水文地質(zhì)在礦山地質(zhì)勘查中的重要性分析

楊 凱，徐 濤

（招遠市姜家窯金礦有限公司，山東 煙臺 265400）

水文地質(zhì)是礦產(chǎn)資源勘查中不可忽略的一環(huán)。水文地質(zhì)勘查的效果，對整個勘察工作的質(zhì)量和成果有很大的影響。地下水是巖土結(jié)構(gòu)的構(gòu)成主體，地下水的存在對礦山開采工程性質(zhì)有很大的影響。合理的采礦工藝是工程施工質(zhì)量的重要保證。但是，在實際的礦產(chǎn)資源勘察工作中，往往忽略了水文地質(zhì)勘查，這不僅影響工程建設(shè)的進度，也影響工程后續(xù)的生產(chǎn)經(jīng)營活動。尤其是近幾年來，由于地質(zhì)災(zāi)害的頻發(fā)，給人們的生命財產(chǎn)帶來了巨大的損失。為此，有關(guān)部門要繼續(xù)探討解決這些問題的對策與途徑，突顯其研究的價值與意義。

1 水文地質(zhì)在礦山地質(zhì)勘查中的重要性

1.1 有利于勘察精度提高

水文地質(zhì)在地質(zhì)勘探中占有舉足輕重的地位，其質(zhì)量直接關(guān)系到地質(zhì)勘查的準確性。通常，在開展水文地質(zhì)勘查工作時，工作人員要對地下水中的鈣、鎂、鉀等金屬元素含量以及二氧化碳、氧、硅酸鹽等進行詳細的分析。另外，在勘查工作中，還需查明有關(guān)區(qū)域的地下水pH 值，該數(shù)據(jù)信息對判定礦床周圍的地質(zhì)組成具有重要意義，例如，大部分地下水中的氫氧根離子含量都比氫離子高，所以大部分的地下水都是呈弱堿性的，反之，若地下水是酸性的，那么該礦床中的硫化物含量就會很高，由此可以推測出礦區(qū)的物質(zhì)組成[1]。此外，還可通過水文地質(zhì)勘查，對地下水的礦化度和侵蝕性等參數(shù)進行研究，確定地下水中的離子和分子鹽含量，確定地下水的侵蝕性，進而判定地下水對金屬混凝土以及自然土壤的影響情況。在對地下水水質(zhì)進行分析的同時，通過對地下水的分布情況、總量及水層厚度等方面的信息進行綜合分析，可以使各種地質(zhì)判斷依據(jù)更加完善，從而大大提高地質(zhì)勘查的準確性。

1.2 有利于采礦效益提高

從有關(guān)企業(yè)的觀點來看，企業(yè)在建設(shè)項目工程的時候，最關(guān)心的是工程的經(jīng)濟效益，如何在保證采礦安全、高效的前提下進一步降低工程造價成本，是每個企業(yè)都要研究的問題。從當(dāng)前礦山水文地質(zhì)勘查工作的價值出發(fā)，保證該勘探工作的質(zhì)量，可以有效提高礦山開采項目的經(jīng)濟效益。首先，地下水對工程的安全與穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，如果由于地下水的存在導(dǎo)致了相關(guān)的安全事故，會給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟損失。而良好的水文地質(zhì)勘查工作，可以讓工程設(shè)計人員對礦山的地下水情況有更為完整的認識，能夠從各個方面對地下水的影響因素進行綜合考慮，從而制定出一個科學(xué)、合理的開采方案，大大提高工程作業(yè)的穩(wěn)定性與安全性，同時也使得工程的經(jīng)濟效益更為穩(wěn)定，從而進一步降低工程的投資風(fēng)險。并且，對礦山地下水基本狀況的全面認識，有助于在開采作業(yè)中最大程度地利用地下水資源。通過對礦山水位現(xiàn)狀和潛在水源等基礎(chǔ)資料的詳細掌握，能夠更好地對基礎(chǔ)建設(shè)中的潛在水源進行有效利用，從而達到對施工用水進行動態(tài)循環(huán)的目的，有效節(jié)省工程造價成本，提高工程經(jīng)濟效益。

