水文地质因素对矿山地质的影响及防治措施

王 剑，罗 刚

（江苏省有色金属华东地质勘查局八〇五队，江苏 南京 210007）

近些年，国内经济平稳发展，各行各业在发展过程中的能源需求与日俱增。由于矿山地质勘查的工作十分复杂﹑安全隐患相对较多，要想确保生产工作的顺利进行，需要尽可能地减少安全事故的发生，而矿山地质灾害则是其重要方面。从这个角度来看，应积极研究水文地质因素视角下防治矿山地质灾害的有效路径。

1 当前矿山地质的概况

在国内，矿山地质工作一直以来都实行勘查优先﹑随后开采﹑治理次之的运行模式，在该模式下，经济效益虽然能够在短时间内显著增长，但是我国的矿山环境也会受到巨大的破坏，导致各种地质灾害的发生，使人们的人身财产安全也遭受到较大威胁。伴随防治﹑勘查矛盾的日益尖锐，我国有关部门开始认识到保护矿山周围环境的重要性，逐步引入有序﹑科学的开发矿山和勘探矿山模式，同时制定并实施行之有效的举措来治理﹑修复矿山地质，修理范围主要有土地资源﹑水资源﹑地貌地形等，严格地约束了各个矿山工程的开展。伴随着国内绿色地质勘查这一先进理念的盛行，各个地区开始严格落实矿山地质勘查的绿色环保政策，以高度的绿色环保意识来开展矿山地质勘查工作，从而较好地保护了所在地区的矿山地质环境。借助对矿山地质灾害的预防﹑监测，使得各种矿山地质灾害得到及时的预警﹑预测，如地面塌陷﹑泥石流﹑滑坡等，让矿山地质发生风险灾害的几率大大降低，同时也提升了治理﹑恢复矿山地质整体水平的能力。

2 我国水文地质调查的进展

数据显示，世界水资源总量约为138亿亿立方米，其中97.47%是海水，淡水只占2.53%，且绝大部分为极地冰雪冰川和地下水，适宜人类享用的仅为0.01%。我国在2020年发布了全国水资源公报，该报告显示我国水资源基本状况为人多水少﹑水资源时空分布不均匀，南多北少,沿海多内地少，山地多平原少。耕地面积占全国64.6%的长江以北地区水资源量仅占20%，全国近31%的国土是干旱区，年降雨量在250mm以下，生产力布局和水土资源不匹配，供需矛盾尖锐，缺口较大。除此之外，全国600多座城市中有400多个供水不足，严重缺水城市有110个。2021年6月18日，自然资源部召开全国水资源调查监测评价工作视频会，全国水资源调查监测正式启动。会议要求，利用5年时间全面掌握全国水资源数量﹑质量﹑空间分布﹑开发利用﹑生态状况以及动态变化。

3 矿山地质受到的水文地质因素影响

3.1 矿体塌陷

在爆破或挖掘矿体时矿山自身的平衡性遭到破坏，转移了原有的矿体中心点，水文地质因素对矿体的扰动进一步扩大，从而导致矿山地质灾害发生。不过，矿体塌陷只有在特定条件下才会出现，也就是矿层中的碳酸物质达到一定含量，并且矿山的矿层下方频繁流动地下水或矿层上方土层缺乏密实性，在这种情况下，矿层受到的冲击力便会大大增加。经过长时间的冲击，矿层将会逐渐受到破坏，导致矿层下方的土层韧性和土层强度大幅降低，进而引发矿体的塌陷问题。从客观层面来讲，自然因素虽然是导致矿体塌陷的重要因素，但是勘查地质的行为也会影响地下水正常流向，使得矿山附近的水文地质发生变化，从而造成矿体塌陷的严重后果。

