关键词：矿区地下水；资源量；保护方法；体系
摘要
在矿山项目开发过程中，污水容易发生泄漏或外溢。如果这些污染物进入地下水，其自净周期长，影响范围大，将对人们的生产活动和生活产生显著影响。因此，有必要采取一系列有针对性的保护措施，以实现对地下水资源量的有效保护。本文探讨了四种保护地下水资源量的综合措施，并总结了所提出的地下水资源量保护流程，该流程遵循以下指导原则：开采优化、封堵、矿柱保护和循环利用。
一、绪论
20世纪50 - 60年代，西方国家掀起了第一轮地下水环境质量评估热潮。中国最早的地下水污染调查与评估工作可追溯到20世纪70年代。当时主要进行无机检测，且技术水平较低。直到20世纪90年代，中国才开展专门针对地下水污染的调查工作。目前，中国的地下水污染调查数据仍不充足，全国整体污染状况尚不明确。地下水污染的影响、时空分布特征及其迁移特性仍未得到很好的认识。
近年来，一些研究人员开展了有益的调查，对人类活动对水循环的影响进行了定量研究。所采用的方法包括地球动力学方法、利用默认因子法的人工神经网络、变异系数法、投影寻踪回归模型以及加权指数法等，这些方法在推动地下水研究方面都发挥了重要作用。本文在以往研究的基础上，结合具体实际成果，提出了一种控制矿山开发项目对地下水污染的有效方法，并以八字方针总结了地下水保护策略。
优化开采，减少地下水流失
为避免地表沉降与位移、减少地表变形、保护农田建筑、避免破坏地下含水层并防止地下水大规模渗入，采矿方法需进行优化。当前先进的采矿技术包括水泥回填采矿技术、大间距集中式底板崩落采矿技术、悬壁采矿技术、残余矿体开采技术等。本文针对本研究对象大佳庄铁矿，采用阶段后平场法作为最适宜其特征的保护方案。
后续充填法在世界各地的矿山中已得到广泛应用。目前，中国采用这种采矿方法的铁矿包括安徽霍邱地区的草楼铁矿和李楼铁矿、马庄屯铁矿、金陵铁矿、山东的麻庄铁矿和古家台铁矿，以及新疆的宝山铁矿。当前，中国充填采矿技术正逐步应用于深部采矿作业，例如范口和会泽铅锌矿、大红山和东瓜山铜矿，这些技术在深层资源勘探中发挥了重要作用[1,2]。目前，充填采矿法在中国有色金属矿山已得到广泛应用，采用该技术的铁矿和煤矿比例逐年增加。其他国家如澳大利亚的艾姆山铜矿、爱尔兰的塔拉铅锌矿、加拿大的新布罗肯希尔矿、南非的克莱顿铜镍矿、俄罗斯的佳音铜矿以及西班牙的卢比耶尔西铜铅矿均在采矿过程中应用了这项技术，且多数涉及深部开采作业。
矿井掘进采用充填采矿技术。根据矿山产能、充填能力和施工手段，充填工艺采用垂直砂仓和筒仓混合工艺。在巷道掘进中使用分段充填法。为避免泥浆泄漏事故[3,4]，需降低充填体对巷壁的压力，首先用高比重充填材料填充6米，随后逐步分步填充直至巷道完全充填。对于巷道掘进块体充填的第1、2阶段，其体维护时间通常为三至四个月。
此外，必须采取措施确保对开采和勘探范围进行适当控制，以保护地下水。根据对地下水影响最小的原则，对地下水影响较小的矿山应
地下水应当首先加以开采。在地下水开采区过度开采的情况下，如果采矿继续影响到排水和地下水，应当限制或者禁止采矿。
将注浆与锚固及喷射混凝土相结合以封堵井下突水 矿体赋存于岩层中，对开采水平以上基岩的排水有一定影响。该区域地下水的主要补给源是第四系水，因此保护第四系水不流失非常重要。处理高地下水压力的两种主要方法是排水和堵水。然而，排水容易引发不同严重程度的水害，并减少地下水资源，从而影响当地居民的生产生活活动。因此，封堵方法越来越多地被用于解决地下水问题[5,6]。建议采用动水注浆堵水。在突水点发生突水的情况下，采用注浆封堵该突水点。所采用的方法是“上阻、中截、下堵”，形成三维堵水模式。注浆过程示意图如图1所示。
在大家庄铁矿石开采过程中，通常可采用一些防水措施，如工作面预注浆、管片背后注浆、分层注浆和动水注浆。在含水层中，采用喷射混凝土进行护盾壁封堵。在局部断层处，将锚喷与喷射混凝土相结合进行堵水。在实际生产中，应加强矿井涌水量观测。根据国家煤矿安全监察局编制的《煤矿防治水规定》[8]，矿井作业应坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，并采取防、堵、疏、排、截等综合措施。在允许掘进前，应实施可靠的防水措施。
