地下水開采引發的地質災害及防治方法

［關鍵詞］地下水；防治；開采；地質災害；方法

地下水在人類社會的生存發展中，作為最重要的一種供水來源，對保障居民的生活、生產用水需求與基本用水安全具有極其重大的影響[1]。可是，在地下水開采過程中，難免會受到多項不確定與不穩定因素的影響，從而容易引發地下水的水位出現大幅度、不規律波動現象，而且地下水資源的水質也會受影響而下降，結果使其不符合城市供水標準，嚴重情況下，甚至可能導致地下水資源數量的大量減少，甚至可能會逐漸枯竭。除此之外，地下水開采還會降低開采土體的穩定性，從而造成周邊地面需要面對隨時可能沉降的危險[2]。基于此，在地下水開采期間，采取科學合理的地質災害防治方法，對保護環境、保障社會安全、創造經濟效益至關重要[3]。本文主要針對巖溶地區礦山開采過程中，因抽排地下水而引發的一些地質災害問題，并且根據其中突顯的相關災害提出一些行之有效的防治措施，以改善地下水開采活動的安全性與效益性。

1. 礦山地質概況

該礦山位于海拔高度為40～469.8 m的地區，最低侵蝕基準面海拔高度為240 m。山坡的坡度范圍為10°～25°，局部位置存在較為陡峭的地形。在地下水開采過程中，可能會對山體的整體穩定性造成一定程度的影響，引發滑坡、崩塌之類的地質災害。該地區的年平均降雨量為1706.8 mm，平均氣溫為17.6 ℃。降雨較為充沛，可能導致地下水位的大幅度升高，降雨量大時，還會出現地下水涌出現象。地下水位的升高必然會增加地下水給礦山地質體帶來的壓力，可能引發地面下陷、塌陷之類的災害。此外，礦床中水的來源比較多，包括地表水、地下水、大氣降水和構造斷裂水。這些水源的同時存在，導致地下水在開采過程中，其水位可能突然出現明顯變化，進而引發多種地質災害。斷層F1、F3和F4的傾角范圍為50°～80°，其中斷層F4的破碎帶寬度為50～70 m，長度為3～4 km。由于有斷層的存在，使得礦區整體地質結構較為復雜，同時，斷層破碎帶的存在，也增加了出現地質災害的風險。特別是斷層F4當中的破碎帶，不僅寬度較大，其長度也較長，特別容易引發巖體滑動和崩塌現象。斷層F201、F202、F401和F402的傾角范圍都在35°～50°之間，屬于張扭性的斷層，雖然其規模均不大，但因其中破碎帶比較發育，且導水性能比較好，特別容易形成地下水滲流通道。因此，需要在斷層F201、F202、F401和F402當中進行破碎帶的加固處理，并采取相應的支護措施，如注漿加固、錨桿支護等，盡可能增強巖體的整體穩定性，減少各類地質災害發生的可能性。地下水流量平均為2.6 L/S，礦床中富存的水有多個主要來源，包括地表水、地下水、大氣降水和構造斷裂水。該礦山區域地下水的整體流動方向為NE方向。

2. 巖溶區礦山開采期間因抽排地下水活動引發的地質災害

在對實例礦山進行開采過程中，其地下水開采活動可能引發一系列地質災害現象，具體包括地面變形、巖溶地面塌陷和地下水位下降。由于礦體埋藏標高范圍為+360～+230 m，采礦方法采用的是自上而下回采的耙礦留礦法，這樣一來，可能導致地下水位下降這一現象的加劇。地下水位的大幅度下降，必然會導致巖溶地質系統失去原有的穩定狀態，進而引發相應的地質災害，譬如地面變形和巖溶地面塌陷。

2.1 地面變形

地面變形在礦山開采活動中，是較為常見的多種負面影響之一。當地下水被大量抽排后，土壤中原有的孔隙水被抽走之后，土壤顆粒之間的相互接觸力明顯增加，其結果就是土壤變得更加密實，進而引起地面出現一定程度的沉降。地面一旦出現沉降，極可能導致其上各種構筑物，如建筑物、道路和管道等受到破壞。其主要原因可以歸結為土層結構和地下水過度抽排。首先，土層結構的變化是引發地面變形的幾項重要因素之一。不同土層之間，在物理性質和穩定性方面的差異很大，因此在開采過程中，強烈的機械作用和振動均可能會引起土層出現破壞和塌陷現象。這種土層破壞和變形，必然會導致地表的進一步沉降，甚至是地導致裂縫的形成，從而給地面整體穩定性帶來嚴重威脅。另外，地下水過度抽排也是導致地面變形的幾項重要因素之一。地下水在土壤中的存在，會起到一定的支撐和潤滑作用，當地下水被大量抽排時，必然會導致水位的驟降，從而形成漏斗型水分布情況。這種水位下降方式會引起土層的失水和壓實，進而導致地面沉降和塌陷。特別是在礦山開采活動中，有時候為了保證礦井的及時排水和工作面的安全，常常需要在極短時間內大量抽取地下水，這就加劇了地面變形的風險。

2.2 巖溶地面塌陷

巖溶地面塌陷是指由于地下巖溶溶蝕作用導致地表發生塌陷的一種地質災害現象。巖溶地面塌陷現象通常發生在石灰巖、石膏巖、大理石之類的可溶性巖石地區。這些巖石當中含有較多的可溶性礦物質，如碳酸鹽和硫酸鹽，在地下水的長期作用下，很容易發生溶解作用，從而形成地下洞穴和通道。該礦區出現巖溶地面塌陷現象的次數比較多，塌坑數量多達200多個，影響總面積達到了30000 m²。地下水開采活動引發地質災害是導致巖溶地面塌陷問題的主因。在實例該礦區當中，礦山開采活動導致地下水不得不不斷被按需抽排，進而引起了巖溶地面塌陷的多次發生。由于實例礦區上覆土層較薄，只有4～10 m的厚度，以及風化殼厚度相對較大，基本在5～15 m，巖石層普遍發生了明顯的溶蝕作用[4]。這種長期溶蝕作用使得整個巖石層變得較為脆弱，容易發生巖溶地面塌陷現象。