与此同时，开发矿山的强度过大，将会直接破坏矿山周围的地质环境，影响矿山的含水层。矿山地质勘查时含水层自身的隔水性﹑导水性﹑含水性会出现一定变化，在水动力层面受到扰动，并破坏含水层的正常构造，致使矿体塌陷这类灾害的发生。整体来看，破坏含水层结构分为以下三种类型，第一，因建设矿井揭露了含水层；第二，因扩展导水裂隙带造成矿井中出现含水层渗漏现象；第三，裂隙带将含水层引至采空区使得底板突水。这三种情形都会影响矿山的覆岩发育破坏矿体，增加含水层渗漏的整体速度，当岩层遭到贯穿后，矿山便会有拉伸裂隙的出现，从而引发塌陷区积水的现象对矿山的安全开发造成巨大影响。破坏含水层后，一般会采取各种排水活动，使矿体出现一个降落地下水的漏斗，伴随矿山地质勘查活动的深入开展，漏斗的面积也会不断地增加进而面积给矿体带来持续性的破坏，威胁了整个矿山的稳定性，甚至还会伴有滑坡﹑崩塌等多种矿山地质灾害的发生。

3.2 环境负担增加

当矿山周围的水质受到污染后，附近水土环境的负担将会大幅增加（矿山水文地质环境问题如表1所示）。矿石中的重金属元素较多，在勘查矿石的过程中，地下会渗入多种有害元素，如废弃物﹑炸药残留物﹑氢化物﹑重金属等，这些有害元素在地表中也会有所残留，从而污染了地表水水质与地下水水质。与此同时，污染水质将会使土壤的整体质量受到影响，降低人们利用土地资源的效率，耕地价值也会大大减弱。在地球化学反应的过程中，污染物会经过氧化还原和溶滤作用，让水循环中存在离子形式的有害元素，这些有害元素的长期累积会让矿山附近环境受到污染，增加环境负担。

表1 矿山水文地质环境问题

3.3 液化砂土

在水文地质因素的作用下，砂土容易产生液化现象。通常来讲，松软沙土或细腻砂土容易遭受水文地质因素的影响而产生而损坏，并向液态土进行转变。一般来讲，砂土遭受地震作用影响后能够密实化，经过密实的砂土将使孔隙水受到极大的压力，加之周期性地震的作用，砂土孔隙率将会不断增加，最终形成砂土液化的问题。与此同时，水文地质不同的砂土液化度也存在较大差异，破坏矿山地表方面存在差异。以中海拔地区为例，海拔越大，地质灾害给矿山带来的影响便会随之加大，严重威胁了矿山地质勘查的整体安全。除此之外，砂土缺乏足够的保水性，其水分会伴随时间的流逝而缓慢消失，导致砂土更易发生液化。

3.4 地下水平衡打破

矿山地质勘查开采会对地下水进行疏干﹑抽排处理，让地下水水位相应降低，对矿山附近的地下水平衡产生影响，不仅使成矿山周围的地下水日渐枯竭，而且会增加当地农业﹑工业﹑生活等领域的用水负担，给附近的生活﹑生产造成较大的负面影响。与此同时，地下水的排水处理会在闭矿后终止，但地下水平衡依然会受到持续影响并出现相应变化，回灌到含水层介质，加剧了断层倒水的变化程度，并让含水层层的排水条件﹑径流﹑补给遭受到不同程度的影响。

除此之外，地质构造﹑地貌﹑地形与地下水平衡息息相关，若地下水平衡状态变得不稳定，则地下水将会改变自身流场状态，从水平天然流动朝着垂直排泄点流动的方向发生改变，加速地下水的流动，受到水动力的影响导致矿山附近的低洼区域出现沼泽化﹑淹没等问题，让矿山地质勘查安全受到巨大威胁。

3.5 沉降地面

在外力影响下，分散介质和分散相会出现定向运动，也就是外部因素能够给各种物质带来影响，使其上部出现下沉。在水文地质因素视角下，引发沉降地面的根本原因是地下结构和土壤结构具有不同密度，由于上部的土壤结构存在较大的密度，因此外部因素对其产生扰动后便会导致下沉问题的出现。一般来说，沉降地面会在地壳运动和地下水流动等情况下发生。从影响因素的种类来看，引起沉降地面现象的原因包括人为因素与自然因素两种。其中，自然因素指的是矿山附近的水文地质活动让矿山地面的平衡结构受到破坏，从而导致地面发生相应沉降。人为因素指的是开发矿山的过程中存在深挖﹑爆破和开凿等行为，这些开发矿山的行为会使水文地质结构受到扰动，改变地下的平衡结构，从而地面发生相应沉降。由此可知，由于自然因素引发沉降地面的情形较少，相比之下，沉降地面更多地是由人为因素所致，要求防治矿山地质灾害时应将人为因素作为主要的切入点。

