礦山地質(zhì)勘查中水文地質(zhì)問題分析和水文地質(zhì)災(zāi)害防治

韓 磊

（河北煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

在很多有關(guān)地質(zhì)勘查的文獻(xiàn)資料中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種各樣的地質(zhì)災(zāi)害，使礦山周邊或礦山內(nèi)部的工作人員受到傷害。事實(shí)上，這些礦山地區(qū)之所以會(huì)發(fā)生災(zāi)害，與地下水有著密不可分的關(guān)系。在礦區(qū)開采礦物時(shí)，因?yàn)槟承┤藶橐蛩鼗蜃匀灰蛩氐挠绊懀叵滤牧鲃?dòng)會(huì)發(fā)生一些改變，從而導(dǎo)致整個(gè)水文地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生一系列變化[1]。因此，在地質(zhì)勘察過程中對地下水文環(huán)境進(jìn)行科學(xué)的觀測，就能在真正的礦物開采過程中控制危險(xiǎn)，清除不穩(wěn)定因素，從而使礦山順利開采，并且保護(hù)工作人員能夠在礦山中安全施工，使礦山周邊地區(qū)居民不再受到生命財(cái)產(chǎn)威脅。

1 礦山地質(zhì)勘查中水文地質(zhì)問題分析

1.1 水文地質(zhì)問題劃分

地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地方通常地下水文環(huán)境也會(huì)很復(fù)雜，在對地下水文環(huán)境進(jìn)行勘察時(shí)，首先需要對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分類，將不同的單元系統(tǒng)統(tǒng)一劃分出各種類型的區(qū)域，然后將這些不同類型的地質(zhì)環(huán)境分別進(jìn)行水文分析。根據(jù)礦山中主要礦體與地下水水位及補(bǔ)給條件的關(guān)系，結(jié)合地表水的水層結(jié)構(gòu)，以及地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜程度，可以將礦山地質(zhì)勘查中水文地質(zhì)問題的復(fù)雜程度分為簡單、中等、復(fù)雜三類。

水文地質(zhì)問題相對簡單的礦山中地面環(huán)境也相對簡單，基本沒有其他不可控因素的影響。一般情況下，該礦山的主要礦體位置高于侵蝕面，或者礦體少部分位于侵蝕面以下，但礦區(qū)周邊沒有河流或湖泊等地上水系，因此不會(huì)對地下水進(jìn)行補(bǔ)給，導(dǎo)致地下水的邊界十分清晰。此時(shí)，地下水的主要含水層水量較少，因此在沒有礦體堵塞水流通路的情況下，該類地形十分利于排水，不會(huì)因自然原因?qū)е碌叵滤簧蠞q或下降。這種類型的水文環(huán)境的地下水結(jié)構(gòu)不會(huì)隨意改變，所以地質(zhì)勘察工作最為簡單。

第二種是水文地質(zhì)問題的難度處于中等地位的礦山。該類礦山的主要礦體依然高于侵蝕面，地表的自然排水條件較為豐富，基本不會(huì)出現(xiàn)堵塞等情況。地下水的主要含水層水量中等，或者礦物主體部分位于侵蝕面以下，但是礦區(qū)周邊的地表河流、湖泊等水資源較少，不能大范圍倒灌入地下水，導(dǎo)致地下水位猛漲。其周邊地形利于排水，水文環(huán)境復(fù)雜程度適中，能夠?qū)е碌叵滤Y(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化的因素相對較少，這種水文環(huán)境問題及其勘察工作被稱為中等難度。

最后一類是水文地質(zhì)問題最為復(fù)雜的一類礦山，這類礦山的地下水的主要含水層中水量十分豐富，主要礦體位于侵蝕面以下，因此極易造成礦山堵塞排水道的情況，自然排水條件很差。且附近地表的水系相對發(fā)達(dá)，在降水后，大量的河流、湖泊會(huì)基于壓力對地下水進(jìn)行補(bǔ)給，導(dǎo)致地下水壓升高，其水文地質(zhì)邊界很難畫出清晰度輪廓。因此該地礦山的地下水在復(fù)雜的水文變化下極易發(fā)生大面積的坍塌現(xiàn)象，導(dǎo)致礦山災(zāi)害的發(fā)生。這類礦山的水文地質(zhì)情況是最復(fù)雜的一類，也是最易發(fā)生自然災(zāi)害一類。

因此，在當(dāng)前礦山勘察的過程中，一定要加強(qiáng)對水文地質(zhì)環(huán)境的重視。探明水文地質(zhì)環(huán)境，從而推導(dǎo)出地下水位和水壓的變化，這樣才能夠最大程度地避免礦山災(zāi)害。

