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矿山地质勘查中水文地质相关问题及解决对策

2023年11月14日

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摘要 :水文地质的相关探查在矿山地质勘查工作中是至关 重要的一个环节, 其分布情况会直接影响到矿山开采的方案。如 若矿山水文勘查资料不够详尽,而施工人员并没注意到附近的 地下水层结构,对其进行了破坏,则矿山极有可能发生地质灾 害,例如,采矿井的淹没、崩塌等,这不仅会造成巨大的经济损 失,甚至还会威胁到工作人员的生命安全。如今,采矿事故已经 屡见不鲜, 已然成为一种必然事件, 而伤亡损失的状况严重与否 完全依靠运气,故而,我们应该积极运用科学的手段,探索矿山 地质勘查中水文地质相关问题, 寻找其中的科学规律, 研发出一 套有效的针对性措施,将“必然事件”变为“低概率事件”,甚至 是“不可能事件”。基于此,本文首先简要介绍了水文地质勘查 工作、水害类别以及水文勘查的重要意义, 然后结合笔者多年的 工作经验, 分析了由水文地质而引发的矿山危害, 最后探讨了一 些在矿山地质勘查中水文地质问题,并提出了一些自己的解决 策略。
水文地质的变化对矿山开采有着非常大的影响,而一般情 况下, 水文地质会通过长时间的演化而达到一个平衡状态, 在没 有受到外界的作用下, 水文地质并不会发生剧烈的变化, 矿山也 不会爆发地质灾害。但是,由于人类采矿活动的日益增加,再加 上自然界气候变化的影响,就会在无意中打破水文地质的平衡, 从而引发矿山灾害。因此,我们重视矿山水文地质的勘查,不断 完善矿山勘查体系,并积极引进新的科学技术,如电磁透视设 备、遥感设备、流量设备等先进的勘测仪器,确保水文地质勘查 数据的完整性和真实性,然后才能研究出具有针对性的矿山开 采方案, 从而避免破坏矿山水文地质结构平衡, 进而降低了矿山 灾害发生的概率。
  1 水文地质勘查工作概述
水文勘查工作能在矿山开采中发挥出积极的作用,可以科 学避免矿山灾害, 不仅能提升矿山开采的经济效益, 还能确保工 作人员的安全。水文地质勘查工作一般都是以地下水径流情况、 地质结构、地形地貌、气象水文等为研究对象,通过仪器探测和 数学推演,寻找出它们的规律特性,再通过综合性分析,掌握该 地区的地下水资源性质,从而为矿山开采方案和基础建设设计 提供相应的理论数据参考。一般情况下, 地质勘查单位开展水文
地质勘查工作都有以下几点目标 :其一,获取该地区的水文地 质参数, 为矿资源的开采方案提供数据支持, 从而实现矿山开采 效益的最大化 ;其二, 预测矿山开采对周围环境的影响, 并提前 做好相应的防治措施, 从而实现生态效益最大化 ;其三, 科学采 矿,减少地面沉降概率 ;其四, 以便安全管理人员制定员工的生 命安全保障措施。实际上, 矿山水文地质勘查工作是为给其他关 于开采工作内容提供理论数据的指导, 因此, 勘查数据的完整性 和准确性将会直接影响到后续的开矿作业。具体而言, 水文地质 勘查的主要内容有三点 :第一,测量水文参数,明确隔水层、含 水层以及地下水相关的水文参数信息,同时也要测定地下水流 向和特点 ;第二, 根据相关参数, 分析水文特点, 寻找水文规律, 并要分析探明造成矿山灾害的水文因素权重 ;第三,根据水文 特性做好相应的预防措施, 并实时监测水文地质参数, 一旦脱离 正常范围, 就要立即采取紧急避险方案。这样才能将矿山危险扼 杀在摇篮之中, 从而实现矿山经济效益和安全效益的最大化。
2 矿山水文地质结构的分类及其在勘查中的重要意义
2.1 水文地质结构的水害分类
