淺析礦區水文地質研究進展及中長期發展方向

宋文輝

摘 要：由于我國國土面積遼闊，地理環境相對復雜，受其影響，我國水文地質也具有復雜難辨的特點。而隨著我國經濟的快速發展，對礦產資源在開發強度以及規模上不斷增加，使得礦產資源受到的影響越來越嚴重，礦山防治水與礦區水資源之間的關系越來越難以化解。本文是通過實際情況、現存問題以及解決方案等方面，針對礦區水文地質展開的研究。

關鍵詞：礦區;水文地質;研究發展;中長期發展方向

在堅持我國可持續發展戰略的前提下，煤炭作為一種基礎性、應用廣泛的礦產資源，在很長的一段時間內，煤炭資源都是無法被取締的。受到我國地理環境復雜因素的影響，煤炭等礦產資源的開采，會對水資源造成很大影響，而在整個礦區礦山作業中，水資源會受到較大危害，水資源保護和防治水這兩個方面之間的矛盾將會貫穿其中，問題將會不斷涌現，礦區水文地質的問題也會越來越復雜。為了解決這兩方面的矛盾，就需要新的理論知識和技術的支撐，以探求更多新的發展方向。同時也可以推動礦區水文地質研究的進展，更快更加有效地實現礦產資源的可持續化使用。

1 礦區以及礦區水文地質的基本內容

礦區，顧名思義，多指的是過去開采過、正在開采或者計劃即將進行開采的區域，因其區域含有一定的可以利用的金屬元素，比如煤炭、鐵、錳等元素。而礦區的開采大多是向地下進行，此時，礦區水文地質條件就成了開采礦區時面對的一大難題，這就需要最新的理論數據和實踐技術作為重要保障。在開采礦區前，需要大量的水文地質研究人員對礦區及其周邊的水文情況進行勘測和研究，利用先進的測量研究設備對采集的數據進行分析判斷，礦區需在研究人員的指導下，配備一定的基礎設施，充分的對地下水文地質條件進行了解，采取一系列正確的措施，在預防控制、資源浪費、外泄以及資源供給等方面進行有效地管理和控制。

2 礦區水文地質研究

2.1 礦區水文地質特征

2.1.1 地下水貯存特征

在對礦區地下水的研究結果中表明，以礦區地下水的水理性質、含水介質以及底層巖性等因素進行分析的結果來看，礦區地下水主要有三個組成部分，即碳酸鹽巖巖溶裂隙水、碎屑巖類基巖裂隙水以及松散巖類孔隙水。在這其中，碎屑巖類基巖裂隙水又分為構造裂隙水、斷裂構造含水帶以及風華基巖裂隙水三個部分，其中風化基巖裂隙水的含水量相對是最高的。而在斷裂構造中，礦區中發育在寒武系下統與震旦系上統滑脫斷裂帶會對礦區內的沖水量造成直接影響，在進行鉆孔的揭露時，通常會有高水頭的現象出現，承壓水頭的平均高度大概會控制在0.17-4.92m的范圍內，其自流量也可達到0.02-15.0升/秒。查閱關于構造裂隙水的區域資料可以知道，單位涌水量最大值可達到0.557升/秒，而通過對某一鉆孔的抽水試驗可以看出，此礦區的地下水顯現出弱-中等富水性特征。

2.1.2 地下水補給、排泄及徑流特征

地下水的補給方式有很多種，比如在南方地區常見的，以降雨、降雪為主要來源的大氣降水補給;在雨季時，水量增多、水位抬高的江河湖海進行補給的地表徑流補給;除此之外，農民在給莊稼澆水時，如果水渠滲漏，也可以給地下水補給。

地下水的排泄方式有兩種，分為徑流排泄和蒸發排泄，這兩種排泄方式最大的區別就在于鹽分是否隨著排泄而流失。徑流排泄對于我們來說并不陌生，泉水的噴出就是徑流排泄的一一種。剛才我們討論了地下水的補給方式，其中一條是江河湖海的補給。而現在要將它們的位置進行調換，如果地下水給江河湖海進行補給了，那這就是地下水徑流排泄中的另一種方法。

