矿山地下开采活动对地下水环境的影响

唐坪

摘要：随着开采技术手段的发展以及相关施工设备的进步，现在矿山地下开采的范围越来越大，能够采集到的矿产资源也随之增多，但是随之而来的则是对于地下水环境的一些影响。常规的矿山开采工程很容易改变地下水的原有正常流动途径，对地下水环境系统造成不良影响，其中发生较为多见的情况是矿坑涌水。相关工作人员必须要能够精确地预估出矿坑涌水量，这不仅能够帮助研究矿山地下开采活动对地下水环境系统的影响程度，还能够作为地下水资源利用的依据，精确地预测矿山地下开采活动的矿坑涌水量，既能够保障矿山地下开采活动的安全，也能够提高地下水资源的利用效率。因此，利用矿坑涌水量作为研究数据来探究矿山地下开采活动对于地下水环境的影响，具备重要的研究价值与意义。

关键词：矿山地下开采活动；地下水环境；矿坑涌水量

众所周知，地下开采活动工程的正常施工步骤是通过改造自然地下水环境的流动渠道来改变地下水资源的走向，进而完成对矿山地下的水渗环境以及水文地质条件的改造，以设计矿山地下开采活动，保障地下开采活动的安全。矿山排水一般是借助矿坑排水系统来完成排水，但是矿坑排水量过多会使得大量浅表层地下水资源流失，进而导致土地干燥化，影响农作物的收成，严重破坏原有环境的水含量。因此，正确预知矿坑涌水量的高低，能够指导施工方科学合理地开挖矿坑，保证原有环境的含水量处于正常水平，又能够保障施工团队地下开采作业的安全，同时对地下水研究还能够提供一定的数据支持。

1.矿坑涌水量的预测

借助矿坑涌水量的数值我们可以直接判断矿床的水文地质情况及其复杂程度，同时矿坑涌水量还能够作为矿山挖掘设计部门防水措施与排水系统的建设数据参考，在正常的矿山勘测与生产作业活动中起到非常重要作用。根据相关研究，我们可以明确，所预测的矿坑涌水量大小会对开采活动造成一定影响。例如大于实际值的时候，会使局部地下水水位下降，水井报损，植被群落会改变；而小于实际值时，容易因为防水措施不当造成矿井事故，轻则影响矿山地下开采活动的正常开展，重则发生人员伤亡。因此，在预测矿坑涌水量的时候，要充分结合好实际地区的水文数据以及地质条件，利用科学合理的数学模型进行运算，经过反复的验算与核算，得出真正准确的矿坑涌水量数值。

1.1解析法测试矿坑涌水量

解析法测试矿坑涌水量的原理是建立解析公式来计算出矿坑涌水量的数值，根据地下水流动力学原理，结合初始地下水文条件以及矿山边界的范围，模拟出预测矿山的地下水流运转数学模型，同时进行试验性的矿井开挖，结合试验的矿井出水量判断数学模型建立的正确与否，当试验的矿井出水量与模型中所预测的数值相同时，我们判断该数学模型能够高度契合本次施工活动的地下水流动力结构，再运用解析公式综合得出所需预测的矿坑涌水量[1]。解析法目前应用于矿区地下水资源测算方面非常广泛，效果好，数值准确，操作难度也不高。

1.2数值计算法计算矿坑涌水量

数值计算法指的是将目标矿区划分为几个面积相等、形状规则类似的区域，也就是将整体划分为个体，单独计算后进行合成处理，得到最后的矿坑涌水量值，在计算上要充分考虑到不同个体区域之间细微的水文地质参数差别与几何形状上的差异[2]。实际上矿坑涌水量的计算方式是很多中的，要根据实际的水文条件来合理选择。同时，对于非稳定的水动力渗流问题，还需要统计每日各个时间点的水流状况，将计算时段分成若干个时间单元，然后整合好各个时间单元的水流量数据。数值计算法的计算效果精确，但是操作所需时间较长，目前在矿区的矿坑涌水量计算上应用得也比较多。