在勘查矿山水文地质结构的过程之中,首先就要查阅相关 的资料, 了解清楚水文地质水害的类型, 不同的水害其性质特点 都会有所不同, 造成的灾害影响大小也会有差别, 其处理方式也 不尽相同。根据笔者多年的工作经验和查阅相关资料, 下面将对 水文地质结构的水害进行分类,一般可分为以下四类 :第一类, 大气降水水害。一般是指矿井的水源补给依靠着自然降水, 其水 害等级与降水强度有着密切的关系, 当出现特大强降雨时, 在矿 山表面必然会汇聚大量的雨水,然后沿着地面裂缝和导水裂缝 流入到矿井中, 或是汇聚入矿山的含水层, 从而导致采矿矿井被 淹没,造成采矿作业停滞不前。应对此种水害,一般都会在地面 裂缝、导水缝隙和坡面径流等都要采取隔绝措施。第二类,地表 水害。一般由附近的水库、湖泊、河流等地表大型水体汇聚,形 成大流量的水体, 从而造成矿山水害, 此种水害一般发生在附近 拥有丰富的地表水的矿山中, 而且在采矿过程中, 破坏了矿山地 质结构的隔水层,连通了地表水,致使矿山发生了水害。应对此 种水害, 一般都是采用填充方式加固导水裂缝带, 确保隔水层的 完整性。第三类,顶板水害。一般情况下,导水裂缝带波、顶板 含水层和采动垮落带等都与采动之间关系密切,并且采动出了
问题,必然会导致顶板水害事故的发生。由于矿井的水源主要 来自基层裂隙水和松散层孔隙水,在开采过程中,一旦影响到 了富水沙层,就会造成突水溃沙事故,因此,只要在开矿的过程 中确保隔水层的完好,就能防止顶板水害的发生。第四类,底板 水害。其主要是由于底板岩溶含水层被破坏而引发, 灰岩层极易 引发岩溶,在水压过大的情况下,会影响到下方岩溶含水层,进 而引发突水事故。应对此种水害, 可以采用注浆或疏水来降低水 压,从而确保底板隔水层的防水性。
2.2 水文测定可以提高矿山地质勘查的精准度
矿山地下水的分布、运动和其变化规律等都会对矿山开采 造成巨大的影响, 我们可以运用科学的对比实验等方法, 提升对 矿山地质结构的勘查。由于地下水能缓慢溶解矿山岩壁的物质, 故而可以通过分析矿山地下水中矿物质的含量来推测出其流动 的方向, 反之, 也可以由地下水的分布情况来推测出矿资源的种 类和分布情况, 此外, 也能利用水文地质勘查数据来验证推测出 来的矿区环境状况。因此, 矿山开采单位需要加强对矿山水文勘 查的投入,充分了解地下水水质状况、分布情况、水位和水压变 化、隔水层的分布和厚度、径流、侵蚀性、排水条件等真实准确 数据, 然后通过地下水勘测数据分析出矿山地质情况。地下水是 时刻变化的,其流动情况会对开矿作业产生一定的影响,例如, 有些隔水层比较薄, 一旦遭到破坏, 就会导致矿井水害 ;有些地 下水富有较强的腐蚀性,会使得矿山结构发生一定的变化 ;这 些情况就需要水文地质勘测提前探测, 分析其规律, 做好相应的 防治工作。
2.3 提升经济效益
俗话说“磨刀不负砍柴工”,矿山水文地质勘查就是在为开 矿工作做准备。对于矿产企业来说, 都会将经济效益最大化作为 矿山开采的最大目标, 而矿山开采工程却拥有着极大的风险, 有 些矿山水文地质条件复杂不适合目前开采,有些矿石适合开采, 但是总会发生矿山灾害, 让开采成本不断增加, 甚至进入亏损状 态。水文地质勘查工作恰好能帮助矿山企业评估矿山开采工程 的投资风险系数,同时也能为防范矿山地质灾害提供理论指导, 从而减少开矿事故的发生概率, 进而降低企业采矿的成本, 实现 经济效益最大化。因此,矿产企业要重视水文勘查工作,结合勘 查和开采情况, 对企业发展战略进行及时地调整, 以此强化企业 发展战略的科学性, 从而推进企业可持续化健康发展。
  3 矿山水文地质所带来的危害
3.1 岩土水理性质
一般情况下,岩土的水理性质对于矿山的开采有着重要的 影响, 其会对岩土的强度带来一定程度的影响, 让矿山的根基结 构处于不稳定状态, 一旦受到水文因素的影响, 就极有可能发生 矿山崩塌。岩土的水理性质一般包括以下几种特点 :其一, 膨胀 性,是指岩土遭受地下水的浸润后,体积就会缓慢膨胀,使矿山