在可能存在含水层的区域，应采用井筒冻结法，以降低岩体力学性质改变和水流入含水层的可能性。施工过程中，应及时封堵暴露的含水层。应合理安排施工顺序。在工作面准备工作结束前，应建成并验证井下矿井水回收系统。
设置防水矿柱以减少地下水的影响
为减少强第四系等风化裂隙水含水层通过接触带对采矿坑的影响，开采时应在基岩风化带以下保留一定厚度的顶柱。为保护第四系地下水、农田和建筑结构，-150m（-120m至-150m）以上的铁矿石矿体可用作顶柱，因为-150m以上的矿体不在开采范围内，这可大大减少铁矿石开采后对地表的影响。
在采矿作业过程中，采矿和充填作业应按照优化设计参数进行。应及时进行巷道充填，并确保适当的充填系数和强度要求。
应设置必要的保护柱以保证上覆岩层的稳定和周围岩石的稳定性，不发生坍塌，从而保护地表稳定。
矿井水回注采水量
保护地下水资源的一个有效方法是实现铁矿开采废水的全面循环利用，从而避免对地下水进行二次开采。当前部分管理机构倾向于提出要求，主张对采矿废水实施完整且全面的再利用。从地下水保护的角度来看，这种要求无疑是积极且有益的。但系统政策不宜一刀切。许多矿山的入水量过大，实际可循环利用量有限。在北方冬季，矿山无法满足灌溉需求，全面再利用完全不现实。在矿山面临的各类循环利用条件中，必须考虑异常工况的应对措施。例如用户可能转移所接收的矿山水、降低用水需求或不再需要水源。某些矿区的矿山水量过大难以循环利用，需考虑矿山水的妥善处理与利用。研究表明，将过剩矿山水净化后重新注入自然环境，使其参与地下水、地表水、蒸发循环及大气降水过程，同时有助于恢复生态环境。将矿山水重新纳入自然循环体系，也能为地下水资源提供良好保护[7]。
在进行矿井水回注时，需重点考虑两大要素：回注区域与时机选择。就回注区域而言，最佳方案是选择靠近矿区的独立封闭含水层。这种做法既能保障采矿安全，又能为含水层提供充足的水源保障。关于回注时机，可选择矿层开采末期的独立含水层作为回注区域。只要不影响采矿安全，矿区水即可回注至主含水层。此时所处的第四系含水层具有显著供水价值，是保护和恢复地下水资源的有效途径。目前内陆地区已有诸多应用案例，武通庄矿井水回注工程便是典型代表。
本研究认为，大家庄铁矿采用先进的管井注入技术进行甲醇-水混合液回注是适宜方案。该技术通过向含水层回注净化处理后的矿井水，可有效实现矿井废水的循环利用。实施回注工程需重点做好流场预测、早期监测和防渗漏等环节，同时必须将安全作为保护地下水资源的首要考量。回注层应选择储层空间充足、无上覆或下伏岩层且具有良好横向连通性的地层进行布置。此外，回注作业不得对饮用水源造成不良影响。同时，回注水需与回注层岩性及地层具有良好相容性，严禁形成二次沉淀导致下伏层堵塞。
六、总结
基于本文对地下水保护方法的研究，作者建议，对于矿山开发项目，优化开采应结合矿浆与锚杆喷射封堵、保留加固矿柱以及采用合适的矿井水留存方法。上述水资源量保护方法可概括为“优化开采、封堵矿段、保护矿柱、循环利用”，这是对地下水保护政策的八字表述。本研究可为涉及地下水量保护的类似建设与开发项目提供参考。
参考文献
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[5] 李SY. 动水注浆技术治理矿井突水[J]. 煤炭科学技术，2000(8)，28(8): 28 - 30.
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梁刚. 煤矿环境影响评价与环境验收现状及相互作用机制研究. 第二届人工智能、管理科学与电子商务国际会议（AIM - SEC），2011，第3卷，第Ⅱ部分，第2495 - 2498页. 书籍参考文献
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