矿山开采工程中水文地质对防治水措施的影响

引言

随着矿产资源开采深度和广度的不断拓展，矿山水文地质灾害已成为威胁安全生产、造成重大经济损失的核心因素。中国作为矿业大国，华北型煤田的岩溶水害、西南金属矿区的裂隙水威胁等问题尤为突出。防治水措施作为规避水害风险的核心手段，其有效性直接取决于对水文地质条件的精准认知与合理应对。

一、矿山水文地质条件分析

1.1 水文地质基础概念

矿山水文地质研究地下水在矿山地质环境中的赋存、运动及与开采活动的相互作用。地下水按赋存空间可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。孔隙水存储于松散沉积物孔隙中，分布均匀但水量受颗粒孔隙度影响。裂隙水赋存于岩石裂隙，其分布和流动受裂隙发育程度、连通性控制，水量变化大。岩溶水则储存于可溶性岩石的溶洞、管道系统，具有流动性强、水量丰富且突发性涌水风险高的特点。水文地质参数如渗透率、给水度、涌水量等，是定量描述地下水运动规律的关键，直接影响矿山防治水工程设计与灾害预测。

1.2 矿山水文地质特征

矿山水文地质特征受地质构造、地层岩性和地形地貌综合影响。地质构造中，断层、褶皱是地下水运移的重要通道和储水空间，导水断层可连通不同含水层，大幅增加矿井涌水量；褶皱构造则可能形成向斜储水构造，对开采构成威胁。地层岩性方面，砂岩、砾岩等透水层与页岩、黏土岩等隔水层的空间组合，决定了地下水的补给、径流和排泄条件。地形地貌通过影响地表水汇集和入渗，间接改变矿区水文地质条件，如山区矿区易受大气降水快速补给，增加突水风险。

1.3 水文地质灾害形成机制

矿山水文地质灾害主要表现为突水、溃砂和地面塌陷。突水灾害多因开采揭露强含水层或导水构造，破坏隔水层临界强度，导致地下水瞬间涌入矿井。当采掘工作面接近承压含水层时，隔水层承受的水压超过其抗渗强度，即可引发突水。溃砂灾害常发生于松散含水层与矿层直接接触区域，开采扰动破坏砂层结构，在水动力作用下，砂土涌入巷道。地面塌陷则是因地下水位下降，岩土体有效应力改变，引发土层失稳下沉，尤其在岩溶发育区，溶洞顶板坍塌易形成大面积塌陷，威胁地面设施安全。这些灾害形成机制均与矿区水文地质条件密切相关，需通过精准的水文地质勘察和动态监测进行预防。

二、水文地质对防治水措施的影响机制

2.1 水文地质条件对防治水策略的影响

水文地质条件是制定防治水策略的核心依据。对于以孔隙水为主的矿区，因其分布均匀、水量相对稳定，常采用疏干排水策略，通过预先降低地下水位，保障开采安全，如在平原地区的煤矿开采中，可利用大口径井群形成降落漏斗实现疏干。而在岩溶发育区，溶洞与管道系统构成复杂导水网络，突水风险极高，需采用注浆堵水或帷幕截水等策略，通过封堵导水通道，切断地下水补给，对于存在强导水断层的矿区，需结合断层走向、规模及两侧岩性，灵活采用防水煤柱留设与局部注浆加固相结合的方式，控制水害威胁。

2.2 关键水文地质参数的定量影响

渗透率、涌水量等关键参数直接决定防治水工程的规模与强度。渗透率反映地下水在岩土体中的流动能力，渗透率越高，地下水扩散速度越快，防治水工程需更大的排水能力或更强的封堵效果。涌水量预测则是排水系统设计的基础，若预测偏差过大，可能导致排水设备不足引发淹井事故，或设备冗余造成成本浪费。给水度参数影响疏干排水周期，给水度高的含水层需更长时间排水，需合理安排开采进度与排水计划，确保开采前水位降至安全阈值以下。

2.3 不同开采方式下的水文地质响应

由于露天开采与地下开采工作空间和扰动的空间范围不同，其水文地质条件响应是不同的。露天开采的高陡边坡剥离严重破坏原有地表水与地下水的径流通道，必须做好防洪抢水的关键时期，即做好暴雨时期的地表径流倒灌问题，在剥离工作面周围设置截水沟、防洪墙等，以释放地表径流的水量；对于揭露的含水层，须及时开挖排水沟和集水井进行强制排水。地下开采时的顶板水、底板水以及老空水。

三、防治水措施的适应性分析与优化

3.1 现有防治水技术的适用性评价

以上防治水技术方式在实践使用过程中具有各自的适用条件。疏干排水技术适用于孔隙水充水并且补给源较为单一的矿区，工序简单、可控费用，长时间利用则会产生矿水位下降引发地面沉降等问题，典型的是我国华北平原矿区煤田疏干煤柱开采，造成地面部分区域地表塌陷。注浆堵水技术适用于有大量裂隙或者岩溶管道型矿区，可切断给水通道，但是对于注浆堵水材料选择难度大、工艺复杂、费用高等情况，以及在复杂地质结构矿区注浆后扩展范围无法精准定位。防水煤柱留设技术是我国传统防治水技术，从根本处截断水体，然而却会造成开采时矿井资源的浪费，不适用于资源紧张型矿区。

3.2 水文地质动态变化对措施的影响

防治水措施受到矿井水文地质情况动态变化的影响，受到季节性降雨和采动影响。暴雨期间，矿井排水量增大，影响排水系统的排水能力和效果，例如南方某金属矿受暴雨期间，由于水灾时排水能力不足造成局部巷道出现积水；采动改变了矿区地下水径流走向，有可能使原有老空积水活化或造成新的导水通道，原有的防水煤柱或注浆巷可能由于应力重新分布而失效；同时受气候变化影响，造成的区域性长期性地表水位变化也会使原有防治水措施失去合理性，传统的防治水措施难以适应这种动态变化。

3.3 防治水措施的优化路径

防治水优化坚持技术可行、经济合理、环保达标的原则。建立多指标综合作用下的动态综合防洽水智能决策模型，综合开采、水质、水量等指标参数，并通过大数据分析及人工智能应用实现防洽水方法、措施的智能化、优化匹配。加大智能化监测手段的应用力度，利用分布式光纤、传感器物联网技术，对地下水位、水压力、水水质等进行动态监测、预测以及危险程度预估，预警预报，并据此提前修订防洽水方案。研发绿色化防治水技术，采用绿色化的注浆剂、注浆材料等防治水材料与治理技术，尽可能地减小对自然环境造成的损害，最大限度地实现资源循环利用。

结语

通过剖析不同含水层与地质构造对防治策略的影响，量化关键参数作用，并针对动态变化提出优化路径，构建了水文地质、防治水措施耦合体系。为科学选择防治技术、降低水害风险提供理论支撑。未来需进一步深化极端水文条件下的智能防治技术研究，推动矿山安全与绿色开采协同发展。

参考文献

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