礦山深部勘查區(qū)的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件分析

孫江浩

（華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展和生產(chǎn)建設(shè)需要，各類企業(yè)對(duì)能源的需求量也逐年增加，現(xiàn)有礦山的開(kāi)采范圍已逐漸跟不上需求。在礦產(chǎn)勘查中水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件是分析的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系著整座礦山開(kāi)采的生命線。水文地質(zhì)研究自然界中地下水的變化與運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，工程地質(zhì)是研究工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的相互作用。目前我國(guó)對(duì)于礦山深部的勘查還停留在傳統(tǒng)的勘探上，所勘探的因素不夠完善。根據(jù)此情況，本文從新的勘探條件上來(lái)分析礦山深部勘查區(qū)的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件。希望本文的分析能夠?yàn)楦鹘缪芯空咛峁┯兴鶇⒖嫉睦碚撘罁?jù)。

1 礦山深部勘查區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 地形地貌及地表水系特征

水文地質(zhì)是指自然界中地下水的各種變化與運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。隨著科學(xué)的發(fā)展以及生產(chǎn)建設(shè)的需要，水文地質(zhì)學(xué)又分為區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)、土壤改良、供水水文地質(zhì)學(xué)、水文地球化學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)、礦床水文地質(zhì)學(xué)等分支學(xué)科。而礦山中水文地質(zhì)的類型是根據(jù)礦山充水含水層的空隙特征所劃分，固體礦山一般可劃分為三大類型。充水巖層以裂隙巖層為主的礦山。涌水量主要取決于裂隙發(fā)育程度、巖體結(jié)構(gòu)、裂隙力學(xué)性質(zhì)、構(gòu)造的復(fù)合情況、裂隙發(fā)育的深度、寬度及充填情況和自然地理?xiàng)l件[1]。充水巖層以孔隙巖層為主的礦山。涌水量主要取決于巖層巖層的厚度、分布范圍、孔隙率的大小以及自然地理?xiàng)l件。我們以黃陶勒蓋礦區(qū)為例，黃陶勒蓋礦區(qū)位于鄂爾多斯高原東北部的東勝煤田，總體為一單斜構(gòu)造形態(tài)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖層傾角平緩。南部為毛烏素沙漠，北部為庫(kù)布齊沙漠，地處于半干旱的大陸性氣候。成因類型為構(gòu)造堆積地形和剝蝕地形，總體地貌形態(tài)為構(gòu)造剝蝕高原[2]。海拔標(biāo)高在1200~1400m。地形特點(diǎn)為地形中部較高地帶向南北兩側(cè)緩慢降低。溝谷、河川在其南北兩側(cè)縱橫分布。北側(cè)主要的溝谷河川為，罕太川、西柳河、哈什拉川等。這些溝谷通過(guò)其地表逕流向北流出區(qū)外。南側(cè)主要有一川一河，一川為勃牛川，一河為烏蘭木倫河，用過(guò)這溝谷其地表逕流是向東南方向流出區(qū)外。礦區(qū)周圍這類河川、溝谷均是屬于黃河水系，雨水不豐沛的季節(jié)大部分干涸，僅少數(shù)有常年性地表逕流且雨水豐沛季節(jié)，在暴雨過(guò)后可以匯成洪流。

1.2 含水層

東勝煤田中主要有新生界半膠結(jié)巖類及松散巖類次有中生界陸源相的碎屑石。根據(jù)地下水不同的含水特征，區(qū)域含水層又可劃分為不同的兩大類別：碎屑巖類孔隙-裂隙含水層和松散巖類孔隙含水層[3]。各含水層的水文地質(zhì)特征見(jiàn)下表。

根據(jù)區(qū)域含水層水文地質(zhì)特征表我們可以看出，各土層巖性不同，各巖層的逕流及滲透性能也有所不同。地層、厚度、巖性、單位涌水量、硫化度都是在互相的變量。松散巖類孔隙潛水含水層地層在厚度為0~36.20的情況下，巖性為胡積、沖洪積、黃土、風(fēng)積沙、殘坡積，單位涌水量為0.00049~1.412l/s.m，硫化度為0.308~0.426g/l。碎屑巖類裂隙孔隙承水含水層在厚度為88~389情況下巖性為泥質(zhì)粉砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖巖、礫巖河紫紅色泥巖及石英砂巖。單位涌水量為0.0726~0.555 l/s.m；1.825~52.601 l/s.m，硫化度為0.2|~5.01g/l?？梢钥闯龊畬雍穸葘?duì)于巖性的影響最大。

