矿山水文地质勘查的问题及主要防治解决措施

韦 志

（中国建筑材料工业地质勘查中心广东总队，广东 广州 510403）

为保护矿山地质环境及土地资源，减少矿产资源勘查开采活动造成的矿山地质环境破坏及土地损毁，促进矿产资源的合理开发利用，实现社会经济、资源环境的协调发展。本文以阳春市马水仁达铅锌矿区为勘查对象，采用理论联系实际的研究方法，在对矿山地质勘查中水文地质勘查环节存在的问题进行了简单的分析之后，根据问题提出有效的防治措施，以此来帮助改善生态环境。

1 工程背景

本项目矿区位于阳春市马水镇管辖，属丘陵地形地貌，呈西南高东北低的特点。矿山地质环境条件复杂，原始地形坡度较陡，局部地段地形坡度达50°。项目总损毁土地面积为6.8520hm2，全部为已损毁土地，损毁类型为挖损、压占和污染。根据矿场区地质环境条件，结合工程布局、开采方式等，矿山开采过程中及采矿结束后可能引发或加剧的地质灾害，主要有采空区地面塌陷和岩溶地面塌陷。矿区地表出露侏罗系地层，但下伏为灰岩地层，该区为裸露型岩溶，裸露型岩溶的稳定性主要取决于地层岩性、地质构造、地下水及支洞、暗河、洞体表面特征、洞底堆积物等五个方面，岩溶稳定性差，由于区内地下水与地表水存在较强的水动力联系，在采矿过程中，矿坑排水带走溶洞、溶槽中的堆积物，从而有可能引发岩溶地面塌陷。一旦发生岩溶地面塌陷，将危及矿山道路和过往车辆，并对山林、土地资源造成危害。

1.1 矿床水文地质特征

第四系孔隙潜水含水层：分布于矿区北东角，由冲洪积含砾砂质粘土组成，厚5m～50m不等。接受大气降雨、山区地下径流下渗补给，雨季泉水流量0.192L/s，富水性弱，水位埋深1m～10m。

基岩裂隙潜水含水层：包括侏罗系下统、三叠系上统和二叠系下统的变质砂岩、角岩及矽卡岩，为矿体的上部围岩。岩石坚硬、性脆，构造裂隙极其发育，常有断裂通过地段往往产生滴水、淋水，新鲜坚硬，裂隙不发育地段无重力水存在，其富水性极不均一，勘查过程中钻孔漏水严重，常有掉块、坍孔现象，水位埋深35.63m～164.30m，水位相差最大可达78.79m，含水层厚度平均171.75m，泉涌量0.170～0.870L/s，最大为9.456L/s，据泉水及小南山矿区坑道排水动态观测，流量在0.114～19.607L/s。矿化度20.26～38.86毫克/升，总硬度0.07～0.709L/s，pH值5.1～5.9属弱酸性水。该层接受大气降雨补给，排于沟谷，或通过断裂、裂隙下渗补给灰岩裂隙溶洞水含水层，该裂隙含水层是矿坑直接充水岩层之一。

灰岩裂隙溶洞含水层：埋藏于出现矿体底板，该含水层溶洞、裂隙发育，地表有塌陷现象，岩溶率10.31%，空洞率9.74%，溶洞被稀泥、黑土、砾砂粘土所充填，溶洞的发育标高一般在-39.88m～119.15m，最大延深-241.28m。含水层厚度平均79.12m，钻孔揭露到该含水层时，严重漏水，水位埋深108.18m～111.82m，可以高出矿体顶板。在南山村出露q46泉群，旱季涌水量10.90L/S，具强富水性。该层亦是矿坑充水主要来源之一。

断裂构造含水带：矿区规模较大的断裂产于裂隙含水层间，有0.5m～30m的构造角砾岩、糜棱岩。因氧化、风化作用，常见黑土角砾岩带，裂隙为泥质、铁质充填，断裂带的富水性中等，但其在矿区起到导水的作用。

1.2 矿山开拓坑道水文分析

矿山开拓坑道现送至-75m中段。据实际观测记录，考虑大气降雨变化和灰岩（大理岩）裂隙溶洞含水层有不确定因素，矿山实际地下排水量1800～2887m3/d。坑道开拓时在岩石裂隙发育及破碎带中，出现淋雨状涌水现象，一般在施工下层坑道疏排水后，上层坑道基本无水。设计排水方案取值：

正常涌水量：

最大涌水量：Qmax=2887×120%=3464.4(m3/d)

