矿床水文地质学.docx

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矿床水文地质学

矿床水文地质学

二、填空（10’）矿床水文地质三大类矿床：

孔隙充水矿床、裂隙充水矿床、岩溶充水矿床研究对象：

非易溶固体矿床分布地段的地下水及周围环境与条件活动之间相互关系开采步骤：

开拓、采准、回采开采方式：

露天、地下开采方法：

1.空场法2.崩落法3.留矿柱法4.充填法充水水源：

1.地下水2.大气降水3.地表水4.老窑及废弃井巷的积水充水岩层接受补给的条件：

充水层及矿体出露程度越高，盖层透水性越强，与补给水体接触面积越多，涌水量越大矿坑充水条件：

充水水源、充水途径、充水强度

矿井涌水强度与充水层厚度和分布面积有关

矿井涌水强度及其变化与含水层水量组成有关

地表水分四类：

地表水不补给者、微弱补给者、补给者、灌入式补给者顶板破坏分带：

冒落带、导水裂隙带、整体移动带常用预测方法：

水均衡法、解析法、水文地质类比法、q-s曲线法三、简答（40’）矿床开采方式与方法

方式

1.露天开采（矿体埋藏较浅且厚度大时）：

施工简便，采掘能力大，效率高，成本低

2.地下开采（矿体埋深较深时）：

包括直立巷道、水平巷道、倾斜巷道

方法

1.空场法：

采空区不需人为处理，又称自然支撑法，适用于围岩稳定的薄矿层

2.崩落法：

让采空区顶板自然崩落，故对围岩破坏较严重，适用于围岩较稳定的矿床

3.留矿柱法：

采空区之间保留适当矿柱以支护顶板，故丢矿较多，适用于围岩不稳定矿床

4.充填法：

采空区用碎石、泥沙或水泥等进人为充填，故对围岩破坏小，但成本高，适用于条件复杂而价值高的矿床

矿坑充水水源类型及特点

1.地下水：

a.不同类型地下水是控制矿坑充水条件的内在因素，决定矿床水文地质类型b.地下水源的性质与水量大小决定矿坑涌水量大小和充水岩层疏干的难易程度

2.大气降水：

a.矿坑用水量的动态曲线往往与当地大气降水过程图具有相似性，常表现出明显的季节变化和多年周期变化b.多数矿床随采深增加涌水量减少，涌水峰值出现滞后的时间加长c.涌水量与降水性质、强度、连续时间及入渗条件有密切关系

3.地表水：

a.能否成为矿坑充水水源关键在于是否存在充水途径b.矿坑涌水量大小往往与地表水体性质、规模、与矿坑的相对位置、矿坑岩石透水性密切相关c.涌水动态随地表水枯丰做季节性变化，且涌水强度与地表水类型、性质和规模有关

4.老窑及废弃井巷的积水：

a.来势猛，时间短，破坏性大b.酸性大，含有害气体并携带石块，破坏性大c.涌水还可成为其他水源涌入矿坑的通道d.老窑水因年代久远，分布范围不清，调查困难

矿坑充水通道类型及特点

天然通道

1.断裂构造：

能否成为充水途径关键在于它的透水性，断裂带的透水性主要取决于两盘的岩性，且往往与两盘岩石的透水性一致。

（若两盘均为柔软性岩石时，其透水性则与断裂的力学性质有关，压性和压扭性断裂常不透水，张性断裂可具弱透水性；若两盘均为硬脆性或脆性可溶岩时，断裂带多数具透水性；若两盘为不同类的岩石组合，则透水性复杂）

