陳建民，李春發(fā)，胡發(fā)虎

為保證礦井開(kāi)采后礦區(qū)周圍的水質(zhì)及地質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定，必須提高水文地質(zhì)災(zāi)害的治理及環(huán)境恢復(fù)效果，減少因礦井開(kāi)采而造成的地表水和地下水污染問(wèn)題，增加的土地粘性，避免因水土流失而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。在礦井開(kāi)采中，必須探查礦山中的水文地質(zhì)情況、了解礦山井上井下水文形勢(shì)及其對(duì)整個(gè)礦井水害預(yù)防工作的特殊價(jià)值性，以及明確規(guī)劃，是有效扼制礦場(chǎng)井底水害問(wèn)題出現(xiàn)的關(guān)鍵，是保護(hù)工人作業(yè)生命安全、保衛(wèi)國(guó)家礦山儲(chǔ)存資產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)安全平穩(wěn)進(jìn)行的基本途徑。本文主要針對(duì)金屬礦山防水治理工作，進(jìn)行了必要的研究。

1 水文地質(zhì)對(duì)礦區(qū)防治水的重要性

1.1 對(duì)礦井安全的影響

在礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中，要堅(jiān)持安全第一，有效開(kāi)采的原則，保證開(kāi)采的各項(xiàng)工作的安全合理性。一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行礦區(qū)開(kāi)采之前，相關(guān)工作人員必須先對(duì)礦區(qū)周圍的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，并根據(jù)勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行水文地質(zhì)條件分析，對(duì)地下容易出現(xiàn)水文地質(zhì)災(zāi)害的地點(diǎn)予以標(biāo)識(shí)，這樣就能夠有效保證施工人員的生命安全?？梢岳每礈y(cè)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖紙繪制，以便更好的分析水文地質(zhì)特征，從而制定有效，合適的防治措施。所以，在生產(chǎn)中，一定要保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性，也要對(duì)繪制圖紙進(jìn)行二次審核予以確認(rèn)，這樣才能夠最大程度地保證礦井施工的安全。

1.2 對(duì)勘探效率的影響

在了解礦區(qū)周圍地質(zhì)環(huán)境之后，要對(duì)異常區(qū)域進(jìn)行二次勘察，根據(jù)異常區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)置相關(guān)的處理措施，減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。為了避免在礦井施工中出現(xiàn)透水事故，施工人員必須首先核實(shí)周邊的廢棄礦井，掌握其透水范圍以及積水情況，如果積水嚴(yán)重，要及時(shí)做好排水工作，并加固礦井工程。而在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，大多數(shù)的礦井地質(zhì)都較為復(fù)雜，這在很大程度上影響了勘測(cè)的效率，但是在實(shí)際施工中施工人員要嚴(yán)格把控地理情況，根據(jù)地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性因地制宜，利用科學(xué)合理的勘測(cè)技術(shù)實(shí)施勘測(cè)工程。

1.3 對(duì)地質(zhì)儲(chǔ)量測(cè)量的影響

在礦井水文地質(zhì)勘察過(guò)程中，對(duì)于周邊異常區(qū)域，應(yīng)擴(kuò)大勘探范圍，在減少礦井開(kāi)采事故的情況下。對(duì)周邊廢棄礦井進(jìn)行調(diào)查研究，并在圖上明確標(biāo)注礦井的開(kāi)采位置以及地形條件和周圍的積水狀況，然而有時(shí)也會(huì)遇到勘探難度比較大的礦井，其水文地質(zhì)條件復(fù)雜，影響工作人員的勘探進(jìn)度。

2 礦井水考地質(zhì)條件及充水因素

鑒于中國(guó)大部分金屬礦區(qū)域水文條件都相當(dāng)復(fù)雜，所以隨著采礦深度的增大，礦山突水現(xiàn)象也會(huì)有出現(xiàn)，并會(huì)影響礦山頂板并且進(jìn)一步擴(kuò)大水害的影響區(qū)域。突水事件不但會(huì)給金屬礦的開(kāi)發(fā)效益造成負(fù)面影響，還會(huì)給金屬礦公司職工造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。所以，我國(guó)金屬礦公司職工必須在采礦前后做好對(duì)開(kāi)采區(qū)域所受的水害威脅程度及其礦山防水工作困難程度的調(diào)查研究，認(rèn)真分析水文地質(zhì)等各類指標(biāo)，同時(shí)按照總體規(guī)劃礦山布局設(shè)計(jì)，選取合理的采礦方法和采礦安全措施，確保金屬礦開(kāi)發(fā)效益和金屬礦職工的生產(chǎn)安全。

