礦山深部勘查區(qū)的水文地質及工程地質條件分析

孫江浩

（華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050000）

隨著我國經濟水平的不斷發(fā)展和生產建設需要，各類企業(yè)對能源的需求量也逐年增加，現(xiàn)有礦山的開采范圍已逐漸跟不上需求。在礦產勘查中水文地質和工程地質條件是分析的重要環(huán)節(jié)，關系著整座礦山開采的生命線。水文地質研究自然界中地下水的變化與運動現(xiàn)象，工程地質是研究工程活動與地質環(huán)境之間的相互作用。目前我國對于礦山深部的勘查還停留在傳統(tǒng)的勘探上，所勘探的因素不夠完善。根據此情況，本文從新的勘探條件上來分析礦山深部勘查區(qū)的水文地質及工程地質條件。希望本文的分析能夠為各界研究者提供有所參考的理論依據。

1 礦山深部勘查區(qū)水文地質條件

1.1 地形地貌及地表水系特征

水文地質是指自然界中地下水的各種變化與運動的現(xiàn)象。隨著科學的發(fā)展以及生產建設的需要，水文地質學又分為區(qū)域水文地質學、土壤改良、供水水文地質學、水文地球化學、地下水動力學、礦床水文地質學等分支學科。而礦山中水文地質的類型是根據礦山充水含水層的空隙特征所劃分，固體礦山一般可劃分為三大類型。充水巖層以裂隙巖層為主的礦山。涌水量主要取決于裂隙發(fā)育程度、巖體結構、裂隙力學性質、構造的復合情況、裂隙發(fā)育的深度、寬度及充填情況和自然地理條件[1]。充水巖層以孔隙巖層為主的礦山。涌水量主要取決于巖層巖層的厚度、分布范圍、孔隙率的大小以及自然地理條件。我們以黃陶勒蓋礦區(qū)為例，黃陶勒蓋礦區(qū)位于鄂爾多斯高原東北部的東勝煤田，總體為一單斜構造形態(tài)，構造簡單，巖層傾角平緩。南部為毛烏素沙漠，北部為庫布齊沙漠，地處于半干旱的大陸性氣候。成因類型為構造堆積地形和剝蝕地形，總體地貌形態(tài)為構造剝蝕高原[2]。海拔標高在1200~1400m。地形特點為地形中部較高地帶向南北兩側緩慢降低。溝谷、河川在其南北兩側縱橫分布。北側主要的溝谷河川為，罕太川、西柳河、哈什拉川等。這些溝谷通過其地表逕流向北流出區(qū)外。南側主要有一川一河，一川為勃牛川，一河為烏蘭木倫河，用過這溝谷其地表逕流是向東南方向流出區(qū)外。礦區(qū)周圍這類河川、溝谷均是屬于黃河水系，雨水不豐沛的季節(jié)大部分干涸，僅少數有常年性地表逕流且雨水豐沛季節(jié)，在暴雨過后可以匯成洪流。

1.2 含水層

東勝煤田中主要有新生界半膠結巖類及松散巖類次有中生界陸源相的碎屑石。根據地下水不同的含水特征，區(qū)域含水層又可劃分為不同的兩大類別：碎屑巖類孔隙-裂隙含水層和松散巖類孔隙含水層[3]。各含水層的水文地質特征見下表。

根據區(qū)域含水層水文地質特征表我們可以看出，各土層巖性不同，各巖層的逕流及滲透性能也有所不同。地層、厚度、巖性、單位涌水量、硫化度都是在互相的變量。松散巖類孔隙潛水含水層地層在厚度為0~36.20的情況下，巖性為胡積、沖洪積、黃土、風積沙、殘坡積，單位涌水量為0.00049~1.412l/s.m，硫化度為0.308~0.426g/l。碎屑巖類裂隙孔隙承水含水層在厚度為88~389情況下巖性為泥質粉砂巖、長石石英砂巖巖、礫巖河紫紅色泥巖及石英砂巖。單位涌水量為0.0726~0.555 l/s.m；1.825~52.601 l/s.m，硫化度為0.2|~5.01g/l。可以看出含水層厚度對于巖性的影響最大。

