礦山地下開采活動對地下水環境的影響

唐坪

摘要：隨著開采技術手段的發展以及相關施工設備的進步，現在礦山地下開采的范圍越來越大，能夠采集到的礦產資源也隨之增多，但是隨之而來的則是對于地下水環境的一些影響。常規的礦山開采工程很容易改變地下水的原有正常流動途徑，對地下水環境系統造成不良影響，其中發生較為多見的情況是礦坑涌水。相關工作人員必須要能夠精確地預估出礦坑涌水量，這不僅能夠幫助研究礦山地下開采活動對地下水環境系統的影響程度，還能夠作為地下水資源利用的依據，精確地預測礦山地下開采活動的礦坑涌水量，既能夠保障礦山地下開采活動的安全，也能夠提高地下水資源的利用效率。因此，利用礦坑涌水量作為研究數據來探究礦山地下開采活動對于地下水環境的影響，具備重要的研究價值與意義。

關鍵詞：礦山地下開采活動；地下水環境；礦坑涌水量

眾所周知，地下開采活動工程的正常施工步驟是通過改造自然地下水環境的流動渠道來改變地下水資源的走向，進而完成對礦山地下的水滲環境以及水文地質條件的改造，以設計礦山地下開采活動，保障地下開采活動的安全。礦山排水一般是借助礦坑排水系統來完成排水，但是礦坑排水量過多會使得大量淺表層地下水資源流失，進而導致土地干燥化，影響農作物的收成，嚴重破壞原有環境的水含量。因此，正確預知礦坑涌水量的高低，能夠指導施工方科學合理地開挖礦坑，保證原有環境的含水量處于正常水平，又能夠保障施工團隊地下開采作業的安全，同時對地下水研究還能夠提供一定的數據支持。

1.礦坑涌水量的預測

借助礦坑涌水量的數值我們可以直接判斷礦床的水文地質情況及其復雜程度，同時礦坑涌水量還能夠作為礦山挖掘設計部門防水措施與排水系統的建設數據參考，在正常的礦山勘測與生產作業活動中起到非常重要作用。根據相關研究，我們可以明確，所預測的礦坑涌水量大小會對開采活動造成一定影響。例如大于實際值的時候，會使局部地下水水位下降，水井報損，植被群落會改變；而小于實際值時，容易因為防水措施不當造成礦井事故，輕則影響礦山地下開采活動的正常開展，重則發生人員傷亡。因此，在預測礦坑涌水量的時候，要充分結合好實際地區的水文數據以及地質條件，利用科學合理的數學模型進行運算，經過反復的驗算與核算，得出真正準確的礦坑涌水量數值。

1.1解析法測試礦坑涌水量

解析法測試礦坑涌水量的原理是建立解析公式來計算出礦坑涌水量的數值，根據地下水流動力學原理，結合初始地下水文條件以及礦山邊界的范圍，模擬出預測礦山的地下水流運轉數學模型，同時進行試驗性的礦井開挖，結合試驗的礦井出水量判斷數學模型建立的正確與否，當試驗的礦井出水量與模型中所預測的數值相同時，我們判斷該數學模型能夠高度契合本次施工活動的地下水流動力結構，再運用解析公式綜合得出所需預測的礦坑涌水量[1]。解析法目前應用于礦區地下水資源測算方面非常廣泛，效果好，數值準確，操作難度也不高。

1.2數值計算法計算礦坑涌水量

數值計算法指的是將目標礦區劃分為幾個面積相等、形狀規則類似的區域，也就是將整體劃分為個體，單獨計算后進行合成處理，得到最后的礦坑涌水量值，在計算上要充分考慮到不同個體區域之間細微的水文地質參數差別與幾何形狀上的差異[2]。實際上礦坑涌水量的計算方式是很多中的，要根據實際的水文條件來合理選擇。同時，對于非穩定的水動力滲流問題，還需要統計每日各個時間點的水流狀況，將計算時段分成若干個時間單元，然后整合好各個時間單元的水流量數據。數值計算法的計算效果精確，但是操作所需時間較長，目前在礦區的礦坑涌水量計算上應用得也比較多。