2.矿坑涌水对于地下水流场影响的分析

在自然情况下的水文地质条件中，地下水的运动主要是排出、补充和自流，排出指的是从地下水流场中排到地表层面的活动。而补充则是来源于地下高压水源，自流即是在水流通道中自主流动。在正常地质构造中，地下水资源能自主排出、补充与流动，形成一个径流循环。为了使得矿山地下开采活动能够正常安全地进行，采矿过程中必须抽出一定的矿井数目用于排水，减小径流中的水压力，也就是在开采场地中将一些对矿井的井道与井巷有一定冲击力与破坏力的地下水进行疏通排出，降低开采场的地下水压。而在矿坑排水过程中，矿坑涌水量的大小会对整体水流厂造成影响，因此，要对矿坑涌水量与地下水流场的关系做一个细致的分析，得出两者之间的实际关系，方便我们预估实际地下水流场中水的压力与冲击力[3]。此外，如果在短时间内大幅度地降低地下水压的话，很容易会产生地下水径流岔行，使得部分侧流的地下水改为垂直流动，增加其地表灌溉系数，对地表的基础流量与土地熵形成负面影响，其基本数据之间的关系如表1。如果我们对单位面积的矿井涌水量进行限制，降低单位面积矿井的地下水压时，其矿坑涌水量也会随之下降，单位面积的数目越大，其地下水压下降越多，对地表的灌溉系数与土地熵的负面影响越大，不利于地表的水资源利用。

3.矿山地下开采活动对地下水环境的影响

3.1影响地下水位

采矿活动中形成的矿坑涌水，必定会造成对地下水径流的影响以及水动力场的改变。实际施工作业中，在进行矿山开采前，施工组织会先对矿山裂隙的含水岩石组群进行一定的破坏，以进行含水量测试及其他矿山数据计算。在一定范围的矿层排水与矿体开采后，矿山的地下水岩层会受到一定的破坏与冲击，如果这个时候水压过大，就容易出现突水事故，造成矿层的破碎、塌陷以及变形，严重时甚至能危及相关人员的性命，并且会延伸原有的旧有矿层破碎横断面，造成大面积雪崩式塌陷，形成垮松带、围落带、变形带和移动带，严重影响采矿场周围的地理环境，对开采作业活动的进行非常不利。同时还有可能改变原有的地下水流场，形成地下水流漏斗，在漏斗外圈区域其地下水流动速度加快，地下水库储量随之减少，采矿层面的地基将失去一定的依托，甚至有可能裂开破碎。其中，2018年國际地下水源研究协会年度数据报告现实，地下水水流速度与地下水流漏斗深度之间关系如表2。

同时，地下水位也会随之大幅度降低，局部的含水带由于失去了水压形成了新的包气带，地下水渗流的流速与水动力坡度都增加，水流速度加快，地下水对周遭岩层的侵蚀性加大，很容易引起岩层溶蚀，产生大面积的地址灾害，并且对矿山周遭地区的水文条件造成非常重大的不良影响[4]。因此，在进行矿山地下开采活动时，要对地下水位进行一定的测量，结合好当地浅表水资源环境的现状，在不影响当地浅表层水资源利用的情况下，最大限度地进行矿山地下开采活动，同时保证好相关施工人员的安全。

3.2破坏水土环境

矿山地下开采活动对地下水环境的影响很容易破坏地下水径流的下垫面，随着矿井的不断拓深，采空塌陷区的面积越来越大，矿层裂隙的含水量自然也下降，同时地下水资源的潜水自由面蒸发速度会增加，对水土的湿润、黏合能力下降，水文的下垫面也随之下降，这就好比在一块湿润的土壤中，我们将其下方的土壤层拓到一定深度时，水分自然会在重力的作用下向下走，开始从土壤中流出，久而久之，土壤必定失去其黏性，这就是所谓的水土流失。

3.3减少地底基流

在矿山工程的基建中，需要大量的水资源，因为矿层矿床方面需要生产性排水，就会导致矿层顶板以上的一些高含水量的岩层发生疏干预破碎，不利于地下水资源的流通与储存，会大面积地减少地底的基流。同时，在进行矿井排水时，为了安全起见，施工方的实际排水量会高于计算的矿井涌水量数值，这就很容易发生过度抽干的情况，导致地底基流的水分减少，对水土黏度的保持，地区浅表层水资源的提供都会产生不利的影响[5]。一旦地底基流减少，那么矿山地下开采活动场周围的村落的供水系统很容易出现问题，地下水压严重不足，供水系统容易出现补偿性故障。此外，因为地底基流流量过低，人们能够获取的水分少，周围的土壤干燥化，不利于农作物的生长，湖泊随之干涸，浅表层的水源供给不足，那么当地的动植物与人们的正常生活必定会受到严重的影响。

