水文地質(zhì)因素對礦山地質(zhì)的影響及防治措施

王 劍，羅 剛

（江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局八〇五隊，江蘇 南京 210007）

近些年，國內(nèi)經(jīng)濟平穩(wěn)發(fā)展，各行各業(yè)在發(fā)展過程中的能源需求與日俱增。由于礦山地質(zhì)勘查的工作十分復(fù)雜﹑安全隱患相對較多，要想確保生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行，需要盡可能地減少安全事故的發(fā)生，而礦山地質(zhì)災(zāi)害則是其重要方面。從這個角度來看，應(yīng)積極研究水文地質(zhì)因素視角下防治礦山地質(zhì)災(zāi)害的有效路徑。

1 當(dāng)前礦山地質(zhì)的概況

在國內(nèi)，礦山地質(zhì)工作一直以來都實行勘查優(yōu)先﹑隨后開采﹑治理次之的運行模式，在該模式下，經(jīng)濟效益雖然能夠在短時間內(nèi)顯著增長，但是我國的礦山環(huán)境也會受到巨大的破壞，導(dǎo)致各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，使人們的人身財產(chǎn)安全也遭受到較大威脅。伴隨防治﹑勘查矛盾的日益尖銳，我國有關(guān)部門開始認(rèn)識到保護(hù)礦山周圍環(huán)境的重要性，逐步引入有序﹑科學(xué)的開發(fā)礦山和勘探礦山模式，同時制定并實施行之有效的舉措來治理﹑修復(fù)礦山地質(zhì)，修理范圍主要有土地資源﹑水資源﹑地貌地形等，嚴(yán)格地約束了各個礦山工程的開展。伴隨著國內(nèi)綠色地質(zhì)勘查這一先進(jìn)理念的盛行，各個地區(qū)開始嚴(yán)格落實礦山地質(zhì)勘查的綠色環(huán)保政策，以高度的綠色環(huán)保意識來開展礦山地質(zhì)勘查工作，從而較好地保護(hù)了所在地區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境。借助對礦山地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防﹑監(jiān)測，使得各種礦山地質(zhì)災(zāi)害得到及時的預(yù)警﹑預(yù)測，如地面塌陷﹑泥石流﹑滑坡等，讓礦山地質(zhì)發(fā)生風(fēng)險災(zāi)害的幾率大大降低，同時也提升了治理﹑恢復(fù)礦山地質(zhì)整體水平的能力。

2 我國水文地質(zhì)調(diào)查的進(jìn)展

數(shù)據(jù)顯示，世界水資源總量約為138億億立方米，其中97.47%是海水，淡水只占2.53%，且絕大部分為極地冰雪冰川和地下水，適宜人類享用的僅為0.01%。我國在2020年發(fā)布了全國水資源公報，該報告顯示我國水資源基本狀況為人多水少﹑水資源時空分布不均勻，南多北少,沿海多內(nèi)地少，山地多平原少。耕地面積占全國64.6%的長江以北地區(qū)水資源量僅占20%，全國近31%的國土是干旱區(qū)，年降雨量在250mm以下，生產(chǎn)力布局和水土資源不匹配，供需矛盾尖銳，缺口較大。除此之外，全國600多座城市中有400多個供水不足，嚴(yán)重缺水城市有110個。2021年6月18日，自然資源部召開全國水資源調(diào)查監(jiān)測評價工作視頻會，全國水資源調(diào)查監(jiān)測正式啟動。會議要求，利用5年時間全面掌握全國水資源數(shù)量﹑質(zhì)量﹑空間分布﹑開發(fā)利用﹑生態(tài)狀況以及動態(tài)變化。