1.3 有利于減少環(huán)境危害

礦產(chǎn)資源的開發(fā)必然會對礦山周圍的生態(tài)環(huán)境造成一定的影響，自然生態(tài)保護政策下，所有的采礦活動都要遵循對生態(tài)環(huán)境的影響最小化的原則。而要降低對礦山生態(tài)環(huán)境的影響，就需要弄清有關(guān)地區(qū)的地質(zhì)情況，對地質(zhì)勘查工作和礦產(chǎn)資源開采方案進行科學(xué)的設(shè)計。水文地質(zhì)勘查工作可以確定礦山的具體水文地質(zhì)條件，設(shè)計人員要對地下水水質(zhì)、分布、深度以及運動狀況等因素有充分的認識，才能準確地進行施工方案的設(shè)計，最大限度地降低開采作業(yè)對地下水的影響，避免作業(yè)過程中地下水的污染和作業(yè)對生態(tài)環(huán)境的影響。在采礦工作中，工程的穩(wěn)定與安全在很大程度上也會影響到當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境，較穩(wěn)定的工程結(jié)構(gòu)與較安全的施工方法，可以避免坍塌、涌水等對自然生態(tài)環(huán)境造成嚴重損害的事故。

1.4 有利于確定工程數(shù)據(jù)

在地下礦產(chǎn)資源開采中，地基設(shè)計是一個非常關(guān)鍵的問題，而地下水對地基的設(shè)計起著非常重要的影響。地基埋深與目標(biāo)深度、現(xiàn)有水位、潛在水源深度、開采工藝等因素有關(guān)，而現(xiàn)有水位與潛在水源也是水文地質(zhì)勘查的重點，通過良好的水文地質(zhì)勘查工作，工作人員可以獲得當(dāng)前水位、潛在水源深度、地下水位分布等信息，從而對滿足采礦目的的地基埋深進行綜合分析[2]。為保證礦山開采期間地下水位變動不影響采礦安全與生產(chǎn)效率，需保證基坑開挖深度在已有地下水面之上。若基坑開挖深度低于已有地下水，則需對該部分地下水進行處理，將其水位降低到目標(biāo)深度之下。此外，地下水對周圍土體具有顯著的侵蝕作用，在采礦過程中，這一區(qū)域的巖土受到地下水的作用而發(fā)生變化，會對整個工程的穩(wěn)定與安全產(chǎn)生很大的影響?？傊?，水文地質(zhì)勘查對工程地基埋深有著重大的影響，高精度的水文地質(zhì)勘查工作將有助于準確確定工程地基埋深，保證工程建設(shè)安全、穩(wěn)定地進行。

2 水文地質(zhì)勘查內(nèi)容

2.1 地下水位

礦山開采工程極易受地下水的影響，進而產(chǎn)生質(zhì)量或安全隱患問題，主要表現(xiàn)為：地下水的水位出現(xiàn)下降，引起工程地基的沉陷；地下水水位升高的情況下，引起基坑的變形。所以，在進行水文地質(zhì)勘查時，必須對地下水進行勘測。但是，由于地下水處于不斷變化的動態(tài)過程，僅從目前的地下水狀況來開展勘察工作，還不能滿足工程建設(shè)對地下水資源相關(guān)信息的需求。因此，在進行地下水勘查時，必須對3-5 年來的地下水資源進行統(tǒng)計，包括最高水位、最低水位及水位變幅等信息，并以此來分析其變化特點及發(fā)展趨勢。另外，地下水埋深受外界因素的影響，也會發(fā)生一定程度的改變，因此，需要對地表水的賦存形態(tài)、規(guī)模，以及其與地下水補排水的聯(lián)系、地下水的流動情況進行逐一分析，以保證地下水現(xiàn)狀勘查的可靠性[3]。

2.2 水理性質(zhì)

