礦產勘查中水文地質災害防治措施

李 建

（山東省煤田地質局第一勘探隊，山東 滕州 277500）

礦山是水文地質災害高發區域，水文地質災害一旦發生將會造成嚴重的經濟損失和社會損失，因此礦產勘查中水文地質災害防治成為有效控制水文地質災害發生的主要手段。但是礦產勘查中水文地質災害的發生就有臨時性、多發性、不確定性等特征，對其進行有效防治具有一定的難度，并且目前大部分礦產勘查工作對水文地質災害的防治重視程度較低，在沒有明確了解勘查區域地質水量、水壓、水位變化情況下，沒有對水文地質災害進行預測分析的前提下，就開展了礦產勘查施工，不僅降低了礦產勘查效率和精度，還導致施工事故頻發，具有關數據表明，每年全世界因未經過系統的水文地質勘察，采取相應的水文地質災害防治措施，而引起的水文地質災害事故大約有26424起，其中因事故死亡人數達到4628人，造成的經濟損失高達13.42億元。因此在礦產開采中采取有效的水文地質災害防治措施是非常有必要的，不僅可以保證礦產勘查工作順利進行，最重要的是可以有效保障勘查人員的生命安全，為此提出礦產勘查中水文地質災害防治措施研究，為礦產勘查中水文地質災害防治措施實施提供理論依據。

1 水文地質災害形成的主要原因

在自然狀態下，地下水始終是處于平衡、協調的狀態，無論水壓、水量和水位如何變化，地下水都會穩定的存儲在含水層中，這是因為地下水壓力與上覆巖層向內施加的靜態壓力能抗衡，如果不受到外界因素的影響，基本不會發生水文地質災害。但是隨著礦產勘查活動的開展，會對地下水整體結構造成一定程度的破壞，此時會打破原有地下水穩定狀態，從而引發水文地質災害。

將水文地質結構按照空間類型，劃分為隔水層、底板層與富水層，其地下水內的富水層主要由巖層與底板中的水流構成。但在進行富水層的直接分析過程中，需要從多種外界影響因素層面入手，考慮到多種富水層在外界壓力的作用下可能存在升高或降低的趨勢，因此可認為富水層在圍板重力與地層浮力的作用下，富水層原有的作用力失衡，甚至會出現打破地下水原有生態平衡的問題。在此種作用力下，覆蓋在上層的巖層壓力與下層地下水的壓力失去平衡，導致上層壓力小于下層壓力，從而造成富水層的儲備水資源能力下降。并且，地質工程實施受到地下水的沖擊作用力，會造成巖土層穩定能力的破壞，此時富水層受到多種作用力的影響，地下水會沖破土層，從而導致水文地質災害的發生[1]。礦產勘查中會開展一系列勘查活動，其中包括鉆孔、開鑿等，這些礦產開采活動會破壞掉原有的水文地質結構，當水文地質結構遭到破壞后，水壓、水位會大幅度上升，因此礦產勘查中經常出現水文地質災害。

2 礦產勘查中水文地質災害防治措施

2.1 礦山地表局部堵漏

礦產勘查中常見的水文地質災害為頂板涌水，這是因為在勘查過程中實施的鉆探和槽探，使地下水隔水層頂板出現漏洞，水在水壓的作用下通過鉆孔向外噴射，進而形成頂板涌水水文地質災害，頂板涌水水文地質災害的發生頻率占災害總體的65%以上，因此此次提出礦山地表局部堵漏措施，有效防治水文地質災害[2]。

此次采用鉆孔注漿技術，向礦山地質結構上存在的鉆孔注入水泥砂漿，將鉆孔進行封堵，使地下水無法從地下向外噴涌，實現礦產勘查中頂板涌水水文地質災害防治，鉆孔注漿技術封堵鉆孔過程如下：