2 礦山深部勘查區(qū)工程地質條件

2.1 地質構造

在地下工程建設中地質構造是重要的關鍵要素。地下洞室群工程的長期穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性會被區(qū)域性的地質構造制約。一般礦山均屬國家重點建設工程，使用周期長，所以工程的長期穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性尤為重要。小型局部構造，如破碎帶、節(jié)理密集帶、次級斷裂等將嚴重影響洞室群圍巖的水封性和穩(wěn)定性。如果洞室群正處于小型地質構造密集的區(qū)域，那么洞庫工程建設過程中將會產生塌方、大量的掉塊等圍巖穩(wěn)定性問題，以及運營期不能保證水封，涌水量過大等效果。因此，工程地質條件對工程建設和長期安全運營具有重要影響[4]。

表1 區(qū)域含水層水文地質特征表

2.2 水位埋深及土層厚度

工程地質學主要研究工程活動與地質環(huán)境之間的相互作用。它把地質學理論與方法應用于工程活動實踐，通過工程地質調查及理論的綜合研究，對工程所轄地區(qū)即工程場地的工程地質條件進行評價，解決與工程活動有關的工程地質問題，預測并論證工程活動區(qū)域內各種工程地質問題的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律，并提出其改善和防治的技術措施，為工程活動的規(guī)劃、設計、施工、使用及維護提供所必需的地質技術資料。本文基于GIS支持下，利用GIS的成圖顯示與空間分析功能，選取了四個因素分析主要影響因素與工程地質環(huán)境的關系。通過分析，選取了水位埋深、砂層厚度、黃土厚度、紅土厚度[5]。如下圖所示：

圖1 工程地質影響因素

在研究區(qū)，對工程地質環(huán)境意義較大的地下水就是含水層潛水，而影響地表生態(tài)環(huán)境的決定性因素就是地下水位埋深，水位埋深越大，煤層開采后工程地質環(huán)境表現(xiàn)越差。在含水系數變化不太大的情況下，雖然含水系數盡管有些變化，但在區(qū)域內變化較一致的情況下，水量可以用含水層的厚度間接來表示。鑒于區(qū)域潛水的資料限值，我們用砂層厚度來代表水量。如下圖所示，利用1~5等級表示環(huán)境表現(xiàn)度，等級越高說明環(huán)境表現(xiàn)越好。

表2 區(qū)域砂層厚度鉆孔統(tǒng)計數據

從表中看出，煤層開采后，砂層厚度越小，地表的生態(tài)影響就越大，工程地質環(huán)境也表現(xiàn)越差；相反，煤層開采之后，砂層厚度越大，地表的生態(tài)影響就越小，同時工程地質環(huán)境也表現(xiàn)得越好[6]。經過GIS軟件的分析，將黃土厚度分為4類：<10m，10m~50m，50m~100m，>100m，分別對應環(huán)境災變型、環(huán)境漸變惡化型、環(huán)境漸變恢復型、環(huán)境友好型4種不同工程地質模式，本次得出結論為黃土厚度越大，砂層潛水漏失越小，因此煤層采后工程地質環(huán)境表現(xiàn)越好。借助GIS平臺，得到了紅土厚度空間分布圖，將紅土分為4類：<5m，5m~40m，40m~80m，>80m，同樣分別對應環(huán)境災變型、環(huán)境漸變惡化型、環(huán)境漸變恢復型、環(huán)境友好型4種不同工程地質模式。得出結論為紅涂層越厚，隔水性越好，工程地質環(huán)境也表現(xiàn)越好。

3 結語

本文對礦山深部勘查區(qū)的水文地質及工程地質條件進行了分析。相對于傳統(tǒng)的勘探方式來講，本文的分析因素具有極高的參考價值。但由于工程地質影響的因素本文僅分析了四個因素，導致論文中存在不嚴謹之處，還需要更進一步展開研究工作。希望本文的分析能夠為礦山深部勘查工作提供高效的分析指標，為廣大研究者提供有所參考的理論依據。