水文地質(zhì)勘查主要是對地下水的水位、水理特征等方面的調(diào)查。地質(zhì)勘探要求對巖土結(jié)構(gòu)的滲透系數(shù)、儲水量、供水性和溶水性進行分析。巖土結(jié)構(gòu)的水理特性存在著一定的差別，其對工程的影響也存在著一定的差異，主要有重力水、毛細水和結(jié)合水三種水理作用。重力水在土層中自由地流動，且十分活躍，對巖土工程結(jié)構(gòu)的影響最大；結(jié)合水的形成主要是受高壓條件影響，這類水的密度比普通水體大得多，而且粘性大，但對巖土工程的影響不大。根據(jù)結(jié)合力的不同，可將其劃分為弱結(jié)合水和強結(jié)合水。在粘性土結(jié)構(gòu)中，更容易出現(xiàn)結(jié)合水，由于分子的吸附效應(yīng)，在土體表面會形成一層薄水膜，其密度普遍高于常規(guī)水體，只有常規(guī)水體的1/3。毛細水一般處于巖土體的窄縫中，并且毛細水除了受重力作用外，還受毛細力的影響。在毛細力較大的情況下，地下水位將升高，而隨著壓力的減小，地下水位將逐漸下降。毛細水的產(chǎn)生會對巖土工程產(chǎn)生重要的影響，它會使巖石土體的結(jié)構(gòu)性變軟，并對地下建筑物產(chǎn)生腐蝕作用[4]。

2.3 地理條件

水文地質(zhì)勘查既要收集與目標(biāo)地區(qū)有關(guān)的資料，又要研究對水文環(huán)境有直接或間接作用的地質(zhì)要素。而這些因素中，地形地貌是一個非常重要的因素。在進行水文地質(zhì)勘查時，首先要考慮的是地形地貌與水文基礎(chǔ)狀況。在地形地貌調(diào)查方面，重點研究采礦項目建設(shè)區(qū)的地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文要素的賦存形態(tài)、規(guī)模及影響因素的作用強度。與此相對應(yīng)的是，對地形進行勘探時，也要注意其表面的狀況，如巖石是否受過侵蝕、侵蝕程度、風(fēng)化后巖性的硬度與穩(wěn)定性。另外，還要考慮到工程場地的開放性和有無斷層等特殊結(jié)構(gòu)。水文特性的調(diào)查主要包含了項目建設(shè)區(qū)域及其周圍的氣象、氣候、年平均降水量、季節(jié)性降水特點以及氣溫等因素。

3 水文地質(zhì)在礦山地質(zhì)勘查中的應(yīng)用建議

3.1 建立健全勘察制度

對水文地質(zhì)勘查工作的認識直接關(guān)系到整個工作的質(zhì)量，目前，還有一些礦業(yè)公司對這一工作環(huán)節(jié)不夠重視，不但勘查項目不夠全面，在這方面的工作投入也比較有限。為此，管理人員要充分認識到水文地質(zhì)勘查工作的重要性，把有關(guān)工作列入具體開采工程的前期工作中，進一步細化工作計劃，使勘察方案更加完善。同時，勘察技術(shù)人員還應(yīng)結(jié)合工程的性質(zhì)、規(guī)模及投資程度，做好整體的規(guī)劃。水文地質(zhì)勘查在勘察工作中占有十分重要的地位，因此，對資料數(shù)據(jù)的采集精度要進行嚴格控制。資料采集完成后，還要做好地質(zhì)、水文資料的準備工作，以實現(xiàn)對礦山水文地質(zhì)情況的全面認識，從而針對礦山水文地質(zhì)環(huán)境存在的問題，提出相應(yīng)的防治對策。此外，還需注重資金、技術(shù)和人員的投入問題，確保在這些方面的工作有扎實的硬件和軟件基礎(chǔ)，才能提高總體開采工作的質(zhì)量。最后，基層管理者要提高對水文地質(zhì)勘查工作的重視程度，強化對勘查現(xiàn)場的管理和監(jiān)督，嚴謹、細致地開展相關(guān)工作，保證勘查質(zhì)量。