（1）在礦山底板涌水區中心地面周圍平穩處或者沖溝平緩區域布置適量的注漿孔，通過在孔內注入水泥漿液來堵塞礦山地下含水層底板水流的涌道，起到延緩和減小礦山地下水的下滲。首先利用鉆機鉆穿礦山底板，根據礦山地質勘查資料，確定鉆孔深度（通常情況下為10m～12m），以及鉆孔進入巖基深度（通常情況下為3m～4m），對礦山底板巖基裂隙以及底板破碎帶采用水泥沙漿封堵住礦區底板巖體裂隙。由于不同注漿壓力狀態下巖體漿液擴散距離是不同的，具體情況如下表所示。

表1 不同注漿壓力狀態下不同巖體漿液擴散距離

為了確保礦山底板構造、巖溶空隙的全面充填封堵，注漿孔間距的設計不得小于單孔注漿擴散半徑，并且也不能大于1.5倍單孔注漿擴散半徑，所以注漿孔間距最好在75m～115m之間，通過鉆孔注漿在礦山底板基巖頂面形成一個止水結構，起到堵水的作用。

（2）對礦山底板上方流水支溝及叉溝比較大的裂隙處注漿封堵。

（3）在礦山底板較大面積的裂隙發育處進行水泥抹面。通過以上施工步驟實現對水文地質勘查中底板涌水水文地質災害的防治。

2.2 修建排水系統

大部分礦山水文地質災害的發生都是由礦山地下水系統損壞引起的，礦山地下水是形成滑坡和坍塌的重要影響因素，尤其是作用與活動面的水增大劃帶土的空隙水壓力，降低了滑阻力和強度系數，所以修建礦山排水系統可以有效降低勘查勘查中水文地質災害的發生。礦山地表排水以攔截或者旁引的方式，利用截水溝和排水管線將礦山地表水引到周圍湖泊中，可以大大降低礦山地下排水系統的空隙水壓。為了避免礦山地下水受到排水壓力的影響，在完成上述工作的基礎上，同時需要計算礦山排水區域的容量。為此引入流體力學理論，對流水斷面的排水能力進行精準估算。在計算中可采用最小二乘計算法，將非線性理論作為計算的核心，測量排水槽的高度。為了提高計算結果的精準化程度，在實際計算中可聯合使用多種計算方法，綜合礦山的地質特征及有關單位整理的礦山勘察資料，對其進行計算。如下所示：

公式（1）中，Q為礦山地下水水量；K為礦山地表滲透系數；L為礦山水力坡度（根據經驗，取L=1.5）；I為礦山地下水水壓值；D為礦山地下水水位值。根據礦山地下水水量的計算結果，計算出礦山排水系統排水溝的斷面面積，根據《礦山排水系統設計規范》GB62431-2008中關于礦山中心排水溝的斷面面積公式如下：

公式（2）中，q為礦山中心排水溝過水斷面；s為排水溝排水速度，單位為m/s；d為排水溝水力半徑；g為排水溝水力坡度；h為礦山中心排水溝粗糙系數（通常為0.0015）；b為排水溝過水斷面面積；c為水面以下的過水斷面與固體邊交界線的長度。利用上述公式計算出礦山排水系統的排水參數，對排水渠道進行修建。排水系統修建材料選擇混凝土，因為混凝土具有較高的強度和硬度，具有較強的抗沖刷能力，且混凝土建筑結構表面比較光滑，不利于排水渠道發生堵塞，以此保證排水系統的排水功能。排水渠道的修建方式采用機械結合人工的方式，渠道整體設計為梯形，即上寬下窄，渠道的終點與礦產勘查區域的農田或者淺層水域連接，將多余的水引入到農田中，還可以實現資源再利用，由此修建完整的礦山排水系統，降低礦產勘查中水文地質災害的發生率，以此完成礦產勘查中水文地質災害防治措施研究。

3 結語

此次結合水文地質災害形成的原因，對礦產勘查中水文地質災害防治措施提出了相關意見和建議，有效的避免了礦產勘查活動開展過程中出現的水文地質災害問題，提升了礦產勘查的安全性，為礦產勘查順利進行提供安全保障。