2.礦坑涌水對于地下水流場影響的分析

在自然情況下的水文地質條件中，地下水的運動主要是排出、補充和自流，排出指的是從地下水流場中排到地表層面的活動。而補充則是來源于地下高壓水源，自流即是在水流通道中自主流動。在正常地質構造中，地下水資源能自主排出、補充與流動，形成一個徑流循環。為了使得礦山地下開采活動能夠正常安全地進行，采礦過程中必須抽出一定的礦井數目用于排水，減小徑流中的水壓力，也就是在開采場地中將一些對礦井的井道與井巷有一定沖擊力與破壞力的地下水進行疏通排出，降低開采場的地下水壓。而在礦坑排水過程中，礦坑涌水量的大小會對整體水流廠造成影響，因此，要對礦坑涌水量與地下水流場的關系做一個細致的分析，得出兩者之間的實際關系，方便我們預估實際地下水流場中水的壓力與沖擊力[3]。此外，如果在短時間內大幅度地降低地下水壓的話，很容易會產生地下水徑流岔行，使得部分側流的地下水改為垂直流動，增加其地表灌溉系數，對地表的基礎流量與土地熵形成負面影響，其基本數據之間的關系如表1。如果我們對單位面積的礦井涌水量進行限制，降低單位面積礦井的地下水壓時，其礦坑涌水量也會隨之下降，單位面積的數目越大，其地下水壓下降越多，對地表的灌溉系數與土地熵的負面影響越大，不利于地表的水資源利用。

3.礦山地下開采活動對地下水環境的影響

3.1影響地下水位

采礦活動中形成的礦坑涌水，必定會造成對地下水徑流的影響以及水動力場的改變。實際施工作業中，在進行礦山開采前，施工組織會先對礦山裂隙的含水巖石組群進行一定的破壞，以進行含水量測試及其他礦山數據計算。在一定范圍的礦層排水與礦體開采后，礦山的地下水巖層會受到一定的破壞與沖擊，如果這個時候水壓過大，就容易出現突水事故，造成礦層的破碎、塌陷以及變形，嚴重時甚至能危及相關人員的性命，并且會延伸原有的舊有礦層破碎橫斷面，造成大面積雪崩式塌陷，形成垮松帶、圍落帶、變形帶和移動帶，嚴重影響采礦場周圍的地理環境，對開采作業活動的進行非常不利。同時還有可能改變原有的地下水流場，形成地下水流漏斗，在漏斗外圈區域其地下水流動速度加快，地下水庫儲量隨之減少，采礦層面的地基將失去一定的依托，甚至有可能裂開破碎。其中，2018年國際地下水源研究協會年度數據報告現實，地下水水流速度與地下水流漏斗深度之間關系如表2。

同時，地下水位也會隨之大幅度降低，局部的含水帶由于失去了水壓形成了新的包氣帶，地下水滲流的流速與水動力坡度都增加，水流速度加快，地下水對周遭巖層的侵蝕性加大，很容易引起巖層溶蝕，產生大面積的地址災害，并且對礦山周遭地區的水文條件造成非常重大的不良影響[4]。因此，在進行礦山地下開采活動時，要對地下水位進行一定的測量，結合好當地淺表水資源環境的現狀，在不影響當地淺表層水資源利用的情況下，最大限度地進行礦山地下開采活動，同時保證好相關施工人員的安全。

3.2破壞水土環境

礦山地下開采活動對地下水環境的影響很容易破壞地下水徑流的下墊面，隨著礦井的不斷拓深，采空塌陷區的面積越來越大，礦層裂隙的含水量自然也下降，同時地下水資源的潛水自由面蒸發速度會增加，對水土的濕潤、黏合能力下降，水文的下墊面也隨之下降，這就好比在一塊濕潤的土壤中，我們將其下方的土壤層拓到一定深度時，水分自然會在重力的作用下向下走，開始從土壤中流出，久而久之，土壤必定失去其黏性，這就是所謂的水土流失。