4 水文地质因素视角下防治矿山地质灾害的有效路径

为了预防矿山地质灾害，人们应积极制定并实施有效的灾害防治举措，具体内容如下。

4.1 监测水动力平衡

水动力平衡包括地表水﹑地下水两方面。要想使矿山附近的水动力平衡得到保持，应积极监测矿山地表水与地下水的水量﹑水位﹑水质。第一，应对监测点展开严格控制，使用水文钻孔来形成一个监测井，借助定点采样法来分析和测试水文的质量。第二，应从水平衡变化风险的角度出发，在地质勘查时选取对覆岩破坏小的手段，防止不良钻孔布置其中，以此来稳定含水层的整体结构。第三，应做好矿坑排水的收集工作，对排水量展开严密的计算，时刻把握含水层受到的矿区排水影响。与此同时，监测矿山地表水﹑地下水的工作重点是修复，工作要素包括含水层水质﹑水位﹑厚度﹑流速﹑水温等，对矿山地质勘查过程中影响水平衡的内在规律加以分析，从而有效的保护水平衡依据提供给矿山地质灾害防治工作。

4.2 完善灾害应急预案

为了防治矿山的各种地质灾害，应健全和完善地质灾害的应急预案，当地质灾害发生后，工作人员可以第一时间实施灾害应急预案中的内容，降低水文地质因素在矿山地质方面产生的不良影响，有效降低人身财产损失。与此同时，运用灾害应急预案时，应始终坚持以人为本原则，先救人﹑后救财。

4.3 地质结构破坏修复

要想使泥石流﹑滑坡﹑坍塌等矿山附近容易出现的地质灾害大大减少，应将矿山周围存在的地质结构破坏在第一时间进行修复，避免这些区域的矿山地质结构受到进一步破坏。第一，将刺丝围栏放置于大裂缝﹑塌陷地面的周围，树立显眼的警示安全牌。第二，利用就近法来取土，将取到的土填充至裂缝部位和塌陷部位，使以上部位得到稳定（如图1所示）。第三，加固并支撑塌陷部位，避免出现崩塌﹑滑坡等情况。

图1 填充矿山塌陷裂缝

若矿山存在崩塌隐患或滑坡隐患，可以采取抗滑挡墙﹑减重挡墙等处理措施，借助抗滑杆﹑预应力锚杆等工具，确保矿山的不稳定坡体增加自身稳定性，并将挡墙﹑拦渣坝设置于矿山的坡脚部位，从而避免生活区因矿山地质灾害而受到破坏。

与此同时，防治泥石流充分结合生物举措﹑工程举措。其中，工程举措主要是排导工程﹑拦挡工程﹑防护工程，生物举措则是包括造林植树法﹑植被修复法等，通过二者的有机结合来实现共同预防的目的。

4.4 资源化管理废水

在矿山地质勘查采矿的过程中，各种废弃物﹑废水﹑污水不断形成，要想防治矿山地质灾害就应对其展开资源化管理，始终遵循反复﹑多次﹑循环利用废水和污水的基本原则，使矿山工程中的优质水源使用频率降低，将回收废弃物的工作充分落实，以废弃物﹑废水满足我国排放标注为前提，科学﹑有序地排放到指定位置。

与此同时，矿山中的部分供水井止水效果不理想，应对其进行有效的封堵，防止串层污染的发生。在进行供水井的封堵时，应将分水岭部位的供水井当作重点，由下到上进行注浆，及时开展压水测试，从而让封堵供水井的质量得到充分保证。针对矿山的污染区域，通过微生物降解﹑生态复合系统﹑垂直墙﹑颗粒沉降等多种方法将废弃物和废水内存在的污染物进行有效地去除，从而实现治理矿山地质灾害的目的。

5 结语

总而言之，研究水文地质因素视角下防治矿山地质灾害的有效路径具有重要的意义。相关人员应对当前矿山地质的概况有一个全面的了解，充分把握我国水文地质调查的进展，认识到矿山地质受到水文地质因素的影响，能够通过监测水动力平衡﹑完善灾害应急预案﹑地质结构破坏修复﹑资源化管理废水等多种方式防治矿山地质灾害，从而促进我国地质勘查行业的平稳﹑绿色发展。