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水文地质对矿山灾害的影响及防治措施论文

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2025-07-24 16:18:33    来源:    作者:xuling

摘要:水文地质是矿山勘察的重要组成部分,涉及地下水分布、运动规律等,其研究对矿山开采安全至关重要。在采矿过程中,水文地质因素变化可引发地表沉降、矿山水污染、土层液化、岩层崩塌和水平衡紊乱等灾害。

  摘要:水文地质是矿山勘察的重要组成部分,涉及地下水分布、运动规律等,其研究对矿山开采安全至关重要。在采矿过程中,水文地质因素变化可引发地表沉降、矿山水污染、土层液化、岩层崩塌和水平衡紊乱等灾害。为防治矿山地质灾害,需采取及时修复破坏区域、做好水环境监测、科学开发和利用资源、定期开展勘探工作以及平衡地下和地上水资源等措施。通过这些措施,可有效降低矿山地质灾害风险,保障矿山开采的安全性和可持续性。


  关键词:水文地质;矿山;灾害;防治


  水文地质调查是矿山勘察重要的组成部分,涉及地质、采矿以及安全等多个领域,调查的主要内容为矿山地质背景调查、水文地质条件调查、地下水资源评价以及水文地质环境调查等诸多方面。在矿山开采工作中,水文地质因素是导致灾害事故发生的主要因素之一,缺乏必要的水文地质资料,极易发生地质安全事故,不仅严重影响工程人员生命财产安全,而且严重破坏矿区周边生态,并引发一系列负面连锁反应。因此,在矿山开采前期的勘察阶段,工作人员必须对水文地质状况进行深入调查,全面掌握相关情况。同时,将调查结果与矿山开采领域的专业研究成果相结合,依据矿区的实际水文条件和潜在地质灾害风险,制定科学合理的预防策略,从而有效降低矿山地质灾害的发生概率,保障矿山开采的安全性和可持续发展。


  1矿山地质灾害防治现状


  由水文地质因素导致的矿山地质灾害成为国内外专家学者重要的研究内容,通过水文地质因素导致的矿山灾害进行充分分析,总结为二个主要特点,一是矿山灾害的发生与周边地质环境有极大的关系,在降水较多且地形复杂的山区,泥石流和滑坡灾害发生概率较大,采矿活动将进一步加剧周边复杂地质活动,增加灾害发生概率;二是灾害类型多,不同类型水文地质活动导致的灾害发生类型不同,若发生强烈的地震活动,矿山极易发生巷道崩塌,地表塌陷以及涌水等灾害。


  在水文地质实际调查工作中,常用钻探、物探的方式获取地下水文、岩层渗透性以及水质等数据,通过可结合地理信息技术、数值模拟以及深度学习技术实现地下水和岩层的活动的可视化与动态模拟,实现矿山开采过程中可能存在的水文地质灾害预测。与此同时,对于矿区周边水资源环境的检测也是地质灾害防治重点关注的课题之一,现阶段多采用安装地下水位监测仪实时获取周边地下水变化情况。但是目前仍有很多矿山企业安全意识淡薄,对水文地质灾害认识不到位,存在一定的侥幸心理,导致矿山地质灾害时有发生。

  随着我国生态文明建设的逐步发展,近年来对于矿山环境治理工作越来越规范,极大改变了原来“先开发后治理”的粗放式开采理念,逐步将单纯的经济效益向综合效益发展。对于矿山地质灾害的防治工作也逐步走向科学化、绿色化的可持续发展道路,不仅提升了矿山灾害的预警能力,也增强了灾害发生时应急处置措施,通过快速响应应对矿山地质灾害发生时的各类风险。现阶段,对于地质灾害风险的应对措施多集中于灾害防范和灾害救助,但对于灾害预警和预报的方法及能力尚未成熟。随着国内外学者的理论研究和应用科学的发展,对于矿山地质灾害的研究未来将多集中于岩体变化、泥石流以及坍塌等灾害的预警和防控对策,探索有效的治理方法,确保矿山开采的安全性。未来,矿山地质灾害防治将借助大数据、物联网等先进技术,构建智能化监测预警系统,精准捕捉岩体变形、泥石流前兆等关键信息,实现灾害的超前预警。同时,结合生态修复理念,探索绿色治理技术,打造生态友好型矿山,推动矿山开采与环境保护的协调发展,为矿业可持续发展提供坚实保障。


  2水文地质因素对矿山地质灾害的影响

       2.1地表沉降


  地表沉降是矿山开采和生产过程中常见的地质灾害之一,其发生的根本原因是地层中的离散介质在外力的作用下产生的移动下沉现象。在矿产地质灾害的沉淀灾害中,地质构造和土地结构密度的差异变化是发生沉降的主要因素,在其他条件相同的情况下,受到地质和水文等因素的影响,土地密度较大时更易发生地质沉降灾害。


