汪 濤

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四O 七地質(zhì)隊(duì)，湖南 懷化 418000）

礦山開(kāi)采在地質(zhì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展上非常重要，在礦山實(shí)際開(kāi)采中，水工環(huán)容易收到地質(zhì)災(zāi)害侵襲。一旦水工環(huán)受到災(zāi)害影響，對(duì)礦區(qū)資源開(kāi)采有巨大影響[1]。近年來(lái)，我國(guó)水工環(huán)地質(zhì)研究已經(jīng)取得顯著發(fā)展，使這一項(xiàng)目逐漸成為實(shí)際改革的一項(xiàng)主要內(nèi)容，不過(guò)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)這一研究仍舊存在不足，那就是礦山水工環(huán)中礦產(chǎn)資源沒(méi)有最大化應(yīng)用。水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害一旦處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)我國(guó)地質(zhì)地貌產(chǎn)生巨大影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)自然災(zāi)害，對(duì)人與自然的安全造成巨大威脅。在生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展之下，水工環(huán)地質(zhì)研究符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求，能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)資源合理化分配[2]，對(duì)未來(lái)建設(shè)完整的水工環(huán)地質(zhì)體系具有重要發(fā)展意義。

1 水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)概況

現(xiàn)階段在地質(zhì)災(zāi)害的防治工作當(dāng)中，針對(duì)水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的運(yùn)用情況非常良好，該項(xiàng)目技術(shù)主要是運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行詳細(xì)的分析和勘查，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目技術(shù)的應(yīng)用，可以有效的了解各種地質(zhì)災(zāi)害的成因，經(jīng)過(guò)治理后，最大限度上降低自然災(zāi)害對(duì)人們的正常生活以及生命財(cái)產(chǎn)所產(chǎn)生的影響。針對(duì)當(dāng)前階段，我國(guó)在該項(xiàng)工作的發(fā)展形勢(shì)上進(jìn)行分析，其中水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的運(yùn)用范圍上正在不斷擴(kuò)張，并且在地質(zhì)災(zāi)害的防治工作當(dāng)中，所表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越明顯，由此可見(jiàn)，水工環(huán)技術(shù)在未來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害工作中的運(yùn)用前景較好。

我國(guó)國(guó)土遼闊，在部分地區(qū)中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)不同類型的地質(zhì)災(zāi)害，其中，地質(zhì)災(zāi)害主要分為：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地表面裂縫以及不穩(wěn)定斜坡等，這些地質(zhì)災(zāi)害對(duì)礦山工程施工以及周圍人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的影響，因此，相關(guān)工作人員需要針對(duì)不同類型的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行科學(xué)的分析和了解。針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害所表現(xiàn)出來(lái)的特征以及生產(chǎn)的具體原因進(jìn)行深度分析，通過(guò)對(duì)水工環(huán)地質(zhì)技術(shù)的有效運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)災(zāi)害防治工作的高效化開(kāi)展。

2 地質(zhì)工程施工中水工環(huán)特征

2.1 水文地質(zhì)特征

水文地質(zhì)特征主要在水質(zhì)、地質(zhì)填圖、試驗(yàn)，以及勘查等方面進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)水工環(huán)區(qū)域長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)，了解區(qū)域內(nèi)綜合性水文地質(zhì)，展開(kāi)專門性水文地質(zhì)調(diào)查[3]。多數(shù)礦區(qū)周圍存在地下水位，而地表亦存在水體，分為季節(jié)性河流與常年性河流兩種。礦山區(qū)域地表水體流暢發(fā)展，一般情況下，水工環(huán)地下水資源豐富，水流量在汛期較大。按照流量大小，較小溪流逐漸與較大溪流合并為一，最終流出礦區(qū)外，成為水工環(huán)區(qū)域內(nèi)的常年性河流。年降雨量的大小與水工環(huán)區(qū)域的汛期時(shí)間有關(guān)。汛期多在第二季度與三季度，這時(shí)地下水的主流向由南向北，季節(jié)性河水流向與其相同。在分析過(guò)水工環(huán)地下水位之后，可以發(fā)現(xiàn)水工環(huán)水文地質(zhì)特征與礦山的種類有關(guān)，按地理位置劃分，因?yàn)榧竟?jié)性河流與常年性河流存在的原因，水工環(huán)區(qū)域由南到北均為大氣降水，為水工環(huán)礦山區(qū)域地下水的流通提供了優(yōu)質(zhì)渠道。

