礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施

李 建

（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，山東 滕州 277500）

礦山是水文地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)域，水文地質(zhì)災(zāi)害一旦發(fā)生將會造成嚴重的經(jīng)濟損失和社會損失，因此礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害防治成為有效控制水文地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要手段。但是礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生就有臨時性、多發(fā)性、不確定性等特征，對其進行有效防治具有一定的難度，并且目前大部分礦產(chǎn)勘查工作對水文地質(zhì)災(zāi)害的防治重視程度較低，在沒有明確了解勘查區(qū)域地質(zhì)水量、水壓、水位變化情況下，沒有對水文地質(zhì)災(zāi)害進行預(yù)測分析的前提下，就開展了礦產(chǎn)勘查施工，不僅降低了礦產(chǎn)勘查效率和精度，還導(dǎo)致施工事故頻發(fā)，具有關(guān)數(shù)據(jù)表明，每年全世界因未經(jīng)過系統(tǒng)的水文地質(zhì)勘察，采取相應(yīng)的水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施，而引起的水文地質(zhì)災(zāi)害事故大約有26424起，其中因事故死亡人數(shù)達到4628人，造成的經(jīng)濟損失高達13.42億元。因此在礦產(chǎn)開采中采取有效的水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施是非常有必要的，不僅可以保證礦產(chǎn)勘查工作順利進行，最重要的是可以有效保障勘查人員的生命安全，為此提出礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施研究，為礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施實施提供理論依據(jù)。

1 水文地質(zhì)災(zāi)害形成的主要原因

在自然狀態(tài)下，地下水始終是處于平衡、協(xié)調(diào)的狀態(tài)，無論水壓、水量和水位如何變化，地下水都會穩(wěn)定的存儲在含水層中，這是因為地下水壓力與上覆巖層向內(nèi)施加的靜態(tài)壓力能抗衡，如果不受到外界因素的影響，基本不會發(fā)生水文地質(zhì)災(zāi)害。但是隨著礦產(chǎn)勘查活動的開展，會對地下水整體結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，此時會打破原有地下水穩(wěn)定狀態(tài)，從而引發(fā)水文地質(zhì)災(zāi)害。

將水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)按照空間類型，劃分為隔水層、底板層與富水層，其地下水內(nèi)的富水層主要由巖層與底板中的水流構(gòu)成。但在進行富水層的直接分析過程中，需要從多種外界影響因素層面入手，考慮到多種富水層在外界壓力的作用下可能存在升高或降低的趨勢，因此可認為富水層在圍板重力與地層浮力的作用下，富水層原有的作用力失衡，甚至會出現(xiàn)打破地下水原有生態(tài)平衡的問題。在此種作用力下，覆蓋在上層的巖層壓力與下層地下水的壓力失去平衡，導(dǎo)致上層壓力小于下層壓力，從而造成富水層的儲備水資源能力下降。并且，地質(zhì)工程實施受到地下水的沖擊作用力，會造成巖土層穩(wěn)定能力的破壞，此時富水層受到多種作用力的影響，地下水會沖破土層，從而導(dǎo)致水文地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生[1]。礦產(chǎn)勘查中會開展一系列勘查活動，其中包括鉆孔、開鑿等，這些礦產(chǎn)開采活動會破壞掉原有的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，當水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞后，水壓、水位會大幅度上升，因此礦產(chǎn)勘查中經(jīng)常出現(xiàn)水文地質(zhì)災(zāi)害。

2 礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施

2.1 礦山地表局部堵漏

礦產(chǎn)勘查中常見的水文地質(zhì)災(zāi)害為頂板涌水，這是因為在勘查過程中實施的鉆探和槽探，使地下水隔水層頂板出現(xiàn)漏洞，水在水壓的作用下通過鉆孔向外噴射，進而形成頂板涌水水文地質(zhì)災(zāi)害，頂板涌水水文地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率占災(zāi)害總體的65%以上，因此此次提出礦山地表局部堵漏措施，有效防治水文地質(zhì)災(zāi)害[2]。

此次采用鉆孔注漿技術(shù)，向礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)上存在的鉆孔注入水泥砂漿，將鉆孔進行封堵，使地下水無法從地下向外噴涌，實現(xiàn)礦產(chǎn)勘查中頂板涌水水文地質(zhì)災(zāi)害防治，鉆孔注漿技術(shù)封堵鉆孔過程如下：

