斷裂構造的水文地質條件對礦山地質災害的影響探究

譚斌，韋寧，覃小賓

廣西壯族自治區地質調查院

引言：在巖石內部應力大量集中的背景下，礦山區域普遍出現斷裂位移問題，其內部地質構造隨之發生改變，同時，呈現出不同的水文地質特征，進而引發如塌方、采空區、泥石流、山體滑坡等多種地質災害問題。由此，相關單位應注意做好風險防范工作，保證礦山區域水文地質條件的穩定性，為礦山周邊區域居住群眾以及現場工作人員提供安全保障，進一步推動礦山的有序開采，提升資源有效利用率。

一、斷裂構造的水文地質特征及災害類型

（一）劈理

劈理主要是巖石或地質在形變、位移、斷裂中早時期出現的產物，由于其兩側巖體并未出現明顯的位移問題，因此，其延展性及跨越度較小，透水及富水性能一般，若無特殊構造，將出現地下水流通不暢等問題，具體的構造分類如表1。

（二）節理水文地質特征

節理主要是在地應力的影響下導致部分巖石體并未出現明顯斷裂或位移的一種現象。主要成型于地質位移階段，具有成群出現的規律且呈現出一定的組合模式，由此可構成地下水轉移及集聚通道。此時地質的接力密度、填充膠結狀況、透水、富水性等特征極易受到節理現象的影響。從巖石實際分布趨向來看，可分為順層、走向、傾向、斜向四類節理表現方式，從褶皺軸向的角度進行分析，則可分為橫節理、縱節理、斜節理三類。

（三）斷層水文地質特征

從實際情況來看，斷層是較為常見的礦體內部斷裂表現形式，在一定程度上可改變現有的礦山地區地質構造，并對后續的礦山的區域演變起到極大的影響，同時也可在一定程度上改變礦山區域的地下徑流走向及邊界。此時應注意，斷層對于當地的礦區水文地質條件影響較大，因此其含水層水利狀況將極大提高水文地質條件的復雜性。具體分類如表2。

表 1 劈理構造分類

表2 斷層分類

（四）斷層破碎帶水文地質特征

在水文地質條件的進一步影響下，斷層逐漸發展為寬且深的破碎帶，其水文地質特性與斷層類似，但其導水性及儲水性更強，且斷層兩側可逐漸構成破碎巖裂隙，儲水空間被進一步擴大，地下水得到充分運移。由此，在進行礦山開采期間，應盡量提高重視[1]。

二、斷裂構造水文地質因素對礦山地質災害的危害

（一）內部結構崩塌

由于礦石中含有大量碳酸類化合物，將導致礦層頂部始終處于疏松形態，且礦層底部在長時間的地下水侵蝕影響下，會使得礦層整體受到極大沖擊，巖土強度、韌度、穩定性降低，最終出現礦層坍塌等問題。一般情況下，該現象主要受到自然因素的影響。但從實際情況進行分析，在礦山開采期間極易破壞地下水流的原本走向，導致整個礦山區域的水文地質平衡被打破，由此水文地質問題在一定程度上會破壞礦山內部結構的穩定性，進而造成較為嚴重的坍塌、地震等災害問題。

（二）沉降災害

在當前城鎮化建設不斷發展的背景下，地下水資源的實際開發速率不斷提升，同時在落實礦山開采工作時將在一定程度上破壞當地原有的水文地質條件，提升安全風險隱患發生概率，導致實際的地質災害風險出現不確定性、不可預測性，最終發生大規模沉降問題。需要注意的是，該地質災害問題雖然主要受到水文要素的影響，但從根本來說其還是受到了人為因素的干擾[2]。

三、影響斷裂構造相關水文地質特征的主要因素

（一）力學性質

礦山力學性質的差異性在一定程度上將導致不同地區的水文地質活動特征出現較為明顯的差別。首先，在壓扭及壓性應力等因素作用下，礦山內部分巖體斷裂區域將出現較寬的破碎帶，并在跨度較大的區域受到更大的應力且此時剪應力隨之降低。該情況常見于糜棱巖、擠壓鏡體等礦山內部斷裂情況較為嚴峻的部位，透水性較差。此時位于該斷層兩側的破碎巖體可在應力的影響下形成地下通道，且上盤透水性能良好。同時，壓應力的高度集中將在巖體內產生高角度沖斷層，若此時斷裂縫隙跨度較寬，將導致其斷面區域的巖石碎裂程度加劇，斷層弱透水性較為明顯。其次，受到張扭性力及張力等影響，巖體由下至上產生張性斷裂問題，且情況較為突出，其縱向裂縫深度將大于橫向裂縫深度。相較于壓型斷裂，張性斷裂寬度較窄但角礫巖突出發育粗大的特質，其純應力、剪應力、粒徑之間呈正相關關系。

