关于矿山地下水防治的地质分析与对策研究

引言

矿山开采作为国民经济发展的重要支柱，为工业生产、基础设施建设等领域持续提供关键资源。然而，矿山开采活动不可避免地与地下水环境产生交互作用，地下水问题逐渐成为制约矿山安全生产与区域生态平衡的重要因素。地下水位异常波动可能导致地面沉降、植被退化；突水灾害直接威胁矿工生命安全与矿山设备稳定运行；地下水污染则会破坏水资源环境，影响周边居民生活与生态系统健康。在此背景下，深入开展矿山地下水防治的地质分析与对策研究，全面掌握地下水赋存、运移规律以及开采活动对其的影响机制，探索科学合理的防治策略，对保障矿山安全生产、维护生态环境稳定、促进矿山行业可持续发展具有不可替代的现实意义。

一、矿山地下水防治的地质条件分析

（一）区域地质构造与地下水赋存关系

地质构造对地下水的赋存与运移起着决定性作用。褶皱构造中，向斜部位因岩层向下弯曲形成蓄水构造，为地下水的储存提供了良好空间，若含水层分布连续且隔水层条件适宜，易形成承压水，储存丰富的地下水资源；背斜构造中，地下水多沿岩层倾向向两侧流动，若背斜顶部存在裂隙发育带，地下水可能在此汇聚或通过裂隙向地表排泄。

断层作为岩石破裂并发生显著位移的构造，其性质与组合形态直接影响地下水的赋存状态。导水断层可作为地下水运移的通道，沟通不同含水层，使地下水在断层带附近富集，形成富水地段；隔水断层则阻挡地下水的流动，改变其径流方向，使地下水在断层一侧积聚。此外，构造破碎带由于岩石破碎、裂隙发育，孔隙率与渗透性增大，常成为地下水富集和运移的优势区域，其发育规模、延伸方向和充填物性质决定了地下水的储存能力与流动特性。

（二）地层岩性与地下水类型

地层岩性的差异决定了地下水类型及其发育特征。松散堆积物地层，如砂层、砾石层等，孔隙发育且连通性较好，主要赋存孔隙水。孔隙水的水量大小与含水层的厚度、颗粒级配和分选性密切相关，颗粒较粗、分选性好的砂层，孔隙度大，富水性强；颗粒细、分选差的粘性土层，孔隙小且多为结合水，富水性较弱。

在基岩地层中，根据岩石的裂隙发育程度和特征，主要存在裂隙水。岩浆岩、变质岩等坚硬岩石，在成岩过程及后期构造运动作用下，形成大量构造裂隙，这些裂隙为地下水的储存和运移提供空间，裂隙的规模、密度和连通性决定了裂隙水的分布和富集程度。碳酸盐岩地层，由于岩石易受溶蚀作用，形成溶蚀孔洞、溶洞和溶蚀裂隙等岩溶空间，从而发育岩溶水。岩溶水具有明显的不均匀性和各向异性，其水量丰富程度与岩溶发育程度、连通性以及补给条件紧密相关。

（三）地形地貌与地下水补给、径流、排泄条件

地形地貌对地下水的补给、径流和排泄过程产生重要影响。在山区等地形起伏较大的区域，大气降水大部分通过地表径流迅速排泄，仅有少部分下渗补给地下水。山区的地形切割强烈，河流深切，地下水多以泉的形式向河谷排泄，地下水的径流途径较短，循环交替迅速。而在平原地区，地形平坦，地表坡度小，大气降水下渗条件较好，地下水补给来源丰富。平原地区的地下水径流主要受地形坡度和含水层透水性控制，径流速度相对缓慢，排泄方式以蒸发、人工开采和侧向径流为主。

地貌类型同样影响地下水的循环条件。在洪积扇地貌中，扇顶部位颗粒较粗，渗透性强，是地下水的主要补给区；扇中部位颗粒变细，渗透性减弱，地下水径流速度减缓，是良好的储存区；扇缘部位地势低洼，地下水水位接近地表，常以泉或湿地的形式排泄，同时也是盐分聚集区。岩溶地貌区，独特的溶洞、暗河系统构成了地下水特殊的径流通道，地下水在岩溶管道中快速流动，排泄方式多样，可能通过岩溶泉、暗河出口等形式排泄至地表。