3 礦山地質(zhì)受到的水文地質(zhì)因素影響

3.1 礦體塌陷

在爆破或挖掘礦體時礦山自身的平衡性遭到破壞，轉(zhuǎn)移了原有的礦體中心點，水文地質(zhì)因素對礦體的擾動進(jìn)一步擴大，從而導(dǎo)致礦山地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。不過，礦體塌陷只有在特定條件下才會出現(xiàn)，也就是礦層中的碳酸物質(zhì)達(dá)到一定含量，并且礦山的礦層下方頻繁流動地下水或礦層上方土層缺乏密實性，在這種情況下，礦層受到的沖擊力便會大大增加。經(jīng)過長時間的沖擊，礦層將會逐漸受到破壞，導(dǎo)致礦層下方的土層韌性和土層強度大幅降低，進(jìn)而引發(fā)礦體的塌陷問題。從客觀層面來講，自然因素雖然是導(dǎo)致礦體塌陷的重要因素，但是勘查地質(zhì)的行為也會影響地下水正常流向，使得礦山附近的水文地質(zhì)發(fā)生變化，從而造成礦體塌陷的嚴(yán)重后果。

與此同時，開發(fā)礦山的強度過大，將會直接破壞礦山周圍的地質(zhì)環(huán)境，影響礦山的含水層。礦山地質(zhì)勘查時含水層自身的隔水性﹑導(dǎo)水性﹑含水性會出現(xiàn)一定變化，在水動力層面受到擾動，并破壞含水層的正常構(gòu)造，致使礦體塌陷這類災(zāi)害的發(fā)生。整體來看，破壞含水層結(jié)構(gòu)分為以下三種類型，第一，因建設(shè)礦井揭露了含水層；第二，因擴展導(dǎo)水裂隙帶造成礦井中出現(xiàn)含水層滲漏現(xiàn)象；第三，裂隙帶將含水層引至采空區(qū)使得底板突水。這三種情形都會影響礦山的覆巖發(fā)育破壞礦體，增加含水層滲漏的整體速度，當(dāng)巖層遭到貫穿后，礦山便會有拉伸裂隙的出現(xiàn)，從而引發(fā)塌陷區(qū)積水的現(xiàn)象對礦山的安全開發(fā)造成巨大影響。破壞含水層后，一般會采取各種排水活動，使礦體出現(xiàn)一個降落地下水的漏斗，伴隨礦山地質(zhì)勘查活動的深入開展，漏斗的面積也會不斷地增加進(jìn)而面積給礦體帶來持續(xù)性的破壞，威脅了整個礦山的穩(wěn)定性，甚至還會伴有滑坡﹑崩塌等多種礦山地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

3.2 環(huán)境負(fù)擔(dān)增加

當(dāng)?shù)V山周圍的水質(zhì)受到污染后，附近水土環(huán)境的負(fù)擔(dān)將會大幅增加（礦山水文地質(zhì)環(huán)境問題如表1所示）。礦石中的重金屬元素較多，在勘查礦石的過程中，地下會滲入多種有害元素，如廢棄物﹑炸藥殘留物﹑氫化物﹑重金屬等，這些有害元素在地表中也會有所殘留，從而污染了地表水水質(zhì)與地下水水質(zhì)。與此同時，污染水質(zhì)將會使土壤的整體質(zhì)量受到影響，降低人們利用土地資源的效率，耕地價值也會大大減弱。在地球化學(xué)反應(yīng)的過程中，污染物會經(jīng)過氧化還原和溶濾作用，讓水循環(huán)中存在離子形式的有害元素，這些有害元素的長期累積會讓礦山附近環(huán)境受到污染，增加環(huán)境負(fù)擔(dān)。

表1 礦山水文地質(zhì)環(huán)境問題

3.3 液化砂土

在水文地質(zhì)因素的作用下，砂土容易產(chǎn)生液化現(xiàn)象。通常來講，松軟沙土或細(xì)膩砂土容易遭受水文地質(zhì)因素的影響而產(chǎn)生而損壞，并向液態(tài)土進(jìn)行轉(zhuǎn)變。一般來講，砂土遭受地震作用影響后能夠密實化，經(jīng)過密實的砂土將使孔隙水受到極大的壓力，加之周期性地震的作用，砂土孔隙率將會不斷增加，最終形成砂土液化的問題。與此同時，水文地質(zhì)不同的砂土液化度也存在較大差異，破壞礦山地表方面存在差異。以中海拔地區(qū)為例，海拔越大，地質(zhì)災(zāi)害給礦山帶來的影響便會隨之加大，嚴(yán)重威脅了礦山地質(zhì)勘查的整體安全。除此之外，砂土缺乏足夠的保水性，其水分會伴隨時間的流逝而緩慢消失，導(dǎo)致砂土更易發(fā)生液化。