（二）巖性影響

通過對現有資料進行分析可知，其主要影響表現為以下四個方面。一是當礦山進一步依據傾向方面出現裂斷問題時產生的差異性將導致不同斷面的實際水文地質狀況出現差別，因此不能簡單將其判斷其透水性。二是上下兩盤斷層分別發生沉降及上升的垂直位移狀況。由于斷層兩側大多為易碎的柔性巖石，因此在受到相關應力的作用下，將導致該斷面隔水性能提升。若該斷層巖體張性體征較為明顯，則其實際滲水率較低。另外，壓性及壓扭性應力、張性及張扭性應力也會對巖石造成不同程度的影響，當斷層兩側的巖石構造較為脆弱時，就會出現相應的斷面。因此，相關人員應綜合力學特性、斷層富水性、礦體錯動區域特點、斷面傾角等因素判斷斷面透水性。三是若擠壓破碎帶并未發生明顯位移問題，則會出現脆性巖層，在受力的條件下，斷面處的柔性巖層將表現為揉皺特征并擠壓側邊進而代替破碎帶，由此構成關聯破碎帶，提升其透水性能。四是斷層的透水性在一定程度上受到斷層走向的影響，在較為平緩的斷層，其透水性較強，但在傾斜角度較大的區域則出現透水性隨機等問題。五是由于柔性巖層自身的穩固性較差，因此其深度越大，則透水性能越差[3]。

（三）構造多期疊加

其一，多期疊加影響。當斷裂構造形成后，巖體會受到多種應力的影響，導致其斷裂面也相應發生改變，不斷產生新的形變，對當前的水文地質造成破壞，導致其環境復雜度增加。從實際情況進行分析，可利用填充細粒材料的方式降低斷裂層的透水度。其二，受到交叉結構的影響，使得各斷裂區域相互交叉疊加，將在一定程度上影響地下水流動趨向，如某礦山地質條件復雜，將導致兩條原本透水性較強的斷裂較差區域透水性增強。若是兩條斷裂帶的透水狀況相同，則應對該區域的地下水走向及斷裂夾角具體分析地下水在交叉位置的透水情況。若是兩條斷裂均具有不透水性，則其交叉部位的富水性能提高，從礦床排水的角度進行分析，將對礦山的穩定性造成極大影響。其三，不同類型構造互相疊加。若是斷裂位于褶皺上方或受到褶皺影響將極大提升水文地質的研究難度，具體特征如下：一是和單一斷裂層相比透水性能增強。二是由于地段不同將出現透水性不均勻的問題。在前期的斷裂土中可整合為全新的褶皺構造，極大提高水文地質環境復雜程度，相關人員無法將某一水文地質特征作為整個斷裂構造的基本特性[4]。

四、礦山地區斷裂構造水文地質災害防治策略

（一）工程概況

文章以某地金礦的開采建設工作為例進行分析，該金礦標高為-400--1200m，整體斷裂帶存在大型金礦場4 處，中型金礦床5處，各礦床均受控于斷裂構造，累積黃金儲量約為275237kg。由于該礦山內巖性條件較為復雜，因此，綜合考量各巖層實際儲水方式、地下水水利特性、富水及透水性、所處位置、礦場開采影響等因素主要將其劃分為以下6類，即無水巖體、下盤弱富水層、中間隔水帶、上盤弱含水層、基巖風化帶富水層及第四系無水巖層。其中礦區基巖外露，地下水主要通過自然降水進行水資源補給，因此地下水的水位受到氣候因素影響較大，隨降水時間及強度呈正相關關系。

（二）防治策略

1.提高地質災害檢測力度

第一，創建較為完善、合理、可行的礦山地質災害監測防范系統，升級現有的監測理論及技術設備，并主動引進、學習國外先進的工藝裝置，通過取長補短、去蕪存精有效提升我國礦產行業的發展水平。相關技術人員可以此為基礎，對該案例中的金礦及周邊區域的水文地質情況進行詳細檢測，進而保證提前制定好突發情況的應急預案，提升事故處理方法的層次性、針對性。第二，為有效規避現階段礦山的安全隱患問題，應落實無特殊情況不得在礦區周邊施工的原則，對礦上周邊做好全面性的水文地質勘查作業，保證在實際作業前充分了解當地的地質斷裂構造，做好技術交底，進而有針對性地開展各類檢測活動，避免在實際作業期間其地質構造受到應力影響而發生變化。

2.加強水文地質災害防治

第一，從井下開采作業導致水污染情況加劇的角度進行分析，相關人員需要就水文生態環境平衡性及地下水系統穩定性進行深入的分析與整治，可指導開礦企業依據自身實際發展需要及治理能力加強對地下水污染的實際整治力度，并對當前已有的各類地下水污染問題提出高效、可行的處理辦法，對于已經發生污染的地下水區域進行補救，平衡地下水系統，并開展全方面、多角度綜合治理工作，以此控制好地下水污染范圍，并為后續的污染源整治工作提供充足的信息支持。第二，相關地質人員需要針對當前金礦周邊城市及鄉村地區的實際水文環境進行綜合考量，對于水資源較為豐富的區域可進行深入探究。避免由于水資源分布不合理、不完善，導致出現地下水使用過量等問題，嚴重影響礦區地下結構的穩定性[5]。

結論

綜上而言，文章通過總結并分析斷裂構造的水文地質條件對礦山地質災害的影響，并以此提出可行的工作辦法，可對現有含水層的斷裂構造加強控制，從加強水文地質災害防治、提高地質災害檢測力度等方面入手，掌握各含水層的中斷、混合、連通情況，進一步揭示礦山水文地質變化規律及具體現狀，提升礦山地質災害防治能力。