二、矿山开采引发的地下水问题

（一）地下水水位变化及危害

矿山开采活动通过抽取地下水、破坏含水层结构等方式，显著改变区域地下水水位。在地下开采过程中，大量采空区的形成破坏了原有的地层应力平衡，引发岩层变形、塌陷，导致含水层被切割、破坏，地下水的储存空间和径流通道发生改变。当矿山开采强度较大，抽取地下水的量超过其补给量时，地下水位会持续下降，形成区域性降落漏斗。

地下水位下降会引发一系列环境地质问题。地面沉降是最为突出的危害之一，由于地下水水位下降，含水层及其上部土层的有效应力增加，土层压缩变形，导致地面下沉。地面沉降会破坏地表建筑物基础，造成建筑物开裂、倾斜甚至倒塌；影响市政设施正常运行，导致道路开裂、地下管道破损；还会改变区域地形地貌，加剧洪涝灾害风险。此外，地下水位下降会导致植被根系无法获取足够水分，造成植被枯萎、退化，破坏生态系统平衡；海水入侵沿海地区的地下水含水层，导致地下水水质恶化，影响居民饮用水安全和农业灌溉。

（二）突水灾害风险

矿山开采过程中，突水灾害是威胁安全生产的重大隐患。开采活动破坏了地层中原有的隔水层结构，使得含水层之间的水力联系发生改变。当采掘工程接近或揭露强含水层、导水断层、岩溶洞穴等富水构造时，地下水在水头压力作用下涌入采掘空间，形成突水事故。

突水灾害的发生与多种因素相关。地质构造条件是关键因素之一，断层破碎带、岩溶发育区等地质构造复杂地段，地下水富集且连通性好，突水风险高；开采方式和开采强度也对突水灾害有重要影响，不合理的开采顺序、过度开采等会加速隔水层的破坏，增加突水可能性；此外，地下水水位高低、水压大小直接决定了突水的动力条件，高水位、高水压区域发生突水时，来势凶猛，危害更大。突水灾害一旦发生，不仅会淹没矿井巷道、设备，造成巨大的经济损失，还可能危及井下作业人员生命安全。

（三）地下水污染问题

矿山开采过程中产生的废渣、废水是地下水污染的主要污染源。废渣包括采矿废石和选矿尾渣，这些废渣中含有大量的重金属元素（如铅、锌、镉、汞等）和硫化物等有害物质。在雨水淋滤作用下，废渣中的有害物质溶出并随渗流进入地下水含水层，造成地下水污染。选矿过程中使用的大量化学药剂，如浮选药剂、重金属捕集剂等，若废水未经有效处理直接排放，其中的有害物质会通过地表渗透或与地下水发生水力联系，污染地下水。

矿山开采形成的采空区和导水通道为污染物的迁移扩散提供了便利条件。污染物进入地下水后，会随着地下水的径流在含水层中扩散，扩大污染范围。地下水污染具有隐蔽性、长期性和难以修复的特点，一旦污染形成，不仅会影响周边居民的饮用水安全，还会对土壤、植被等生态系统造成破坏，影响农业生产和生态环境健康。

三、矿山地下水防治对策

（一）基于地质条件的防治方案设计

在进行地下水防治工作时，首先需要对目标区域的地质构造、地层岩性以及地形地貌进行深入细致的分析研究。基于这些分析结果，我们可以针对不同的地质条件，制定出具有针对性的地下水防治方案。例如，在岩溶发育的区域，由于存在大量的岩溶管道和溶洞，这些地质结构使得地下水的导水性非常强，从而导致突水风险较高。针对这种情况，我们可以采取注浆堵水的防治措施。具体做法是通过向岩溶通道和溶洞中注入水泥、水玻璃等注浆材料，形成隔水帷幕，有效切断地下水的导水通道，从而阻止地下水涌入采掘空间，确保开采作业的安全进行。在基岩地区，地下水主要以裂隙水的形式存在。针对这种情况，我们可以根据裂隙的发育规律，采用局部封堵与疏排相结合的防治方法。首先，对主要的导水裂隙进行封堵，以减少地下水的涌入量；其次，在适当的位置设置排水巷道或排水孔，将剩余的地下水有组织地排出，有效降低地下水位，从而保障开采作业的安全。对于松散堆积物地层分布区，孔隙水的防治是一个重要课题。在这种情况下，可以采用防渗墙技术。通过在开采区域周边建造连续的防渗墙，可以有效阻隔地下水的补给和径流，从而减少开采过程中的涌水量。此外，为了进一步维护地下水位的稳定，减少因地下水位下降可能引发的环境问题，我们还可以结合使用回灌技术，将经过处理的矿井水回灌至含水层，这样既可以维持地下水位的稳定，又可以减少对环境的影响。综上所述，地下水防治方案的制定需要综合考虑地质条件、水文地质特征以及环境影响等多方面因素，通过科学合理的防治措施，确保矿产资源的合理开发和环境保护的双重目标。