的结构不稳定 ;其二,给水性,岩土层在受到重力作用后,水体 将会从饱水岩土中的孔隙中流出,勘查人员就可以测量其给水 度,从而估测出矿山岩土的稳定性 ;其三,透水性,岩土的透水 能力取决于其孔隙的大小,孔隙越大,其透水能力也就越强,而 岩土强度就会越弱,矿山结构也会不稳定,易于出现崩塌事故 ; 其四,软化性,有些岩土在接触地下水之后,其内部结构就会发 生变化, 使得岩层的土体承重强度变低。
3.2 地下水水质带来的危害
由于矿山地下水基本上是可以和地表水连通的,而人类的 生产活动, 会造成周围的水域造成一定的污染, 进而由地表水源 流入到地下水中, 地下水的化学性质也会发生一定的变化, 对矿 山的内部结构造成一定的腐蚀性。例如, 如若矿山附近有众多的 金属冶炼厂, 地表水域也会富含大量的硫化物等强酸物质, 其空 气也会被污染,形成酸雨,最终汇聚流入到地下水道,让矿山内 部结构遭到侵蚀,影响其稳定性,容易造成矿山的崩塌。故而, 在勘查过程中, 不仅要对地下水的水质进行测定, 还需要对连通 的地表水域进行检测, 并对污染的水域进行净化处理, 避免污染 地下水。
3.3 水位变化的影响
在矿山开采过程中,一般都会遇到水漫矿井的问题,而开矿 人员都会采用抽排的方式,导出地下水,然后继续作业,这会严 重破坏该区域地下水的平衡,致使地下水的水位不断下降,从 而导致附近地下水的枯竭,进而影响该地区的工业用水和农业 用水。当闭矿停止排水后,地下水仍在发生着变换,开始会向含 水层的介质回灌, 让断层的导水性能发生改变, 同时含水层的排 水、径流、补给都会发生相应的变化。地下水都是经过长期的发 展变化而达到平衡稳定, 一旦人为破坏水文地质条件, 其平衡将 会被打破, 地下水的流场形态也会被改变, 平衡的水流将会变得 湍急,向着排泄口垂直流动,致使矿区被地下水冲击和淹没,从 而影响矿区的安全生产。水位变化一般分为两种, 水位上升和水 位下降, 前者会改变地表土壤的酸碱性, 对植被作物的生长极为 不利, 同时也会侵蚀矿山的建筑物, 后者会导致地下水对土体的 承载能力大大下降, 致使山体滑坡或是崩塌。
3.4 地下水压力带来的危害
一般情况下,地下水处于天然的状态,其所产生的水压力比 较小, 并不会对矿山结构产生较大的影响。但是由于施工人员不 科学的开矿作业, 就会破坏矿山原本的水层结构, 致使地下水平 衡被打破,水压力突然增大,造成涌沙、基坑突涌等问题,甚至 直接造成矿山采矿井的崩塌, 阻碍施工进度。
  4 矿山地质勘查中水文地质问题分析
4.1 抽水试验存在局限性
在传统的水文地质勘查中,一般都是采用抽水试验法或是 电测井等技术, 但是其测定数据并不是非常的精确, 存在着较大
的误差,由于水文勘查技术有限,在勘查过程中,获取的数据资 料也不全面。在矿山水文测定过程中, 钻孔水位仅仅能代表混合 水位, 冲洗液也只是混合水的消耗量, 故而测定结果都比较综合 性,非常的笼统,严重缺乏单一性的详细数据信息,这些测定数 据也无法反映出岩层钻孔内含水量和其变化情况。钻孔抽水试 验方式不仅会增加大量的成本, 消耗大量的资源, 并且其钻孔抽 水数量非常有限,而且都是混合抽水,无法对隔水层和含水层 进行精准的划分。此外,点测井勘查技术也仅限于对隔水层和 含水层的流向规律进行大概的估测,且不能对底板情况进行科 学解析。
4.2 水文勘查技术落后
在笔者工作的过程发现,大多数矿山开采单位对水文地质 勘测的认识不足, 把工作重心都放在了开矿施工中, 而忽略了水 文勘测工作,致使对勘查队伍的相关投入不足,例如,勘测仪器 老旧, 具有较大的勘测误差, 或是勘测技术已经跟不上行业技术 发展的趋势,对于复杂的水文地质,缺乏有效的数据信息,阻碍 了勘查工作的顺利开展。由于勘查资金不足, 其勘查设备也存在 着诸多的缺陷, 其工作效率达不到要求, 工作质量也难以得到保 障,致使勘探工作处于落后地位, 矿产企业就会越发不重视水文 地质的勘查工作, 从而陷入到了恶性循环之中, 导致水文勘查技 术越来越落后。当水文地质资料存在错误或是不完整时, 就无法 给出有效的矿山灾害防治措施,从而致使矿山地质灾害不断发 生,增加矿业开采成本。