3.2 構(gòu)建災(zāi)害預(yù)警機制

煤礦工程的采礦建設(shè)有別于一般的工程，它對具體作業(yè)過程和環(huán)境條件有著更高的安全要求。大部分礦山開采作業(yè)都是在地下進行的，若地下水水位升降變化過大，將會對工程建設(shè)產(chǎn)生不可預(yù)知的危害，甚至誘發(fā)重大地質(zhì)災(zāi)害。為此，在礦山開采項目中，應(yīng)建立相應(yīng)的工程監(jiān)控體系，對地下水的動態(tài)變化情況進行監(jiān)控。在此基礎(chǔ)上，通過在重點地質(zhì)構(gòu)造區(qū)布設(shè)探測器，建立一種對地質(zhì)水文等信息進行綜合的監(jiān)測系統(tǒng)。該傳感器能夠?qū)崟r獲取地質(zhì)水文等方面的變化數(shù)據(jù)，并將其上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。然后，通過對地質(zhì)水文等資料數(shù)據(jù)的分析，可以更好地了解地質(zhì)構(gòu)造的變化規(guī)律。當(dāng)?shù)叵滤蛔儎映^限制值時，施工人員需及時啟動地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警機制及應(yīng)急預(yù)案，并在第一時間開展搶險救災(zāi)工作，以使地下結(jié)構(gòu)變動及地下水水位變動對工程建設(shè)造成的不良影響降到最低。

3.3 完善地下水動態(tài)監(jiān)測

地下水始終處于動態(tài)變化的運動過程，因此，對其進行動態(tài)監(jiān)測，可以及時掌握地下水位的真實狀況，并及時對開采方案進行調(diào)整、優(yōu)化。在前期的水文地質(zhì)勘察工作中，設(shè)計者需根據(jù)初步的水文地質(zhì)參數(shù)來進行采礦計劃的編制，但隨著采礦工程的進行，采空區(qū)的面積越來越大，礦山的地質(zhì)條件也會隨之改變。在采礦過程中，若不及時對地下水進行連續(xù)、動態(tài)的監(jiān)測，就有可能會因為地下水狀況的改變，導(dǎo)致采礦過程中出現(xiàn)惡劣的安全事故。所以，在采礦活動中，水文地質(zhì)勘查工作必須與開采工作同時進行，根據(jù)前期的勘查工作所獲得的數(shù)據(jù)信息，保持或者增加相應(yīng)的動態(tài)監(jiān)測點，以便能夠?qū)崟r掌握地下水的變化，并依據(jù)勘查得到的參數(shù)，對采礦方案進行適時的調(diào)整。

3.4 積極引入新技術(shù)

當(dāng)前，水文地質(zhì)勘查技術(shù)正在飛速發(fā)展，各種新的勘查設(shè)備在提高勘查精度的同時，也可以有效降低勘查操作的難度，所以，積極引入和運用新型勘查技術(shù)是提高勘查工作水平的一個重要途徑。例如，鉆孔透視儀是目前礦山水文地質(zhì)勘察工作中的一種新型裝備，既可以有效減少勘察鉆探的工作量，又可以使單孔探測范圍得到進一步的延伸，提高勘測精度。另外，瞬變電磁和同位素等方法也是目前進行水文地質(zhì)勘查的主要手段。瞬變電磁法是一種利用階梯電流探測礦區(qū)內(nèi)部磁場變化的方法，該方法不但可以拓展勘探范圍，還可以從地磁的角度對一定區(qū)域的水文地質(zhì)條件進行分析，既方便又準確。同位素示蹤技術(shù)可以通過對地下水同位素的分析，判斷出地下水的源頭、運動狀態(tài)和精確位置[5]。

4 結(jié)語

由于國家建設(shè)發(fā)展對各種自然能源的需求量日益增大，致使礦山開采工程的生產(chǎn)規(guī)模越來越大，其施工工藝的復(fù)雜程度和風(fēng)險也越來越大。通過對礦山水文地質(zhì)條件的調(diào)查，能夠全面掌握礦山的地質(zhì)構(gòu)造、水文信息，對礦山的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及各方面的實際條件狀態(tài)進行有效的評價，從而為礦山生產(chǎn)工作安全穩(wěn)定的進行打下堅實的基礎(chǔ)。在施工過程中，要充分發(fā)揮其對施工安全的支撐與保證作用，提高勘察工作的綜合水平與能力，保證工程安全、有序地進行。