2.1 礦井水文地質(zhì)條件及充水因素現(xiàn)狀

地質(zhì)含水層的含水要求比較復(fù)雜，而且富水規(guī)律易受壩基巖性含水層非均質(zhì)穩(wěn)定、各向異性特點(diǎn)和其他各種因素的干擾。地質(zhì)學(xué)部門需要通過(guò)進(jìn)行大量地質(zhì)學(xué)勘察、水文測(cè)驗(yàn)、物理鉆探和對(duì)地下水的動(dòng)態(tài)觀察等才能掌握水文條件變化及其充的影響，從而提高金屬礦勘查過(guò)程的安全、可行性。而金屬層頂板滲漏水事件預(yù)報(bào)信息系統(tǒng)則包含了水源信息、結(jié)構(gòu)損傷信息、采動(dòng)頂板運(yùn)動(dòng)損傷信息和采動(dòng)支承壓力分布信息等，通過(guò)對(duì)這四類信息的分類能夠提高企業(yè)對(duì)礦山頂板水害的防范效果，以便于積極預(yù)報(bào)礦井滲漏水事件，降低金屬礦企業(yè)的損失。

2.2 礦井水文地質(zhì)特征

因?yàn)榻饘賹铀幍奈恢煤彤?dāng)?shù)貧庀髼l件不同，所以礦井的水文條件也有著很大區(qū)別。寧夏、內(nèi)蒙西部等中國(guó)西北地區(qū)的金屬地層都處于中侏羅系，而且當(dāng)?shù)亟涤炅肯鄬?duì)較少，加上天氣比較干旱，這就導(dǎo)致了地下水濃度相對(duì)較低而且水交替性能也不好，使得礦井涌水量也就相對(duì)少。但因?yàn)樵搮^(qū)金屬層較淺薄，這也導(dǎo)致金屬礦的開(kāi)挖面在開(kāi)挖以后，極易向地面擴(kuò)展。金屬礦的大部分充水來(lái)自土壤、大氣雨水、淺部第四系潛水和金屬層的頂板砂石或裂隙弱污泥層水。

3 含水層與隔水層

3.1 含水層與隔水層的特征

在一定的內(nèi)部應(yīng)力作用下，沙石泥土的附著力會(huì)逐漸降低，土層軟化，當(dāng)巖體受到外部環(huán)境的擠壓時(shí)，在力的作用產(chǎn)生變形，當(dāng)超出巖體所承受的最大范圍，則會(huì)造成大面積的巖體斷裂，開(kāi)裂現(xiàn)象。由于外部環(huán)境的張力較大，致使巖體會(huì)形成閉合縫隙或隱蔽裂縫，隨著時(shí)間的積淀，這些裂縫內(nèi)會(huì)填充一些巖石碎塊，當(dāng)受到地表水或地下水的滲透時(shí)，這些碎屑就會(huì)發(fā)生膨脹，使整個(gè)巖體縫隙全部填滿，進(jìn)而形成隔水層。而沙巖具有堅(jiān)硬性和致命性的特點(diǎn)，當(dāng)發(fā)生破裂變形時(shí)，往往會(huì)形成構(gòu)造巖體縫隙，當(dāng)遇到水流滲透時(shí)，縫隙就會(huì)擴(kuò)大，久而久之也就會(huì)形成可以儲(chǔ)存水量的含水層。

3.1.1 含水層特征

含水層的形成與巖體的構(gòu)造息息相關(guān)，因巖體的發(fā)育深度、質(zhì)地、儲(chǔ)水能力不同而各有差別，所以含水層的儲(chǔ)存水量的功能和導(dǎo)水功能也會(huì)受這些因素的影響，甚至同種巖體的含水層因巖體厚度、滲透水量以及地層結(jié)構(gòu)的不同其所形成的儲(chǔ)水能力、富水性都有所不同。對(duì)于一些碳酸鹽類的巖體而言，其富水性和儲(chǔ)水能力比其他巖體富水性和儲(chǔ)水能力要強(qiáng)許多，這是由于在充水過(guò)程中，直接充水結(jié)構(gòu)與間接充水結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系，從而使含水層的儲(chǔ)存水量功能上升。