2.3 地下水位下降

實例礦區范圍內曾發生過多次溶洞突水事件，流量則大致在2000 ～5000 m³/h之間，這些溶洞突水事件最終造成了嚴重的地質災害。地下水位的不斷下降是導致這么多次溶洞突水事件的主要原因之一[5]。地下水位的不斷下降，必然會導致地下水與溶洞系統之間失去原有的平衡狀態，使得溶洞內部積聚起來的水體無法得到平衡釋放，結果就形成了溶洞突水事件。這種現象對實例礦區周邊的居民生活帶來了巨大的困擾，因為他們的生活供水來源因此而受到了嚴重威脅。此外，農業耕作所需的灌溉用水，也因此而受到了供給限制，使農業生產受到了嚴重的影響。

3. 防治措施

對于地下水開采活動引發的地質災害，其防治措施需要將系統工作和復雜的技術措施靈活的結合起來。通過對地質狀況的全面監測和對相關數據的分析，及時預警和識別潛在的地質災害風險[6]。同時，加強對地下巷道和井筒當中的結構加固，并采用合適的支護技術，以盡可能減少巖體受到的破壞與變形程度。另外，注重水資源的科學管理和生態修復，確保地下水資源處于可持續利用狀態，恢復和保護受到影響的生態系統。

3.1 地面變形問題的防治措施

地下水開采活動引發的地質災害大多是由于地下水的不合理抽取導致地層出現變形和沉降現象，進而引發地面的塌陷、地下裂縫之類的問題。為了切實有效的防治這些地質災害問題，采取了一系列地面變形防治措施。

首先，在正式進行地下水開采之前，需要進行一次詳細的勘察工作，充分了解巖溶區的實際地質情況。這包括地下水位的實際深度、地下巖溶裂隙的具體分布情況等。通過對勘察數據的全面、深入分析，可以評估地下水開采對該區域地層的影響情況，同時，也能為后續防治措施的制定提供可靠依據。

其次，針對地面沉降變形的區域，需要采取漸進布置鉆孔井的方式進行防治。這種方式要求從地面沉降變形的中心位置開始，逐漸向四周同步擴散，并逐漸增大鉆孔井的直徑。通過設置這些漸進鉆孔井，可以合理引導地下水的流動方向，減少地層的沉降和變形程度，從而減輕地面出現沉降災害的程度。

此外，變形測量也是地面變形防治的多種重要手段之一。通過使用各種高精度的測量設備，對地面的變形狀態進行實時動態監測。這樣一來，就可以及時掌握地面變形的具體情況，在第一時間發現異常情況，并及時采取與之相應的防治措施進行處理。確保各項變形測量數據均能及時反饋并進行相應的分析，有助于指導防治工作的順利進行，并保障對防治效果實現實時監控。

3.2 巖溶地面塌陷問題的防治措施

當地下水位下降到一定程度時，地下水和地下洞穴之間出現的巨大壓力差，必然會導致洞穴水突然快速涌入礦坑中，從而引發嚴重的災害事故。因此，在進行地下水開采活動過程中，監測網絡系統的建立與使用至關重要。通過安裝地下水位監測儀器和地面變形監測設備，可以實時監測地下水位的變化狀態以及地面出現的變形情況，提前預警可能發生的各種地質災害。巖溶的發育不均也是其中一項重要的影響因素[7]。巖溶地質中存在著不同程度的溶洞和地下河道，這些空洞的分布位置和大小，均對地面塌陷問題的發生有著極其重要的影響。因此，在防治巖溶地面塌陷時，需要預先對地下空洞的存在情況進行全面的調查和科學評估，以了解其分布情況，并預判其穩定性。在巖溶地面塌陷的高風險區域，還可以采取灌漿技術對其中的空洞進行填充和加固處理，以減少發生地面塌陷的潛在危險。此外，地下水開采活動引起的地下水位降低現象也是造成巖溶地面塌陷的重要原因之一。當附近地下水位下降到一定程度時，巖溶地下空洞發揮的支撐作用也會隨之減弱，地面就有可能發生塌陷現象。為了對此類塌陷災害進行有效防治，帷幕灌漿是一種較為常用的方法。

3.3 地下水位下降問題的防治措施

全面建立地下水位網絡系統并合理布設地下水位觀測井，以便實時監測目標區域內地下水的具體動態，是有效防治地下水開采活動引發地質災害的一種重要手段。通過采取地下水的適當補給，實施節約用水措施，也可以在一定程度上有效應對地下水位下降的問題。

4. 結束語

綜上所述，在實例礦山開采期間，地下水開采活動引發的多種地質災害及其相應的防治方法中，巖溶區礦山開采和地下水抽排是其中最為關鍵的兩個環節。通過采取先進的科學技術手段和嚴格的監督檢查措施，可以有效預防地質災害的發生和減輕地質災害的危害程度，保護礦山區域的地質、自然環境，并實現社會的可持續發展。這樣的努力不僅可以避免地下水開采活動引起的經濟損失，維護礦山開采的安全性，同時，也對于保護自然環境資源和維持生態平衡具有極其重要的意義。