礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的類型劃分和水文結(jié)構(gòu)的模式研究

楊位剛

（山東泰山資源勘查有限公司，山東 濟(jì)南 250104）

與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展相隨的是對礦產(chǎn)資源需求的不斷增加，礦山開采活動程度越來越劇烈，對礦山地表、植被、生態(tài)環(huán)境都造成了很大的影響。而礦山周圍的地殼運(yùn)動以及水文地質(zhì)條件的不斷變化，會導(dǎo)致礦山出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害。礦山一旦發(fā)生事故會導(dǎo)致大范圍的礦山坍塌等，救援工作難以開展，危及礦山開采人員的安全，嚴(yán)重甚至?xí)绊懼苓吘用竦陌踩液罄m(xù)的生產(chǎn)恢復(fù)時間長，造成礦山巨大經(jīng)濟(jì)損失[1]。

礦山水文地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，礦山水文地質(zhì)災(zāi)害問題逐漸復(fù)雜化，而人們對礦山水文災(zāi)害的認(rèn)知存在一定的局限性，常常會遺漏一些隱藏的致災(zāi)因素。因此，不能單純以單因素進(jìn)行水文結(jié)構(gòu)模式的劃分。在對水文地質(zhì)災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，總結(jié)礦山水文地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基本類型、分布特征等。根據(jù)水文地質(zhì)災(zāi)害的類型，總結(jié)出礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的水文結(jié)構(gòu)模式。基于以上分析，本文將研究礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的類型劃分和水文結(jié)構(gòu)的模式。

1 礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的類型劃分

礦山水文地質(zhì)因素是礦山災(zāi)害的最常見也是比較嚴(yán)重的災(zāi)害因素。一旦礦山在開采過程中發(fā)生水文地質(zhì)災(zāi)害，不僅會拖緩開采工程的施工進(jìn)度，造成勘測、采礦等設(shè)備出現(xiàn)故障，造成經(jīng)濟(jì)上的損失，還會對礦工的生命安全造成威脅。因此，需要對礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的類型進(jìn)行劃分，以便于根據(jù)不同類型的水文地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行有針對性的安全防護(hù)。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的類型有以下幾種[2]：

1.1 地下水引起的礦山水文地質(zhì)災(zāi)害

礦山開采深度通常較深，礦井深入地下，在使用機(jī)械開采時無法精確預(yù)測地下水位置，在作業(yè)時就會使礦道與地下暗河、蓄水溶洞等相連，導(dǎo)致地下水不斷涌入，即礦坑突水涌水。而地下水通常包含一定量的泥沙，地下水中混雜的泥沙、巖屑等如果開采礦井內(nèi)存在斷層或者裂縫，泥沙和巖屑等會從斷層、裂縫中進(jìn)入施工作業(yè)的巷道內(nèi)，即潰沙涌泥。隨著施工不斷推進(jìn)，泥沙、巖屑等在巷道內(nèi)不斷積累，施工機(jī)械一旦沒有定期或及時清潔，就會導(dǎo)致礦采機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障。

同時，在礦采工程的推進(jìn)過程中，對礦山巖體的作用不斷增加，混合泥沙的地下水涌入會使礦山巖體的孔隙水壓力不斷增強(qiáng)，并且礦山巖體臨空面受到的作用力減小作用力，也會使巖體自身支撐有效應(yīng)力減弱，進(jìn)而導(dǎo)致礦體斷層、裂縫移動抵抗摩擦力減少。一旦礦體斷層、裂縫移動抵抗摩擦力減少至臨界點(diǎn)時，礦山巖體移動，造成施工作業(yè)巷道坍塌，使得礦山發(fā)掘系統(tǒng)癱瘓，危及作業(yè)人員的安全。此外，不同地區(qū)的地下水的酸堿程度不同，施工作業(yè)巷道地下水位增加和流動，會不斷對巖體、施工設(shè)備腐蝕，而且地下水礦物鹽也會導(dǎo)致礦山巖體鹽漬化，巖體會逐漸脆弱。

由于地下水造成的礦山水文地質(zhì)災(zāi)害通常是逐漸積累形成的，而一旦礦山發(fā)生這種類型的地質(zhì)災(zāi)害時，會難以提前預(yù)測。這種突發(fā)性災(zāi)害，瞬時對礦山巖體破壞力大，對礦山開采工程的影響也非常嚴(yán)重。

1.2 巖土層變形導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害

隨著礦山開采工程的不斷推進(jìn)，已經(jīng)開采的礦體逐漸變空，導(dǎo)致礦山開采部位的巖體受力情況發(fā)生變化。這種巖體受力不均衡現(xiàn)象，會導(dǎo)致已經(jīng)開采過的巖體發(fā)生坍塌。

對于一部分礦產(chǎn)資源分布在靠近地表的礦山，巖土層變形非常嚴(yán)重，開采造成的地面塌陷會影響地面的植被、耕地、居住地等，嚴(yán)重危害了礦山周圍的安全。礦山開采過程中，遇到較大的巖體或較為堅(jiān)硬的巖體時，需要采用對巖體引爆的方式。而巖體引爆前的勘測誤差、巖體引爆時炸藥的使用量、引爆地點(diǎn)的準(zhǔn)確性等都會使巖體引爆作業(yè)中出現(xiàn)危險。通產(chǎn)巖體引爆時，受炸藥的作用，巖體成噴射狀，在施工作業(yè)的巷道中，噴射到作業(yè)面巖體上的碎屑會帶有非常大的動能，傷害井下的作業(yè)礦工，威脅他們的人身安全。