1.2 礦山地質(zhì)勘查中水文地質(zhì)因素引發(fā)的災(zāi)害

在對礦山水文地質(zhì)進(jìn)行探查的過程中，首先需要區(qū)分水文地質(zhì)類型是簡單、中等還是復(fù)雜。簡單和中等程度的水文地質(zhì)環(huán)境相對安全，而在復(fù)雜的水文地質(zhì)環(huán)境下則應(yīng)注意地下水位和地下水圧的變化情況。

第一，地下水位升降導(dǎo)致的問題。在大部分情況下，地下水的水層結(jié)構(gòu)會(huì)保持在一個(gè)相對穩(wěn)定的狀態(tài)，具體水層分布如圖1所示。

圖1 礦山地下水位分布

然而在一些特殊情況下，地下水的水層會(huì)產(chǎn)生一些變化，這些變化就是導(dǎo)致水文災(zāi)害的元兇。如上圖所示，地下水分布的最左側(cè)是由地上水系構(gòu)成的補(bǔ)給區(qū)，當(dāng)?shù)乇硭簧仙龝r(shí)，就會(huì)越過承壓水面，進(jìn)入隔層水，導(dǎo)致潛水水位的上升。當(dāng)?shù)乇硭恳蚪涤昊蛉斯び绊懚黾樱蛘叩貧ぷ冞w時(shí)，地表水位自然就會(huì)發(fā)生變化，因此地表水位的上升，可以是自然因素的影響，也可以是人為因素的影響，若礦山地下水潛水量持續(xù)增加，會(huì)導(dǎo)致礦體土壤下沉，在水中體積增大，進(jìn)而導(dǎo)致土壤鹽堿化。土壤變軟后會(huì)導(dǎo)致礦山中礦物元素含量減少，使礦山減產(chǎn)。同時(shí)，被腐蝕的土壤會(huì)喪失以往的土地粘性，導(dǎo)致山體滑坡或坍塌現(xiàn)象，這些災(zāi)害在地質(zhì)勘察或采礦過程中是致命的。在復(fù)雜的水文環(huán)境下，若補(bǔ)給區(qū)的水層被礦山礦體堵塞，只有排泄區(qū)在不斷運(yùn)動(dòng)，則會(huì)導(dǎo)致地下水位大幅降低，從而導(dǎo)致地面坍塌、山體滑坡等自然災(zāi)害。因此，如果不事先勘察清楚礦山周邊的水文地質(zhì)信息就直接進(jìn)行開采，就會(huì)導(dǎo)致多種災(zāi)害的發(fā)生。另外，地下水位的頻繁升降會(huì)導(dǎo)致山體土壤產(chǎn)生變形，使?jié)q縮幅度增大，導(dǎo)致地裂對輕型建筑以及地下礦洞造成不可修復(fù)的損害。因此，礦山地質(zhì)勘查工作中要著重進(jìn)行水文地質(zhì)勘查。

第二，地下水水壓的變化也能導(dǎo)致水文地質(zhì)災(zāi)害。地下水的水壓與其水面與地面的高程成正比，地下水埋得越深，其水壓就越高。為了維持水壓與大氣壓的平衡，地下水保持著從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)的水波流動(dòng)。當(dāng)?shù)叵滤畧R超出一個(gè)波動(dòng)區(qū)間后，地下水就會(huì)產(chǎn)生上升和下降兩種波動(dòng)形式，如下表所示。

表1 地下水波動(dòng)原因及后果

之所以會(huì)產(chǎn)生上述后果，是因?yàn)榈叵滤乃畨翰▌?dòng)會(huì)導(dǎo)致土壤密度發(fā)生變化，使得土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)和礦物質(zhì)無法再為土壤中的微生物提供安全的生活環(huán)境。從而導(dǎo)致土地沉降、坍塌或山體滑坡等現(xiàn)象。地下水圧的反復(fù)變化還會(huì)導(dǎo)致土壤呈現(xiàn)漲縮現(xiàn)象，進(jìn)而造成地裂問題[2]。因此，想要解決水壓波動(dòng)問題，需要借助人工手段，在礦山地區(qū)施工作業(yè)，改善礦山內(nèi)部的土壤水文條件，平衡內(nèi)外壓強(qiáng)。因此，若是想要開采礦山中的礦物，在進(jìn)行礦山地質(zhì)勘查中，就要首先對壓力變化進(jìn)行調(diào)查。

2 水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施

根據(jù)上述內(nèi)容，可以明確地得知水文地質(zhì)問題所引發(fā)的災(zāi)害，為了保護(hù)礦山的礦產(chǎn)，為了防止礦內(nèi)災(zāi)害造成人員和財(cái)產(chǎn)的損失，必須對水文地質(zhì)問題引起的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行防治，以下為防治方案。