3.1.2 隔水層特征

隔水層指的是在礦井開(kāi)采時(shí)，在各類沖水因素的影響下，礦井周圍的巖層也會(huì)受此變化，為避免地表水或其他水流對(duì)礦井周圍巖層的影響，采礦人員需要利用厚層巖體、砂巖以及致密的粉砂巖所形成的隔水層隔絕這些水流。粗粒砂巖隔水層一般分布在礦井冒落帶頂部，能夠隔絕地表水滲入。而粉砂巖隔水層以及沙質(zhì)泥巖一般分布在采礦結(jié)構(gòu)以及底部礦井構(gòu)造，能夠有效避免在采礦過(guò)程中對(duì)隔水層的破壞，如果底部承壓隔水層受到外力影響而被破壞時(shí)，那么隔絕在巖體外部的水流就會(huì)突發(fā)性的涌入礦井中。

3.2 含水層的邊界條件

含水層是利用外部環(huán)境的補(bǔ)給與排泄從而發(fā)生變化，使其進(jìn)入到巖石孔隙、裂縫或者巖溶介質(zhì)中保存下來(lái)。通過(guò)巖層的重力托舉，使水層不會(huì)外溢，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中循環(huán)補(bǔ)給與排泄，保持著含水層的內(nèi)部平衡。而含水層的邊界條件，一般分為補(bǔ)給邊界和隔水邊界兩方面。

3.2.1 補(bǔ)給邊界

按通過(guò)充水含水層獲取或補(bǔ)充飲用水的方法不同，有如下幾類：①垂直于下滲邊界：當(dāng)通過(guò)充水含水層出現(xiàn)在地表上時(shí)，主要受大氣降雨和地表水域的垂直于下滲補(bǔ)充。直接充水的含水層隱伏在新生界以下時(shí)，將會(huì)接受新生界底部含水層孔隙水垂直下滲補(bǔ)給。直接充水含水層被第四紀(jì)的松散含水層包圍，并接受其地下水和地表的水下滲補(bǔ)充；②側(cè)向徑流補(bǔ)給邊界：直接充水含水層因斷裂切割作用和開(kāi)采礦產(chǎn)層下伏基巖含水層在斷層兩盤對(duì)口部位接受基巖含水層地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。直接充水含水層位于淺部基巖風(fēng)化帶范圍內(nèi)，接受基巖含水層地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給；③頂托越流補(bǔ)給邊界：直接充水含水層與下伏基巖承壓含水層之間，巖層是隔水層并隱伏于新生界同一孔隙含水層之下，當(dāng)?shù)V產(chǎn)層上部直接充水含水層向礦井充水，水頭降低時(shí)，孔隙含水層水垂直下滲，其水頭隨著而變動(dòng)，則下伏基巖承壓含水層地下水，則頂托越流補(bǔ)給孔隙含水層而成為礦產(chǎn)層上部直接充水含水層的間接補(bǔ)給水源。直接充水含水層在斷層交叉帶與密集帶部位向礦井充水，水頭降低后，由于斷層交叉帶與密集帶的破碎帶寬度較大，裂隙發(fā)育，透水性好。

3.2.2 隔水邊界

按直接充水含水層地下水補(bǔ)給或地下水流受阻部位不同，有以下幾種：①頂部隔水邊界：直接充水含水層隱伏于新生界黏土隔水層之下時(shí)，阻隔大氣降水、地表水體和新生界孔隙含水層地下水垂直滲漏補(bǔ)給；②側(cè)向隔水邊界：直接充水含水層因斷裂切割作用而和斷層一盤砂泥巖相對(duì)隔水層接觸，斷層帶構(gòu)成直接充水含水層側(cè)向隔水邊界。直接充水含水層的富水性順地層，傾角方向隨埋藏深度的增大而逐步下降，在達(dá)到某一深度后逐漸變?yōu)橄鄬?duì)隔水層，成為側(cè)向隔水邊界。

3.3 含水層的補(bǔ)給和排泄條件

從補(bǔ)給和排泄的角度上看，在礦井開(kāi)采中，含水層受充水因素的影響會(huì)向礦井直接進(jìn)水，使其形成一個(gè)天然的流動(dòng)場(chǎng)所，并以礦井為排泄基準(zhǔn)面。隨著礦井水的排出，礦產(chǎn)中含水層的水位也會(huì)隨之下降，經(jīng)過(guò)一系列的大氣降水的滲透，地下水徑流量增大，再加上礦產(chǎn)含水層的水流下滲，礦井的涌水量也會(huì)受此影響逐漸增加。

4 礦井水考地質(zhì)條件及充水因素

4.1 大氣降水

在礦井開(kāi)采后，由于大氣降水而引發(fā)的礦井充水，而其降水的強(qiáng)度接影響著礦井充水量，一旦在礦井開(kāi)采后地面出現(xiàn)沉降，塌陷，那大氣降水也會(huì)隨塌陷的裂縫進(jìn)入到礦井中從而引發(fā)礦井沖水，這些因素之間都是密切相關(guān)的。