而地下水徑流就是地下水補給和地下水排泄之間的橋梁。大部分區域的地下水補給主要是靠大氣降水以及地表的徑流來實現的，并且由于地下水的分布會根據該區域的地形呈現出由高向低傾斜的趨勢，通常情況下地下水會以散流或泉的形式在地形的切割處或者低洼的地方排泄于地表。因此，上伏區域的含水巖層的富水性得到了很大程度上的增強。

2.2 礦區的水文地質、工程地質、環境地質

2.2.1 礦區的水文地質和工程地質

水文地質是研究礦區的地下水的，工程地質是研究礦區的土層的。那么二者究竟是一個什么樣的關系呢？首先，地下水的水位和水壓是不穩定的，它的變化會影響地表上的巖層和建筑物。由于工程地質是研究巖土層的，建筑物的質量好壞受其影響很大。

2.2.2 礦區的水文地質和環境地質

礦區一般都位于海拔較低的地方，它的地質構造比較復雜。通常情況下，斷裂層少的地方更適合進行大規模的礦區開采。如果環境地質不允許，就不要進行大動作，以免出現巖層崩塌。

2.3 目前礦區水文地質研究遇到的問題

當前我國經濟快速發展，我國對于礦區水文地質的研究也發展到了一個新的時期，但是隨著研究發展的不斷深入，我國礦區水文地質研究也出現了很多問題，對我國礦區水文地質的研究再說了不利影響，阻礙了我國研究礦區水文地質的步伐，同時也影響了礦區開采的進展，采礦業的發展得不到有效推進，進程緩慢。其中地問題主要存在于一下幾個方面：

2.3.1 無法準確判斷出地下水的運動軌跡

相關工作人員在對地下水的水位進行測量時，無法對地下水的位置做出準確的定位，也沒有辦法精準地測量出地下水的流向以及流速等情況。無法推測出地下水的水位什么時候是高水位，什么時候是低水位，也就不能對被淹沒的情況進行有效的躲避，如何有效地避免這些安全隱患才是礦區工作開展的重中之重。

2.3.2 無法準確掌握含水層的情況

在現有技術與設備的輔助下，許多情況下工作人員依然無法對含水層的情況進行準確的測量。一旦巖層中的含水層水量達到一定的標準，水壓會不斷地產生變化。水壓大小無法確定，從而對礦區的開采造成了威脅，甚至可能會發生嚴重地質災害。

2.3.3 科學人員沒有辦法對礦區的地質構造進行準確的把握

在現有的理論知識的基礎上以及科學技術的支撐下，研究人員無法準確地對礦區的地質構造進行準確的判斷，也就無法排除水文地質可能會給礦區帶來的災害，無法避免相應的安全隱患。

2.3.4 礦區水文地質條件的整體與部分之間存在不確定性

礦區含水量地整體分布，水的流向以及部分的直流流量判斷不是很到位，認識不夠充分，判斷不夠準確，使得防水、排水、治水的工作加大了難度。

2.4 礦區水文地質研究中的問題的應對措施

眾所周知，矛盾存在普遍性和特殊性，而這個哲學道理同樣也可以用來說明在礦區中水文地質研究出現的問題，應對以上礦區水文地質研究中的問題的具體措施可以有以下幾種：

2.4.1 因地制宜，遵循客觀發展規律

中國國土面積廣闊，地理環境相對復雜，礦區更是數不勝數。而每個礦區所在的位置擁有不同的氣候，地形環境，因此不同的礦區我們要采用不同的解決方法。我們需要根據礦區的實際情況，對礦區進行宏觀上的把控，微觀上的調整。對礦區當地的水文地質條件進行充分的分析和研究，并且做出相對當地來說，更加準確合理的判斷，從而獲得更加全面的研究結果，找到最適合當地礦區水文地質條件的解決辦法。