3.4 地下水平衡打破

礦山地質(zhì)勘查開采會對地下水進(jìn)行疏干﹑抽排處理，讓地下水水位相應(yīng)降低，對礦山附近的地下水平衡產(chǎn)生影響，不僅使成礦山周圍的地下水日漸枯竭，而且會增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)﹑工業(yè)﹑生活等領(lǐng)域的用水負(fù)擔(dān)，給附近的生活﹑生產(chǎn)造成較大的負(fù)面影響。與此同時，地下水的排水處理會在閉礦后終止，但地下水平衡依然會受到持續(xù)影響并出現(xiàn)相應(yīng)變化，回灌到含水層介質(zhì)，加劇了斷層倒水的變化程度，并讓含水層層的排水條件﹑徑流﹑補給遭受到不同程度的影響。

除此之外，地質(zhì)構(gòu)造﹑地貌﹑地形與地下水平衡息息相關(guān)，若地下水平衡狀態(tài)變得不穩(wěn)定，則地下水將會改變自身流場狀態(tài)，從水平天然流動朝著垂直排泄點流動的方向發(fā)生改變，加速地下水的流動，受到水動力的影響導(dǎo)致礦山附近的低洼區(qū)域出現(xiàn)沼澤化﹑淹沒等問題，讓礦山地質(zhì)勘查安全受到巨大威脅。

3.5 沉降地面

在外力影響下，分散介質(zhì)和分散相會出現(xiàn)定向運動，也就是外部因素能夠給各種物質(zhì)帶來影響，使其上部出現(xiàn)下沉。在水文地質(zhì)因素視角下，引發(fā)沉降地面的根本原因是地下結(jié)構(gòu)和土壤結(jié)構(gòu)具有不同密度，由于上部的土壤結(jié)構(gòu)存在較大的密度，因此外部因素對其產(chǎn)生擾動后便會導(dǎo)致下沉問題的出現(xiàn)。一般來說，沉降地面會在地殼運動和地下水流動等情況下發(fā)生。從影響因素的種類來看，引起沉降地面現(xiàn)象的原因包括人為因素與自然因素兩種。其中，自然因素指的是礦山附近的水文地質(zhì)活動讓礦山地面的平衡結(jié)構(gòu)受到破壞，從而導(dǎo)致地面發(fā)生相應(yīng)沉降。人為因素指的是開發(fā)礦山的過程中存在深挖﹑爆破和開鑿等行為，這些開發(fā)礦山的行為會使水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到擾動，改變地下的平衡結(jié)構(gòu)，從而地面發(fā)生相應(yīng)沉降。由此可知，由于自然因素引發(fā)沉降地面的情形較少，相比之下，沉降地面更多地是由人為因素所致，要求防治礦山地質(zhì)災(zāi)害時應(yīng)將人為因素作為主要的切入點。

4 水文地質(zhì)因素視角下防治礦山地質(zhì)災(zāi)害的有效路徑

為了預(yù)防礦山地質(zhì)災(zāi)害，人們應(yīng)積極制定并實施有效的災(zāi)害防治舉措，具體內(nèi)容如下。

4.1 監(jiān)測水動力平衡

水動力平衡包括地表水﹑地下水兩方面。要想使礦山附近的水動力平衡得到保持，應(yīng)積極監(jiān)測礦山地表水與地下水的水量﹑水位﹑水質(zhì)。第一，應(yīng)對監(jiān)測點展開嚴(yán)格控制，使用水文鉆孔來形成一個監(jiān)測井，借助定點采樣法來分析和測試水文的質(zhì)量。第二，應(yīng)從水平衡變化風(fēng)險的角度出發(fā)，在地質(zhì)勘查時選取對覆巖破壞小的手段，防止不良鉆孔布置其中，以此來穩(wěn)定含水層的整體結(jié)構(gòu)。第三，應(yīng)做好礦坑排水的收集工作，對排水量展開嚴(yán)密的計算，時刻把握含水層受到的礦區(qū)排水影響。與此同時，監(jiān)測礦山地表水﹑地下水的工作重點是修復(fù)，工作要素包括含水層水質(zhì)﹑水位﹑厚度﹑流速﹑水溫等，對礦山地質(zhì)勘查過程中影響水平衡的內(nèi)在規(guī)律加以分析，從而有效的保護(hù)水平衡依據(jù)提供給礦山地質(zhì)災(zāi)害防治工作。

