水文地質勘察在礦山工程建設中的應用研究

尹建波，魏月

（山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊，濟南250014）

1 引言

礦山工程項目實際開采過程中的開挖深度較小， 同時目前關于水文情況的研究較少。 水文問題會作用于礦山工程，對礦山工程的建設和運行產生消極影響， 然而相關報道沒有引起礦山工程師們的重視。 目前，隨著礦山工程逐漸發展起來，開挖深度逐漸增加，隨之而來的水文問題也愈發嚴重[1]。因此，礦山工程建設過程中需對水文地質勘察引起關注， 確保在工程施工和后續使用過程中的安全性。 基于以上分析，研究介紹礦山工程建設中水文地質勘察的現狀，同時針對具體的問題，通過有效分析方法提出了礦山工程建設過程中的針對性策略，以此確保礦山工程的有序發展。

2 礦山工程建設中水文地質勘察的危害因素及鉆探技術

2.1 礦山工程建設中水文地質勘察的危害因素

礦山工程中水文地質勘察具有以下作用：其一，保護礦山工程周邊的環境，關注生態環境的動態平衡；其二，提高礦山地質勘察的準確度。 礦山工程建設中水文地質勘察的危害因素包括地下水水壓、地下水的升降、潛水位的變化、地下水的水質。 礦山工程在正式施工前需積極開展地質勘察工作，全面認識施工地區的實際地質情況， 綜合分析影響水文地質的相關因素。 地下水水壓在正常情況下均具有一定的穩定性，但在實際礦山開采過程中，地下水的水壓會被施工因素干擾，進而導致地下水水壓失去平衡， 導致礦山工程的施工進度受到影響，降低施工效率，更為嚴重的是，地下水的水壓會破壞地質結構的穩定性。圖1 是地下水的組成情況。地下水可視為包括承壓區這一區域。 假如地下水的水壓出現失衡現象，會導致基坑結構受到破壞，進而無法保證礦山工程滿足要求[2]。 礦山工程建設中，地質勘查需了解地下水的水壓情況，通過合理的處理方式和方法解決地下水水壓失衡現象， 進而有效促進礦山工程的順利開展，影響礦山工程質量。

圖1 礦山工程地下水的組成情況

礦山工程地下水位的上升或下降將會影響礦山工程的穩定性，進而無法保證礦山工程的安全性。 當地下水的水位上升時，則土壤結構中會滲透入大量的水，導致水含量逐漸升高，造成土壤軟化等問題。 當出現土壤軟化等問題后，土壤的承載力將大幅度下降，導致礦山工程的地基結構出現變動，進而直接影響地基結構的安全性， 這會對礦山工程的質量產生明顯作用。 嚴重情況下，礦山工程將面臨坍塌風險，以及人員受傷或者死亡等情況，進而給國家和個人造成不可估量的損失。

潛水位的變化大多數是由地下水水壓的穩定性失衡導致的，地下水壓會直接影響基坑的承載能力。 地下水的壓力將對基坑的承載能力產生影響，這會導致基坑的穩定性失衡，也會危及地質結構的安全性。 假如地下水的水壓超過一定的限值，則礦山工程還將出現地面下沉的問題。 礦山工程的項目確定方案還依賴于潛水等水位線圖，目前，水資源存在著大量的污染現象，正常情況下地下水的水質質量較高，在這種情況下，礦山工程的質量不會受到影響。 在人為因素的情況下，地下水污染情況日益嚴峻，地下水中富含大量的有害物質。 其中，影響最為惡劣的因素為酸雨， 這不僅會污染人類賴以生存的生態環境，同時還會對礦山工程的建設質量產生影響。

2.2 礦山工程水文地質勘察的鉆探技術及評價

在制訂地質鉆探技術的具體方案時， 責任負責人需綜合各方面的因素考慮，如地質勘察技術應用的可行性、成本、經濟效應，人工操作的難易程度、人身安全等，以此確?？辈旆桨冈O計的合理性和有效性。 鉆探技術包括反復循環鉆探技術、孔錘鉆探技術、繩索取芯技術。 反復循環鉆探技術包括水利反循環鉆探和空氣反循環鉆探兩種，本研究具體介紹前者。 該技術使用的介質通過鉆桿完成傳遞過程， 在鉆頭的協同配合過程中獲得巖芯，再將其傳送到孔口。 孔錘鉆探技術的優點是有效提升實際鉆進效率，且大幅降低鉆孔成本。 鉆探開采技術淺井和施工深槽的確定標準為單位面積下整體地質結構的數據，礦床的確定依據需保障經濟性和開采技術的可行性。 鉆探作業前技術人員需精密測量位置，使其在合理誤差范圍內。 陸域高程測量誤差范圍為-0.1～0.1 m， 陸域水平精度測量誤差為-0.1～0.1 m；水域高程測量誤差區間為-0.1～0.1 m，水平精度誤差取值區間為-0.5～0.5 m。 鉆井深度控制在5～8 m，實際鉆孔深度需在設計孔深10 cm 以內。 在正式開始施工前，礦山工程建設負責人需安排相關人員對地下水的滲透性進行全方位的檢測，大致能獲取地下水的具體狀況。 在實際水文地質勘察過程中，責任負責人需提升監督檢查力度，同時解決水文地質勘察過程中所發現的問題。 礦山工程地質勘察人員的相關工作需參考施工工藝及流程， 監理人員需運用標準化的流程開展工作，進而確保各項工作的順利開展[3]。 礦山工程水文地質勘察鉆探技術的評價體系如圖2 所示。

