礦山水文地質結構及其采動響應分析

郭 俊，王 婧

（青海省有色第三地質勘查院，青海 西寧 810000）

礦山水文地質結構擁有隔水層與含水層，其內部真實的組合關系還帶有采掘空間、導水通道與各類補充型水源等，此結構的活動運行會直接影響到采掘活動的整體安全，只有加強礦山周遭的生態(tài)保護才能使水資源的補給更為合理，使其能量變化與正常代謝更加有效。

1 礦山水文地質結構中水害的主要類型

礦山水文地質結構內的水害存有較多類型，由于其開采強度的改變而發(fā)生了開采重心向西轉移的現象，也出現了更多類型的水害。相較于礦山水文地質內額結構特征，礦井水害與其有著極高的相似度，因而專業(yè)人員也可對礦井水害進行深入研究。具體來說，相關人員可依照充分含水層、煤層、導水通道與充水水源等關系對水害結構進行合理劃分。從充水水源與開采煤層的空間位置上來講，可將水害劃分成貫通型水害、底板水害、頂板水害、地表水水害與大氣降水水害等。根據老空水害等典型問題又能將其分成老空水害、其他類型水害等。

（1）開采層與充水水源間的水害。對于地表水水害而言，其煤層開采會經常受到地表湖水與地表海水的威脅，多存在于水庫底部的煤礦開采。頂板水害或底板水害都存在單層水害、組合型水害，在實行煤層開采期間會遭受多類基巖的威脅，此類水害多發(fā)生在我國的西北部，如東北、西北型煤田等。貫通型水害主要分成斷層水害、陷落柱水害等，若在煤層開采過程中突然遭受突水威脅，則可能輸此類水害，其大多會發(fā)生在各類開采區(qū)。

（2）老空水害的主要類型。其一，正常的老空水害可分成隔離型、底板型、同層型與頂板型等水害類型，開采人員可依照不同形態(tài)來確認水害名稱，并采用對應性措施進行高效管控。其二，老空水害還囊括了其他類型水害，即側向含水層、煤層含水層水害，由于此類煤層本身就帶有水分，在開采過程中可能會在側向遭遇突水威脅。

2 礦山水文地質結構中水害的具體特征

在完成水害類型的劃分后，為使其防治工作更有針對性，管理人員需了解每項水害的具體特征，當發(fā)生水害時其防治重點才會更為明確。

（1）大氣降水水害。地下含水層內的重要補給水源即為地表水與大氣降水，根據當前的礦山開采現狀，大氣降水為直接且唯一的充水水源，其降水強度會給礦山水害帶來重要影響，二者在時間上還存有極強的同步性。因此，防治大氣降水水害的主要方式為隔斷因開采而引發(fā)的坡面徑流、地面裂縫、導水縫隙帶與大氣降水間的聯(lián)系，在雨季期間還要及時對地面裂縫進行封堵，改進季節(jié)性河流的改道與鋪底。而在防治地表水害期間，工作人員需對采動范圍進行有效控制，避免因導水產生的裂隙破壞隔水層，或利用填充等方式降低導水裂隙帶的發(fā)育高度，使隔水層的整體結構保持完整。

（2）頂板水害與底板水害。就頂板水害來說，若層狀結構完整，且遭遇突水時其內部的導水裂隙帶、煤層垮落帶會影響到頂部含水層，繼而發(fā)生頂板水害類事故。根據當前的多種頂板水害案例，主要可分成離層水害、組合型水害與單層水害等，而組合型水害依照其不同的組合關系與結構類型還能細化為更多類型。防治頂板水害的主要原則為維持隔水層結構的完整度，其主要措施有限厚開采、充填開采等，在開采期間要降低其給隔水層帶去的影響。

針對底板水害來說，此類危害的威脅主要在于底板中石灰?guī)r內部的含水層，此類危害也可詳細劃分成組合型水害與單層水害。根據石灰?guī)r自身易巖溶的性質，會給含水層帶去較大壓力，在開采過程中極有可能發(fā)生事故。在防控底板含水層期間要采用改造注漿、工作面注漿或疏水降壓法等。

（3）貫通型水害。貫通型水害產生的主要原因在于煤層的大力開采引發(fā)的水文地質結構擾動，也為水害提供了更為便利的通道。在劃分此類水害時還能對照其致災機制與不同結構，由于我國主要的水災事故皆來自于斷層導水，多處礦山事故也源于導水陷落柱，治理或預防的關鍵為采用注漿等多種手段來加強導水通道的限制，并將含水層與采掘空間進行一定的隔離。

（4）老空水害的防治手段。當采空區(qū)域被水填充后會形成一定程度的積水區(qū)，若擾動積水區(qū)或開采煤層則會引發(fā)突水事故，基于開采煤層與采空區(qū)間的位置不同，其形成的老空水害的類型也各不相同，因而只有在了解該區(qū)域正常的水文地質結構后采取的防治手段才更加有效。針對其他類型的水害，工作人員在防治期間還要對照不同的煤層形態(tài)，從而增強防治工作的合理性與可行性。

3 礦山水文地質結構內的采動響應

在研究礦山水文地質結構內的采動響應時，工作人員需看出在采掘活動的影響下該區(qū)域地質結構中的隔水層與含水層的損壞體現與具體變化。采動響應與地質結構內的諸多要素，如工作強度、采掘位置、地質溫度、時間效應、水的滲流與地質結構等有著密切聯(lián)系。

