在我國分布相當(dāng)廣泛，許多有色、黑色金屬礦床均與此有關(guān)。例如，前震旦系變質(zhì)巖層中的鐵礦，板溪群變質(zhì)巖層中的鎢、銻、金礦 ， 震旦系硅質(zhì)巖層中的錳礦，第三系紅色砂巖層中的銅礦，火成巖體周邊接觸帶中的多金屬礦等。

1.3 巖溶充水礦床

此類礦床以巖溶含水層充水為主，礦區(qū)的構(gòu)造復(fù)雜程度、充水巖層的巖溶發(fā)育程度及分布和埋藏條件決定了礦床充水條件和礦坑涌水量的大小。按巖溶形態(tài)的差異可細分為3個亞類：(1)以溶蝕裂隙為主；(2)以溶洞為主；(3)以地下河為主。我國北方、南方及西南地區(qū)的眾多金屬及非金屬礦床，都受到巖溶水的威脅。例如，邯邢鐵礦田分布于百泉泉域中部奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r地段，受構(gòu)造作用，灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育，形成了百泉-中關(guān)-王窯-郭二莊-云駕嶺巖溶水強徑流帶，對這一帶的礦山開采構(gòu)成了很大的威脅。

2 礦床勘探復(fù)雜程度類型劃分

考慮礦床排水條件、地表水與礦體關(guān)系、主要充水含水層的補給條件、老窿水分布狀況等因素，充水礦床勘探的復(fù)雜程度類型可劃分為[1～5]：簡單型、中等型，復(fù)雜型。

2.1 簡單型

按礦體與當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面的關(guān)系，此類型又可細分為兩個亞類：(1)主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形有利于自然排水；(2)主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，附近無地表水體，很少或沒有第四系覆蓋，水文地質(zhì)邊界條件簡單，充水含水層富水性弱、補給條件差，存在良好隔水層，無老窿水分布，疏干排水不會產(chǎn)生塌陷、沉降。

2.2 中等型

主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，附近地表水不構(gòu)成礦床的主要充水因素，主要充水含水層的補給條件一般，第四系覆蓋面積小且薄，水文地質(zhì)邊界條件中等，充水含水層富水性中等，無強導(dǎo)水構(gòu)造，存在少量老窿水，位置、范圍、積水量清楚，疏干排水可能產(chǎn)生少量塌陷。

2.3 復(fù)雜型

主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，附近存在較大的地表水體且與地下水水力聯(lián)系密切；主要充水含水層的補給條件好，第四系覆蓋層厚度大、含水層分布廣，水文地質(zhì)邊界條件復(fù)雜，充水含水層富水性強，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，存在溝通區(qū)域性強含水層(帶)的強導(dǎo)水構(gòu)造，存在大量老窿水，位置、范圍、積水量不清楚，疏干排水可能產(chǎn)生大量地表塌陷、沉降。

3 地下水對采礦過程中的影響

3.1 礦井突水

掘進或采礦過程中，巷道揭穿導(dǎo)水?dāng)嗔?、積水老窿、富水溶洞，導(dǎo)致大量地下水突然涌入礦山井巷，這就是礦井突水。突水對礦山的影響非常大，輕則造成涌水量增大，影響采礦作業(yè)，排水費用的增加使得采礦成本也隨之增大；重則淹沒礦井，造成工程停工，更嚴(yán)重的可造成人民生命財產(chǎn)巨大損失。如2014年1月4日，沙河市上鄭村上西鐵礦發(fā)生突水事故，造成4人死亡，其原因就是巷道以上頂板隔水層較薄，穩(wěn)固性差，巷道頂板在大于90 m的巖溶水水壓作用下遭受破壞，導(dǎo)致-84～-120 m南二下山-100 m巖溶水透水。

3.2 地面塌陷

大型巖溶礦床疏干排水后，地表往往產(chǎn)生塌陷，塌陷影響范圍大者可達數(shù)十平方公里。塌陷對礦山周圍環(huán)境的危害極大，可造成大面積范圍內(nèi)工民用建筑、交通、農(nóng)田、水利設(shè)施的破壞；塌陷范圍若擴展到地表水區(qū)域，引起地表水倒灌，增加礦井的水量補給，影響采礦正常進行。廣西省融安縣泗頂鉛鋅礦區(qū)[6]、湖北省大冶市大廣山鐵礦、安徽省銅陵市新橋硫鐵礦、安徽省懷寧縣安慶銅礦[7]等均遭受過地面塌陷帶來的不良影響。