2.4.2 對礦區水文地質條件的工作人員進行理論知識和操作技術上的培養和提升

在礦區開采的整個過程中，水文地質條件的研究人員始終在第一線工作。研究人員會對整個礦區的水文地質條件進行一段時間的觀察和整理，并會有一個整體的分析和研究。因此，第一線的研究人員就需要具備更高的科學文化素質和思想道德品質。當發生某個小問題時，研究人員需要重視起來，不能忽視，需要對這個小問題進行更加科學的觀察和研究。不能因為操作人員的忽視而在開采礦區時留下巨大的安全隱患。如果由于工作人員的忽視或者認識不足而導致發生更大的危險，工作人員需要受到法律的制裁。

2.4.3 對礦區周邊的水文地質條件進行充分的了解掌握

礦區工作者不僅需要對礦區開采范圍內的水文地質條件進行了解，同時需要對礦區周邊環境的水文地質條件進行一個基本的了解掌握。并且工作人員需要定期的對周邊環境進行檢查分析。以確保我們所掌握的信息是最新的、最準確的。以確保在開采礦區之前，所準備的設施是最完善最安全的，以達到對水文地質進行了有效的防治。

3 礦區水文地質研究發展方向

3.1 加強深度礦區水文地質研究

隨著礦區開采力度的加大，礦床深度也在不斷增加。《關于促進深部找礦工作指導意見》于2008年由我國國土資源部頒布，此時加強深部礦床水文地質研究就是現在的重要工作內容。在一定程度上，開采深部礦床，能夠很大程度上提高現有礦山資源的持續產量，同時大幅度的延長了礦山的服務期限。此外，通過對地下500-2000m的主要礦區的深部資源潛力進行的客觀評估，不斷加大對固體礦產資源勘查的深度。可以預計在未來的許多年內，我國東部地區大多數礦井的深度可以達到1000-1500m。因此，現有礦區的深部礦產資源開采潛力都還有很大發展空間。而在目前來講，深部礦區水文地質的研究嚴重影響了深部礦產資源的開發，深部礦區水文地質研究需要加強，為礦區深部資源的開發和利用提供更多的理論基礎和操作技術。

3.2 逐步興起關閉的礦山水文地質的研究

我國開采礦區資源由來已久，在經歷了幾十余年的高強度開采后，我國許多老煤炭礦產基地的煤炭資源枯竭，已經進入關閉期，而在礦山開采的過程中，形成的很多漏斗區域，它的影響范圍不僅僅是礦區周邊區域，還會使礦區內的水動力場以及水循環受到很大影響。而在礦井關閉以后，隨著地下水的快速上升，將會再次使原來的礦區地下水循環條件、水運動場以及水賦存環境遭到嚴重破壞，此時在礦區的水文地質條件和水文地球化學環境，將受到徹底改變，關閉的礦井將成為主要的污染源。因此，需要對關閉的礦山的水文地質進行深入的研究和分析，從而達到保護環境的目的。

3.3 礦區生態環境安全及水文地質交叉是重要發展方向

在現階段礦區的資源開發中，礦產資源的開發和生態環境的破壞一直都是一對共同存在的矛盾體。在礦產資源的開發過程中，勢必要對生態環境造成嚴重的破壞，對于礦區周邊的生態環境帶來負面影響。而在礦區生態植被的生長中，作為重要的生長要素的地下水的動態變化，將會使礦區生態植被受到直接影響，與礦區生態環境的安全又有直接關系。所以，需要將研究礦區地下水與地表植被生態之間的相互作用過程和機制，作為礦產資源開采前的生態環境保護以及開在后的生態環境重建工作的基礎工作，同時也是對保障礦區生態環境安全的基礎要求，也為礦區水文地質研究開拓了新的研究方向。