冒頂災(zāi)害是巖土層變形造成的礦山水文地質(zhì)災(zāi)害。冒頂災(zāi)害通常是礦山開采工程導(dǎo)致山體內(nèi)部變空，礦山巖體壓力失衡，進(jìn)而礦山山體的頂板受到的壓力失衡。頂板壓力失衡超過臨界點(diǎn)時，會導(dǎo)致礦山山頂崩塌、斷裂。

塌方也是巖土層變形造成的礦山水文地質(zhì)災(zāi)害。塌方通常是礦山開采過程中的土塊、碎巖體等開采垃圾，在外力的作用下隨著逐漸變陡的礦山山體大面積滾落。此外，地表植被破壞、短時強(qiáng)降雨、地震等都會造成礦山巖土層受力變化，導(dǎo)致坍塌災(zāi)害。

1.3 易燃物質(zhì)引起的地質(zhì)災(zāi)害

礦山開采過程中，礦山山體內(nèi)包含的大量易燃易爆氣體，在受到開采作業(yè)的機(jī)械的影響下，易燃易爆氣體的溫度不斷增加。同時，伴隨著礦井開挖深度的增加，巖層間隙中的硫元素含量不斷增加，一旦地下礦井的通風(fēng)措施不到位，不僅危害礦工的呼吸道安全，而且當(dāng)硫元素積累過多，就極易發(fā)生爆炸事故。

除此之外，礦井深度的增加，使得采礦作業(yè)的深度逐漸靠近地核方向，而受到地?zé)岬挠绊懀傻V作業(yè)井的溫度不斷上升，溫度達(dá)到易燃易爆氣體的燃點(diǎn)時，就會引發(fā)爆炸。

1.4 軟土地基變形引起的地質(zhì)災(zāi)害

我國的礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)分布較廣，當(dāng)?shù)V山的地基為軟土?xí)r，會給礦山開采工程造成極大的困難。由于軟土具有極強(qiáng)的可壓縮性、穩(wěn)定性卻較差、對受力變化感應(yīng)靈敏以及受力變形性大的特點(diǎn)，開采地基為軟土的礦山時受限制非常多。在礦山開采過程中難免會使用大型機(jī)械，當(dāng)軟土地基受到機(jī)械施工作業(yè)時的振動時，會影響礦山山體內(nèi)在結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果機(jī)械開采振動過大，再加上外界的影響，會使礦山山體的受力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，降低礦山山體的土質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，危害施工安全。對礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的類型劃分后，研究礦山水文結(jié)構(gòu)模式。

2 水文結(jié)構(gòu)模式研究

不同礦山水文地質(zhì)災(zāi)害類型的結(jié)構(gòu)模式、形成條件均不相同，本文將分析水文地質(zhì)災(zāi)害基本結(jié)構(gòu)、形成條件之間存在的相同點(diǎn)，研究礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的水文結(jié)構(gòu)模式[3]。

2.1 外界降水水害

我國的礦山開采有露天開采和礦井開采兩種形式，在礦山開采過程中影響較大的就是外界降水造成的水文地質(zhì)災(zāi)害。下圖1所示為露天礦和礦井在開采過程中受降水影響造成水害的結(jié)構(gòu)示意圖。

從圖中可以看出，對于露天礦來講，降水進(jìn)入施工作業(yè)坑中，隨著雨量的增加，在礦坑中形成大量積水。如果遇到短時強(qiáng)降雨，加之礦山的排水能力弱，會造成礦山水害事故。而對于礦井開采形式的采礦工程，降水不斷進(jìn)入礦井中國，導(dǎo)致礦井地下水位不斷上漲。當(dāng)突發(fā)暴雨時，礦井暴漲的水位會混雜大量的泥沙和巖屑，危及礦井中的作業(yè)人員的安全。同時，降水還會導(dǎo)致周圍湖泊、水庫的堤壩受力變化，一旦堤壩受力變化嚴(yán)重，極有可能造成大量存水沖擊礦井，造成更大的水文地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 降水水害結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 地表水水害

地表水常年不斷的沖刷著礦山以及其周圍的地表，造成地表巖土層非常脆弱。而季節(jié)性的地表河流的流經(jīng)，會對礦井的安全造成威脅。一旦遇到季節(jié)性的地表河流流量增大，會出現(xiàn)大量自然水涌入礦井中，形成礦井水災(zāi)。

湖泊、海水等對礦山開采安全的影響主要受限于地基的松散層、隔水層巖土的巖性、厚度的影響。此外，海水和鹽堿度過高的湖水對地下巖體的腐蝕，也是導(dǎo)致礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的原因之一。

另外，礦山開采過程中在巖石坍塌后恢復(fù)開采時，塌坑會存有一定的積水。塌坑積水在暴雨等水位突然增加的條件下，會使塌坑內(nèi)的積水進(jìn)入礦井造成二次礦山水害。至此，完成了對礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的類型劃分和水文結(jié)構(gòu)的模式的研究。

3 結(jié)束語

礦產(chǎn)資源是我國工業(yè)發(fā)展的重要資源，近年來礦山開采量的增加，也導(dǎo)致了礦山水文地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。為了給之后的礦山開采工程提供有力的技術(shù)支持，本文研究了礦山水文地質(zhì)災(zāi)害的類型劃分和水文結(jié)構(gòu)的模式。通過對礦山水文地質(zhì)災(zāi)害類型的劃分，確定各類災(zāi)害的致災(zāi)機(jī)理，以便于有針對性的對礦山水文地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行有效預(yù)防。