4.2 完善災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案

為了防治礦山的各種地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)健全和完善地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，工作人員可以第一時間實施災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案中的內(nèi)容，降低水文地質(zhì)因素在礦山地質(zhì)方面產(chǎn)生的不良影響，有效降低人身財產(chǎn)損失。與此同時，運用災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案時，應(yīng)始終堅持以人為本原則，先救人﹑后救財。

4.3 地質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞修復(fù)

要想使泥石流﹑滑坡﹑坍塌等礦山附近容易出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害大大減少，應(yīng)將礦山周圍存在的地質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞在第一時間進(jìn)行修復(fù)，避免這些區(qū)域的礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)受到進(jìn)一步破壞。第一，將刺絲圍欄放置于大裂縫﹑塌陷地面的周圍，樹立顯眼的警示安全牌。第二，利用就近法來取土，將取到的土填充至裂縫部位和塌陷部位，使以上部位得到穩(wěn)定（如圖1所示）。第三，加固并支撐塌陷部位，避免出現(xiàn)崩塌﹑滑坡等情況。

圖1 填充礦山塌陷裂縫

若礦山存在崩塌隱患或滑坡隱患，可以采取抗滑擋墻﹑減重?fù)鯄Φ忍幚泶胧?，借助抗滑桿﹑預(yù)應(yīng)力錨桿等工具，確保礦山的不穩(wěn)定坡體增加自身穩(wěn)定性，并將擋墻﹑攔渣壩設(shè)置于礦山的坡腳部位，從而避免生活區(qū)因礦山地質(zhì)災(zāi)害而受到破壞。

與此同時，防治泥石流充分結(jié)合生物舉措﹑工程舉措。其中，工程舉措主要是排導(dǎo)工程﹑攔擋工程﹑防護(hù)工程，生物舉措則是包括造林植樹法﹑植被修復(fù)法等，通過二者的有機結(jié)合來實現(xiàn)共同預(yù)防的目的。

4.4 資源化管理廢水

在礦山地質(zhì)勘查采礦的過程中，各種廢棄物﹑廢水﹑污水不斷形成，要想防治礦山地質(zhì)災(zāi)害就應(yīng)對其展開資源化管理，始終遵循反復(fù)﹑多次﹑循環(huán)利用廢水和污水的基本原則，使礦山工程中的優(yōu)質(zhì)水源使用頻率降低，將回收廢棄物的工作充分落實，以廢棄物﹑廢水滿足我國排放標(biāo)注為前提，科學(xué)﹑有序地排放到指定位置。

與此同時，礦山中的部分供水井止水效果不理想，應(yīng)對其進(jìn)行有效的封堵，防止串層污染的發(fā)生。在進(jìn)行供水井的封堵時，應(yīng)將分水嶺部位的供水井當(dāng)作重點，由下到上進(jìn)行注漿，及時開展壓水測試，從而讓封堵供水井的質(zhì)量得到充分保證。針對礦山的污染區(qū)域，通過微生物降解﹑生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)﹑垂直墻﹑顆粒沉降等多種方法將廢棄物和廢水內(nèi)存在的污染物進(jìn)行有效地去除，從而實現(xiàn)治理礦山地質(zhì)災(zāi)害的目的。

5 結(jié)語

總而言之，研究水文地質(zhì)因素視角下防治礦山地質(zhì)災(zāi)害的有效路徑具有重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對當(dāng)前礦山地質(zhì)的概況有一個全面的了解，充分把握我國水文地質(zhì)調(diào)查的進(jìn)展，認(rèn)識到礦山地質(zhì)受到水文地質(zhì)因素的影響，能夠通過監(jiān)測水動力平衡﹑完善災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案﹑地質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞修復(fù)﹑資源化管理廢水等多種方式防治礦山地質(zhì)災(zāi)害，從而促進(jìn)我國地質(zhì)勘查行業(yè)的平穩(wěn)﹑綠色發(fā)展。