4.2 地下水

礦井向含水層充水受降雨強(qiáng)度大小和時(shí)間有關(guān)，它的著水性不強(qiáng)，同時(shí)含水層的儲(chǔ)水能力還與該區(qū)域的水文地質(zhì)特征以及巖層的裂隙發(fā)育有很大的聯(lián)系，所以在礦井開(kāi)采時(shí)，必須高度重視氣象變化，并對(duì)礦井巖層裂隙進(jìn)行深入勘察，從而有效保障排水工作的順利進(jìn)行。

4.3 地表水

礦井開(kāi)采地區(qū)大多為地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，降水量多，大氣降水，匯水面積大，沖溝水。沿著風(fēng)氧化帶滲入，這些外來(lái)補(bǔ)水因素為礦井開(kāi)采直接提供了有效的補(bǔ)給水源，因此在礦井開(kāi)采過(guò)程中，這些外來(lái)水源的補(bǔ)給為礦井開(kāi)采提供了有利條件。

4.4 老窯及老采空區(qū)積水

在礦井開(kāi)采中，老窖開(kāi)采是極為常見(jiàn)的，主要是通過(guò)協(xié)警開(kāi)拓的方式進(jìn)行開(kāi)采，其深度在100m以下，水平距離以200m為邊界。如果在老窖中出現(xiàn)積水現(xiàn)象，必須高度重視，因?yàn)榈V區(qū)內(nèi)的老窖較多，而且每個(gè)老窖之間都具有串聯(lián)性，如果發(fā)現(xiàn)積水，則有可能發(fā)生巨大的透水事故，所以必須做好老窖開(kāi)采的防治工作，重視老窖積水的疏通和排放。

5 不同條件下礦井防治水措施研究

5.1 開(kāi)采面靠近富水區(qū)域的防治水措施

一旦金屬礦開(kāi)發(fā)范圍內(nèi)金屬層埋深度較淺，并且地下水的補(bǔ)充效果比較好時(shí)就可以加強(qiáng)對(duì)井降探放水，但是一旦采礦工作面更靠近富水區(qū)域時(shí)就會(huì)引導(dǎo)礦山的突水流入礦井內(nèi)。當(dāng)采掘工作已開(kāi)展至含水層結(jié)構(gòu)附近時(shí)，就應(yīng)該根據(jù)正常采礦原則合理采取探放水的方法繼續(xù)開(kāi)展工作，并且勘探工作人員還必須根據(jù)探明工作范圍內(nèi)前方的水情限制出水量，還必須留設(shè)一定高度的抗隔水金屬柱，才可以有效保證采礦工作的安全性和可靠性。當(dāng)隔水層分布累計(jì)保護(hù)層厚度較薄，且導(dǎo)水裂隙帶經(jīng)過(guò)導(dǎo)通該含水層構(gòu)造附近時(shí)，采礦技術(shù)人員就應(yīng)該進(jìn)行疏排，以有效下降頂板底水平，使水位降至安全使用區(qū)域內(nèi)。測(cè)量技術(shù)人員要做好對(duì)隔水層的監(jiān)控，保證隔水效果，盡量減少突水情況的發(fā)生。

5.2 富水性弱的過(guò)渡區(qū)域防治水措施

針對(duì)富水性較弱而且富水性能一般的金屬頂板，其充水含水層根據(jù)涌流的條件綜合劃分為過(guò)渡區(qū)段，施工人員必須時(shí)時(shí)觀測(cè)回采工作面狀況、涌水量和含水層的水位變化趨勢(shì)，如果出現(xiàn)了問(wèn)題應(yīng)及時(shí)報(bào)告給上級(jí)部門。當(dāng)靠近富水區(qū)時(shí)，施工人員還可以采用向隔水層或含水層的注漿材料增強(qiáng)或注漿方式改造來(lái)提高隔水層厚度，這樣能夠更有效地隔絕充水水源和礦井內(nèi)部的導(dǎo)水通道。此外，也可采用預(yù)先做得好金屬柱來(lái)保證金屬域的隔水性涂料。