2 矿区含水层现状分析

采矿活动导致地下含水层破坏主要包括含水层结构破坏，区域地下水水位下降、地下水位降落漏斗的分布范围、地下含水层破坏对生产生活用水水源的影响等多个方面。

2.1 含水层结构破坏

根据矿区开发方案，地下坑道将进一步加长，开采标高将下降到-137m，巷道长度进一步增加，形成采空区面积较大，这样含水层结构破坏的面积进一步增大。矿山前期的开拓工程曾因遭遇溶洞和岩溶水而报废。经历多次安全审查将采掘工程安排到上盘围岩中，以避开下盘岩溶水危害。若后期矿山开采不规范对下盘岩溶水进行较大扰动，下盘上部的岩溶水也有可能顺塌陷层裂隙和孔洞灌入采场。将对含水层结构造成一定的破坏，预测其影响程度为较严重，影响范围集中在岩移塌陷范围。

2.2 地下水水位下降

区域影响：据预测矿山开采坑道最大总涌水量为3464.4m3/d。由于矿体地下开采将进行抽排水，矿山地下疏排水必将造成矿区周围主要含水层水位下降，使地下水处于半疏干状态。今后随着对深部矿体开采深度的增加，将进一步在更大范围、更大深度揭露深层含水层，必然会向其补给层位“吸取”更大的补给量，因而浅层溶洞裂隙含水层地下水位将在更大范围内降低。

降水漏斗范围：矿坑涌水的主要来源为大气降水，矿坑疏干硬性范围按下式水均衡法进行测算，参数选取按照最不利组合原则

式中：

R—矿坑排水最大等效影响半径（m）；

F—矿坑排水最大硬性面积（m2）；

Qd—预测矿坑最大涌水量，取3464.4m3/d；

H—历年旱季平均日降雨量，取0.026m/d；

φ—地表径流系数，取0.4。

分析表明，矿坑排水最大影响面积为0.2221km2，矿坑排水最大等效影响半径约为265m，地下水位跟随开采巷道深度不断下降，最大降深至-137m标高，根据矿区的水文地质特征，疏排水后地下水的降落漏斗的形状为不规则的椭圆。降落漏斗的形成主要是疏干基岩裂隙水含水层引起的，在疏干影响范围内将影响第四系地下含水层水位进一步下降，对地下水水位下降影响程度中等。

3 防治水对策

3.1 地表水防治

矿区位于山前冲积平原，地形地貌条件有利于排洪。地表水防治的重点是截、排矿区外部的山坡径流水，杜绝山洪和外部径流水在采区上部积聚，从而减少地表水对地下的补给量。采取的方案主要是截水、排水、导水。采区上部山坡修筑截水沟，截断坡面径流，减少采区地表径流量。完善矿区地表排水系统，勿使地表降水在矿区形成滞留和积聚，从而减少地表水对地下的补给量。最终岩移区域范围外开挖截排水沟，疏导地表降水，防止采区地表积水。

3.2 地下水防治

井下采用集中式机械排水方案。于主斜井井底(-137m)车场一侧设置水仓和泵房。水仓通往各采场的运输巷道保留3‰～5‰的流水坡度，-137m中段涌水自流汇入水仓。-108m和-75m中段汇水通过泄水井和斜井水沟两种方式汇集到-137m水仓。-137m水仓安设水泵，通过提升斜井抽排至地表。提升斜井安装排水管2条，井口设消防蓄水池200m3，地下水反供凿岩用水，并作为生活、消防供水。

3.3 矿坑涌水的防治措施

矿山开拓坑道不具自然排水条件，采用抽水泵抽排，目前在-50m坑道以及在-75m中段专门施工集水区，分两段抽排地下水。开采时治水重点之一是地表降水，要阻止地表水对井下补给，矿坑涌水就会减少，完善地表的截水排水系统，消除地表水对井下的危害。开采遇到断裂、破碎带、矿体下盘灰岩（大理岩）裂隙溶洞含水层时，注意突水事故发生，宜采取先探后掘的防水措施，采掘作业先打探水孔，查明隐伏水体，有的放矢进行防治。综上所述，矿体大部分矿体分布于矿区侵蚀基准面以上，矿坑正常涌水量小于3000m3/d，矿区水文地质条件应属复杂类型，对矿山建设影响严重。

3.4 含水层破坏治理

根据前述评估分析，矿业活动对含水层结构影响程度较轻至较严重，主要是由于采空区变形，导致顶板陷落产生张裂缝，破坏了含水层结构；另外是井下抽排水导致地下水位持续下降而疏干枯竭，地下水有一定的污染。拟采用的措施主要有：应做好矿坑涌水监测和地下水动态监测，发现异常应及时汇报，查明原因，及时采取防治措施。严格做好采空区变形控制措施、留设矿柱、采空区废石回填工作，减小采空区变形破坏含水层结构；严格按环评报告要求，矿坑水进行处理后回用于井下和浇灌降水漏斗范围内的林草，实现零排放，减轻地下水枯竭影响；对坑道涌水修建污水处理设施，涌水经处理后排放。

4 结语

水文地质勘查分析能够全面的掌握现场的实际水文环境与变化特点，从而在施工的过程中采取针对性的施工技术与管理方法，避免发生安全事故问题而对施工人员的安全以及工程的质量带来不良的影响。