论矿床水文地质类型及地下水对采矿影响与防范

李淼清

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021)

论矿床水文地质类型及地下水对采矿影响与防范

李淼清

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021)

矿山开采的过程会受到矿坑涌水问题的影响，在进行开采工作时，需要对矿山的水文地质条件进行详细了解，分析水文地质条件对开采环节可能造成的任何影响。对矿山的充水类型及勘探复杂程度类型划分进行了解析，对在采矿过程中地下水所产生的矿井突水、地面塌陷、破坏水资源等影响形式进行分析，提出疏干排水、注浆堵水、截水等防治措施。为地下水对矿床开采的影响提供科学防治对策，保证开采任务有序进行，不受突发情况导致开采中断。

矿山水文地质；地下水；采矿；影响；防范措施

1 矿床充水类型划分

依据《有色金属矿山水文地质勘探规范》(GB51060-2014)[1]，考虑矿床充水的主要含水层的类型，固体矿床充水类型可以划分为三类。

1.1 孔隙充水矿床

此类矿床以孔隙含水层充水为主，充水岩层埋藏条件、颗粒成分、胶结程度及与地表水的水力联系程度决定了矿床充水条件和矿坑涌水量的大小。例如，元宝山煤田煤层分布于冲积平原下部的侏罗系上统中，上覆厚层第四系，煤系由粉、细砂岩、泥岩夹砾岩及煤层组成，第四系以圆砾石为主夹砂、卵石，第四系透水性极强，该矿床就是孔隙水顶板充水的矿床。

1.2 裂隙充水矿床

此类矿床以裂隙含水层充水为主，充水岩层构造发育程度、裂隙发育程度以及与地表水的水力联系程度决定了矿床充水条件和矿坑涌水量的大小。裂隙充水矿床在我国分布相当广泛，许多有色、黑色金属矿床均与此有关。例如，前震旦系变质岩层中的铁矿，板溪群变质岩层中的钨、锑、金矿 ， 震旦系硅质岩层中的锰矿，第三系红色砂岩层中的铜矿，火成岩体周边接触带中的多金属矿等。

1.3 岩溶充水矿床

此类矿床以岩溶含水层充水为主，矿区的构造复杂程度、充水岩层的岩溶发育程度及分布和埋藏条件决定了矿床充水条件和矿坑涌水量的大小。按岩溶形态的差异可细分为3个亚类：(1)以溶蚀裂隙为主；(2)以溶洞为主；(3)以地下河为主。我国北方、南方及西南地区的众多金属及非金属矿床，都受到岩溶水的威胁。例如，邯邢铁矿田分布于百泉泉域中部奥陶系中统石灰岩地段，受构造作用，灰岩岩溶裂隙发育，形成了百泉-中关-王窑-郭二庄-云驾岭岩溶水强径流带，对这一带的矿山开采构成了很大的威胁。

2 矿床勘探复杂程度类型划分

考虑矿床排水条件、地表水与矿体关系、主要充水含水层的补给条件、老窿水分布状况等因素，充水矿床勘探的复杂程度类型可划分为[1～5]：简单型、中等型，复杂型。

2.1 简单型

按矿体与当地侵蚀基准面的关系，此类型又可细分为两个亚类：(1)主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有利于自然排水；(2)主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，附近无地表水体，很少或没有第四系覆盖，水文地质边界条件简单，充水含水层富水性弱、补给条件差，存在良好隔水层，无老窿水分布，疏干排水不会产生塌陷、沉降。

2.2 中等型

主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，附近地表水不构成矿床的主要充水因素，主要充水含水层的补给条件一般，第四系覆盖面积小且薄，水文地质边界条件中等，充水含水层富水性中等，无强导水构造，存在少量老窿水，位置、范围、积水量清楚，疏干排水可能产生少量塌陷。

2.3 复杂型

主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，附近存在较大的地表水体且与地下水水力联系密切；主要充水含水层的补给条件好，第四系覆盖层厚度大、含水层分布广，水文地质边界条件复杂，充水含水层富水性强，地质构造复杂，存在沟通区域性强含水层(带)的强导水构造，存在大量老窿水，位置、范围、积水量不清楚，疏干排水可能产生大量地表塌陷、沉降。

3 地下水对采矿过程中的影响

3.1 矿井突水

掘进或采矿过程中，巷道揭穿导水断裂、积水老窿、富水溶洞，导致大量地下水突然涌入矿山井巷，这就是矿井突水。突水对矿山的影响非常大，轻则造成涌水量增大，影响采矿作业，排水费用的增加使得采矿成本也随之增大；重则淹没矿井，造成工程停工，更严重的可造成人民生命财产巨大损失。如2014年1月4日，沙河市上郑村上西铁矿发生突水事故，造成4人死亡，其原因就是巷道以上顶板隔水层较薄，稳固性差，巷道顶板在大于90 m的岩溶水水压作用下遭受破坏，导致-84～-120 m南二下山-100 m岩溶水透水。