3.4 加強專家學者對礦山水文地質研究的重視

針對礦山水資源保護和防止水的問題，我國水文地質學者和相關技術人員進行了大量的研究和討論。但是在系統的闡述和列舉實例面前還是相對的匱乏，理論基礎和操作實踐存在不能相互理解的狀況。而礦山的技術人員由于會面對實際的具體問題，被逼走在了研究人員的前面。因此擁有第一手案例資料的人往往是礦山的技術工作人員，但礦山技術人員由于缺乏相對應的研究理論的知識，涉及的知識不夠全面，更是缺少涉及難度比較大的礦山水文地質物理模擬，所以面對實際的困難問題時，無法做到很好的解決。同時缺少大量的現場數據的支持，在進行模擬的時候也不能做到準確的擬合，從而使礦山工作人員和地質學者技術人員之間缺乏信任。因此礦山水文地質實驗處于一種很尷尬的地位。目前由于大型水文地質模擬實驗的技術方法較為落后，需要相關的水文地質學者和技術人員投入大量的精力和時間，開展相應的研究和討論分析。

3.5 礦山地質環境保護政策

礦山開發導致一系列的環境問題，國家法律對礦山地質環境的保護尚有空白，尤其是缺乏較為完整、系統的礦山生態環境治理修復法律制度。針對中國特有國情，應依據新舊礦區分別治理的原則和思路，確立了廢棄礦區生態環境治理修復基金制度和礦山生態環境治理修復保證金制度，并建立了嚴格的礦山生態環境治理修復驗收標準制度和開采許可證審批與礦區生態環境治理修復掛鉤制度，以保障廢棄礦區生態環境治理修復基金的有效使用和新建或正在生產的礦區生態環境的修復效果。其次應落實礦業權人礦山地質環境保護與恢復治理的法律責任;國家必須堅持走綠色礦業發展之路，發展循環經濟，以為礦山地質環境保護提供強有力的法律屏障，加快我國生態文明建設步伐。

3.6 礦山地質環境 監測預警方法、系統與設備

礦山地質災害具有突發性、隱蔽性、致災嚴重性，地面塌陷、滑坡、泥石流等地質災害威脅著礦區構筑物的安全，威脅著相應路段的公路交通及行人安全，進行礦山地質環境災害應急安全警報研究，消除礦山采掘過程中的公路交通運輸及行人安全隱患，是礦山地質災害減災的重要環節之一。監測礦山地質環境，預測礦山誘發地質災害的臨界條件具有重要意義。高級InSAR技術和高分辨率SAR影像的結合將是礦區地表形變監測的發展趨勢。為此，針對礦山變形問題采用現代通訊技術、遙感技術、計算機系統等研究手段，基于信號遴選、采集、傳輸、信號處理、的流程，研發礦山地質災害應急安全報警系統、構建綜合技術體系、推進環境參數遙感定量反演、開展高光譜遙感應用、發展多目標遙感應用體系、集成遙感及GIS與專業分析模型、建立示范基地與相關標準規范等是我國礦山綜合監測的新向

3.7 礦區水文地質相關技術設備研發前景廣闊

近幾年來，我國越來越重視高精尖設備的研究與發展。并且頒發了一系列的鼓勵政策，以激勵專家學者的發明創新，從而達到促進經濟我國發展的目的。而隨著礦山水文地質的發展，國家對礦區山水環境安全及水文地質問題的重視，水文地質研究所需的相應的技術設備的要求也會越來越高。可以想到，越來越多的高精尖設備和技術將會應用到水文地質的研究工作當中去。相關設備和技術也迎來了飛速發展的關鍵時期，國家政策的鼓勵發展，前景明朗，相關技術人員和團隊可以投入更多的精力，開發和研究出更先進的設備，使我國擁有世界先進水平的設備和技術，使我國礦區水文地質研究工作的開展得到大力推動，從而使我國礦區開采業的技術水平得到有效提高。

4 結束語

隨著我國科學技術不斷提高，礦區的開展速度及規模都在不斷增強，礦區水文地質研究在礦區的發展中就顯得越來越重要。為提升礦產資源的開采量，加強礦區及周邊生態環境的保護，加大對礦區深部水文地質的研究。在未來很長一段時間內需不斷進行研究分析，找到更為科學合理的方式，以解決水文地質所造成的作業困難，使我國采礦業能夠實現可持續發展。

參考文獻

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