水文地質在礦山地質勘查中的重要性分析

楊 凱，徐 濤

（招遠市姜家窯金礦有限公司，山東 煙臺 265400）

水文地質是礦產資源勘查中不可忽略的一環。水文地質勘查的效果，對整個勘察工作的質量和成果有很大的影響。地下水是巖土結構的構成主體，地下水的存在對礦山開采工程性質有很大的影響。合理的采礦工藝是工程施工質量的重要保證。但是，在實際的礦產資源勘察工作中，往往忽略了水文地質勘查，這不僅影響工程建設的進度，也影響工程后續的生產經營活動。尤其是近幾年來，由于地質災害的頻發，給人們的生命財產帶來了巨大的損失。為此，有關部門要繼續探討解決這些問題的對策與途徑，突顯其研究的價值與意義。

1 水文地質在礦山地質勘查中的重要性

1.1 有利于勘察精度提高

水文地質在地質勘探中占有舉足輕重的地位，其質量直接關系到地質勘查的準確性。通常，在開展水文地質勘查工作時，工作人員要對地下水中的鈣、鎂、鉀等金屬元素含量以及二氧化碳、氧、硅酸鹽等進行詳細的分析。另外，在勘查工作中，還需查明有關區域的地下水pH 值，該數據信息對判定礦床周圍的地質組成具有重要意義，例如，大部分地下水中的氫氧根離子含量都比氫離子高，所以大部分的地下水都是呈弱堿性的，反之，若地下水是酸性的，那么該礦床中的硫化物含量就會很高，由此可以推測出礦區的物質組成[1]。此外，還可通過水文地質勘查，對地下水的礦化度和侵蝕性等參數進行研究，確定地下水中的離子和分子鹽含量，確定地下水的侵蝕性，進而判定地下水對金屬混凝土以及自然土壤的影響情況。在對地下水水質進行分析的同時，通過對地下水的分布情況、總量及水層厚度等方面的信息進行綜合分析，可以使各種地質判斷依據更加完善，從而大大提高地質勘查的準確性。

1.2 有利于采礦效益提高

從有關企業的觀點來看，企業在建設項目工程的時候，最關心的是工程的經濟效益，如何在保證采礦安全、高效的前提下進一步降低工程造價成本，是每個企業都要研究的問題。從當前礦山水文地質勘查工作的價值出發，保證該勘探工作的質量，可以有效提高礦山開采項目的經濟效益。首先，地下水對工程的安全與穩定起著至關重要的作用，如果由于地下水的存在導致了相關的安全事故，會給企業帶來很大的經濟損失。而良好的水文地質勘查工作，可以讓工程設計人員對礦山的地下水情況有更為完整的認識，能夠從各個方面對地下水的影響因素進行綜合考慮，從而制定出一個科學、合理的開采方案，大大提高工程作業的穩定性與安全性，同時也使得工程的經濟效益更為穩定，從而進一步降低工程的投資風險。并且，對礦山地下水基本狀況的全面認識，有助于在開采作業中最大程度地利用地下水資源。通過對礦山水位現狀和潛在水源等基礎資料的詳細掌握，能夠更好地對基礎建設中的潛在水源進行有效利用，從而達到對施工用水進行動態循環的目的，有效節省工程造價成本，提高工程經濟效益。

1.3 有利于減少環境危害

礦產資源的開發必然會對礦山周圍的生態環境造成一定的影響，自然生態保護政策下，所有的采礦活動都要遵循對生態環境的影響最小化的原則。而要降低對礦山生態環境的影響，就需要弄清有關地區的地質情況，對地質勘查工作和礦產資源開采方案進行科學的設計。水文地質勘查工作可以確定礦山的具體水文地質條件，設計人員要對地下水水質、分布、深度以及運動狀況等因素有充分的認識，才能準確地進行施工方案的設計，最大限度地降低開采作業對地下水的影響，避免作業過程中地下水的污染和作業對生態環境的影響。在采礦工作中，工程的穩定與安全在很大程度上也會影響到當地的自然生態環境，較穩定的工程結構與較安全的施工方法，可以避免坍塌、涌水等對自然生態環境造成嚴重損害的事故。

