石灰石開采過程中地下水影響與預防措施分析

何劍平 張臘根 劉基

（廣東核力工程勘察院 廣州花都 510800）

0 前言

我國經濟建設正處于高速發展過程，國家正加大基礎建設投入。基礎建設的增加，需要大量建筑材料，作為基礎建筑材料之一的水泥需求量不斷上升。石灰石作為水泥生產的主要原料，其需求量也不斷擴大。石灰石均位于灰巖地區，石灰石的開采無疑都會影響地下水。

1 石灰石開采對地下水的影響途徑

1.1 石灰石開采過程中的環境影響初析

一般礦山類項目，對環境影響類型與影響程度如表1所示。

表1 礦山類項目環境影響類型與影響程度

1.2 地下水影響

根據石灰石開采類項目特征，項目僅開采石灰石，石灰石本身不含重金屬；僅有開采過程，不添加任何化學藥劑，整個開采過程對水質影響主要為懸浮物（包括地表水與地下水）。礦坑涌水在沉砂池中停留后，懸浮物將沉淀到沉砂池內，沉砂池滲入地下部分基本不含SS。但由于項目位于灰巖地區，灰巖地區巖溶發育，開采過程將影響當地地下水水位。本項目對地下水環境影響主要為采礦期對地下水水位影響見表2所示。

表2 本項目地下水環境影響識別矩陣

2 石灰石開采過程對地下水的影響分析

2.1 石灰巖地區基本水文地質狀態

灰巖地區，一般含水層包括第四系孔隙水含水層、碳酸鹽巖溶洞裂隙含水層和塊狀巖類裂隙含水層。

（1)第四系孔隙含水層

主要分布于礦區地表，由殘坡積及沖洪積的含砂礫粘性土、碎石土、礫砂等組成，厚度不均。殘坡積層一般透水性較好，富水性弱，沖洪積層局部富水性中等，沿河溪附近富水性較好。

(2)碳酸鹽巖溶洞裂隙含水層

由灰巖、含燧石、夾泥灰巖、炭質頁巖等巖層，為項目主要開采地層。巖層隱伏于第四系松散層之下，部分裸露地表，富水性不均一。淺部巖溶裂隙較發育，富水性中等。

(3)塊狀巖類裂隙含水層

礦區偶有分布，呈巖脈侵入產出。淺部風化裂隙發育，尤其在侵入接觸帶巖性較為破碎。含弱風化裂隙水或脈狀水。

2.2 石灰石開采對地下水水質影響

石灰石開采一般屬露天開采，開采過程中為降低大氣環境影響，將采取灑水除塵等措施，該部分水除蒸發部分外，另有少量進入地下，可能會污染地下水。但開采過程中僅對原地下巖層進行開采，當地巖層作固體廢棄物時為一般性固體廢棄物，一般不會浸出毒性，排土場滲水水質與當地地下水水質基本一致，排土場滲水不會影響排土場地下水水質。除塵用水經巖層進入地下后不會影響地下水環境水質。綜合考慮，石灰石開采一般不會影響當地地下水水質。

2.3 水位影響

第四系孔隙水和基巖裂隙水主要接受大氣降雨的直接補給，地下水隨季節變化大；巖溶水受大氣降雨的影響較大，地下水主要靠大氣降雨滲入第四系土層后間接補給，并受季節的影響。地下水的動態變化與大氣降水關系密切，受氣象因素的影響明顯。

第四系孔隙含水層與溶洞裂隙含水層之間無明顯的隔水層存在，水力聯系比較密切，隨著開采延深，采場排水，自然流場改變之后，孔隙水可通過巖溶裂隙進入采場，河流等地表水亦可通過第四系松散層與采場發生間接聯系。

礦體灰巖溶洞裂隙是采場礦坑充水的直接通道，礦坑涌水量大小主要取決于采場礦坑所揭露的礦體灰巖巖溶發育程度。一旦因采場礦坑拓展溝通了較大的溶洞、裂隙，涌水量就會陡增，甚至會出現大流量突水。

礦區周圍構造斷裂具一定的導水性和富水性，如礦區周圍有較大的地表水體，構造斷裂勾通較大的含水構造，其動力補給來源充足足，會對礦床充水造成大的威脅。

石灰石開采對地下水影響半徑可根據地下水導則進行計算（計算示意圖如圖1所示）：

圖1 地下水影響半徑計算示意圖

R＝2S*(HK)1/2

式中：K－滲透系數，一般由抽水試驗確定；

H－潛水層厚度，用區域厚度代替；

S－設計礦坑水位降深，一般可達數十m；

一般情況下，在礦山開采過程中，如不采取堵水措施，當采掘過程中采坑周邊為起點向外輻射可能超過1km的地下水位降落漏斗區，影響范圍覆蓋非常大。

3 地下水環境預防與保護措施

礦山將采取堵水方案，最大限度地減小采場涌水量，改善開采技術條件，提高邊坡穩定性，同時防止因地下水位降低引起的征地范圍以外地區的地面沉降、開裂，魚塘干枯，防止對礦山周圍生態環境產生重大影響，從而使礦山生產獲得明顯的經濟效益和社會效益。

根據確定的開采范圍，礦區巖溶分布，第四系孔隙水的分布，有必要對開采境界第四系最終邊坡的孔隙水采取阻斷措施，以防止礦區紅線以外地區的地面沉降、開裂、魚塘干枯，并保護采場最終邊坡的穩定性。

具體措施如下：

（1）堵截第四系孔隙水；

（2）堵截巖溶水；

（3）地表水防治。

為防止地面降水流入露天采場，設計在最終開采境界外圍設置截水溝，生產中在采場內各臺段分別設置內部截水、排水溝，將地表降水徑流排出礦區之外。溝底凈寬1m，平均溝深1.2m，設計采用漿砌毛石鋪底及護坡。

加強礦區外地下水監測，一旦發現征地范圍以外地區的地面沉降、開裂，魚塘干枯等現象，立即查明原因，采取措施堵截地下水通道。可采取以下措施切斷地下水通道：

①較大的含水斷裂構造和串狀富水溶洞，根據采掘專業技術規范，在安全隔離帶外含水斷裂地下水涇流上游進行圍幕注漿，阻斷地下水涇流到開采范圍內。巖溶較大富含水和開拓采準工程基本在同一個水平上，距開拓采準工程較近，采取變更開拓采準工程設計，依據專業技術規范，繞過含水構造和較大的富水巖溶如圖2所示。

②在開拓、采準工程施工中，所揭露出的較小的含水斷裂和巖溶，均采用預注漿阻斷地下水流入開采區。如圖3所示。

礦山應采取地下圍幕等措施，可切斷礦區內地下水與礦區外環境地下水通道，保證礦區外地下水環境不受到嚴重破壞。

4 結語

石灰石作為基礎建設材料水泥的原料，其在國民經濟建設中的作用不可小視。但石灰石均位于灰巖地區，其開采過程不可避免地會引起地下水的水位變化。如果處理不當，地下水影響范圍可能達1km以上，嚴重影響當地地下水水位，甚至會影響地下農業生產，但如果采取恰當的工程措施，可防止礦區紅線以外地區的地面沉降、開裂、魚塘干枯，并保護采場最終邊坡的穩定性。

[1]《環境影響評價技術導則地下水環境》（HJ 610－2011）