岩溶矿区地下水资源储存与管理

熊芮 胡应绘 金志远

摘 要：岩溶矿区的岩溶发育是极度不均匀的，岩溶水在我国分布范围广泛，它们不仅水量大，而且水压高，影响着矿区的生产与安全。如果岩溶矿区岩溶水处理方式不当，且没有通过科学的合理开发与利用，那么岩溶水的使用和排出就会造成极大的资源浪费。本文根据岩溶水的形成机理，结合矿井的水文地质条件，总结了岩溶水治理措施和管理方法，并提出了展望。

关鍵词：岩溶水；防治；储存；管理

岩溶是指可溶性岩石如白云岩、石灰岩等被水溶蚀后产生的裂隙，地下水通过各种途径累积在其中，称为岩溶水。[1]岩溶水具有多种形态，小到溶孔，大到溶洞及暗河。在采矿过程中，矿井水害是矿区最主要的灾害之一，而岩溶矿区岩溶水的不科学处理，会造成溶岩矿区突水事故频发。岩溶矿区一旦发生突水事故，就会影响安全生产或甚至淹井，引起地面塌陷，会造成巨大的经济损失。因此，合理管理、储存和利用岩溶水，且使其循环利用，可显著减少突水事故，减少资源浪费，社会经济效益显著。本文根据岩溶水的形成机理，结合矿井的水文地质条件，探讨科学合理的岩溶水治理措施和管理方法。

1 岩溶水的水文地质条件

岩溶矿区水文地质条件，是岩溶矿区充水的主要影响因素，了解矿区的岩溶水充水水源和充水通道是矿井水害防治的重要条件。矿井充水水源防治应从各个方面综合考虑各种因素，根据岩溶类型和赋存条件，采用有效的防范措施，大致估算岩溶水的数量和质量。岩溶水的水文地质勘测方法主要有无线电波透视法、直流电阻测率法和矿井瞬变电磁法等。矿井水物探可以测定岩溶水的含水构造，工作面顶底板含水层的富水性，岩溶矿区涌水补给源等水文地质问题，水文地质测绘可以测定岩溶水的水量和水质，物探和钻探结合能精准地测绘出岩溶水的性质和储存位置以及地理分布，在开采前准确地了解到岩溶水的存储形式，为岩溶水的防治和利用提供重要保障。

2 岩溶水的储存

2.1 岩溶水的储存形式和含水特征

从岩溶水的埋藏条件进行分类，岩溶水埋藏浅的可分为覆盖型岩溶水、裸露型岩溶水；埋藏深度很深的深埋藏型岩溶水，岩溶矿区岩体的岩溶程度化或岩体构造应力分割留下的裂隙其储水形式可分为溶隙储水形式、地下暗河储水形式及岩溶管道储水形式。

a）裸露型岩溶水的形态一般为裂隙潜水或地下暗河、弱岩溶白云石、裂隙在薄灰岩潜水、不纯碳酸盐岩矿区。岩溶水的含水特征是没有岩溶发育、水分布不均。一般做层流、无压流动，动态变化比较大。地下暗河则处于气候湿润，均质厚层灰岩，大多分布在产状平缓，构造破碎的地质构造带。这种地质构造使其形成地下暗河。它的地下水流非常大，一般来说，它是没有压力湍流。局部压力流量很大，动态范围很大。

b）覆盖型地下岩溶水是岩溶裂隙不集中径流带地下水，其主要有两种赋存形式。一种是在断层中或第四纪沉积物和岩溶岩层接触面附近，其埋藏属于承压水，这种岩溶水水压不大，一般做层流流动，水位变化不大。另一类位于非均质碳酸盐岩夹层断裂带及其两侧裂隙，或厚层石灰岩岩溶发育。其含水性质表现为地下水层流与紊流取决于通道情况，水位变化幅度小。

c）埋藏型岩溶地下水可分为层间裂隙岩溶水和脉状裂隙岩溶水，层间裂隙岩溶水分布在上覆和下伏非岩溶化岩层中，其埋藏很深，有时形成深部水循环。地下水作层流流动，运动状态稳定。脉状裂隙岩溶水位于很厚的碳酸盐岩层的构造破碎带中呈条带状分布，这种岩溶水埋藏深但，岩溶发育一般，其有减弱的趋势，属于承压水，水压一般较大，地下水作层流流动，运动状态稳定。

岩溶水不同的水文地质条件形成了不同的补给、排泄。南方岩溶地下水与地表水互为一体，互相转换，相互补给，入渗参数较大（60%80%）而北方的入渗参数约占30%。北方的岩溶水是通过排泄密集的岩溶泉而形成的，南方的岩溶水主要由地下河流，洞穴，泉水和河流组成。南方岩溶水通常具有以下特点：不同地下河系统水位差异变化较大一般没有统一区域地下水位；供水和蓄水源难以区分；地下河特征 ，水量变化与地表水具有较好的相似性地下水位深度变化较大，常出现结构性缺水现象。[2]

岩溶水运动特征主要是层流和湍流共同运动，压力流与无压流共存，运动方向不同步，局部与整体不一致，区域地下水位不统一。[3]