（1）在礦山底板涌水區(qū)中心地面周圍平穩(wěn)處或者沖溝平緩區(qū)域布置適量的注漿孔，通過在孔內(nèi)注入水泥漿液來堵塞礦山地下含水層底板水流的涌道，起到延緩和減小礦山地下水的下滲。首先利用鉆機鉆穿礦山底板，根據(jù)礦山地質(zhì)勘查資料，確定鉆孔深度（通常情況下為10m～12m），以及鉆孔進入巖基深度（通常情況下為3m～4m），對礦山底板巖基裂隙以及底板破碎帶采用水泥沙漿封堵住礦區(qū)底板巖體裂隙。由于不同注漿壓力狀態(tài)下巖體漿液擴散距離是不同的，具體情況如下表所示。

表1 不同注漿壓力狀態(tài)下不同巖體漿液擴散距離

為了確保礦山底板構(gòu)造、巖溶空隙的全面充填封堵，注漿孔間距的設(shè)計不得小于單孔注漿擴散半徑，并且也不能大于1.5倍單孔注漿擴散半徑，所以注漿孔間距最好在75m～115m之間，通過鉆孔注漿在礦山底板基巖頂面形成一個止水結(jié)構(gòu)，起到堵水的作用。

（2）對礦山底板上方流水支溝及叉溝比較大的裂隙處注漿封堵。

（3）在礦山底板較大面積的裂隙發(fā)育處進行水泥抹面。通過以上施工步驟實現(xiàn)對水文地質(zhì)勘查中底板涌水水文地質(zhì)災(zāi)害的防治。

2.2 修建排水系統(tǒng)

大部分礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生都是由礦山地下水系統(tǒng)損壞引起的，礦山地下水是形成滑坡和坍塌的重要影響因素，尤其是作用與活動面的水增大劃帶土的空隙水壓力，降低了滑阻力和強度系數(shù)，所以修建礦山排水系統(tǒng)可以有效降低勘查勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。礦山地表排水以攔截或者旁引的方式，利用截水溝和排水管線將礦山地表水引到周圍湖泊中，可以大大降低礦山地下排水系統(tǒng)的空隙水壓。為了避免礦山地下水受到排水壓力的影響，在完成上述工作的基礎(chǔ)上，同時需要計算礦山排水區(qū)域的容量。為此引入流體力學理論，對流水斷面的排水能力進行精準估算。在計算中可采用最小二乘計算法，將非線性理論作為計算的核心，測量排水槽的高度。為了提高計算結(jié)果的精準化程度，在實際計算中可聯(lián)合使用多種計算方法，綜合礦山的地質(zhì)特征及有關(guān)單位整理的礦山勘察資料，對其進行計算。如下所示：

公式（1）中，Q為礦山地下水水量；K為礦山地表滲透系數(shù)；L為礦山水力坡度（根據(jù)經(jīng)驗，取L=1.5）；I為礦山地下水水壓值；D為礦山地下水水位值。根據(jù)礦山地下水水量的計算結(jié)果，計算出礦山排水系統(tǒng)排水溝的斷面面積，根據(jù)《礦山排水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB62431-2008中關(guān)于礦山中心排水溝的斷面面積公式如下：

公式（2）中，q為礦山中心排水溝過水斷面；s為排水溝排水速度，單位為m/s；d為排水溝水力半徑；g為排水溝水力坡度；h為礦山中心排水溝粗糙系數(shù)（通常為0.0015）；b為排水溝過水斷面面積；c為水面以下的過水斷面與固體邊交界線的長度。利用上述公式計算出礦山排水系統(tǒng)的排水參數(shù)，對排水渠道進行修建。排水系統(tǒng)修建材料選擇混凝土，因為混凝土具有較高的強度和硬度，具有較強的抗沖刷能力，且混凝土建筑結(jié)構(gòu)表面比較光滑，不利于排水渠道發(fā)生堵塞，以此保證排水系統(tǒng)的排水功能。排水渠道的修建方式采用機械結(jié)合人工的方式，渠道整體設(shè)計為梯形，即上寬下窄，渠道的終點與礦產(chǎn)勘查區(qū)域的農(nóng)田或者淺層水域連接，將多余的水引入到農(nóng)田中，還可以實現(xiàn)資源再利用，由此修建完整的礦山排水系統(tǒng)，降低礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生率，以此完成礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施研究。

3 結(jié)語

此次結(jié)合水文地質(zhì)災(zāi)害形成的原因，對礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)災(zāi)害防治措施提出了相關(guān)意見和建議，有效的避免了礦產(chǎn)勘查活動開展過程中出現(xiàn)的水文地質(zhì)災(zāi)害問題，提升了礦產(chǎn)勘查的安全性，為礦產(chǎn)勘查順利進行提供安全保障。