楊柯敏，丁素玲

（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

石灰石礦山的開(kāi)采給人們提供了豐富的礦產(chǎn)資源，同時(shí)也帶來(lái)了一系列的環(huán)境問(wèn)題，特別是在水資源貧乏、生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū)，大范圍凹陷式開(kāi)采石灰石礦產(chǎn)，使水資源面臨嚴(yán)重的失衡問(wèn)題，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。當(dāng)前，維持水資源平衡、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的任務(wù)日益艱巨。我國(guó)是世界上淡水相對(duì)貧乏的國(guó)家之一，如何合理開(kāi)發(fā)石灰石礦產(chǎn)資源，同時(shí)有效保護(hù)地下水資源，避免人類生存環(huán)境的惡化，成為促進(jìn)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大課題[1]。以往對(duì)石灰石礦山開(kāi)采環(huán)境影響的研究多集中于生態(tài)環(huán)境方面，對(duì)其水環(huán)境影響方面的研究較少。筆者從水資源量的角度入手，以廣東省某石灰石礦山開(kāi)采對(duì)水環(huán)境的影響為例，剖析了石灰石礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)導(dǎo)致地表水、地下水失衡的機(jī)理，并提出控制措施。

1 礦區(qū)環(huán)境概況

1.1 水文氣象

礦區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量1643.5mm，年平均風(fēng)速1.6m/s，年平均氣溫21.4℃，年平均相對(duì)濕度74%。屬韓江流域梅江水系，距離礦區(qū)最近的烏土河從礦區(qū)東側(cè)由北向南流過(guò)，匯入石窟河。

1.2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

礦區(qū)位于低山丘陵地帶，地下水類型主要為松散巖類孔隙水和碳酸鹽類巖溶裂隙水。

松散巖類孔隙水主要分布于礦區(qū)東部和南部低洼地段，含水層主要由沖洪積、坡殘積和人工堆積的砂礫等組成，厚度為2～20m；碳酸鹽類巖溶裂隙水廣泛分布于礦區(qū)中部及西北部，含水層主要由下二疊統(tǒng)棲霞組(Pq)淺灰黑色中厚層狀灰?guī)r和中上石炭統(tǒng)壺天群(C2+3ht)灰質(zhì)白云巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等組成，巖層由東向西逐漸增厚，厚度幾十至180m，是礦區(qū)主要含水層，也是賦礦層。

區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育兩條由南至北的正斷層。斷裂帶及其附近巖層比較破碎，被后期巖脈所充填，具一定的導(dǎo)水性和富水性。但由于附近無(wú)較大的地表水體，構(gòu)造斷裂未溝通較大的含水構(gòu)造，富水性不強(qiáng)，對(duì)礦床開(kāi)采無(wú)影響。

礦區(qū)內(nèi)各含水層均接受大氣降水補(bǔ)給，徑流排泄條件較好，地下水主要以潛流狀態(tài)向地勢(shì)低洼處排泄。礦區(qū)水文地質(zhì)條件如圖1所示。

2 礦坑涌水量及影響范圍預(yù)測(cè)

礦區(qū)位于地下水補(bǔ)給區(qū)，含水層主要補(bǔ)給來(lái)源是大氣降雨，可視為無(wú)限含水層。礦床主要充水通道為基巖裂隙和小規(guī)模的斷裂裂隙。對(duì)于水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單或中等的礦區(qū)，可以用“大井法”預(yù)測(cè)礦坑涌水量[2-3]。

2.1 石灰石礦產(chǎn)開(kāi)采對(duì)地下水資源量影響預(yù)測(cè)

礦山在開(kāi)采過(guò)程中采用抽水的方式排泄礦坑內(nèi)的積水，該積水主要源于降雨與含水層的側(cè)向補(bǔ)給。

根據(jù)當(dāng)?shù)亟杲涤曩Y料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，歷年日平均降雨量4.59mm，則礦區(qū)內(nèi)降雨總量Q雨為5.76×103m3/d。

圖1 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

潛水含水層的側(cè)向補(bǔ)給量用“大井法”計(jì)算：

式中，Q涌——潛水含水層的涌水量，m3/d；

rw——礦坑系統(tǒng)引用半徑(m)，rw=0.564

F——礦坑面積，m2；

R——礦坑疏干時(shí)含水層的影響半徑，m，

Sw——水位降深，m；

K——滲透系數(shù)，m/d；

H——潛水位到礦坑最低開(kāi)采境界的距離，70m。

本次將開(kāi)采區(qū)作為研究對(duì)象，面積為1.57km2。由于礦區(qū)內(nèi)第四系孔隙潛水含水層與下伏碳酸鹽類巖溶裂隙含水層之間無(wú)隔水層，兩者水力聯(lián)系較為密切，將二者概化為統(tǒng)一的含水層。各參數(shù)取值見(jiàn)下表。計(jì)算得Q涌=1.56×104m3/d。