3.3減少地底基流

在礦山工程的基建中，需要大量的水資源，因為礦層礦床方面需要生產性排水，就會導致礦層頂板以上的一些高含水量的巖層發生疏干預破碎，不利于地下水資源的流通與儲存，會大面積地減少地底的基流。同時，在進行礦井排水時，為了安全起見，施工方的實際排水量會高于計算的礦井涌水量數值，這就很容易發生過度抽干的情況，導致地底基流的水分減少，對水土黏度的保持，地區淺表層水資源的提供都會產生不利的影響[5]。一旦地底基流減少，那么礦山地下開采活動場周圍的村落的供水系統很容易出現問題，地下水壓嚴重不足，供水系統容易出現補償性故障。此外，因為地底基流流量過低，人們能夠獲取的水分少，周圍的土壤干燥化，不利于農作物的生長，湖泊隨之干涸，淺表層的水源供給不足，那么當地的動植物與人們的正常生活必定會受到嚴重的影響。

3.4對農林土壤灌溉的不良影響

礦坑涌水量過大，很容易抽取過多的淺表層水資源，導致地區土壤失水多、失水快，土壤結構變得松垮，水土流失問題加重，土壤的生產能力隨之下降，長時間的缺水與水土流失，對當地的農作物收成將會造成強大的打擊[6]。同時，在地下水位過低的情況下，大面積的天氣降水都會用于補充地下水通道，在淺表層的滯留時間隨之縮短，地面上的動植物獲得水資源的分量少，時間短，不利于地表動植物的生長，容易破壞生態環境的穩態，產生嚴重的環境問題。

4.減少礦山地下開采活動對地下水環境不良影響的措施

眾所周知，礦山地下開采活動對地下水環境的影響主要體現在礦坑涌水排水以及礦層地下水徑流面的破壞，因此，在進行礦山開采活動時，要著重注意好礦坑用水排水的力度的把握，利用解析法與數值計算法科學合理地算準實際所需的最小安全礦坑涌水量，根據數值實實在在地進行礦坑排水，同時要考慮好對礦層地下水徑流面的破壞情況，防止相關的塌陷、巖層破壞問題導致人員傷亡。

正確選擇好采礦方法，結合房柱法與膠體充填法，減少崩落法的使用次數，開采過程中出現的廢石、廢沙要填充到采空區，減少采空區的面積，降低塌陷風險[7]。對于井巷的布置一定要考慮好滲水透水的風險，結合實際地形，井巷設置在遠離河床的位置，盡量避開水分較高的土壤層與礦層，減少與水的接觸面積。同時在礦井中預留一定的厚度來保護礦柱，加固以減少導水裂縫的發生。

此外，要嚴格控制好地下采空塌陷區的面積，按時分點地測試采礦區的水土情況，考慮到當地淺表層水土環境在本次礦層活動中受到的影響，提前與當地居民溝通好，并且進行遠區水源引流，保證當地施工與居民的正常用水，最好是在礦區周圍多種一些抗旱植物，改水田為旱田，提高其蓄水能力，同時在一些有條件的礦床中設置截水溝排水蓄水，將一些無關的地下水排到周圍的淺表層環境中，減少礦層壓迫，降低塌陷風險。同時，對于一些礦區周圍一些河床較為軟塌的河道，要建立防水性強的人工河床，防止河水滲入，提高地下水位，影響礦區水文條件，擾亂礦坑涌水量的計算，產生難以預測的突水事故造成人員傷亡。

5.結束語

在一些褶皺與斷裂的地形環境中，礦區涌水坑的水文地理條件較為復雜，形成與控制的難度較高，相關施工方一定要綜合考慮好各方面的問題再進行開采作業?？偠灾V坑涌水量能夠作為數據用于判斷礦山地下開采活動對地下水影響的大小，體現地下水資源在礦區開采活動作業中產生的一些問題，在考慮相關地下礦層的防治處理時，要結合好當地淺表層水資源的供應問題，與當地的居民溝通好，保證施工團隊的安全以及開采活動的正常進行。

參考文獻：

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