  矿区发生沉降的主要原因分为两类,一是由于人类活动因素的干扰,在矿山开采过程中,由于对水文地质缺少必要的保护措施,爆破和开挖等活动对原有的水文地质造成破坏,导致地表发生沉降;二是自然因素导致水文地质失衡发生地层构造发生断裂和移动,进而导致地表沉降和水文发生剧烈变化。


  2.2矿山水污染


  矿山水污染事件对周边土壤和地下水的影响较为严重,主要体现在地表水污染、地下水污染以及土壤污染,其中矿山污水中的悬浮物、固体废料淋滤、氰化物、重金属、残余炸药等对土壤造成直接污染,污水中的毒性物质在地表水体富集,采矿过程中地下水渗入矿井,携带重金属(如铅、镉、砷、汞等)和酸性物质(如硫酸)等有害元素在环境中积聚,重金属离子含量持续增加。污染物渗入地下,通过水土交互作用降低土壤质量,造成农业灌溉和工业用水质量下降,农田受污染,土地利用效率和价值下降,对对生态系统产生连锁性负面影响,严重影响周边居民身体健康。


  2.3土层液化


  地震等自然灾害对土层结构的影响时十分巨大的,地震灾害后,常发生土层液化的特殊地质变化现象。特别是对于沙质土,地震发生后会改变原来的结构,产生大量细小的颗粒,发生强烈的液化现象,并且极大的改变地下水位,这种变化会削弱高含水量薄砂层的稳定性。此种情景下,地层中的水分受沙土压力向裂缝空隙中聚集,长此以往,沙土将呈现出液体特征,地质状态发生显著变化,导致土层液化的地质灾害。


  土层发生液化后,原有的地基受力结构发生巨大变化,土地承载力迅速下降,可能导致建筑物产生不规则的、不均匀的沉降,导致建筑物发生裂缝,对建筑物的安全使用造成威胁;在边坡结构中,土层液化导致边坡失去抗剪力,极易导致发生大面积的滑坡,严重威胁周边工业、居民地安全;土层液化过程中,矿区工业用水将随着地下扩撒,造成地下水的污染,对周边农业灌溉及生活用水造成影响。


  2.4岩层崩塌


  矿山的开采和运营过程中,岩体受力发生巨大变化,导致发生矿区地表或采空区发生地面下沉,采矿区山体发生滑坡或岩层崩塌。在开采矿山过程中,通常采用保留矿柱的方式对上部岩体提供足够的支撑力,若矿柱的支撑力度不足则会导致矿体出现塌陷,特别是对于地质较为软弱的区域,地面塌陷风险更高,给矿山安全生产带来极大的风险。对于埋深较深的矿体,需对采空区及时的补充填埋,常用的填埋材料包括废石、矿沙、矸石以及混凝土等,通过填充法、注浆法以及崩落法将其填充,既能减少地面废渣,也能降低地面下沉风险。


  此外,对于溶洞区域的矿体,在排水施工过程中,溶洞上方空旷区域极易发生岩层崩塌现象,不仅对周边环境造成极大的破坏,还可能引发矿山安全事故。在此类矿山发生岩层崩塌时,地表水将顺着坍塌区域的裂缝进入矿山内部,导致井体淹没或岩体的塌落,对矿山的安全生产带来极大的挑战。


  2.5水平衡紊乱


  矿山水平衡紊乱是指在矿山开采过程中,由于对地下水和地表水系统造成极大干扰,导致原有水平衡系统发生严重破坏,造成地下水位发生极大变化,当地的水资源逐步枯竭,对当地民众的日常生活和工农业生产带来极大的影响,甚至干扰矿山的正常开采工作[5]。


  当停止排水后,地下水将缓慢回升会对断裂带的导水能力产生影响,对矿山的稳定性造成破坏。地下水的水文平衡与矿山的安全紧密相关,若发生水平衡紊乱的状况,水体和岩体的受力状况将发生极大改变,诱发地质灾害风险。地下水的稳定状态是保证矿山安全开采的关键因素之一,地下水水位变化、流动以及水质状况都会对采空区的稳定性造成极大影响,因此要合理的调控地下水的采量和补给,保持地下水平衡稳定,防止发生坍塌。


  3矿山地质灾害防治措施

       3.1定点修复破坏区域


  矿山发生滑坡、崩塌以及地表沉降都是有迹象的,特别是特殊区域会发生明显的变化特征,因此需集中精力聚焦于地质灾害受损的关键位置,若发现明显的裂缝或落石区域,要提前采取必要的勘察和防护措施,对裂缝的状态进行勘察,设置提示标识和防护围栏,必要时对裂缝和坍塌区域进行回填和加固,防止裂缝和塌落区域的进一步发展。


