礦山開采利用中的水文地質危害與相關方法

宋宗桓

（甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730030）

化石燃料在我國能源結構中占比較高，礦山開采依然是獲取能源的主要途徑。礦山開采的過程中，安全問題不容忽視，其一方面關乎資源質量與安全，另一方面影響著礦工的生命安全。因此，有關部門應切實加強礦產資源災害防治，保障礦山開采和利用的安全性。

1 礦山開采利用中發生地質災害的原因

生產生活中需要更多類型和更大規模的能源支撐，因此，企業提高了礦區開采量，但是我國礦區開采的過程中依然存在明顯的不足，其受開采技術和開采方式的限制，上述問題較為明顯的礦區還可能出現嚴重的地質災害。

巷道內組織礦山開采是較為常見的方法，開采以一條斜井靠近礦體開采，部分小型礦山開采利用中選用的方法無法適應礦區的實際情況。造成該情況的原因是礦區負責人的管理不力，管理方法不科學，管理模式不完善，部分礦區受此影響出現礦區內地下水位驟變或巖土變形等問題，進而阻礙礦山地開采，甚至部分采礦區出現礦區出口斜井破損問題，不僅容易誘發嚴重的地質災害，還對礦區生產的安全構成威脅。因此，礦山開采通過多種措施完善地形勘探工作，采取切實可行的地質災害防控手段，維護礦區生產的安全性與可靠性。

2 礦山開采利用中常見的水文地質災害類型

2.1 地下水位變化引發的地質事故

礦山開采利用中的礦井深度存在較大的差異，如無法采取及時可靠的措施加以控制，則會積累較多的地下水，打破地下水的動態平衡狀態，且地下水中混入較多的泥沙和雜質，進而對礦井巷道內的施工采礦人員的安全構成威脅，延誤礦山開采的進度，造成一定的經濟損失。遇到地下溶洞或暗河，由此發生水位變化和山體滑坡等問題，則會引發難以想象的嚴重后果。

2.2 礦井易燃物引起的地質事故

礦山儲藏著大量的礦產資源，同時，混有不同類型的易燃性氣體，該氣體是誘發地質災害的主要因素。礦山內的易燃氣體中，甲烷最為常見，易燃氣體濃度超過特定范圍，便會出現自燃現象，且礦井的封閉性較強，易燃氣體無法在短時間內得到揮發和排放，大量易燃氣體堆積在礦井巷道之中，便會增加爆炸事故發生率。這也是瓦斯爆炸事故的主要誘因。礦山爆炸后，山體滑坡掩埋采礦人員的事故屢見不鮮，因此，采礦工作是一項危險性較強的工作。但是，在開采利用的前期，通過科學有效的預防措施能夠達到較為理想的控制效果，規避事故與損失[1]。

2.3 巖土層變化誘發的地質問題

采礦的施工周期較長，無法在相對較短的時間內做好所有的采礦工作。前期挖空的巖層結構會受到不同程度的破壞，導致后期作業中巖層結構的穩定性受到極大的影響，由此后期采礦的時候，容易發生巖層坍塌的問題，其也是巖層變化所引發的地質災害問題。該現象在采礦工程中較為普遍，發生率相對較高，受到多家采礦企業的重視。此外，企業在經營發展中采取多項應對處理措施。在完成一個階段的采礦工作后，企業對挖空的巖層采取支撐保護等措施，避免其二次受損，以此維護巖層的穩定性，這樣在后續的采礦環節便可有效減輕甚至規避對已挖空巖層產生的負面影響，而且，引爆礦脈附近的巖石是最為常見的處理方法。在開采和爆破前做好礦山地質勘察工作，以此確定起爆點。但是，勘探數據受諸多因素的影響，存在一定的偏差，其對起爆點的精確性產生影響[2]。

3 礦山水文地質的水災防治策略

不同地區的礦山形成的原因和條件有所不同，因此，地質特點存在較大的差異，工作人員根據差異性采取不同的地質災害防治，達到有針對性的防治，得到更佳的防范效果。

3.1 加強施工前勘測

工作人員在采礦前，認真分析并研究礦井位置的選取，科學估算礦井內的地下水水位及水量分布概況，開展礦井區水文地質結構和條件的勘測工作，在設備模擬的基礎上完成結構圖繪制工作，同時，結合開采的實際情況，合理調整施工方案和應對措施，與上級主管部門保持密切的聯系。有關部門應當切實做好檢查工作，盡到監管和督促的責任。前期勘測出的含水區域，認真分析其所在位置與井巷的距離，制定切實可行的應急排水方案，加強礦山開采利用中可能出現的各類自然災害的勘察與分析工作，采取針對性的預防措施，切實做好善后工作[3]。