5.3 富水性較弱區(qū)域的防治水措施

就在金屬頂板以及充水含水層等不容易發(fā)生突水狀況的區(qū)域而言，由于這個(gè)地段的富水性較低同時(shí)又相對(duì)安全，因此一般情況下，這個(gè)地段在進(jìn)行采礦時(shí)不容易發(fā)生突水的情況，但是采礦人員仍然需要對(duì)此充分重視，還必須運(yùn)用有用的方法來(lái)防止突水的情況。因此，采礦技術(shù)人員務(wù)必時(shí)時(shí)注意作業(yè)面的變化情況，特別注意涌水量的變動(dòng)情況以及含水層的水位變動(dòng)狀況等，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，必須立即采取措施加以解決。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，采礦技術(shù)人員還必須進(jìn)行及時(shí)的工作試水，并且科學(xué)地使用各種方法檢測(cè)地段的富水性以及導(dǎo)水性涂料。盡管存在部分地區(qū)的富水性較低的狀況，但仍然必須注意其孔隙裂隙承壓水的含水層狀況，以預(yù)防轉(zhuǎn)彎或抹角等含水層突水狀況的出現(xiàn)，并及時(shí)地對(duì)地段進(jìn)行工程防水的檢測(cè)，同時(shí)注意水量的波動(dòng)情況，以有效管理水量，從而避免了突水情況的發(fā)生。

6 做好礦井防治水的具體對(duì)策

6.1 做好水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)

礦井水害的有效治理必須通過(guò)對(duì)水文管理工作加以持續(xù)完善，并通過(guò)對(duì)礦山內(nèi)水文地質(zhì)條件的全面清查，對(duì)礦井內(nèi)主要含水層及地下水的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系加以持續(xù)建立和完善。為達(dá)到這一目標(biāo)，就應(yīng)該做好如下幾方面管理工作：通過(guò)井田水文動(dòng)態(tài)分析，對(duì)井田范圍內(nèi)各含水層結(jié)構(gòu)礦化度變動(dòng)加以了深入研究，并對(duì)各含水層構(gòu)造的天然補(bǔ)給條件作出了間接的推測(cè);對(duì)富水區(qū)實(shí)行提前監(jiān)測(cè)，同時(shí)采取當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方式。

6.2 對(duì)礦井防治水規(guī)劃與計(jì)劃進(jìn)行完善

礦山公司針對(duì)礦井水文條件進(jìn)行清查，做好水害預(yù)報(bào)，并根據(jù)有關(guān)準(zhǔn)則和規(guī)范，根據(jù)治理水源的長(zhǎng)期計(jì)劃和年度治理水源規(guī)劃進(jìn)行編寫，針對(duì)已編寫的內(nèi)容，將充分結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)其加以不斷調(diào)整和充實(shí)，確保其滿足礦山水害治理的需要。

6.3 對(duì)礦山的水文地質(zhì)條件進(jìn)行了進(jìn)一步清查

為保證礦山開(kāi)發(fā)的安全性，必須根據(jù)原有的數(shù)據(jù)資料，對(duì)礦山水文地質(zhì)條件進(jìn)行補(bǔ)充研究，尤其是針對(duì)部分水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，或者礦山風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大的礦山，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)狀，對(duì)地面和井下水文地質(zhì)條件進(jìn)行補(bǔ)充勘查，并通過(guò)有關(guān)手段，對(duì)礦山水文地質(zhì)條件加以查清。

6.4 提升礦井水害防治工作效率

首先，必須根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)特征及沖水因素開(kāi)展防治水工作，要從根本上提高防治水的工作效率，減少水質(zhì)對(duì)周圍環(huán)境的危害。當(dāng)然在這個(gè)過(guò)程中相關(guān)管理人員必須提高對(duì)此項(xiàng)工作的認(rèn)識(shí)，有效保證礦區(qū)開(kāi)采的安全性。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目實(shí)施者也應(yīng)該加大對(duì)于防治水工作的投資力度，確保水文地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急處理能夠落實(shí)到位；其次，要不斷優(yōu)化工作人員的技術(shù)能力，不定期地對(duì)工作人員進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高防治水的專業(yè)能力和對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)變能力。除此之外，也要做好礦區(qū)環(huán)境的地質(zhì)勘察工作，有效分析水質(zhì)災(zāi)害的分布情況，根據(jù)分布地區(qū)及時(shí)做好預(yù)防策略，夠保證防治水工作的全面性和綜合性；最后，要與其他部門之間建立起良好的溝通與聯(lián)系機(jī)制，增強(qiáng)整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的凝聚性，從而為防治水工作提供有力保障。

7 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段礦山水文及治理水工作仍面臨許多不足，必須為此進(jìn)行高度重視，并進(jìn)行進(jìn)一步探索和深入研究，剖析問(wèn)題形成的成因，并提供合理的改善對(duì)策，促進(jìn)礦山水害問(wèn)題得以合理處理，為礦山工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供強(qiáng)有力保證，并提升產(chǎn)量效益和產(chǎn)出品質(zhì)，最終促進(jìn)礦山產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和提升。