3.3 破壞水資源

若采取疏干排水方式治理地下水，當(dāng)?shù)V坑排水量大于礦區(qū)所在地下水單元的補給量時，地下水流場的平衡就被打破了，天然流場就會受到極大的改變，地下水位持續(xù)下降，導(dǎo)致泉、河斷流，改變地貌景觀，甚至造成地下水水資源枯竭，礦區(qū)工農(nóng)業(yè)生活用水得不到保證。例如位于百泉泉域內(nèi)的邯邢地區(qū)鐵礦田，由于多數(shù)礦山大降深疏干排水和工農(nóng)業(yè)超額抽取地下水，1977～2007年，鐵礦田范圍內(nèi)的地下水水位降低了180多米，百泉泉域于1987年斷流至今。

3.4 其它影響形式

其它影響形式包含滑坡、冒頂、片幫等。露天開采時，由于斷裂、流砂、淤泥層等軟弱結(jié)構(gòu)面的存在，在地下水滲流潛蝕作用下，易導(dǎo)致邊坡不穩(wěn)，產(chǎn)生滑坡；地下開采過程中，遇到含水的松散巖體或有軟弱結(jié)構(gòu)面的巖體時，在地下水的動水壓力作用下，巷道頂板、側(cè)壁易發(fā)生冒頂、片幫事故[8]。

4 礦山防治水措施

礦山防治水前應(yīng)該依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求開展水文地質(zhì)勘探工作，制定防治水方案時應(yīng)堅持綜合治理、保護水資源和減小地質(zhì)環(huán)境影響的原則，防治方案宜采取疏干、注漿堵水或防滲墻截水等措施。

(1)疏干排水。在探明礦井水源之后，有計劃、有準(zhǔn)備地采用人工排水措施降低含水層水位，使某個開采水平的地下水部分或全部被疏干，以達到減少開采巷道涌水量的目的。它是防止礦井水災(zāi)最積極、最有效的措施，一般可分預(yù)先疏干、開采疏干和綜合疏干。隨著人們對地下水環(huán)境問題的日益重視，這種方法的使用逐漸受到限制。

(2)注漿堵水。將膠結(jié)材料按照一定比例配制成漿液，通過鉆孔注入斷層破碎帶、巖石裂隙、溶洞等，漿液凝結(jié)硬化后，可起到充填堵塞涌水通道、穩(wěn)固地層、隔離水源之目的，從而保證采礦活動的順利進行。

(3)截水。采用超前鉆探進行探水，若探到水源后，由于條件所限無法進行疏干排水可利用防滲墻技術(shù)將局部涌水點與其它采掘區(qū)域分開，臨時或永久性地截住水源，防止水源對其它區(qū)域構(gòu)成威脅。

(4)對于老窿水應(yīng)查明其分布、體積、水質(zhì)等狀況，以及老窿水與礦體的水力聯(lián)系，當(dāng)工作面接近老窿區(qū)時，必須超前探放水。

(5)地表水的防治方案有：河床襯砌防滲、注漿防滲、截水溝、河流改道等。

[1]有色金屬礦山水文地質(zhì)勘探規(guī)范(GB51060-2014).中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).2014.

[2]王朝亮.論礦山水文地質(zhì)類型及地下水對采礦影響的防范措施[J].黑龍江科技信息.2016(14):83-83.

[3]萬祥輝,沈蓓蓓.論礦山水文地質(zhì)類型及地下水對采礦的作用及影響[J].建材與裝飾.2016(24):191-192.

[4]錢學(xué)溥,任虎俊,楊光輝，等.礦區(qū)水文地質(zhì)勘查類型及基本工程量[J].中國煤炭地質(zhì).2016,28(2):35-38.

[5]黃小平.礦床水文地質(zhì)勘查類型劃分探討[J].大科技.2015(2):188-188,189.

[6]郭維君，崔曉艷，陳學(xué)軍.泗頂鉛鋅礦區(qū)巖溶塌陷成因及治理對策分析[J].金屬礦山.2009(12):41-43.

[7]胡強.安慶銅礦地面巖溶塌陷成因分析及綜合防治對策[J].有色金屬:礦山部分.2012,64(6):74-78.

[8]王軍.礦山地下水害防治技術(shù)新進展[J].采礦技術(shù).2002, 2(3):55-58.

2016-10-25

李淼清(1978-)，男 ，湖南平江人， 高級工程師，主要從事水文地質(zhì)和工程地質(zhì)工作。

P641.4

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1004-1184(2017)01-0052-02