1.4 有利于確定工程數據

在地下礦產資源開采中，地基設計是一個非常關鍵的問題，而地下水對地基的設計起著非常重要的影響。地基埋深與目標深度、現有水位、潛在水源深度、開采工藝等因素有關，而現有水位與潛在水源也是水文地質勘查的重點，通過良好的水文地質勘查工作，工作人員可以獲得當前水位、潛在水源深度、地下水位分布等信息，從而對滿足采礦目的的地基埋深進行綜合分析[2]。為保證礦山開采期間地下水位變動不影響采礦安全與生產效率，需保證基坑開挖深度在已有地下水面之上。若基坑開挖深度低于已有地下水，則需對該部分地下水進行處理，將其水位降低到目標深度之下。此外，地下水對周圍土體具有顯著的侵蝕作用，在采礦過程中，這一區域的巖土受到地下水的作用而發生變化，會對整個工程的穩定與安全產生很大的影響。總之，水文地質勘查對工程地基埋深有著重大的影響，高精度的水文地質勘查工作將有助于準確確定工程地基埋深，保證工程建設安全、穩定地進行。

2 水文地質勘查內容

2.1 地下水位

礦山開采工程極易受地下水的影響，進而產生質量或安全隱患問題，主要表現為：地下水的水位出現下降，引起工程地基的沉陷；地下水水位升高的情況下，引起基坑的變形。所以，在進行水文地質勘查時，必須對地下水進行勘測。但是，由于地下水處于不斷變化的動態過程，僅從目前的地下水狀況來開展勘察工作，還不能滿足工程建設對地下水資源相關信息的需求。因此，在進行地下水勘查時，必須對3-5 年來的地下水資源進行統計，包括最高水位、最低水位及水位變幅等信息，并以此來分析其變化特點及發展趨勢。另外，地下水埋深受外界因素的影響，也會發生一定程度的改變，因此，需要對地表水的賦存形態、規模，以及其與地下水補排水的聯系、地下水的流動情況進行逐一分析，以保證地下水現狀勘查的可靠性[3]。

2.2 水理性質

水文地質勘查主要是對地下水的水位、水理特征等方面的調查。地質勘探要求對巖土結構的滲透系數、儲水量、供水性和溶水性進行分析。巖土結構的水理特性存在著一定的差別，其對工程的影響也存在著一定的差異，主要有重力水、毛細水和結合水三種水理作用。重力水在土層中自由地流動，且十分活躍，對巖土工程結構的影響最大；結合水的形成主要是受高壓條件影響，這類水的密度比普通水體大得多，而且粘性大，但對巖土工程的影響不大。根據結合力的不同，可將其劃分為弱結合水和強結合水。在粘性土結構中，更容易出現結合水，由于分子的吸附效應，在土體表面會形成一層薄水膜，其密度普遍高于常規水體，只有常規水體的1/3。毛細水一般處于巖土體的窄縫中，并且毛細水除了受重力作用外，還受毛細力的影響。在毛細力較大的情況下，地下水位將升高，而隨著壓力的減小，地下水位將逐漸下降。毛細水的產生會對巖土工程產生重要的影響，它會使巖石土體的結構性變軟，并對地下建筑物產生腐蝕作用[4]。

2.3 地理條件

水文地質勘查既要收集與目標地區有關的資料，又要研究對水文環境有直接或間接作用的地質要素。而這些因素中，地形地貌是一個非常重要的因素。在進行水文地質勘查時，首先要考慮的是地形地貌與水文基礎狀況。在地形地貌調查方面，重點研究采礦項目建設區的地形、地質結構、水文要素的賦存形態、規模及影響因素的作用強度。與此相對應的是，對地形進行勘探時，也要注意其表面的狀況，如巖石是否受過侵蝕、侵蝕程度、風化后巖性的硬度與穩定性。另外，還要考慮到工程場地的開放性和有無斷層等特殊結構。水文特性的調查主要包含了項目建設區域及其周圍的氣象、氣候、年平均降水量、季節性降水特點以及氣溫等因素。