（1）覆巖采動響應。礦山覆巖中的基巖與松散層的不同主要體現在結構、組合，二者間的厚度也與富水層位不同。覆巖內部的松散層與基巖的接觸面在巖體內的優(yōu)勢結構面中，會對覆巖的破壞與變形產生極大影響。覆巖變形的主要形式為“上三帶”，也就是常說的彎曲下沉帶、裂縫帶與垮落帶等，此類形態(tài)會改變覆巖的整體地質結構。離層含水與單層含水會引發(fā)突水水害；在富水或松散層組合結構中會出現采掘潰砂類水害。在防治頂板突水期間，工作人員需仔細研究隔水層的厚度與位置、水壓作用、導水裂隙帶的高度與開采時間等，才能最大限度的遏制頂板突水事故。

采掘潰砂屬當前礦山開采中較嚴重的地質災害，由于在采掘期間松散層內的水砂流入礦山下，其行為嚴重威脅到了地質挖掘工作人員的安全。相較于多種流砂災害來說，采掘潰砂的危害程度更高，由于其帶有高勢能、高水壓等特點，一旦發(fā)生危害則會因其沖擊力強、速度快給礦山開采人員帶去極大傷害，并形成灌頂式的災害。比如，在2018 年底某礦山在開采過程中就因采掘潰砂給相關人員造成了極大的傷害，也帶去了多種經濟損失。

采掘潰砂主要的危險源位于采掘活動中的潰砂通道與含水砂層，若導水裂隙帶與垮落帶進入到含水砂層就會引發(fā)此類事故。在發(fā)生潰砂的過程中其水文地質結構將與其采動響應產生密切聯(lián)系，并將其分成滲透破壞型、直接揭露型與人為通道溝通型等。發(fā)生采掘潰砂需滿足多種條件，比如，含水砂層的通道要達到運移與啟動條件，且?guī)r體遭受破壞的程度較高。

（2）底板采動響應。由于各巖體的地質結構不同，礦山還存有底板采動響應，具體來說，當前我國的多種煤礦都遭受著底板石灰?guī)r中含水層的威脅，如華南的茅口灰?guī)r、華北的石灰?guī)r等。隨著采掘深度的改變，水壓也變得越來越高，各煤層在開采期間會遭受高地溫、高地應力、高水壓的強力威脅。在礦井發(fā)生突水事故后，礦井內部的涌水量會急劇增加，繼而快速降低地下水位。比如，某礦山在開采過程中發(fā)生了含水層內的突水事故，發(fā)生事故的位置其觀測孔的水位下降了15m 左右。

防治底板突水的主要措施為工作人員需時常關注采動前后的地質結構變化，如水位水壓、富水性、含水層的具體位置、巖層的破壞深度與底板的變形狀態(tài)等，通過科學的檢測技術能精準地測量出其前后變化的具體數值，通過對此類事故的詳細研究，了解其發(fā)生的條件，才能最大化降低底板突水事故給水文地質結構帶來的影響。當前我國劃分底板突水類型的主要依據為石灰?guī)r組合，借助不同的水文地質條件可切實掌握底板突水的實際狀況。

例如，青海地區(qū)在進行底板采動響應時，其工作人員發(fā)現因水壓或采掘深度的改變會給煤層開采帶去較大威脅，并引發(fā)突水事故，在詳細研究該區(qū)域的各項地質指標后，對其進行科學化改造，降低了事故發(fā)生的概率。

（3）地質結構內的采動響應。地質結構中的采動響應將主要帶來貫通型水害，其事故類型可分成采掘潰砂、頂底板突水等。若突水事故帶有斷裂構造，其主要擁有著兩種形式，即因開采擾動而產生的斷層活化，并形成了導水通道；因煤層開采而生成的天然導水通道，相較于斷層突水，巖溶塌陷與陷落柱的結構與其相似，且產生的水害發(fā)生機制也相同。華北等多個地區(qū)的煤層會遭受石灰?guī)r水的威脅，底板高承壓下的石灰?guī)r水會涌入其底部正在發(fā)育的礦區(qū)，繼而出現斷層或巖溶陷落柱，其在進入到溶穴后會引發(fā)后果嚴重的突水事故。比如，某礦山在挖掘過程中因工作面出現斷層而引發(fā)底板突水，部分區(qū)域甚至還出現了采掘潰砂現象，其突水量在短時間內快速升高，改變了該區(qū)域的水文地質結構。

專業(yè)人員為改善區(qū)域性水文地質結構特性，要對其進行充分的研究與保護，具體來說，在進行煤層開采的同時要設計多類安全煤柱，其主要作用為充分的分析與考慮煤層開采后的破壞范圍。針對安全煤柱的設置要充分結合其實際尺寸，并有效控制水砂、地下水或地表水進入到礦井內的現象，增強此類水文地質結構的有效性。在設計各項災害防治措施的過程中，要仔細研究阻水結構中的空間位置、穩(wěn)定性、性質與阻水厚度等，借助充分的研究與指導，適時填充隔水層或含水層，而運用注漿填充法能有效遏制含水層內的富水性，提升整體的隔水強度，增強地質結構的改造效果。

4 結語

綜上所述，通過對礦山水文地質結構的詳細研究，工作人員應了解此類水害的主要類型，在分析了對應性的采動響應后要對該區(qū)域的綜合環(huán)境有更為明確的認識，在采取礦產資源時要不斷提升其準確性與安全性，利用采動效應的專業(yè)化分析提升此類資源開發(fā)利用的綜合效益。