3.2 優化防治工程設計

礦山開采利用的方案應全方位考量多種自然災害及所處地區的地質條件，分析礦山開采中出現的各類問題，進而提出切實可行的應對措施，確保安全生產，為礦山開采工作的有序進行奠定基礎。加大礦山開采中事故高發區的監控力度，并結合實際提出科學有效的應對措施。具體來說，礦山開采前，邀請相關領域的專家對工程開展安全評價，做好事故防治工程的檢查驗收工作，并且工作人員通過創建完善的危險事故預測報警系統，于礦區附近設置專業的監控設備，及時控制風險，降低安全風險發生率，為礦山安全開采和利用創造有利條件。

3.3 組織多種類型的水文地質災害防治

水文地質災害的防治工作中，工作人員根據不同的水文災害概況，采取具有針對性和可行性的防治和預警措施。

3.4 重視礦山地下水處理

礦產開發應用較為廣泛的水文地質礦山地下水處理方法主要有兩種，其一是利用排氣壓入濃稠泥漿，其二是仰視碳水灌漿孔預埋孔口管。通常情況下，豎井深孔探水及灌漿孔的孔口預埋方式需于孔內灌入適量水泥砂漿，之后將孔口灌入孔中，這種方式無法確保管體與孔壁間縫隙的嚴密性與穩定性，且要經過若干次的壓降操作，不僅耗費較長的時間，而且無法保證施工的穩定性。實驗分析后發現，利用排氣壓入濃稠泥漿的處理方式，一次成功率較高，砂漿凝結后，具有優良的耐壓性能，同時，其防滲性能可全方位順應長期高壓灌漿的基本要求。

此外，在鉆孔中設置防突防噴設備可抑制地下水災害的形成與發展。在鉆孔中設置防突防噴設備能夠有效降低孔內壓強，最大限度地規避地下水在高壓環境和狀態下發生噴射問題，因此，鉆井突防也是不容忽視的環節。雖然，鉆機自帶的液壓卡盤與鉆具在穿透高壓水的過程中，對鉆桿具有夾持作用。但是，工作人員單純地依靠鉆具卡盤加以控制，無法滿足高壓涌水鉆進穩定防突的要求。如果施工過程中出現突出鉆孔的問題，則會直接威脅施工的安全。調查試驗顯示，在鉆桿中設置異徑防突設備在1000m水頭高度乃至更高的水頭壓力環境中維持深孔探水的穩定性。防噴控制中，需要在高壓開關的前端設置自伸縮式孔口密封器、高壓閥門和孔口管，并在其中增設四通管、高壓閥和降壓器等設施，該操作取得了較為理想的成效。

3.5 加強露天礦山滑坡防治

在采礦的過程中山體滑坡發生率較高，且該現象十分普遍。在露天礦山山體滑坡防治工作中，要采取有效措施，提高礦山結構的穩定性。為達到上述目標，首先，工作人員適度改變礦山整體斜坡的角度，以此全方位提升礦山的穩定性。礦體的坡度過大是誘發山體滑坡的主要原因，較高的礦山尤其如此，且其發生山體滑坡的可能性更大。合理調整和改變礦山的傾斜程度，減小礦山坡度，可以顯著增強礦山結構的穩定性。

另外，通過設置擋土墻維護礦山結構的穩定性。建設擋土墻的過程中，不得將其設于穩定性不佳的巖層之上，否則，不但無法展現擋土墻的作用，反而造成其與山體共同發生滑坡災害。因此，應將擋土墻設于結構穩定的巖層上，保障巖層的安全性與穩定性。工作人員在處理過程中，結合實際的情況增設防滑柱，增強礦山結構的穩定性。防滑柱的原理與擋土墻的作用原理十分相似。

3.6 做好地表塌陸的防治工作

巖溶坍塌是較為常見的地表坍塌類型，為了有效控制和應對地表塌陷問題，采取針對性的處理措施。首先，及時做好回填和密封處理，對于已經成型的塌陷區域，第一時間使用水泥砂漿、土和其他材料完成回填處理，以此有效規避地表水和降水下滲，避免引發嚴重的安全事故。其次，若塌陷坑處在河床附近，一方面采取有效的回填封口措施，另一方面結合工程實際組織河流改道施工，防止因塌陷作用導致地表水流入地下。同時，在塌陷附近的位置修建圍堤，及時排除積水，防止地表水由于塌陸坑流入地下。及時排除已經進入塌陷坑的積水，使塌陷坑始終保持疏干的狀態，防止出現二次潛蝕現象，進而引發塌陷問題。最后，淺部石灰巖含水層組織帷幕灌漿施工，及時截斷進入塌陷區的徑流路徑。

4 結語

總而言之，在礦山開采利用中，礦山水文地質條件對開采利用的效果具有顯著影響。為了嚴格控制礦山地質災害，分析水文地質條件，并且依據分析及勘察結果制定切實可行的礦山開采利用方案，重視礦山地下水處理，加強礦山的滑坡防治，為礦山開采利用提供有利條件，提高礦山開采工程的效率，以期推動生產企業的經營與發展。