水文地質(zhì)因素對礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響及防治措施

馬小波

（云南地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，云南 昆明 650000）

礦山開采危險性非常高，如何保證礦山開采安全是行業(yè)多年以來重點關(guān)注的問題。在我國地質(zhì)領(lǐng)域發(fā)展中，礦產(chǎn)企業(yè)以及相關(guān)專家、學者不斷研究水文地質(zhì)因素與礦山地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)性，并整理了不同水文地質(zhì)條件對礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響，取得了豐碩的成果，為礦山生產(chǎn)防治各類地質(zhì)災(zāi)害提供了參考。在礦山開發(fā)前，必須重點分析各類水文地質(zhì)因素，并對礦山地質(zhì)災(zāi)害問題進行多個維度的總結(jié)，以此提升礦山地質(zhì)災(zāi)害防治能力?？梢?，充分分析礦山當?shù)氐乃牡刭|(zhì)因素，對提高礦山生產(chǎn)效率、保證工人生命安全有著重要意義。

1 云南水文地質(zhì)因素

云南位于我國西南地區(qū)，全省年降水量約1278mm。雖然云南地區(qū)水資源豐富，但水文條件卻不理想，很多區(qū)域的水資源與人口、產(chǎn)業(yè)要素不匹配。云南屬山地高原地形，絕大部分區(qū)域均位于中海拔區(qū)域，氣候?qū)儆趤啛釒Ц咴撅L型，類型眾多、年溫差小、日溫差大、干濕季節(jié)分明、氣溫隨地勢高低垂直變化異常明顯[1]。由于云南地區(qū)特殊的地形環(huán)境、氣候條件，水資源空間分布非常不均勻，雨季降水量達到年降水量的80%以上，旱季降水量非常少，水災(zāi)、旱災(zāi)交替發(fā)生，因此災(zāi)害發(fā)生頻率高、強度大、持續(xù)時間長、受災(zāi)范圍廣，整體上水生態(tài)較為脆弱、承載能力差。

水資源豐富但不均衡的氣候條件也使當?shù)氐刭|(zhì)構(gòu)成十分復(fù)雜，地貌受到了剝蝕、侵蝕、溶蝕、構(gòu)造等多方面影響，形成了多樣化地質(zhì)形態(tài)，如平流型、懸掛型、隱伏型、上涌型等，使礦產(chǎn)業(yè)位置前移、地下水疏干、巖溶塌陷等問題頻發(fā)，這在很大程度上增加了當?shù)刭Y源開采風險。

2 水文地質(zhì)因素對礦山地質(zhì)災(zāi)害的影響

2.1 砂土液化

砂土受水文地質(zhì)因素的影響會出現(xiàn)液化現(xiàn)象。砂土液化是指細膩、松軟的砂土在受到水文地質(zhì)因素影響突然破壞迅速變?yōu)橐簯B(tài)土的現(xiàn)象。通常情況下，受到地震等地質(zhì)災(zāi)害影響砂土會變得更加密實，而砂土密實也會給孔隙水帶來巨大壓力，受到周期性地震因素影響，孔隙率會逐漸升高，從而導致砂土逐漸液化。同時，不同水文地質(zhì)條件對砂土液化程度的影響不同，對礦山地表形態(tài)的破壞也產(chǎn)生了差異[2]。云南大部分區(qū)域都處于中海拔地區(qū)，而海拔達到一定程度后，所受到的地質(zhì)災(zāi)害影響也會放大，這進一步對安全開采礦山構(gòu)成了威脅。再加上砂土保水性能差，內(nèi)部水分隨著時間推移而慢慢流逝，砂土變得越來越容易液化。

2.2 地面沉降

地面沉降是指分散相、分散介質(zhì)受到外力作用產(chǎn)生的定向運動情況，也就是多種物質(zhì)受到外部因素影響產(chǎn)生上部下沉情況。從水文地質(zhì)層面分析，導致地面沉降的根本原因是土壤結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)密度差異，上部土壤結(jié)構(gòu)密度大，受到外界擾動就可能出現(xiàn)下沉。通常地下水流動、地殼運動都會在一定程度上造成地面沉降。影響地面沉降產(chǎn)生的因素可以分為自然因素、人為因素。自然因素是指水文地質(zhì)活動打破了地面結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)，從而引發(fā)地面沉降；人為因素是指礦山開發(fā)中開鑿、爆破、深挖等擾動了水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，使地下平衡狀態(tài)被打破，從而產(chǎn)生地面沉降。整體來看，自然因素導致地面沉降的情況較少，人為因素造成地面沉降的情況較多，因此礦山地質(zhì)災(zāi)害防治需重點關(guān)注人為因素。