4.3 地质勘探人员素质不足
勘测人员的综合素质也会影响到矿山水文地质勘测的效率 和测定结果。由于矿山的勘查周期比较短, 其相应的投入也比较 少,为了节约人力成本, 有部分企业就会降低勘查人员的招聘标 准,缺乏对其的考核和培训,导致勘测人员的专业技能不高,其 职业素养也会存在问题,从而致使水文地质勘探数据缺乏准确 性。由于勘测员工的水文地质知识不足,其职业素养也不高,这 会给矿山的开采埋下很大的隐患,其水文勘查数据支撑着采矿 方案的设计,一旦数据有误,矿山开采的风险就会增加,制约着 矿产资源的开采。
5 矿山地质勘查中针对水文地质问题应采取的措施
5.1 采用分段压水试验
当前,矿山水文地质勘测主要是为了详细了解矿山含水层 的分布情况、水质化学成分、地下水变化规律等,故而可以采用 分段压水试验勘测方法来掌握含水层的特性以及变化规律。在 勘查过程中,压水段上端为止水塞,下端一般为孔底,然后依据
裂隙发育情况和岩溶结构状况来设计此间测试地段的长度。同 径止水一般都会利用“三爪止水器”来采集某一段位的压水试验 资料, 再将各段采集的水文数据进行分析, 就能准确推测出含水 层的分布和变化规律。如若在此勘查方法搭配井下流速仪, 就能 测定孔内水流速度, 从而科学推测出含水层的厚度。
5.2 积极引进先进的勘查技术
矿产企业应该重视水文地质的勘查工作,积极引进先进的 勘查技术, 提升矿山水文资料的精准性, 从而减少矿山地质灾害 和采矿事故。在水文地质勘查行业应有比较广泛的技术有钻孔 电磁波透视仪法、量测井法、引入 γ 射线找水法等一些勘查技术。 其中,钻孔电磁波透视仪是比较先进的勘查仪器,其可以由设 备发送探测信号, 对深层岩溶结构进行探查, 其探测深度可达到 500m ;量测井法则是负责探测矿山的地下水层的实际情况,在 结合其他设备和技术,可以探测不同截面内的含水量 ;引入 γ 射 线找水法的运用效率比较高,其可以利用 γ 射线探测径流位置, 从而提升对地下水径流的了解程度。这几种技术都可以探测含 水层的分布情况、水量情况、径流情况以及对岩溶内部的勘测。
5.3 提高勘查专业性
为了确保水文勘查数据的准确性,矿产企业不仅要提升勘 查队伍的综合素质,还要加强对勘查操作的规范性。具体而言, 矿产企业可以从以下几个方面提升勘查作业的效率和质量 :其 一,增加聘用门槛,必须选用专业能力强且职业素养高的人才, 企业可以通过与高校合作, 补充企业的后备军, 培养出自己的专 业人才 ;其二,建立完善的培训制度,结合现有的勘查技术,对 员工进行专业技能的培训, 以提升他们的水文勘查能力, 同时邀 请业界资历丰富的专家举办讲座,传授水文勘测相关的实践经 验,以丰富勘查人员的作业经验 ;其三,建立科学的考评制度, 对勘查人员施行季度考察、年度考察、团队考察等,对于考察评 分较高的人员或队伍给予丰富的奖励,而对于考核不合格人员 应给予处罚, 从而提升勘查人员的专业素养, 避免员工懈怠工作 职责。
  6 结语
总之,水文地质因素对于矿山开采的影响极大,在施工过程 中,如若破坏了水文结构,就会引发矿山地质结构的改变,从而 造成相应的地质灾害。因此,水文地质勘查人员必须要与时俱 进,创新勘查方式,提升勘测数据的精准度,为矿山灾害防治措 施的制定提供数据支持, 从而降低灾害的发生概率, 确保安全开 矿。

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