3.2 地面塌陷

大型岩溶矿床疏干排水后，地表往往产生塌陷，塌陷影响范围大者可达数十平方公里。塌陷对矿山周围环境的危害极大，可造成大面积范围内工民用建筑、交通、农田、水利设施的破坏；塌陷范围若扩展到地表水区域，引起地表水倒灌，增加矿井的水量补给，影响采矿正常进行。广西省融安县泗顶铅锌矿区[6]、湖北省大冶市大广山铁矿、安徽省铜陵市新桥硫铁矿、安徽省怀宁县安庆铜矿[7]等均遭受过地面塌陷带来的不良影响。

3.3 破坏水资源

若采取疏干排水方式治理地下水，当矿坑排水量大于矿区所在地下水单元的补给量时，地下水流场的平衡就被打破了，天然流场就会受到极大的改变，地下水位持续下降，导致泉、河断流，改变地貌景观，甚至造成地下水水资源枯竭，矿区工农业生活用水得不到保证。例如位于百泉泉域内的邯邢地区铁矿田，由于多数矿山大降深疏干排水和工农业超额抽取地下水，1977～2007年，铁矿田范围内的地下水水位降低了180多米，百泉泉域于1987年断流至今。

3.4 其它影响形式

其它影响形式包含滑坡、冒顶、片帮等。露天开采时，由于断裂、流砂、淤泥层等软弱结构面的存在，在地下水渗流潜蚀作用下，易导致边坡不稳，产生滑坡；地下开采过程中，遇到含水的松散岩体或有软弱结构面的岩体时，在地下水的动水压力作用下，巷道顶板、侧壁易发生冒顶、片帮事故[8]。

4 矿山防治水措施

矿山防治水前应该依据相关规范要求开展水文地质勘探工作，制定防治水方案时应坚持综合治理、保护水资源和减小地质环境影响的原则，防治方案宜采取疏干、注浆堵水或防渗墙截水等措施。

(1)疏干排水。在探明矿井水源之后，有计划、有准备地采用人工排水措施降低含水层水位，使某个开采水平的地下水部分或全部被疏干，以达到减少开采巷道涌水量的目的。它是防止矿井水灾最积极、最有效的措施，一般可分预先疏干、开采疏干和综合疏干。随着人们对地下水环境问题的日益重视，这种方法的使用逐渐受到限制。

(2)注浆堵水。将胶结材料按照一定比例配制成浆液，通过钻孔注入断层破碎带、岩石裂隙、溶洞等，浆液凝结硬化后，可起到充填堵塞涌水通道、稳固地层、隔离水源之目的，从而保证采矿活动的顺利进行。

(3)截水。采用超前钻探进行探水，若探到水源后，由于条件所限无法进行疏干排水可利用防渗墙技术将局部涌水点与其它采掘区域分开，临时或永久性地截住水源，防止水源对其它区域构成威胁。

(4)对于老窿水应查明其分布、体积、水质等状况，以及老窿水与矿体的水力联系，当工作面接近老窿区时，必须超前探放水。

(5)地表水的防治方案有：河床衬砌防渗、注浆防渗、截水沟、河流改道等。

[1]有色金属矿山水文地质勘探规范(GB51060-2014).中华人民共和国国家标准.2014.

[2]王朝亮.论矿山水文地质类型及地下水对采矿影响的防范措施[J].黑龙江科技信息.2016(14):83-83.

[3]万祥辉,沈蓓蓓.论矿山水文地质类型及地下水对采矿的作用及影响[J].建材与装饰.2016(24):191-192.

[4]钱学溥,任虎俊,杨光辉，等.矿区水文地质勘查类型及基本工程量[J].中国煤炭地质.2016,28(2):35-38.

[5]黄小平.矿床水文地质勘查类型划分探讨[J].大科技.2015(2):188-188,189.

[6]郭维君，崔晓艳，陈学军.泗顶铅锌矿区岩溶塌陷成因及治理对策分析[J].金属矿山.2009(12):41-43.

[7]胡强.安庆铜矿地面岩溶塌陷成因分析及综合防治对策[J].有色金属:矿山部分.2012,64(6):74-78.

[8]王军.矿山地下水害防治技术新进展[J].采矿技术.2002, 2(3):55-58.

2016-10-25

李淼清(1978-)，男 ，湖南平江人， 高级工程师，主要从事水文地质和工程地质工作。

P641.4

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1004-1184(2017)01-0052-02