2.3 礦體構(gòu)造崩塌

礦體在人力的挖掘、爆破下，已經(jīng)打破了原有的平衡，讓礦體中心點發(fā)生轉(zhuǎn)移，增加了水文地質(zhì)因素擾動，從而引發(fā)出地質(zhì)災(zāi)害問題。但礦體構(gòu)造崩塌也需要一定特殊條件，即需要礦層內(nèi)部含有豐富的碳酸物質(zhì)，且礦層上部土層緊密度不足、礦層下部地下水流動頻繁，這樣才能夠同時對礦層產(chǎn)生較大沖擊力。在長期的沖擊作用下，會逐漸破壞礦層，降低礦層底部土層的強度、韌性，最終產(chǎn)生崩塌問題[3]。雖然礦體構(gòu)造崩塌與自然因素有直接關(guān)聯(lián)，但部分礦山在地質(zhì)勘察、開采過程中也可能給地下水流向帶來影響，改變礦山區(qū)域水文地質(zhì)條件，最終產(chǎn)生礦體內(nèi)部塌陷。

3 基于水文地質(zhì)因素的礦山地質(zhì)災(zāi)害防治措施

3.1 礦山地質(zhì)災(zāi)害檢測防控

云南地區(qū)特殊的水文地質(zhì)條件，給保證礦山安全勘察、生產(chǎn)提出了巨大的挑戰(zhàn)。在當?shù)叵嚓P(guān)部門、礦產(chǎn)企業(yè)的共同努力下，進一步完善了礦山地質(zhì)災(zāi)害檢測，實現(xiàn)了多方位礦山地質(zhì)災(zāi)害防治。

（1）不斷完善礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測防范體系。云南地區(qū)乃至全國的礦山地質(zhì)災(zāi)害理論研究、技術(shù)設(shè)備均不夠成熟，因此需要通過借鑒國際發(fā)達國家先進監(jiān)測技術(shù)，并結(jié)合云南地區(qū)礦采情況適當引進技術(shù)，確保技術(shù)措施符合區(qū)域水文地質(zhì)特殊監(jiān)測要求，針對礦山突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害采取針對性處理措施。

（2）云南地處板塊交界處，水文地質(zhì)活動頻繁，因此在技術(shù)不成熟前，應(yīng)盡可能不在地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)進行項目施工。如果采礦工程已經(jīng)正在實施，施工單位要提前做好整個礦山區(qū)域全方位勘察工作，在正式施工前掌握區(qū)域水文地質(zhì)特點。針對性采取監(jiān)測手段、提高監(jiān)測頻率，避免在礦山開采中因水文地質(zhì)情況發(fā)生突變無法及時撤離。如果在礦山開發(fā)中檢測到水文地質(zhì)參數(shù)突變，要立刻停止開采工作，詳細監(jiān)測水文地質(zhì)發(fā)展趨勢，從而減少礦山開發(fā)風險。

（3）如果在礦山開采中破壞了水文地質(zhì)平衡，要立刻暫停開采工作，加強各個部門的溝通協(xié)商，監(jiān)督開采部門限期做出整改，借助先進監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)不安全因素，提出科學的地質(zhì)災(zāi)害防控措施、開采策略，最大程度上排除不利因素，保證礦山開采的穩(wěn)定性、安全性，最大程度上預(yù)防礦山地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 水文地質(zhì)整治

在對礦山地質(zhì)災(zāi)害整治過程中，要有針對性地展開作業(yè)。在災(zāi)害整治工作開展前，對云南地區(qū)礦山頻繁發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害進行全方位分析、研究，確定各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要因素，這樣就可以根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生機理采取針對性防治對策。