2.岩溶陷落柱：

只有处在现代岩溶水强径流带和集中排泄带并隐伏埋藏在地下水头面之下，才能构成突水的潜在威胁

人工通道

1.底板突破：

底板突水，同时取决于底板含水层和隔水层，突破关键是含水层水压值和隔水层阻抗水压的能力，后者又取决于隔水层的厚度和岩性

2.顶板破坏：

对埋藏在强含水层或地表水体之下的矿床，都要评价顶板的稳定性，预测它可能破坏的最大高度。

a.b.受矿层倾角和顶板岩性控制，顶板岩性对破坏特征也有明显影响

a.冒落带：

堆积的碎块透水性好，可形成上部地下水或地表水向下灌入的通道

b.导水裂隙带：

能透水，是上部强含水层或地表水体的渗入或突水通道，能使矿坑涌水量急剧增加

c.整体移动带：

透水性与破坏前原岩相比变化不大，不会构成充水通道

3.地表塌陷：

a.开采塌陷：

地表开采塌陷与采空区之间的水力联系是决定其充水意义的关键

b.岩溶塌陷：

波及面积广，危害性极大三大类充水矿床特征（必考，选）孔隙充水矿床：

主要受孔隙岩层的岩性结构、埋藏条件、规模及与地表水联系程度的控制

1.矿坑涌水量动态受大气降水影响明显，季节变化系数大2.往往有地表水的影响3.岩层强度低，稳定性差，工程地质条件复杂4.多采用露天开采

裂隙充水矿床：

浅部为风化裂隙、断裂带充水为主，深部构造裂隙充水为主。

向深部涌水量变小，降水和地表补给为主，富水程度由中到弱。

1.矿坑涌水量一般比较小2.具有不均一性和方向性3.疏干排水的影响范围小

岩溶充水矿床：

取决于充水岩层的岩溶发育特征，岩溶水分布的不均一性、方向性和集中程度，较之裂隙水更甚，导致矿井涌水量大小不等。

矿床所处的构造类型、部位、规模及其破坏程度，影响着岩溶发育的强弱和矿床富水强度。

向斜矿床汇水条件好，富水性强。

向斜浅部岩溶发育，深部富水性相对较弱。

浅部轴部比翼部富水强，深部轴部比翼部富水弱。

1.矿坑涌水量大2.以集中突水为主要充水方式（涌水量往往取决于几个大的突水点、总涌水量变化极不稳定，随大突水点出现的短时间剧增、突水点往往集中出现在某一方向或某一地段上）3.矿井排水的影响范围可以扩展很远矿坑涌水量预测方法（必考）1.比拟法：

利用地质和水文地质条件相似、开采方法基本相同的生产矿井的排水资料，来预测新建矿井的涌水量

2.q-s曲线法：

利用抽（放）水试验的资料，建立涌水量（q）与降深（s）关系的曲线方程，然后根据试验阶段与开采阶段水文地质条件的相似性，把q-s曲线外推来预测矿坑涌水量

矿坑涌水量预测的特点

目标：

以确保安全开采疏干丰水期的最大涌水量为目标

水文地质条件：

矿床大多分布于基岩山区，含水质的非均质性突出，参数代表性不易控制降深：

多为大降深下推。

此时开采条件对水文地质条件的改变难以预料和控制

保证矿坑涌水量预测精度的步骤

1.查明充水条件，建立符合客观实际的水文地质概念模型（a.概化已知状态下的水文地质条件b.给出未来开采状态下的内边界条件c.预测未来开采状态下的外边界条件）2.正确选择计算方法，建立于水文地质概念模型相符合的数学模型（a.矿床的充水因素及水文地质条件复杂程度b.勘探阶段对矿坑涌水量预测的精度要求c.勘探方法、勘探工程的控制程度与信息

量）3.计算数学模型，评价预测结果

水量预测失误原因

1.对矿床水文地质条件的复杂性认识不足，对矿床水文地质条件未查清2.水文地质概念模型不当，水文地质参数取值不妥3.数学模型处理欠妥

矿床开采环境地质问题，尤其是矿区排水有关问题

1.岩溶充水矿床疏干排水时的地面塌陷：

岩溶地面塌陷系指碳酸盐岩分布区，由于地下存在大量岩溶形态洞穴和管道，特别是浅埋藏，直接为第四系松散沉积物覆盖的开放型岩溶形态发育时，则使其上覆盖层不稳定，从而产生向下陷落的现象，具有突发性质，发展迅速，有时规模巨大，危害严重

