礦山施工中地質(zhì)環(huán)境、巖土工程條件勘察的要點

張愷曳，萬誠彬

（江西省地質(zhì)局贛西地質(zhì)調(diào)查大隊，江西 南昌 330000）

受改革開放影響我國已經(jīng)領(lǐng)先成為世界上發(fā)展速度最快的國家之一，在大規(guī)模基建建設(shè)中對礦產(chǎn)資源的開發(fā)和需求日益增加。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件下，具備充足的資源條件，使大量礦產(chǎn)事業(yè)不斷崛起，從而使地質(zhì)環(huán)境受到破壞。從宏觀的角度上講礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)，會造成對應(yīng)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境破壞和強(qiáng)烈污染，加大當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率。綜合世界各國對礦產(chǎn)資源開發(fā)的歷史基本上，均采取先開采后治理的錯誤路線，在同一時間內(nèi)對探明的礦山進(jìn)行集中式的高密度開采，過度地追求眼前利益不僅導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害頻頻發(fā)生，也對工人的安全造成極大威脅。對比國內(nèi)開采方式其實和國外發(fā)達(dá)國家不盡相同，受工作條件和開采技術(shù)的限制，早期的礦山開采活動造成了大范圍內(nèi)的環(huán)境破壞。因此如何在保護(hù)礦山環(huán)境的同時對礦山資源進(jìn)行合理安全有效的開發(fā)、防止人為開發(fā)引起地質(zhì)災(zāi)害和破壞將成為礦山開發(fā)的首要任務(wù)。礦產(chǎn)資源勘查是一個探索性的開發(fā)過程，對勘查礦體所需的地質(zhì)信息不能急于一次完成，需要有一個逐漸深化的認(rèn)識。本文從礦山施工中地質(zhì)環(huán)境和巖土工程條件的勘察要點出發(fā)，對影響其開采質(zhì)量和進(jìn)度的相關(guān)因素作詳細(xì)分析，為我國礦山事業(yè)發(fā)展提供新的思路。

1 自然地理環(huán)境變化

常規(guī)情況下礦山所在的地理環(huán)境受區(qū)域內(nèi)自然氣候所影響，每個礦山賴以生存的自然條件不同導(dǎo)致其生成的礦產(chǎn)資源類型也不盡相同。其中區(qū)域內(nèi)的自然環(huán)境包括同一時間內(nèi)降水量和年日照時長等等，在不同的自然地理條件下可以產(chǎn)生不同類型的礦山形態(tài)，如盆地構(gòu)造或者褶皺斷裂帶等等。在自然環(huán)境的影響作用下人類活動度對礦山開采的影響尤為重要，人類不合理的生活方式會影響該區(qū)域的自然水文地理環(huán)境，使得山體的植被和土壤等自然因素遭到破壞，增加礦山的施工難度。大自然在循環(huán)作用下產(chǎn)生了無數(shù)的影響因素，每種因素相互制約相互影響使其不能在過大程度上造成山體的破壞，在長久的降雨影響下在礦山內(nèi)部會形成涌動的暗河和地下水通路。在長期地下水的沖擊作用下礦山內(nèi)部會發(fā)生地質(zhì)變化從而形成較大或較小的空洞，促使在對礦山勘察工作中形成較有利的觀測位置。基本上我國存在礦山資源的地區(qū)均屬于半濕潤地區(qū)，每年的蒸發(fā)量要大于年均降水量，產(chǎn)生的晝夜相對溫濕度差不會再大范圍內(nèi)波動[1]。由自然降水形成的地下水可以在不同山體自身的壓力下產(chǎn)生裂縫，從而對地下水的流動產(chǎn)生控制力，一般情況下地下水的運作方向和山體的侵蝕度相關(guān)。在自然地理環(huán)境中可以根據(jù)各個時代的氣候變化情況對礦山礦床的形成加以研究，直接定位出比較好開采和施工的區(qū)域。

2 地下水位變化規(guī)律

礦山內(nèi)部存在的地下河會根據(jù)季節(jié)變化產(chǎn)生不同的水位變化，在礦山開采過程中會對待施工的地帶進(jìn)行地下鉆孔工作[2]。由于鉆孔力度和外界壓力的影響使得地下水在不同標(biāo)高下會產(chǎn)生一定的分水領(lǐng)域，每個分水嶺對應(yīng)的開采程序在同一標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)會和地下河存在一定距離。但由于地下河存在自身的流動特性，在對其設(shè)置暗樁時不同的鉆孔深度會造成不用水位的相變化，使其形成影響地下水水位變化的因素，造成礦山地下水對深部礦區(qū)的潛在威脅，具體情況如表1所示。