參數(shù)取值

由式(1)計(jì)算可得礦區(qū)礦坑排水造成的水資源損失總量：

2.2 石灰石礦山開(kāi)采造成的地下水影響半徑預(yù)測(cè)

根據(jù)礦區(qū)的平面形狀，確定該區(qū)地下水影響半徑的計(jì)算公式為：

式中：r0——引用半徑，m；

F——坑道面積，m2；

K——滲透系數(shù)，m/d；

S——水位降深，m；

H——潛水位到最低開(kāi)采境界的距離，m。

通過(guò)式(4)計(jì)算可得礦坑排水的含水層水位影響半徑R為1165m。將形狀不規(guī)則的采區(qū)按照面積等同的原則將其轉(zhuǎn)換為假定的圓形區(qū)域，則采區(qū)的半徑r0為707m。整個(gè)礦區(qū)排水的影響半徑R0為1872m，影響面積為11km2。

3 流域內(nèi)水資源損失量計(jì)算

流域指以分水嶺為邊界的一個(gè)由河流、湖泊或海洋等水系所覆蓋的區(qū)域以及由該水系形成的集水區(qū)。該流域內(nèi)地下水與地表水聯(lián)系密切，地下水在地勢(shì)低洼處以潛流形式補(bǔ)給地表水。礦坑排水包括降雨及含水層的側(cè)向補(bǔ)給兩部分，因此，礦體開(kāi)采對(duì)地下水環(huán)境造成影響的同時(shí)，也對(duì)流域內(nèi)地表水水資源量造成一定程度的影響。礦坑排水影響大小與礦坑所占流域面積大小成正比。筆者按照流域的概念對(duì)礦區(qū)所在流域進(jìn)行了劃分，流域邊界以分水嶺為界，面積約81km2。流域劃分如圖2所示。

礦區(qū)約占其所在流域面積的2%，所占比例較小。因此礦坑排水對(duì)該流域內(nèi)水資源量影響不大。

綜上可知，礦坑排水導(dǎo)致的地下水影響半徑及整個(gè)流域的水資源損失量不大，故其對(duì)礦區(qū)周邊水環(huán)境影響較小。

4 防治措施

圖2 礦山所在流域劃分

凹陷開(kāi)采中周圍的地表水與地下水向礦坑內(nèi)匯集，礦坑長(zhǎng)期排水可能造成礦區(qū)及鄰近區(qū)域的地下水水位下降、含水層疏干等，甚至可能引起地面塌陷、荒漠化等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題[4]。因此，采取相關(guān)的水環(huán)境保護(hù)措施是必要的。

(1)以均衡開(kāi)采為原則，防止地下水超量開(kāi)采。進(jìn)一步確定早期鉆孔的位置、封孔情況和當(dāng)前狀態(tài)，對(duì)封孔差的鉆孔采取注漿封堵措施將其封閉以減少其對(duì)采礦安全的威脅以及保護(hù)地下水資源[5]。

(2)礦區(qū)外圍設(shè)置截洪溝或擋水堤，減少區(qū)域水資源量損失。

(3)建立地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在礦區(qū)周圍布置地下水水位觀測(cè)井，監(jiān)測(cè)水位的變化。防止礦產(chǎn)資源開(kāi)采過(guò)程中由于地下水水位變化誘發(fā)的地面沉降和巖溶塌陷等環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題。

(4)制定供水應(yīng)急預(yù)案，一旦發(fā)現(xiàn)因礦山開(kāi)采影響周邊居民飲用水的情況，立即啟動(dòng)預(yù)案。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)計(jì)算可知，礦坑排水量為2.14×104m3/d,影響半徑為1872m。從流域角度分析，礦區(qū)約占其所在流域面積的2%，占比例較小。因此礦坑排水對(duì)該區(qū)水資源量損失影響不大。

(2)針對(duì)礦坑排水可能對(duì)水環(huán)境造成的影響，提出設(shè)置排水溝及擋水堤等措施，制定地下水監(jiān)測(cè)計(jì)劃。在采取上述措施基礎(chǔ)上，能夠保證礦坑排水對(duì)水環(huán)境的影響得到有效的控制。

[1]周進(jìn)生,王劍輝,黨學(xué)亞.礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)對(duì)地下水失衡影響及其控制對(duì)策——以陜北煤炭資源開(kāi)發(fā)為例[J].中國(guó)礦業(yè),2009,18(12):52-55.

[2]楚敬龍.解析法在山區(qū)地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].有色金屬,2011(63):71-74.

[3]馬紅超,林立新.大井法預(yù)測(cè)礦坑涌水量[J].采礦技術(shù),2009(2):53-79.

[4]崔立昌.礦山生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)及恢復(fù)對(duì)策研究—以石灰石礦山開(kāi)采為例[D].石家莊:河北師范大學(xué),2003.

[5]高國(guó)卿.石灰石礦山開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響與防護(hù)措施[J].河南建材,2009(5):110-111.