  在易发生滑坡和大规模坍塌的区域可采用设置挡墙和增加锚杆的方式增强边坡的稳定性。挡墙是一种被动防护措施,在矿山的边坡底部设置墙体结构,多采用墙体的自身重量抵抗土压力,防止土体滑坡和坍塌。增加锚杆是在边坡内部安装锚杆,将边坡的极易发生变化的土体与稳定的岩体相连接,增加土体的整体稳定性。锚杆加固需根据边坡的土体压力分布、边坡的地质条件以及滑动面位置进行选择相应参数,选择科学合理的深度、锚杆类型以及注浆方式等。


  3.2开展水环境监测工作


  矿山的水文地质监测工作是一项包含地质灾害预警、防治等过程的极为关键的工作。随着安全生产及生态文明建设的发展,矿山水文地质监测工作越来越受到人们重视,相关的技术和仪器设备也在不断地更新换代,通过优化监测方法,合理布局地下水监测点,实现监测区域的科学分类和规划,保障监测数据的准确性。先进的观测设备和仪器对水文地质监测人员提出了更高的要求,促使相关技术人员不仅要学习相关理论知识,更要熟练运用各种设备,提升信息化监测水平。此外,为了进一步提升公众对水环境信息和资源利用情况的了解,可在网络服务平台费中添加相关水环境监测服务平台,实时发布相关信息,并引入社会监督力量,逐步建设成为网络化监测平台,推动水环境监测工作智能化,提高监测效率。

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  3.3合理规划应急方案


  科学规范的应急方案是矿山资源合理开发的前提和基础,针对矿山地质灾害应提前做好预案措施,包括应对地面沉降、水文地质发生变化以及其他严重的地质灾害发生,不仅要预防严重地质灾害的发生,也要在发生灾害时能够及时启动紧急预案,减少或阻止不必要的损失。基于此,在对过往的矿山水文地质灾害案例的总结至关重要,吸取经验教训并做出合理处置方案可最大限度降低损失。

       3.4科学处理地下水


  地下水作为人类生存与发展的关键资源,一旦受损,将造成巨大经济损失。因此,必须科学处理地下水问题,降低其对环境的负面影响,提升防治效果。同时,在治理水污染的过程中,还需注重水资源的合理调配,确保其为矿山发展提供有力支撑。此外,水资源的不平衡也是导致不同区域矿山地质灾害的主要因素,部分地区降水充沛,地下水储量丰富,可能对地壳产生较大压力,导致地质灾害;而其他区域则可能面临水资源匮乏问题,过渡开发可能导致水文地质灾害。因此,矿产资源管理及应急灾害处置部门要根据区域水资源实际情况,制定符合实际的管理策略,确保地下水资源的科学利用。


  3.5动态开展勘探工作


  通常情况下,水文地质因素对矿山地质灾害的影响是不容易发现的,随着细纹因素的不断积累,各类因素相互作用,一旦突破临界点,就会产出较为严重的地质灾害。每次较大的地质灾害发生前,都会伴随着细微的水文地质变化,若能在早期发现并采取必要的防护措施,将实现灾害的早期干预与预防,减少不必要的损失。水文地质的监测工作是矿山开采必不可少的灾害预防工作,其监测过程应贯穿矿山开采的全生命周期,防止不可靠的开采方法和开采技术对水位地质条件造成巨大影响,有效规避地质灾害风险。通过动态采集的水文地质数据,对矿山的安全稳定生产环境全面勘察,及时获取隐患,确保安全生产。


  3.6平衡地下和地上水资源


  通过对诸多矿山地质灾害案例的深入剖析,很多安全事故的原因是地下水的过度开发与不合理使用。地下水是保持岩层平衡稳定的重要方面,地下水的持续流动或急剧减少会极大的降低承载力,上方的岩层会发生重大的失稳现象,造成矿山地质灾害风险的增加。


  在地质灾害治理工作中,技术人员需先识别区域内潜在的地质灾害类型,精准分析其成因,并针对具体诱因制定针对性的防治策略。人为工程建设和开发活动不仅会对水环境造成污染,还可能对水文生态系统产生深远影响,严重时甚至会破坏地下水生态平衡。因此,必须加强对地下水污染的治理力度,采用科学有效的防治手段,最大限度地减少污染扩散范围,提升污染治理能力。此外,在地下水开采过程中,应严格控制开采强度,防止因过度开采导致地面沉降等问题。制定科学合理的开采方案,确保地下水的可持续利用,是保障区域生态平衡和水资源安全的关键。


  4结语


  由水文地质因素导致的矿山地质灾害成为影响矿山安全生产的重要因素,本文首先对矿山地质灾害的防治现状进行阐述,包括水文地质灾害类型及防止方法,常见的矿山水文地质灾害包括地表沉降、矿山水污染、土层液化、岩层崩塌以及水平衡紊乱等,根据水文地质灾害类型,提出矿山水文地质灾害防治措施,包括定点修复破坏区域、定期开展水环境监测、合理规划应急方案、科学处理地下水、动态开展勘探工作以及平衡地下水和地上水资源等,以最大限度减少水文地质灾害对矿山开采造成的经济损失。