（1）礦井開采會產(chǎn)生大量的污染水，而污染水排放會直接威脅水文生態(tài)環(huán)境，破壞地下水系統(tǒng)。針對此類情況，礦企要在礦山開采中全面整治地下水污染情況，采取有效的解決措施。相關(guān)部門、礦企除了要強化監(jiān)管整治力度，構(gòu)建完善的礦山污水管理體系，還需要不斷提高礦井污水治理水平，積極引進國外先進的整治技術(shù)，保證礦井水污染處理達到排放水平。

（2）不僅要做好水污染防治工作，還要做好水資源開發(fā)、利用工作。雖然整體上云南地區(qū)降水豐富，但由于特殊地理分布、氣候特點，不同季節(jié)的水資源分布十分不均衡。在旱季開采中，由于礦山開采需要大量水資源，一旦長期過度開采，就會增加地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率。而降水季節(jié)降水量大，地下水過量問題會給地殼構(gòu)造帶來巨大沖擊，也會引發(fā)礦山地質(zhì)災(zāi)害。這就需要相關(guān)部門、礦企根據(jù)礦山實際情況，科學制訂開采制度，做好水資源的循環(huán)利用工作，不達標污水禁止排放。

3.3 做好水文預(yù)報工作

地下水流動是造成礦山地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，且水文因素具有不可控、突發(fā)性等特點，如果可以提供精準的水文預(yù)報，將對降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率、降低災(zāi)害風險、減少災(zāi)害發(fā)生損失起重要作用。在礦山勘察中，要先收集礦山地質(zhì)災(zāi)害事件資料，構(gòu)建水文地質(zhì)災(zāi)害事件相關(guān)性模型，根據(jù)以往的地質(zhì)災(zāi)害防治經(jīng)驗，分析礦山地質(zhì)災(zāi)害在各類因素影響下的發(fā)生概率，預(yù)測各類地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生范圍、影響程度，制訂針對性的應(yīng)急預(yù)案，為減災(zāi)防災(zāi)提供技術(shù)支撐，即使發(fā)生了隨機性地質(zhì)災(zāi)害也要將負面影響降到最低。此外，還要強化地質(zhì)災(zāi)害檢測工作，以礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害為例，可以借助大數(shù)據(jù)、云計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，采用GIS建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警模型，構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，確保礦山地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的有效性；還要借助大數(shù)據(jù)信息，獲取礦山相關(guān)的地質(zhì)信息，包括地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的動態(tài)數(shù)據(jù)變化情況，礦山地質(zhì)模型也會隨之變化，實現(xiàn)實時監(jiān)測，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時可以快速做出反應(yīng)。

3.4 加強災(zāi)害應(yīng)急防護

在礦山開采中，為了以防萬一，必須提前做好應(yīng)急措施，這樣在發(fā)生礦山地質(zhì)災(zāi)害時，能夠減少地質(zhì)災(zāi)害帶來的影響，避免造成更加嚴重的損失。針對不同的地質(zhì)災(zāi)害，要采取相對應(yīng)的應(yīng)急處理方案。地質(zhì)災(zāi)害處理必須貫徹“以人為本”的原則，在能夠保證工人安全后再救治財務(wù)。如在喀斯特地貌礦山中出現(xiàn)了塌陷、砂土液化等災(zāi)害時，要提前做好礦山、礦井加固工作，避免持續(xù)性坍塌；在出現(xiàn)地面沉降、變形等問題時，如果礦山與公路間距較小，要重點關(guān)注交通安全性，在公路上設(shè)置醒目的警示牌，加強交通管制，避免產(chǎn)生礦山地質(zhì)災(zāi)害安全事故。

4 結(jié)束語

綜上所述，水文地質(zhì)因素會直接對礦山地質(zhì)災(zāi)害造成影響，如果大規(guī)模發(fā)生礦山地質(zhì)災(zāi)害問題會帶來巨大經(jīng)濟損失。因此，要結(jié)合礦山地區(qū)的水文地質(zhì)特點，分析礦山地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生原因，針對性采取礦山地質(zhì)災(zāi)害防治措施，包括精準的水文預(yù)報、水文地質(zhì)整治、應(yīng)急防護、地質(zhì)災(zāi)害防控等，只有從多個方面規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害問題，才能夠確保礦山開采的安全性。