2.2 環(huán)境地質(zhì)特征

通過(guò)對(duì)水工環(huán)實(shí)地采集數(shù)據(jù)，能夠發(fā)現(xiàn)礦山的生產(chǎn)和安全與汛期水位升降程度有關(guān)。水工環(huán)礦區(qū)內(nèi)地形較陡，汛期容易出現(xiàn)大量積水，而使礦區(qū)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。在對(duì)水工環(huán)地質(zhì)工程施工時(shí)，需要對(duì)區(qū)域內(nèi)環(huán)境地質(zhì)特征進(jìn)行初步斷定，在確定礦山區(qū)域不會(huì)產(chǎn)生放射性污染之后，才對(duì)礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)施工。在具體施工時(shí)，開(kāi)挖揭露地表礦體后，崩落巖石呈碎塊狀，在地表松散地段，容易產(chǎn)生局部小塊崩塌現(xiàn)象[4]。在環(huán)境災(zāi)害角度上看，在平地領(lǐng)域上存在較多礦山區(qū)域，礦山區(qū)域劃分與礦山下水位流動(dòng)有關(guān)。地質(zhì)災(zāi)害的形成與地質(zhì)條件和采礦方式有關(guān)，它們之間的關(guān)聯(lián)如下表1 所示。

表1 地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系表

在礦區(qū)板塊運(yùn)動(dòng)上，延續(xù)了原有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征之后，由于受到原構(gòu)造控制，衍生出了新的運(yùn)動(dòng)形式，分別為水工環(huán)板塊褶皺、斷裂及升降，板塊運(yùn)動(dòng)之后，引發(fā)水工環(huán)礦山區(qū)域地震。

2.3 工程地質(zhì)特征

根據(jù)礦山工程地質(zhì)特征，對(duì)工程地質(zhì)填圖、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、長(zhǎng)期觀測(cè)、工程地質(zhì)勘查，以及室內(nèi)分析試驗(yàn)等方面逐步分析。水工環(huán)區(qū)域多存在變質(zhì)巖，這種巖石屬性結(jié)構(gòu)主要為綠泥片巖、太古界絹云片巖、變質(zhì)礫巖、千枚巖、絹云石英片巖，以及石英巖組成。在劃分工程地質(zhì)區(qū)時(shí)，根據(jù)巖石屬性不同劃分水工環(huán)礦山區(qū)域構(gòu)造。巖體質(zhì)量分級(jí)可以為工程施工打下基礎(chǔ)，依據(jù)地質(zhì)的不同對(duì)工程地質(zhì)巖組與巖體質(zhì)量分級(jí)進(jìn)行匯總，并表示在下表2中。

表2 工程地質(zhì)巖組與巖體質(zhì)量分級(jí)

水工環(huán)區(qū)域構(gòu)造包括中山、高中山、高原不穩(wěn)定區(qū)，在這之中，最活躍的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為高原不穩(wěn)定區(qū)運(yùn)動(dòng)，此區(qū)域多為變質(zhì)礫巖類，穩(wěn)定性較差，而且地質(zhì)變化程度較高，均在7 級(jí)以上[5]。變質(zhì)礫巖類硬度較低，不易出現(xiàn)斜坡失穩(wěn)，此巖石斜坡較大，在陡坡地段極易發(fā)生崩塌現(xiàn)象。

3 地質(zhì)工程施工中水工環(huán)結(jié)構(gòu)形成機(jī)理

3.1 水工環(huán)模型設(shè)計(jì)

為深入研究地質(zhì)工程施工中水工環(huán)結(jié)構(gòu)形成機(jī)理，特此設(shè)計(jì)出一個(gè)水工環(huán)模型。在此模型中，勘察水工環(huán)場(chǎng)地西面接近垂直的陡巖壁。設(shè)定主要巖體為白云巖，巖層呈厚層狀。在施工過(guò)程中采用高比例的地形圖，使用半儀器實(shí)地測(cè)繪水工環(huán)區(qū)域內(nèi)裂縫位置。水工環(huán)場(chǎng)地北面山體呈陡崖?tīng)?，陡崖走向接近垂直，整個(gè)山體的工程剖面見(jiàn)圖1。