表1 地下水位變化因素

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可知鉆孔深度越大產(chǎn)生的水位深度越小，對應(yīng)的含水層厚度基本為水位深的兩倍。含水層厚度和滲透系數(shù)會造成單位涌水量的幅值變化，滲透系數(shù)指的是相同力度下同一層位的滲水能力，一般系數(shù)越大單位涌水量就越多。根據(jù)不同的影響因素尋找地下水的變化規(guī)律可以為礦山的施工提供安全的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

3 地表水與地下水補(bǔ)給關(guān)系

在地表存留的水分會經(jīng)過土地縫隙慢慢存集到地下深處，能夠形成礦山表體的地表水和地下水相互補(bǔ)給效果[6]。兩者之間的關(guān)系較為復(fù)雜，季節(jié)性的降水對前表的地層水流不造成補(bǔ)給關(guān)系，因此形成的地下水流動速度會發(fā)生改變，兩者的相互補(bǔ)給會形成一個不穩(wěn)定系數(shù)。不穩(wěn)定系數(shù)的取值為最小流量和最大流量的比值，當(dāng)不穩(wěn)定系數(shù)低于0.025時，表示兩者之間存在相對大的動態(tài)變化，具體參數(shù)如下表2所示。

表2 地表水與地下水賦存規(guī)律

根據(jù)表中數(shù)據(jù)其中每個類型產(chǎn)生的流量大小可以計算出地下水和地表水之間的不穩(wěn)定系數(shù)。在地下水和地表水之間存在過度的含水層，兩者產(chǎn)生的相互作用力可以直接對補(bǔ)給狀態(tài)形成扭轉(zhuǎn)，在不考慮存在地下水對地表水的無償補(bǔ)給作用下直接控制地下水的最大流速，能夠保證礦山施工工作中兩者隔水層不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

4 巖土自身結(jié)構(gòu)

礦山自身的巖體結(jié)構(gòu)是在長久的歷史條件作用下而形成，每個時期形成的礦山巖土結(jié)構(gòu)不盡相同。大多數(shù)情況下巖土的結(jié)構(gòu)在礦山賦存中，表現(xiàn)為外部松散內(nèi)部牢固的特征，主要是在越接近礦山內(nèi)部其產(chǎn)生的巖體資源年代越久遠(yuǎn)，所承受的火山巖漿的熱作用越多。在已經(jīng)被開發(fā)的礦山中主要巖土形態(tài)有斷裂結(jié)構(gòu)和褶皺結(jié)構(gòu)兩種，斷裂結(jié)構(gòu)受地殼遷移的作用影響在內(nèi)部張力大于外部張力時產(chǎn)生的裂縫樣貌[3-5]。褶皺構(gòu)造是在板塊之間相互碰撞產(chǎn)生，可能是大陸和大陸板塊也可能是海洋和大陸板塊相互擠壓下的作用下形成。由山體內(nèi)部產(chǎn)生的裂縫和褶皺結(jié)構(gòu)一般會在礦山巖體外部存在標(biāo)志性走向，具體情況以某山區(qū)礦山具體形態(tài)為例，具體樣貌如圖1所示。

圖1 局部結(jié)構(gòu)劃分

根據(jù)圖片中山體外部巖土的分布位置可以判斷在其內(nèi)部存在多個裂縫區(qū)域，從地表露出的潛在縫隙可以了解多條裂縫走向呈扭曲斷裂形態(tài)，破碎帶范圍不盡相同。斷裂構(gòu)造一般呈現(xiàn)由南向北或由東向西的走向，礦產(chǎn)資源一般賦存在裂縫的深處，可以根據(jù)地層探測儀器查看裂縫深度以此判斷山體大致走向。巖土的發(fā)育情況能夠?qū)ΦV山的開采工作提供有力幫助，對后續(xù)的施工定位以及支護(hù)架的安裝均產(chǎn)生有利影響。

5 結(jié)語

本文通過對礦山施工中幾個重要因素的研究發(fā)現(xiàn)，在地質(zhì)環(huán)境和巖土工程條件勘察中具有非常重要的作用。從提出的自然地理環(huán)境變化，地下水位變化規(guī)律，地表水與地下水補(bǔ)給關(guān)系，巖土自身結(jié)構(gòu)四個方面依次對礦山施工要點進(jìn)行論述，精準(zhǔn)的找出了影響礦山開發(fā)和利用的重要因素。但本文在研究過程中由于本人知識水平和時間有限，在對實際礦山勘察過程中沒有采取實地考察方式，對提出的要素和要點僅在前人的研究成果中分析得出，對現(xiàn)階段的礦山施工具有一定局限性。后續(xù)研究過程中會進(jìn)行時間分配，主動尋找能夠勘察的礦山進(jìn)行實地考察，為我國礦山事業(yè)的蓬勃發(fā)展提供自己的思想依據(jù)。