巖溶礦區地下水資源儲存與管理

熊芮 胡應繪 金志遠

摘 要：巖溶礦區的巖溶發育是極度不均勻的，巖溶水在我國分布范圍廣泛，它們不僅水量大，而且水壓高，影響著礦區的生產與安全。如果巖溶礦區巖溶水處理方式不當，且沒有通過科學的合理開發與利用，那么巖溶水的使用和排出就會造成極大的資源浪費。本文根據巖溶水的形成機理，結合礦井的水文地質條件，總結了巖溶水治理措施和管理方法，并提出了展望。

關鍵詞：巖溶水；防治；儲存；管理

巖溶是指可溶性巖石如白云巖、石灰巖等被水溶蝕后產生的裂隙，地下水通過各種途徑累積在其中，稱為巖溶水。[1]巖溶水具有多種形態，小到溶孔，大到溶洞及暗河。在采礦過程中，礦井水害是礦區最主要的災害之一，而巖溶礦區巖溶水的不科學處理，會造成溶巖礦區突水事故頻發。巖溶礦區一旦發生突水事故，就會影響安全生產或甚至淹井，引起地面塌陷，會造成巨大的經濟損失。因此，合理管理、儲存和利用巖溶水，且使其循環利用，可顯著減少突水事故，減少資源浪費，社會經濟效益顯著。本文根據巖溶水的形成機理，結合礦井的水文地質條件，探討科學合理的巖溶水治理措施和管理方法。

1 巖溶水的水文地質條件

巖溶礦區水文地質條件，是巖溶礦區充水的主要影響因素，了解礦區的巖溶水充水水源和充水通道是礦井水害防治的重要條件。礦井充水水源防治應從各個方面綜合考慮各種因素，根據巖溶類型和賦存條件，采用有效的防范措施，大致估算巖溶水的數量和質量。巖溶水的水文地質勘測方法主要有無線電波透視法、直流電阻測率法和礦井瞬變電磁法等。礦井水物探可以測定巖溶水的含水構造，工作面頂底板含水層的富水性，巖溶礦區涌水補給源等水文地質問題，水文地質測繪可以測定巖溶水的水量和水質，物探和鉆探結合能精準地測繪出巖溶水的性質和儲存位置以及地理分布，在開采前準確地了解到巖溶水的存儲形式，為巖溶水的防治和利用提供重要保障。

2 巖溶水的儲存

2.1 巖溶水的儲存形式和含水特征

從巖溶水的埋藏條件進行分類，巖溶水埋藏淺的可分為覆蓋型巖溶水、裸露型巖溶水；埋藏深度很深的深埋藏型巖溶水，巖溶礦區巖體的巖溶程度化或巖體構造應力分割留下的裂隙其儲水形式可分為溶隙儲水形式、地下暗河儲水形式及巖溶管道儲水形式。

a）裸露型巖溶水的形態一般為裂隙潛水或地下暗河、弱巖溶白云石、裂隙在薄灰巖潛水、不純碳酸鹽巖礦區。巖溶水的含水特征是沒有巖溶發育、水分布不均。一般做層流、無壓流動，動態變化比較大。地下暗河則處于氣候濕潤，均質厚層灰巖，大多分布在產狀平緩，構造破碎的地質構造帶。這種地質構造使其形成地下暗河。它的地下水流非常大，一般來說，它是沒有壓力湍流。局部壓力流量很大，動態范圍很大。

b）覆蓋型地下巖溶水是巖溶裂隙不集中徑流帶地下水，其主要有兩種賦存形式。一種是在斷層中或第四紀沉積物和巖溶巖層接觸面附近，其埋藏屬于承壓水，這種巖溶水水壓不大，一般做層流流動，水位變化不大。另一類位于非均質碳酸鹽巖夾層斷裂帶及其兩側裂隙，或厚層石灰巖巖溶發育。其含水性質表現為地下水層流與紊流取決于通道情況，水位變化幅度小。

c）埋藏型巖溶地下水可分為層間裂隙巖溶水和脈狀裂隙巖溶水，層間裂隙巖溶水分布在上覆和下伏非巖溶化巖層中，其埋藏很深，有時形成深部水循環。地下水作層流流動，運動狀態穩定。脈狀裂隙巖溶水位于很厚的碳酸鹽巖層的構造破碎帶中呈條帶狀分布，這種巖溶水埋藏深但，巖溶發育一般，其有減弱的趨勢，屬于承壓水，水壓一般較大，地下水作層流流動，運動狀態穩定。

巖溶水不同的水文地質條件形成了不同的補給、排泄。南方巖溶地下水與地表水互為一體，互相轉換，相互補給，入滲參數較大（60%80%）而北方的入滲參數約占30%。北方的巖溶水是通過排泄密集的巖溶泉而形成的，南方的巖溶水主要由地下河流，洞穴，泉水和河流組成。南方巖溶水通常具有以下特點：不同地下河系統水位差異變化較大一般沒有統一區域地下水位；供水和蓄水源難以區分；地下河特征 ，水量變化與地表水具有較好的相似性地下水位深度變化較大，常出現結構性缺水現象。[2]

巖溶水運動特征主要是層流和湍流共同運動，壓力流與無壓流共存，運動方向不同步，局部與整體不一致，區域地下水位不統一。[3]