圖1 水工環(huán)礦區(qū)山體工程剖面圖

由于此模型地形深切，斜坡與陡巖巖性不一，而且谷底與坡頂高度相差較大。從形成機(jī)理上看，此處屬傾倒一崩塌地質(zhì)模式，容易引起山體崩塌。不過(guò)在崩塌失穩(wěn)時(shí)，可以令坡腳某一點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)，使整個(gè)水工環(huán)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)性。

水工環(huán)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)之后，崩塌在斜坡上的落石形成巖堆。在此模型中，設(shè)定此時(shí)巖堆為平衡狀態(tài)，根據(jù)項(xiàng)目的活動(dòng)過(guò)程而使巖堆位置與松散程度發(fā)生改變。通過(guò)勘探水工環(huán)模型場(chǎng)地，發(fā)現(xiàn)在改變坡度急緩程度時(shí)，巖堆表層極易產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象。模型內(nèi)巖堆為松散狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部具有較大孔隙。因?yàn)榛鶐r是軟質(zhì)巖類，會(huì)受到風(fēng)化程度的影響。而場(chǎng)地內(nèi)巖堆主要附著于基巖斜坡，依據(jù)水位的改變，能夠減小接觸面上的摩阻力。在工程推動(dòng)中，巖堆將產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，使水工環(huán)模型發(fā)生改變。

3.2 水工環(huán)機(jī)理說(shuō)明

水工環(huán)模型設(shè)計(jì)后模型隨巖堆滑移而改變，對(duì)水工環(huán)形成機(jī)理進(jìn)一步說(shuō)明。在模型較低位置，水工環(huán)坡地年平均含水率最高；在模型較高位置，水工環(huán)坡地月平均含水率最高。特別是在汛期時(shí)，水工環(huán)區(qū)域在模型中心處存在暫時(shí)飽和區(qū)，在強(qiáng)降雨過(guò)程中，此區(qū)域內(nèi)的土地表層水分狀態(tài)能夠達(dá)到飽和狀態(tài)，當(dāng)降水量持續(xù)三天不下降時(shí)，水工環(huán)能夠達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。水工環(huán)區(qū)域內(nèi)土地形成與坡地巖土水分特征曲線受質(zhì)地息息相關(guān)，因此，可以根據(jù)坡地巖土水分特征曲線分析水工環(huán)形成機(jī)理。在探究過(guò)程中，為測(cè)定坡地不同深度下巖土水分，選用不同巖土深度下巖土為研究對(duì)象，采用SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)判定系數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)。根據(jù)判定系數(shù)匯總，對(duì)水工環(huán)巖土不同深度水分特征曲線進(jìn)行繪制，巖土不同深度水分特征曲線如圖2 所示。

圖2 巖土不同深度水分特征曲線圖

由圖2 可以看出，水工環(huán)不同深度的巖土存在不同水吸力，且在不同判定系數(shù)下，水工環(huán)各處水吸力差異較大。設(shè)水工環(huán)巖土為單一且均勻的介質(zhì)，那么巖土不同深度水分特征曲線圖應(yīng)為一條曲線?？山?jīng)過(guò)模型設(shè)計(jì)與推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)圖2 為多條曲線。表明水工環(huán)巖土不是單一且均勻介質(zhì)，由復(fù)雜介質(zhì)構(gòu)成，從而形成水工環(huán)。

4 結(jié)束語(yǔ)

水工環(huán)地質(zhì)研究是一項(xiàng)綜合性工程，與國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人與自然的和諧相處密切相關(guān)。生態(tài)建設(shè)理念的提出，使水工環(huán)研究更加符合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，在把水工環(huán)研究融入到采礦工程之后，能夠大幅度將生態(tài)發(fā)展理念貫徹執(zhí)行。受到環(huán)境因素的制約，我國(guó)水工環(huán)地質(zhì)工作陷入瓶頸，對(duì)人類生產(chǎn)與生活產(chǎn)生了負(fù)面影響。通過(guò)對(duì)水工環(huán)特征及其結(jié)構(gòu)形成機(jī)理研究與說(shuō)明，對(duì)水工環(huán)地質(zhì)有了明確了解，從水工環(huán)地質(zhì)結(jié)構(gòu)與機(jī)理入手，革新傳統(tǒng)思想的基礎(chǔ)上，對(duì)采礦施工技術(shù)進(jìn)一步加強(qiáng)，從而提高資源開(kāi)采和利用，使生態(tài)環(huán)境較大避免了污染問(wèn)題，以此推動(dòng)我國(guó)水工環(huán)地質(zhì)研究的發(fā)展與進(jìn)步。