水文地质勘察在矿山工程建设中的应用研究

尹建波，魏月

（山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，济南250014）

1 引言

矿山工程项目实际开采过程中的开挖深度较小， 同时目前关于水文情况的研究较少。 水文问题会作用于矿山工程，对矿山工程的建设和运行产生消极影响， 然而相关报道没有引起矿山工程师们的重视。 目前，随着矿山工程逐渐发展起来，开挖深度逐渐增加，随之而来的水文问题也愈发严重[1]。因此，矿山工程建设过程中需对水文地质勘察引起关注， 确保在工程施工和后续使用过程中的安全性。 基于以上分析，研究介绍矿山工程建设中水文地质勘察的现状，同时针对具体的问题，通过有效分析方法提出了矿山工程建设过程中的针对性策略，以此确保矿山工程的有序发展。

2 矿山工程建设中水文地质勘察的危害因素及钻探技术

2.1 矿山工程建设中水文地质勘察的危害因素

矿山工程中水文地质勘察具有以下作用：其一，保护矿山工程周边的环境，关注生态环境的动态平衡；其二，提高矿山地质勘察的准确度。 矿山工程建设中水文地质勘察的危害因素包括地下水水压、地下水的升降、潜水位的变化、地下水的水质。 矿山工程在正式施工前需积极开展地质勘察工作，全面认识施工地区的实际地质情况， 综合分析影响水文地质的相关因素。 地下水水压在正常情况下均具有一定的稳定性，但在实际矿山开采过程中，地下水的水压会被施工因素干扰，进而导致地下水水压失去平衡， 导致矿山工程的施工进度受到影响，降低施工效率，更为严重的是，地下水的水压会破坏地质结构的稳定性。图1 是地下水的组成情况。地下水可视为包括承压区这一区域。 假如地下水的水压出现失衡现象，会导致基坑结构受到破坏，进而无法保证矿山工程满足要求[2]。 矿山工程建设中，地质勘查需了解地下水的水压情况，通过合理的处理方式和方法解决地下水水压失衡现象， 进而有效促进矿山工程的顺利开展，影响矿山工程质量。

图1 矿山工程地下水的组成情况

矿山工程地下水位的上升或下降将会影响矿山工程的稳定性，进而无法保证矿山工程的安全性。 当地下水的水位上升时，则土壤结构中会渗透入大量的水，导致水含量逐渐升高，造成土壤软化等问题。 当出现土壤软化等问题后，土壤的承载力将大幅度下降，导致矿山工程的地基结构出现变动，进而直接影响地基结构的安全性， 这会对矿山工程的质量产生明显作用。 严重情况下，矿山工程将面临坍塌风险，以及人员受伤或者死亡等情况，进而给国家和个人造成不可估量的损失。

潜水位的变化大多数是由地下水水压的稳定性失衡导致的，地下水压会直接影响基坑的承载能力。 地下水的压力将对基坑的承载能力产生影响，这会导致基坑的稳定性失衡，也会危及地质结构的安全性。 假如地下水的水压超过一定的限值，则矿山工程还将出现地面下沉的问题。 矿山工程的项目确定方案还依赖于潜水等水位线图，目前，水资源存在着大量的污染现象，正常情况下地下水的水质质量较高，在这种情况下，矿山工程的质量不会受到影响。 在人为因素的情况下，地下水污染情况日益严峻，地下水中富含大量的有害物质。 其中，影响最为恶劣的因素为酸雨， 这不仅会污染人类赖以生存的生态环境，同时还会对矿山工程的建设质量产生影响。

2.2 矿山工程水文地质勘察的钻探技术及评价

在制订地质钻探技术的具体方案时， 责任负责人需综合各方面的因素考虑，如地质勘察技术应用的可行性、成本、经济效应，人工操作的难易程度、人身安全等，以此确保勘察方案设计的合理性和有效性。 钻探技术包括反复循环钻探技术、孔锤钻探技术、绳索取芯技术。 反复循环钻探技术包括水利反循环钻探和空气反循环钻探两种，本研究具体介绍前者。 该技术使用的介质通过钻杆完成传递过程， 在钻头的协同配合过程中获得岩芯，再将其传送到孔口。 孔锤钻探技术的优点是有效提升实际钻进效率，且大幅降低钻孔成本。 钻探开采技术浅井和施工深槽的确定标准为单位面积下整体地质结构的数据，矿床的确定依据需保障经济性和开采技术的可行性。 钻探作业前技术人员需精密测量位置，使其在合理误差范围内。 陆域高程测量误差范围为-0.1～0.1 m， 陆域水平精度测量误差为-0.1～0.1 m；水域高程测量误差区间为-0.1～0.1 m，水平精度误差取值区间为-0.5～0.5 m。 钻井深度控制在5～8 m，实际钻孔深度需在设计孔深10 cm 以内。 在正式开始施工前，矿山工程建设负责人需安排相关人员对地下水的渗透性进行全方位的检测，大致能获取地下水的具体状况。 在实际水文地质勘察过程中，责任负责人需提升监督检查力度，同时解决水文地质勘察过程中所发现的问题。 矿山工程地质勘察人员的相关工作需参考施工工艺及流程， 监理人员需运用标准化的流程开展工作，进而确保各项工作的顺利开展[3]。 矿山工程水文地质勘察钻探技术的评价体系如图2 所示。