3 水文地質在礦山地質勘查中的應用建議

3.1 建立健全勘察制度

對水文地質勘查工作的認識直接關系到整個工作的質量，目前，還有一些礦業公司對這一工作環節不夠重視，不但勘查項目不夠全面，在這方面的工作投入也比較有限。為此，管理人員要充分認識到水文地質勘查工作的重要性，把有關工作列入具體開采工程的前期工作中，進一步細化工作計劃，使勘察方案更加完善。同時，勘察技術人員還應結合工程的性質、規模及投資程度，做好整體的規劃。水文地質勘查在勘察工作中占有十分重要的地位，因此，對資料數據的采集精度要進行嚴格控制。資料采集完成后，還要做好地質、水文資料的準備工作，以實現對礦山水文地質情況的全面認識，從而針對礦山水文地質環境存在的問題，提出相應的防治對策。此外，還需注重資金、技術和人員的投入問題，確保在這些方面的工作有扎實的硬件和軟件基礎，才能提高總體開采工作的質量。最后，基層管理者要提高對水文地質勘查工作的重視程度，強化對勘查現場的管理和監督，嚴謹、細致地開展相關工作，保證勘查質量。

3.2 構建災害預警機制

煤礦工程的采礦建設有別于一般的工程，它對具體作業過程和環境條件有著更高的安全要求。大部分礦山開采作業都是在地下進行的，若地下水水位升降變化過大，將會對工程建設產生不可預知的危害，甚至誘發重大地質災害。為此，在礦山開采項目中，應建立相應的工程監控體系，對地下水的動態變化情況進行監控。在此基礎上，通過在重點地質構造區布設探測器，建立一種對地質水文等信息進行綜合的監測系統。該傳感器能夠實時獲取地質水文等方面的變化數據，并將其上傳至監控系統。然后，通過對地質水文等資料數據的分析，可以更好地了解地質構造的變化規律。當地下水水位變動超過限制值時，施工人員需及時啟動地質災害預警機制及應急預案，并在第一時間開展搶險救災工作，以使地下結構變動及地下水水位變動對工程建設造成的不良影響降到最低。

3.3 完善地下水動態監測

地下水始終處于動態變化的運動過程，因此，對其進行動態監測，可以及時掌握地下水位的真實狀況，并及時對開采方案進行調整、優化。在前期的水文地質勘察工作中，設計者需根據初步的水文地質參數來進行采礦計劃的編制，但隨著采礦工程的進行，采空區的面積越來越大，礦山的地質條件也會隨之改變。在采礦過程中，若不及時對地下水進行連續、動態的監測，就有可能會因為地下水狀況的改變，導致采礦過程中出現惡劣的安全事故。所以，在采礦活動中，水文地質勘查工作必須與開采工作同時進行，根據前期的勘查工作所獲得的數據信息，保持或者增加相應的動態監測點，以便能夠實時掌握地下水的變化，并依據勘查得到的參數，對采礦方案進行適時的調整。

3.4 積極引入新技術

當前，水文地質勘查技術正在飛速發展，各種新的勘查設備在提高勘查精度的同時，也可以有效降低勘查操作的難度，所以，積極引入和運用新型勘查技術是提高勘查工作水平的一個重要途徑。例如，鉆孔透視儀是目前礦山水文地質勘察工作中的一種新型裝備，既可以有效減少勘察鉆探的工作量，又可以使單孔探測范圍得到進一步的延伸，提高勘測精度。另外，瞬變電磁和同位素等方法也是目前進行水文地質勘查的主要手段。瞬變電磁法是一種利用階梯電流探測礦區內部磁場變化的方法，該方法不但可以拓展勘探范圍，還可以從地磁的角度對一定區域的水文地質條件進行分析，既方便又準確。同位素示蹤技術可以通過對地下水同位素的分析，判斷出地下水的源頭、運動狀態和精確位置[5]。

4 結語

由于國家建設發展對各種自然能源的需求量日益增大，致使礦山開采工程的生產規模越來越大，其施工工藝的復雜程度和風險也越來越大。通過對礦山水文地質條件的調查，能夠全面掌握礦山的地質構造、水文信息，對礦山的水文地質結構的穩定性及各方面的實際條件狀態進行有效的評價，從而為礦山生產工作安全穩定的進行打下堅實的基礎。在施工過程中，要充分發揮其對施工安全的支撐與保證作用，提高勘察工作的綜合水平與能力，保證工程安全、有序地進行。