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矿山环评之矿坑涌水量预测方法

作者：韩龙

来源：《中国高新科技·下半月》2017年第02期

摘要：针对目前矿山环评应用矿坑涌水量预测方法的问题缺陷，文章以跨占陕西和内蒙两省神东矿区中的矿山为例，分析了矿山环境保护措施应用现状，并提出了优化矿坑涌水量预测方法的控制策略。

关键词：矿山环评；矿坑涌水量；水文地质比较法；相关分析法；水均衡法 文献标识码：A

中图分类号：TD745 文章编号：2096-4137（2017）04-048-04 DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2017.04.17

矿产资源开发会对周边的生态环境带来污染和破坏，使其可持续性发展进程受到阻碍。基于此，相关建设人员从实践角度入手，通过现有科学技术的充分应用，以减少矿山开发给周边环境造成的危害影响。具体来说，就是在明确矿坑涌水量预测影响因素，即矿坑补给水条件、矿坑开采方式以及自然降水的情况下，采用水文地质比较法、相关分析法以及水均衡法进行矿坑涌水量预测，进而采取具有针对性的污染物排放控制策略。这是在当前现代化经济建设背景下，实现矿产资源开发行业可持续性发展的关键，研究人员将其运用于实践，以缓解经济发展对矿产资源需求量不断增加的压力。 1 工程概况

神东矿区跨陕西和内蒙两省区，是我国特大型能源重化工基地之一。配合铁路施工建设的进度安排，神东矿区将实现80 .0Mt/a～100.0 Mt/a第三步战略目标，即每年的生产能力实现千万吨级跨越。补连塔煤矿的改扩建工程目标是将矿井建成原煤产量和地面选煤加工能力均达到20.0Mt/a的特大型矿井。即通过配套建设同等规模选煤厂，将成品煤做为煤液化项目原料或做为优质产品煤出售。本工程的建成将满足矿区设计单位对优质煤矿资源的大量出口与煤液化项目生产开发的需求，从而创造出更好的经济效益。

改扩建后的补连塔煤矿将成为神东矿区的一特大型矿井，其建设对于神东矿区规划的实施、陕北能源重化工基地的建设以及地方经济的发展均具有带动作用。但是煤炭开发在促进当地经济发展的同时也会带来环境污染和破坏，为了控制和减少建设对周围环境的危害，相关建设人员应加大环境评价的科研力度，即在不改变神东矿区补连塔煤矿矿山环境保护措施的前提下，找出矿坑涌水量预测控制的方法策略。这是实现当前现代化经济建设与生态环境和谐统一目标的重要课题，研究人员应将其充分重视起来，以服务于行业发展实践。 2 神东矿区补连塔煤矿矿山环境保护措施

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以针对排矸场采用的环境保护措施为例，其设在距矿区南侧约2km处的马家塔露天矿废弃采坑。由于马家塔矿废弃矿坑位于乌兰木伦河的河滩上，且具有地势平坦开阔与运输便利等优势，因此，被选为神东矿区补连塔煤矿的排矸场。具体来说，补连塔煤矿矸石用汽车由矿选煤厂运至采坑排弃，排放工作由相关部门进行统一管理。

该排矸场是神东矿产资源开发建设进行土地复垦的示范区之一。排矸场周围500m内无居民，排矸场压占的是废弃矿坑。矸石属I类固体废弃物，排矸场属I类贮存场。为使排矸场容积满足排矸量的设计要求，相关建设人员对其采取了相应的环保水保措施。经预测，运行使用过程并不会因矸石的排放而对地下水以及空气环境造成影响。这里的环境保护措施是指：排矸场排弃至设计高度，即覆土恢复植被，可有效控制可能出现的水土流失问题。从整体角度来看，矿产资源的开发并没有对周边的生态环境造成很大影响。此矿山环评，是通过综合分析后得出的，即本排矸场利用废弃的采坑采取安全和环保的防治措施，并按水保方案要求进行合理排弃，符合GB18599-2001《一般工业固体废弃物贮存、处置场污染控制标准》对I类贮存场的要求，减缓和消除了不利因素的影响，因此排矸场选址可行。