图2 矿山工程水文地质勘察钻探技术的评价体系

在矿山工程建设中应用水文地质勘察钻探技术后， 研究需构建水文地质评价体系对实际应用价值进行评估。 评价体系主要包括5 个层面。

其一，整体分析地下水对岩土和地质等要素的影响，同时了解不良影响可能造成的危害，并据此提出干预性的处理措施。

其二， 依据矿山工程的实际地质状况完善水文地质勘查工作，并通过互联网、报刊等方式收集并整理相关数据，以此分析勘察结果。

其三，分析不同季节环境下地下水的变化规律，进而判断今后地下水的状况。

其四，结合地下水的水文现状，全面评估地下水的危害。假如水文情况会对钢筋结构等基础结构产生不良影响，则需视情况对工程进行合理设计，进而确保矿山工程建设的安全性。

其五，确定相关人员的职责，健全评价体系机制。矿山工程水文地质勘查工作人员需强化自身的管理意识，深化对水文地质重要性的认识。 对于在工作中表现较差的员工，需建立惩罚机制对其进行处罚；反之，则通过奖励机制对其加以奖励。 同时，水文地质勘查工作中需采取追责机制，将每项工作的具体内容分配给不同人员。 假如相关责任人没有做好相关的工作，则在后期工作中需提升他们的学习能力、工作能力、业务水平。

3 矿山工程水文地质勘察的实际应用效果

研究将结合小上峪石灰石矿绿色矿山资源的现状及水文地质勘察结果，对矿山工程水文地质勘察措施的实际应用效果进行分析。 评价内容主要包括水文重要参数、生态环境指标、钻探定位精准性。

小上峪石灰石矿山工程监测点设置依据环境监测点原则进行设计，考虑环境影响的范围和矿山开采的特点，且这些监测点具有可靠性、先进性、科学性等特性，总共布置4 个监测点。 在对矿山工程的地下水位和潜水位进行合理控制后，小上峪石灰石矿山工程中监测点1～4 的一年四季给水度、 渗透系数、导水系数、越流系数、水动力弥散系数、贮水率均在合理范围内，数值均在0.6～0.8 之间。 监测点3 的给水度和渗透系数最高，数值为0.71 和0.78。监测点2 和监测点3 的导水系数相同，且比其余两个监测点位高，数值为0.79。 监测点4 的越流系数、 水动力弥散系数、 贮水率均比其余3 个点位的数值更高，数值分别为0.7、0.76、0.73。 其中，监测点1 的6个水质参数均比其余3 个监测点的数值更小， 这可能是因为监测点1 附近矿山资源丰富， 而其余3 个监测点附近的矿产资源较为稀缺，这点和实际监测结果相符。因此，该矿山工程的地下水状况能满足实际水文勘察工作的要求。图3 是3 个监测点地下水水质参数情况。

图3 4 个监测点地下水水质参数情况

在小上峪石灰石矿山工程中实施环境污染综合治理技术后，对于生态环境指标而言，重金属离子浓度、氮氧化物浓度、二氧化硫浓度、颗粒浓度、一氧化碳、臭氧、光化学氧化剂、硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、活性中间物均符合2022 年国家矿山地质环境评价指标体系。

对比传统钻探技术， 先进钻探技术对于矿山资源有更为精准的定位。 随着矿藏资源深度的增加，两种钻探技术的定位偏差均随之增加，且随着地矿资源的丰富程度而逐渐增加。 但先进钻探技术的定位偏差最大值约为50 m， 而传统钻探技术的定位偏差可达到100 m。 总体来说，先进钻探技术的定位精度对比于传统钻探技术提高了近70%。考虑到经济成本，先进钻探技术所用到设备价格虽然比传统设备的费用更为昂贵，但后期维护周期更长，且施工周期更短，因此，总体具有极强的实用价值。 对于不同钻探技术下的水理化性质而言，两种不同技术的水理化性质检测结果显示，水温、溶解氧、电导率、酸碱度、浊度、氨氮、硝酸盐和矿物质等地下水理性质存在较大的区别。 在对小上峪石灰石矿绿色矿山工程应用实施先进钻探技术和综合治理技术后，矿山工程的地下水水质更优，且对人体有害的化学物质相比传统治理技术显著更少， 为矿山工程的顺利开展提供了可能。

4 结论

矿山工程在设计和施工过程中极其关注水文地质勘察工作。 水文地质情况的全面分析可避免其对矿山工程产生不良作用。 依据现阶段水文地质的消极作用，本文总结了地下水水压、地下水水位、潜水水位等危害，同时针对具体的问题提出了解决措施，并将其应用于实际案例以分析应用效果。 结果表明，应用矿山工程水文地质勘察措施后，地下水水文参数在合理数值内， 且探矿技术相比较于常规钻探技术具有更加精准的定位。 研究构建的矿山工程水文地质勘察的应对措施能阻止地下水水文地质条件对工程产生的不良作用， 促进矿山工程安全有效的正常运行。