圖2 礦山工程水文地質勘察鉆探技術的評價體系

在礦山工程建設中應用水文地質勘察鉆探技術后， 研究需構建水文地質評價體系對實際應用價值進行評估。 評價體系主要包括5 個層面。

其一，整體分析地下水對巖土和地質等要素的影響，同時了解不良影響可能造成的危害，并據此提出干預性的處理措施。

其二， 依據礦山工程的實際地質狀況完善水文地質勘查工作，并通過互聯網、報刊等方式收集并整理相關數據，以此分析勘察結果。

其三，分析不同季節環境下地下水的變化規律，進而判斷今后地下水的狀況。

其四，結合地下水的水文現狀，全面評估地下水的危害。假如水文情況會對鋼筋結構等基礎結構產生不良影響，則需視情況對工程進行合理設計，進而確保礦山工程建設的安全性。

其五，確定相關人員的職責，健全評價體系機制。礦山工程水文地質勘查工作人員需強化自身的管理意識，深化對水文地質重要性的認識。 對于在工作中表現較差的員工，需建立懲罰機制對其進行處罰；反之，則通過獎勵機制對其加以獎勵。 同時，水文地質勘查工作中需采取追責機制，將每項工作的具體內容分配給不同人員。 假如相關責任人沒有做好相關的工作，則在后期工作中需提升他們的學習能力、工作能力、業務水平。

3 礦山工程水文地質勘察的實際應用效果

研究將結合小上峪石灰石礦綠色礦山資源的現狀及水文地質勘察結果，對礦山工程水文地質勘察措施的實際應用效果進行分析。 評價內容主要包括水文重要參數、生態環境指標、鉆探定位精準性。

小上峪石灰石礦山工程監測點設置依據環境監測點原則進行設計，考慮環境影響的范圍和礦山開采的特點，且這些監測點具有可靠性、先進性、科學性等特性，總共布置4 個監測點。 在對礦山工程的地下水位和潛水位進行合理控制后，小上峪石灰石礦山工程中監測點1～4 的一年四季給水度、 滲透系數、導水系數、越流系數、水動力彌散系數、貯水率均在合理范圍內，數值均在0.6～0.8 之間。 監測點3 的給水度和滲透系數最高，數值為0.71 和0.78。監測點2 和監測點3 的導水系數相同，且比其余兩個監測點位高，數值為0.79。 監測點4 的越流系數、 水動力彌散系數、 貯水率均比其余3 個點位的數值更高，數值分別為0.7、0.76、0.73。 其中，監測點1 的6個水質參數均比其余3 個監測點的數值更小， 這可能是因為監測點1 附近礦山資源豐富， 而其余3 個監測點附近的礦產資源較為稀缺，這點和實際監測結果相符。因此，該礦山工程的地下水狀況能滿足實際水文勘察工作的要求。圖3 是3 個監測點地下水水質參數情況。

圖3 4 個監測點地下水水質參數情況

在小上峪石灰石礦山工程中實施環境污染綜合治理技術后，對于生態環境指標而言，重金屬離子濃度、氮氧化物濃度、二氧化硫濃度、顆粒濃度、一氧化碳、臭氧、光化學氧化劑、硫酸及硫酸鹽氣溶膠、硝酸及硝酸鹽氣溶膠、活性中間物均符合2022 年國家礦山地質環境評價指標體系。

對比傳統鉆探技術， 先進鉆探技術對于礦山資源有更為精準的定位。 隨著礦藏資源深度的增加，兩種鉆探技術的定位偏差均隨之增加，且隨著地礦資源的豐富程度而逐漸增加。 但先進鉆探技術的定位偏差最大值約為50 m， 而傳統鉆探技術的定位偏差可達到100 m。 總體來說，先進鉆探技術的定位精度對比于傳統鉆探技術提高了近70%?？紤]到經濟成本，先進鉆探技術所用到設備價格雖然比傳統設備的費用更為昂貴，但后期維護周期更長，且施工周期更短，因此，總體具有極強的實用價值。 對于不同鉆探技術下的水理化性質而言，兩種不同技術的水理化性質檢測結果顯示，水溫、溶解氧、電導率、酸堿度、濁度、氨氮、硝酸鹽和礦物質等地下水理性質存在較大的區別。 在對小上峪石灰石礦綠色礦山工程應用實施先進鉆探技術和綜合治理技術后，礦山工程的地下水水質更優，且對人體有害的化學物質相比傳統治理技術顯著更少， 為礦山工程的順利開展提供了可能。

4 結論

礦山工程在設計和施工過程中極其關注水文地質勘察工作。 水文地質情況的全面分析可避免其對礦山工程產生不良作用。 依據現階段水文地質的消極作用，本文總結了地下水水壓、地下水水位、潛水水位等危害，同時針對具體的問題提出了解決措施，并將其應用于實際案例以分析應用效果。 結果表明，應用礦山工程水文地質勘察措施后，地下水水文參數在合理數值內， 且探礦技術相比較于常規鉆探技術具有更加精準的定位。 研究構建的礦山工程水文地質勘察的應對措施能阻止地下水水文地質條件對工程產生的不良作用， 促進礦山工程安全有效的正常運行。