2.1 避免人為因素改變水文地質(zhì)

由自然因素導(dǎo)致的水文地質(zhì)災(zāi)害是無法逆轉(zhuǎn)的，我們能夠改變的只有由人為原因?qū)е碌乃牡刭|(zhì)災(zāi)害，因此應(yīng)盡可能避免人為因素對礦山地區(qū)水文地質(zhì)的破壞。加強(qiáng)礦山環(huán)境綠化，提升綠色植被的覆蓋率，能夠擋風(fēng)固沙，保護(hù)水源，這是保護(hù)水文環(huán)境最根本的做法。其次，需要加強(qiáng)對污水的治理。工業(yè)污水對地下水具有十分嚴(yán)重的污染能力，如果將工業(yè)污水不經(jīng)任何處理直接排放到河流中，那么被污染的河水就會(huì)經(jīng)過補(bǔ)償區(qū)流入地下水，并且污染整個(gè)地下水系。污水中含有大量的重金屬等元素，這些元素能夠腐蝕土壤，使地下水的元素平衡遭到破壞，從而引發(fā)一系列的災(zāi)害。第三，需要繪制科學(xué)合理的礦洞施工圖。地上建筑尤其是對礦山造成嚴(yán)重?fù)p害的施工會(huì)嚴(yán)重影響地下水壓與大氣壓的平衡，因此在施工前應(yīng)繪制詳細(xì)科學(xué)的施工圖，依據(jù)施工圖對礦山進(jìn)行挖掘，避免對礦山周邊地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境造成破壞。最后，還要避免過度開采地下水資源。過度開采地下水資源必然會(huì)導(dǎo)致水文地質(zhì)情況的變化，尤其是在水文地質(zhì)勘察工作相對較難的礦山周邊，若是過度開采地下水資源，很可能會(huì)導(dǎo)致水文災(zāi)害的頻繁發(fā)生。因此，無論什么時(shí)候，在進(jìn)行資源采集時(shí)都應(yīng)做到可持續(xù)發(fā)展，避免過度開采導(dǎo)致惡性情況的發(fā)生。相關(guān)單位也應(yīng)當(dāng)加大對于保護(hù)地下水資源的宣傳，幫助人們樹立正確科學(xué)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)。并對屢教不改者進(jìn)行一定的經(jīng)濟(jì)處罰。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測水文地質(zhì)情況

為了避免水文地質(zhì)災(zāi)害在不知不覺中發(fā)生，在礦山地質(zhì)勘察中，相關(guān)部門就要提前勘測當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)情況，并且在礦山開采時(shí)加強(qiáng)對當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)的監(jiān)測，確保水文變化處于監(jiān)管和預(yù)測范圍之內(nèi)，避免人員和財(cái)產(chǎn)的傷亡。在進(jìn)行檢測工作時(shí)，工作人員應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，如果是水文地質(zhì)勘察工作相對較難的礦山，要時(shí)刻注意降雨量的多少，若超過預(yù)警線，則需避免礦洞中出現(xiàn)大面積的坍塌現(xiàn)象。如果是水文地質(zhì)勘察工作相對簡單的礦山，應(yīng)避免山體滑坡等現(xiàn)象的出現(xiàn)。相關(guān)單位應(yīng)建立如上所述的科學(xué)合理的監(jiān)測機(jī)構(gòu)，確保在每一次礦山地質(zhì)勘查中都能制定出與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況相符的監(jiān)測制度，并在施工時(shí)嚴(yán)格實(shí)施。

2.3 建設(shè)緊急救援團(tuán)隊(duì)

相關(guān)部門在對水文地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行防治的同時(shí)，還要建設(shè)一支能夠隨時(shí)進(jìn)入狀態(tài)的緊急救援團(tuán)隊(duì)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害的警報(bào)響起時(shí)，緊急救援團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)第一時(shí)間派遣救災(zāi)人員進(jìn)入災(zāi)區(qū)進(jìn)行營救，并且在最大程度保證被困人員生命安全的情況下避免財(cái)產(chǎn)損失。緊急救援團(tuán)隊(duì)中不但要有管理人員、救生員，還必須有一定數(shù)量的醫(yī)護(hù)人員，以便能夠在第一時(shí)間對遇害人員進(jìn)行搶救，避免因傷勢過重救援不及時(shí)導(dǎo)致傷殘或死亡。

3 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行礦山地質(zhì)勘查過程中應(yīng)著重探查當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)問題，分析原因，并對災(zāi)害進(jìn)行防治[3]。相關(guān)工作人員應(yīng)加緊對大腦的充實(shí)，學(xué)習(xí)新技術(shù)，能夠自主解決不同的地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害問題，從而為我國礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用提供安全保障。