2 礦山深部勘查區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

在地下工程建設(shè)中地質(zhì)構(gòu)造是重要的關(guān)鍵要素。地下洞室群工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性會(huì)被區(qū)域性的地質(zhì)構(gòu)造制約。一般礦山均屬國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程，使用周期長(zhǎng)，所以工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性尤為重要。小型局部構(gòu)造，如破碎帶、節(jié)理密集帶、次級(jí)斷裂等將嚴(yán)重影響洞室群圍巖的水封性和穩(wěn)定性。如果洞室群正處于小型地質(zhì)構(gòu)造密集的區(qū)域，那么洞庫(kù)工程建設(shè)過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生塌方、大量的掉塊等圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題，以及運(yùn)營(yíng)期不能保證水封，涌水量過(guò)大等效果。因此，工程地質(zhì)條件對(duì)工程建設(shè)和長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)具有重要影響[4]。

表1 區(qū)域含水層水文地質(zhì)特征表

2.2 水位埋深及土層厚度

工程地質(zhì)學(xué)主要研究工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的相互作用。它把地質(zhì)學(xué)理論與方法應(yīng)用于工程活動(dòng)實(shí)踐，通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)查及理論的綜合研究，對(duì)工程所轄地區(qū)即工程場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，解決與工程活動(dòng)有關(guān)的工程地質(zhì)問(wèn)題，預(yù)測(cè)并論證工程活動(dòng)區(qū)域內(nèi)各種工程地質(zhì)問(wèn)題的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律，并提出其改善和防治的技術(shù)措施，為工程活動(dòng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用及維護(hù)提供所必需的地質(zhì)技術(shù)資料。本文基于GIS支持下，利用GIS的成圖顯示與空間分析功能，選取了四個(gè)因素分析主要影響因素與工程地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系。通過(guò)分析，選取了水位埋深、砂層厚度、黃土厚度、紅土厚度[5]。如下圖所示：

圖1 工程地質(zhì)影響因素

在研究區(qū)，對(duì)工程地質(zhì)環(huán)境意義較大的地下水就是含水層潛水，而影響地表生態(tài)環(huán)境的決定性因素就是地下水位埋深，水位埋深越大，煤層開(kāi)采后工程地質(zhì)環(huán)境表現(xiàn)越差。在含水系數(shù)變化不太大的情況下，雖然含水系數(shù)盡管有些變化，但在區(qū)域內(nèi)變化較一致的情況下，水量可以用含水層的厚度間接來(lái)表示。鑒于區(qū)域潛水的資料限值，我們用砂層厚度來(lái)代表水量。如下圖所示，利用1~5等級(jí)表示環(huán)境表現(xiàn)度，等級(jí)越高說(shuō)明環(huán)境表現(xiàn)越好。

表2 區(qū)域砂層厚度鉆孔統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

從表中看出，煤層開(kāi)采后，砂層厚度越小，地表的生態(tài)影響就越大，工程地質(zhì)環(huán)境也表現(xiàn)越差；相反，煤層開(kāi)采之后，砂層厚度越大，地表的生態(tài)影響就越小，同時(shí)工程地質(zhì)環(huán)境也表現(xiàn)得越好[6]。經(jīng)過(guò)GIS軟件的分析，將黃土厚度分為4類：<10m，10m~50m，50m~100m，>100m，分別對(duì)應(yīng)環(huán)境災(zāi)變型、環(huán)境漸變惡化型、環(huán)境漸變恢復(fù)型、環(huán)境友好型4種不同工程地質(zhì)模式，本次得出結(jié)論為黃土厚度越大，砂層潛水漏失越小，因此煤層采后工程地質(zhì)環(huán)境表現(xiàn)越好。借助GIS平臺(tái)，得到了紅土厚度空間分布圖，將紅土分為4類：<5m，5m~40m，40m~80m，>80m，同樣分別對(duì)應(yīng)環(huán)境災(zāi)變型、環(huán)境漸變惡化型、環(huán)境漸變恢復(fù)型、環(huán)境友好型4種不同工程地質(zhì)模式。得出結(jié)論為紅涂層越厚，隔水性越好，工程地質(zhì)環(huán)境也表現(xiàn)越好。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)礦山深部勘查區(qū)的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件進(jìn)行了分析。相對(duì)于傳統(tǒng)的勘探方式來(lái)講，本文的分析因素具有極高的參考價(jià)值。但由于工程地質(zhì)影響的因素本文僅分析了四個(gè)因素，導(dǎo)致論文中存在不嚴(yán)謹(jǐn)之處，還需要更進(jìn)一步展開(kāi)研究工作。希望本文的分析能夠?yàn)榈V山深部勘查工作提供高效的分析指標(biāo)，為廣大研究者提供有所參考的理論依據(jù)。