然而，经调查，矿井的建设可能导致地下水的水位、水量以及水质发生变化，再加上采空区地面出现的一些不均匀沉陷问题，使其存在对地表植被造成破坏的可能性。为控制其引发的其他生态问题，研究人员应通过矿坑涌水量的预测分析，来查明矿产资源的开发给涉及区域的地下水环境所带来的影响，进而采取行之有效的方法来进行控制。 3 矿山环评之矿坑涌水量预测方法应用控制策略 3.1 明确矿坑涌水量预测影响因素 3.1.1 矿坑补给水条件影响

研究表明，进入矿山矿坑内部的水分，主要是由资源开发过程产生的水分，以及岩石或地表周边存在的地下水。这些水分能够以不同途径通过不同岩石结构层进入矿区矿坑中。为此，在对矿坑涌水量进行预测控制时，应将涌水量的持续时间以及强度作为计算考虑依据。这样一来，就能按照矿坑的实际充水量与涉及范围来确定预测控制的界限。 3.1.2 矿坑开采方式影响

在对矿坑涌水量进行预测过程中，除了要考虑自然因素、地质条件以及水文情况外，还要将矿坑的开采形式进行全面的分析研究。目前，使用频率最大的矿坑开采方式为：地上露天开采与地下开采。对于地下开采方式中的坑道开采方式来说，通常情况下，多采用倾斜坑道施工，在地下倾斜坑道开采过程中，当倾斜角小于45°时，按照水平坑道计算公式计算；当倾斜角度大于45°时，应该按照垂直坑道计算方法计算。在露天矿产开采过程中，矿坑涌水量的预测，实际上就是计算好影响矿井半径范围内地表水的储量 大小。

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3.1.3 自然降水影响

作为影响露天矿坑涌水量的主要因素，其会随着矿坑所处季节的变化而发生变化。因此涌水量预测应根据实际变化情况进行动态调整，来降低自然降水的影响范围。在施工过程中，随着坑道深度和面积的变化，矿坑涌水量也会出现显著的变化，如果地下矿井的水分是静态的，在开采过程中就会出现最大涌水量，随后涌水量会越来越小。因此，涌水量的增加的量和坑道开挖的深度以及面积呈现一定的函数比例关系，研究人员应据此来进行预测推断，提高矿坑涌水量控制措施的准确性。 3.2 涌水量预测方法 3.2.1 水文地质比较法

这种矿坑涌水量预测方法主要依据矿坑所处水文地质条件来进行涌水量的预测。具体来说，可将与预测目标相似的水文地质环境作为对比依据，以提高矿坑涌水量预测的精确性。据实践证实，该预测方法适用于矿产资源开发过程，或矿床扩建的过程中。这样一来，涌水量预测人员就能根据前一阶段的矿坑涌水量情况，来提高判断改造部分矿坑的涌水量预测结果准确性。在此过程中，目标矿坑与参照矿坑之间的水文地质参数，要按照相应的数学表达形式来进行描述。

3.2.2 相关分析法

该方法是矿山矿坑涌水量预测工作中的一种统计分析法，它对矿井涌水量以及相关影响因素采用统计学方法进行分析。即通过建立Q～s曲线方程，并结合矿坑涌水量的原始水文环境材料来获取一个水文年以上的动态观测数据。这样一来，相关分析法就是一种集合多种手段和条件的涌水量预测方法，可用于环评条件复杂恶劣的矿山矿坑工程。 3.2.3 水均衡法

矿山环评中的水均衡法是通过同一时期一个地区地下水均衡组分间的关系来进行分析判断的。具体来说，就是依据物质守恒定律，将地下矢量的均衡方程作为实践测量评定手段，以达到长期观测矿床矿坑涌水量情况的目标。此外，该方法还能通过确定矿坑内各个水分组成的内容，即根据已知涌水组分变化情况来提高预测的准确性。 3.3 控制策略

因矿井水含有悬浮物（煤粒、煤粉、岩粉、岩粒等）等无害物，因此，研究人员可通过井下沉淀处理，来实现井下消防洒水的回收利用，也可通过进一步的处理，将其作为生活饮用水。神东矿区中大柳塔煤矿就开展了井下水处理工程，处理后的井下水供给大柳塔洗煤厂等单位使用，取得了良好的经济、环境效益。研究表明，矿井水处理后可使污染物排放达标，使污染物的排放总量降至最低，可有效解决周围水体污染问题。由此可以看出，该处理策略能够为