2.2 岩溶水的防治

矿井水的防治工作应坚持“预测预报，有疑必探，先探后治，先治后采”的原则，采取“防，堵，疏，排，截”的综合治理措施，综合突出矿区突水特征，含水率，岩溶发育特征等方面，采用物探与钻探相结合的方法。根据水文地质条件选择合理科学的方法，对岩溶水进行治理。通常是“以排为主，堵排结合”的思想，但也有人认为过量排放会造成资源浪费、环境破坏等。[4]因此，也有人提出“限量排放，堵排结合”的治理措施。根据上述不同岩溶水水文地质条件，提出以下针对性的岩溶水防治方案。

（1）建立长期的观测系统，及时掌控岩溶水的动态特征。

（2）进行超前探放水。

（3）断层加固，当有岩溶塌陷时，采用回填处理。

（4）进行灌浆或帷幕注浆，抬升地下水位。

a）裸露型岩溶地下水。

对于裸露型岩溶地下水，大气降水为其主要充水通道，应设立地表水防渗措施，通常主要的方法是封堵裸露型岩溶地表，采用土石，充填封堵。若裸露的面积比较大，可用下部充填砾土，在其上部覆盖黏土，使其高于地表0.51m。这样可减少地表水对裸露型岩溶地下水的影响。

b）覆盖型岩溶地下水。

覆盖型岩溶地下水的治理可采用超前疏干，注浆堵水截流。对于那些含水较多的覆盖型地貌，当其含水量大补给量又不大的溶岩矿区，可提前将含水层的水疏干。或通过井下钻孔疏放，将含水层中的地下水有控制的排放到井巷排水沟中，缓慢疏放。预防地下水突然涌入矿井，造成灾害事故，加大岩溶水治理难度。

c）深埋型岩溶地下水。

深埋型岩溶地下水属于承压水，对其防治时要综合考虑，因地制宜采取针对性的治理措施。遵循“整体研究，逐块分析，因地制宜，先易后难。”首先应对其进行疏水降压，使含水层水压降到安全水头以下。当承压水压力过大时，可采用地表、地下聯合疏水降压。在其隔水层薄弱带注浆加固。提高隔水层的阻水能力。

3 岩溶水的利用

岩溶水目前可主要用作电力发电能源，饮用水供水水源，加工储存的液体矿源。其利用涵盖生产、生活各个方面。岩溶地区地下水资源丰富，目前主要有浅层岩溶储水库蓄水，地下河水库蓄水，地下河流洞穴开挖存水，深层岩溶地层开挖等四种开发方式和使用方式。

在岩溶地区，地下水主要存在于地下河流管道中。针对这种地质情况，应选择合适的断面，人为挖掘巷道，改变地下径流环流路线，引水解决缺水问题，这也是解决喀斯特地区干旱的重要手段。其主要优点是水资源使用的低成本，缺点是建设成本高。

在地下河管线中，选择合适的灌浆点，以上游水洞和洼地作为水库的蓄水量，增加地下河上游水位，形成天然水库和水源， 这样产生的势能差能用于发电。 这种方法的主要优势是水资源充足，使用成本低。 缺点是建设成本高，存在一定的风险。[5]

在地下水暴露较少的地区，选择合适的地下水富集区，并采取钻井水来解决人们饮用水的困难。其主要优点是水质优良稳定，建设成本低。缺点是有一定的成井风险。

在覆盖型岩溶地区，岩溶地下水丰富，通常呈层状分布，水力大小均匀分布，水力相互连通。水力停滞区达到饱和，有利于地下水资源的钻探，但钻探时但应重点关注岩溶地平线的厚度和分布。

4 结论与展望

岩溶矿区拥有丰富的地下水资源。它的开发利用和保护一直是人们关注的重点。其水文地质条件复杂，而且地下水开发利用困难。目前，岩溶矿区地下水利用率不高。地下水资源如何合理开发还没有统一的结论。但从引水的系统的角度出发，对地下水资源开发利用和专项研究是与岩溶矿区地下水的赋存规律和地区水循环法结合进行共同研究的，与不同类型地下水喀斯特地下水资源的开发，将为国家经济建设可持续开发利用的水资源服务。

同时，喀斯特地质是一种重要的地质形式，地下溶洞和暗河极分布极多，地质环境脆弱，旱涝灾害、石漠化、喀斯特塌陷频繁，严重制约着经济和社会的发展。针对此情况应该开展对喀斯特发展规律的研究，分析和总结环境地质问题的统一模型，建立生态地质环境脆弱性统一的评价体系。建立建成一个统一的岩溶地质安全风险评估体系。

参考文献：

[1]陈林，吴自立，孙培轩.贵州省官仓煤矿岩溶水突水分析及防治措施[J].矿业安全与环保，2012，39（06）：7981.

[2]聂昊天.浅析龙门煤矿矿井突水规律及防治对策[J].西部探矿工程，2013，25（06）：171173.

[3]王双银.关于煤矿防治水技术的管理措施[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2014（06）：132.

[4]陈美智，周桂铨.煤矿水害事故分析及其防治技术[J].西部探矿工程，2012，24（03）：201203+206.

[5]陈俊.矿区岩溶水的防治与利用[J].人民珠江，2014，35（06）：13.

基金资助：贵州理工学院大学生创新创业项目（0416061），贵州理工学院高层次人才科研启动基金（2003001060）