（二）监测与预警体系构建

为了确保矿山地下水的有效防治，建立一个完善的地下水监测与预警体系显得尤为重要。这一体系的建立需要构建一个全方位的地下水监测网络，在矿山开采区域及其周边地区合理地布置监测点，以实现对地下水水位、水质、水量等关键参数的实时动态监测。通过使用自动化监测设备，例如水位传感器、水质分析仪等，可以实现数据的自动采集、传输和存储，从而确保数据的准确性和时效性。通过对这些监测数据的深入分析，可以掌握地下水动态变化的规律，及时发现任何异常情况，从而为矿山地下水的有效管理和防治提供科学依据。

此外，构建突水灾害预警模型也是至关重要的。该模型需要结合地质条件、开采进度和实时监测数据，运用数值模拟、人工智能等先进技术，预测突水灾害发生的可能性、时间以及可能发生的地点。当监测数据超过设定的预警阈值时，系统将及时发出预警信号，为矿山工作人员采取必要的应急措施争取宝贵的时间。同时，建立一个高效的应急响应机制，制定详尽的应急预案，明确各部门的职责和应急处置流程，是确保在突水灾害发生时能够迅速、有效地进行应对，最大限度地减少灾害损失的关键措施。

（三）生态修复与环境保护

为了加强矿山开采后的生态修复与环境保护工作，我们致力于促进地下水环境的恢复和改善。针对那些因地下水位下降而遭受生态破坏的区域，我们采取了人工回灌、生态补水等多种措施，逐步提升地下水位，以缓解地面沉降和植被退化等环境问题。在废渣处理方面，我们采取了安全填埋、综合利用等方法，以降低废渣对地下水的污染风险。经过无害化处理的废渣，可以被用于建筑材料生产、土地复垦等不同领域，从而实现资源的循环利用。

在废水处理方面，我们采用了物理、化学和生物相结合的处理工艺，对矿井水和选矿废水进行深度处理，确保处理后的水能够达到排放标准或满足回用要求。处理后的矿井水可以被用于矿山降尘、设备冷却等用途，从而实现水资源的循环利用，减少对新鲜水资源的依赖。此外，我们还加强了矿山周边生态环境的保护工作，种植了适合当地环境的植被，提高了植被覆盖率，增强了生态系统的自我修复能力，从而改善了区域生态环境的质量。

四、结语​

本论文通过对矿山地下水防治的地质条件进行系统分析，深入研究了矿山开采引发的地下水问题，并提出了针对性的防治对策。地质条件作为影响地下水赋存与运移的基础因素，在矿山地下水防治工作中起着关键作用，只有充分掌握区域地质构造、地层岩性和地形地貌特征，才能准确分析地下水问题的成因，制定科学合理的防治方案。针对矿山开采过程中出现的地下水位变化、突水灾害和地下水污染等问题，所提出的基于地质条件的防治方案设计、监测与预警体系构建以及生态修复与环境保护等对策，具有较强的理论性和实践指导意义。​

未来，随着矿山开采技术的不断发展和对生态环境保护要求的日益提高，矿山地下水防治工作面临新的挑战与机遇。后续研究应进一步深化对复杂地质条件下地下水运动规律的认识，结合新技术、新方法，不断优化防治对策，提高监测预警的准确性和可靠性，加强生态修复技术的创新与应用，实现矿山开采与地下水环境保护的协调发展，推动矿山行业向绿色、可持续方向迈进。

参考文献：

[1] 康卉君 . 矿山地质灾害防治与地质环境保护研究 [J]. 中国金属通报 , 2023, (10): 177-179.

[2] 周伟 . 浅谈矿山地质环境保护对策研究 [J]. 冶金与材料 , 2019, 39 (02): 41-42.

[3] 李洋 . 浅谈矿山地质环境问题及防治对策 [J]. 世界有色金属 , 2021, (09): 195-196.

[4] 陈嘉思 . 矿山地质环境保护与治理工作探析 [J]. 科技风 , 2020, (03): 133.

[5] 聂国兵 . 矿山水文地质及水综合防治工程分析 [J]. 科技创业家 , 2013, (01): 157.

作者简介：雷衍国（1970.06）男，汉族，湖南郴州，本科，工程师，从事矿山地质方向工作