2.2 巖溶水的防治

礦井水的防治工作應堅持“預測預報，有疑必探，先探后治，先治后采”的原則，采取“防，堵，疏，排，截”的綜合治理措施，綜合突出礦區突水特征，含水率，巖溶發育特征等方面，采用物探與鉆探相結合的方法。根據水文地質條件選擇合理科學的方法，對巖溶水進行治理。通常是“以排為主，堵排結合”的思想，但也有人認為過量排放會造成資源浪費、環境破壞等。[4]因此，也有人提出“限量排放，堵排結合”的治理措施。根據上述不同巖溶水水文地質條件，提出以下針對性的巖溶水防治方案。

（1）建立長期的觀測系統，及時掌控巖溶水的動態特征。

（2）進行超前探放水。

（3）斷層加固，當有巖溶塌陷時，采用回填處理。

（4）進行灌漿或帷幕注漿，抬升地下水位。

a）裸露型巖溶地下水。

對于裸露型巖溶地下水，大氣降水為其主要充水通道，應設立地表水防滲措施，通常主要的方法是封堵裸露型巖溶地表，采用土石，充填封堵。若裸露的面積比較大，可用下部充填礫土，在其上部覆蓋黏土，使其高于地表0.51m。這樣可減少地表水對裸露型巖溶地下水的影響。

b）覆蓋型巖溶地下水。

覆蓋型巖溶地下水的治理可采用超前疏干，注漿堵水截流。對于那些含水較多的覆蓋型地貌，當其含水量大補給量又不大的溶巖礦區，可提前將含水層的水疏干。或通過井下鉆孔疏放，將含水層中的地下水有控制的排放到井巷排水溝中，緩慢疏放。預防地下水突然涌入礦井，造成災害事故，加大巖溶水治理難度。

c）深埋型巖溶地下水。

深埋型巖溶地下水屬于承壓水，對其防治時要綜合考慮，因地制宜采取針對性的治理措施。遵循“整體研究，逐塊分析，因地制宜，先易后難。”首先應對其進行疏水降壓，使含水層水壓降到安全水頭以下。當承壓水壓力過大時，可采用地表、地下聯合疏水降壓。在其隔水層薄弱帶注漿加固。提高隔水層的阻水能力。

3 巖溶水的利用

巖溶水目前可主要用作電力發電能源，飲用水供水水源，加工儲存的液體礦源。其利用涵蓋生產、生活各個方面。巖溶地區地下水資源豐富，目前主要有淺層巖溶儲水庫蓄水，地下河水庫蓄水，地下河流洞穴開挖存水，深層巖溶地層開挖等四種開發方式和使用方式。

在巖溶地區，地下水主要存在于地下河流管道中。針對這種地質情況，應選擇合適的斷面，人為挖掘巷道，改變地下徑流環流路線，引水解決缺水問題，這也是解決喀斯特地區干旱的重要手段。其主要優點是水資源使用的低成本，缺點是建設成本高。

在地下河管線中，選擇合適的灌漿點，以上游水洞和洼地作為水庫的蓄水量，增加地下河上游水位，形成天然水庫和水源， 這樣產生的勢能差能用于發電。 這種方法的主要優勢是水資源充足，使用成本低。 缺點是建設成本高，存在一定的風險。[5]

在地下水暴露較少的地區，選擇合適的地下水富集區，并采取鉆井水來解決人們飲用水的困難。其主要優點是水質優良穩定，建設成本低。缺點是有一定的成井風險。

在覆蓋型巖溶地區，巖溶地下水豐富，通常呈層狀分布，水力大小均勻分布，水力相互連通。水力停滯區達到飽和，有利于地下水資源的鉆探，但鉆探時但應重點關注巖溶地平線的厚度和分布。

4 結論與展望

巖溶礦區擁有豐富的地下水資源。它的開發利用和保護一直是人們關注的重點。其水文地質條件復雜，而且地下水開發利用困難。目前，巖溶礦區地下水利用率不高。地下水資源如何合理開發還沒有統一的結論。但從引水的系統的角度出發，對地下水資源開發利用和專項研究是與巖溶礦區地下水的賦存規律和地區水循環法結合進行共同研究的，與不同類型地下水喀斯特地下水資源的開發，將為國家經濟建設可持續開發利用的水資源服務。

同時，喀斯特地質是一種重要的地質形式，地下溶洞和暗河極分布極多，地質環境脆弱，旱澇災害、石漠化、喀斯特塌陷頻繁，嚴重制約著經濟和社會的發展。針對此情況應該開展對喀斯特發展規律的研究，分析和總結環境地質問題的統一模型，建立生態地質環境脆弱性統一的評價體系。建立建成一個統一的巖溶地質安全風險評估體系。

參考文獻：

[1]陳林，吳自立，孫培軒.貴州省官倉煤礦巖溶水突水分析及防治措施[J].礦業安全與環保，2012，39（06）：7981.

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[3]王雙銀.關于煤礦防治水技術的管理措施[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2014（06）：132.

[4]陳美智，周桂銓.煤礦水害事故分析及其防治技術[J].西部探礦工程，2012，24（03）：201203+206.

[5]陳俊.礦區巖溶水的防治與利用[J].人民珠江，2014，35（06）：13.

基金資助：貴州理工學院大學生創新創業項目（0416061），貴州理工學院高層次人才科研啟動基金（2003001060）