3.4对农林土壤灌溉的不良影响

矿坑涌水量过大，很容易抽取过多的浅表层水资源，导致地区土壤失水多、失水快，土壤结构变得松垮，水土流失问题加重，土壤的生产能力随之下降，长时间的缺水与水土流失，对当地的农作物收成將会造成强大的打击[6]。同时，在地下水位过低的情况下，大面积的天气降水都会用于补充地下水通道，在浅表层的滞留时间随之缩短，地面上的动植物获得水资源的分量少，时间短，不利于地表动植物的生长，容易破坏生态环境的稳态，产生严重的环境问题。

4.减少矿山地下开采活动对地下水环境不良影响的措施

众所周知，矿山地下开采活动对地下水环境的影响主要体现在矿坑涌水排水以及矿层地下水径流面的破坏，因此，在进行矿山开采活动时，要着重注意好矿坑用水排水的力度的把握，利用解析法与数值计算法科学合理地算准实际所需的最小安全矿坑涌水量，根据数值实实在在地进行矿坑排水，同时要考虑好对矿层地下水径流面的破坏情况，防止相关的塌陷、岩层破坏问题导致人员伤亡。

正确选择好采矿方法，结合房柱法与胶体充填法，减少崩落法的使用次数，开采过程中出现的废石、废沙要填充到采空区，减少采空区的面积，降低塌陷风险[7]。对于井巷的布置一定要考虑好渗水透水的风险，结合实际地形，井巷设置在远离河床的位置，尽量避开水分较高的土壤层与矿层，减少与水的接触面积。同时在矿井中预留一定的厚度来保护矿柱，加固以减少导水裂缝的发生。

此外，要严格控制好地下采空塌陷区的面积，按时分点地测试采矿区的水土情况，考虑到当地浅表层水土环境在本次矿层活动中受到的影响，提前与当地居民沟通好，并且进行远区水源引流，保证当地施工与居民的正常用水，最好是在矿区周围多种一些抗旱植物，改水田为旱田，提高其蓄水能力，同时在一些有条件的矿床中设置截水沟排水蓄水，将一些无关的地下水排到周围的浅表层环境中，减少矿层压迫，降低塌陷风险。同时，对于一些矿区周围一些河床较为软塌的河道，要建立防水性强的人工河床，防止河水渗入，提高地下水位，影响矿区水文条件，扰乱矿坑涌水量的计算，产生难以预测的突水事故造成人员伤亡。

5.结束语

在一些褶皱与断裂的地形环境中，矿区涌水坑的水文地理条件较为复杂，形成与控制的难度较高，相关施工方一定要综合考虑好各方面的问题再进行开采作业。总而言之，矿坑涌水量能够作为数据用于判断矿山地下开采活动对地下水影响的大小，体现地下水资源在矿区开采活动作业中产生的一些问题，在考虑相关地下矿层的防治处理时，要结合好当地浅表层水资源的供应问题，与当地的居民沟通好，保证施工团队的安全以及开采活动的正常进行。

参考文献：

[1]锅圆.铅锌矿开采对地下水环境影响评价分析[J].世界有色金属， 2018（10）： 71+74.

[2]韩奉平，黄磊.安康某铅锌矿开采对地下水环境影响评价分析[J].地下水， 2017， 39（06）： 40-43.

[3]刘光武，王滢，赵志勇.铁矿开采项目地下水环境影响评价探讨[J].科技经济导刊， 2016（02）： 24-25.

[4]邓志文，杨建安，方超.矿山地下开采对地下水环境的影响机理及防治[J].有色冶金设计与研究， 2015， 36（02）： 5-7+15.

[5]王滢，刘光武.铁矿开采对地下水环境影响评价实证研究[J].地下水，2015， 37（02）： 80-82.

[6]何兰军，张林生.地下开采矿山地质环境保护与恢复治理问题探讨[J].安徽地质， 2015， 25（01）： 65-68.

[7]魏华，彭博.地下水环境影响评价的必要性浅析[J].河南水利与南水北调， 2013（03）： 60-61.