2.孔隙充水矿床疏干排水时的次生固结作用和地面沉降：

在疏干无压松散孔隙含水层以及降低承压含水层的压力水头时，可引起极强的次生固结和上覆粘性土层的人为陷落压密作用，在形成这些作用的活跃地带——疏干降落（或减压）漏斗区，则出现地面沉降

3.水源枯竭：

矿床开采，井巷系统揭露含水层疏排地下水，必然引起其天然均衡结构的变化，导致矿区附近的井、泉干涸，河水断流，破坏供水水源，使工农业生产及生活用水发生困难

4.环境污染：

a.矿坑污水的污染b.矿坑酸性水污染c.金属组分及微量元素污染

矿区水文地质调查任务

应查明1.主要充水水源2.主要隔水层防突水性能3.特殊隐伏导水构造并预测矿井涌水量矿区水文地质调查特点

1.综合性（与地质勘探密切结合）2.长期性（评价与采矿条件相结合）

矿床水文地质与供水文地质的工作目标是既相互对立又相互统一的

矿区水文地质调查基本原则

罕见地下水具有系统性和动态性的特点，实行动态勘探、动态监测和动态分析的矿井水文地质勘探理念

1.针对矿井主要水文地质问题及其对水资源破坏类型，做到有的放矢，从区域着眼，立足矿区，系统勘探研究2.坚持重点突出，综合配套的原则3.构成有效控制面

矿区水文地质调查常见技术方法

水文地质调查与测绘水文地质勘查：

1.物探2.钻探

水文地质实验长期监测：

对条件复杂度中等至复杂的矿床在勘探阶段进行大量降深，大流量、较长时间的群控抽水试验

矿区地下水防治和水文工作注意问题

1.加强区域水文地质测绘：

区域水文地质测绘是矿床水文地质调查的基础和先行工作，其目的是通过较大面积的地表综合研究，对矿山所在区域地下水的形成条件与分布规律获得全面的认识，从而建立水文地质概念模型的雏形

2.充分利用地质勘探工程所取得的水文地质资料是矿区水文地质调查的一条重要原则

3.矿床水文地质调查应以查明主要充水岩层地下水形成条件及采矿人为作用为中心

4.矿区水文地质勘探试验工作必须从实际条件出发，结合采矿工程配置和可能出现的环境问题进行

矿区地下水防治方法（疏、截、堵、留、探、放）

1.疏干排水：

（1）.地表疏干

深井疏干：

经济、安全、环保、施工方便（在疏干地段从地表施工一系列疏干钻孔至充水岩层，用深井泵或潜水泵将地下水排出地表）

漏水孔：

最简便、最经济（在地表施工一系列漏水钻孔将上部含水层中的地下水，通过漏水钻孔自流疏池至下不含水层中）

水平孔疏干：

疏于露天边坡地下水最有效方法（在露天采区边坡底部施工一个近水平的钻孔，地下水则在自然梯度驱使下流出，泄入排水沟）钻孔方向应尽可能垂直构造面方向，以期获得最好疏干效果，钻进深度应穿透土质边坡或松散岩层，对一些不稳定的边坡应穿透潜在滑坡面的后部

（2）地下疏干：

将地下水或放入坑道集中排出地表，或泄入于水头较多低的底部含水层中的一种排水措施

疏干巷道：

用以直接或间接疏泄和拦截进入矿坑的地下水

疏干平峒

坑内放水钻孔：

钻孔孔口应安装孔口管或放水阀，并用水泥加固

直通式放水钻孔

2.注浆堵水：

建造地下防渗帷幕墙，堵塞进水途径，切断矿坑充水水源，实质是把含水介质层的补给边界改造成阻水边界达到防治水的目的

3.截流法：

（1）矿区上游筑坝拦水

（2）修筑边缘排水沟，引水向矿区外（3）疏通、加宽、取直河道

防水措施

1.地面防水：

a.开挖排水沟b.防渗堵漏c.河流改道

2.井下防水：

a.合理进行开采布局，采用正确的开采方法b.留防水矿柱c.修建防水闸门d.超前探水：

有疑必探，先探后掘四、分析（20’）