什麼叫礦床水文地質
A. 礦床的基本知識
(一)礦石、礦體和礦床
1.礦石
礦石是指地殼中有用礦物(可以是單礦物或多礦物組成)的固態集合體。
礦石和岩石沒有本質的區別,都是礦物的集合體,只不過礦石中含有有用礦物(可加工利用的金屬或非金屬礦物),如銅礦石中的黃銅礦,亦稱礦石礦物。礦石中除礦石礦物外,常有與之伴生的暫時無工業價值的礦物,叫脈石礦物,如銅礦石中的長石、石英和方解石,在礦石處理過程中是被廢棄的。
礦石品位指礦石中有用成分的單位含量。大多數金屬礦石以質量百分比表示。一般情況下,礦石品位愈高,質量就愈好,礦石品位也是衡量礦床經濟價值的主要指標。礦石的工業品位即最低平均可采品位,是對單個礦段主要有用組分平均含量的最低要求。邊界品位又稱邊際品位,是劃分礦與非礦(圍岩或夾石)界線的品位,即圈定礦體的最低品位。平均品位高於邊界品位,低於工業品位的礦體,其擁有的儲量暫不能利用,稱為表外儲量。
2.礦體
礦體是指由礦石和脈石組成,在地殼中佔有一定空間位置,並具有一定大小、形狀、產狀和有用礦物的礦物集合體。它是組成礦床的核心部分;是礦山開採的對象。
3.礦床
礦床是指在地殼中,由地質作用形成的有用礦物堆積體的質和量達到工業要求,能為國民經濟利用時稱為礦床。礦床按其規模分為小、中、大和特大型。礦床由一個或多個大小不等的礦體組成。礦床是綜合地質體(圖1-2);其包括礦體、圍岩、構造。礦體周圍的岩石叫圍岩;位於礦體上盤的圍岩叫頂板;位於礦體下盤的圍岩叫底板;礦體與圍岩的界線有清楚的,也有漸變的。
圖1-2 母岩、圍岩、礦體及接觸帶示意圖
T2
礦床在不同地質作用和環境下生成,類型多種多樣,規模、質量、開采利用的技術條件、礦區自然經濟環境及國家需要情況等各不相同,必須對礦床進行勘探,以確定礦床的公元利用價值。
4.母岩
母岩是指供給成礦物質的岩體。如輝長岩是釩鈦磁鐵礦的母岩。能提供成礦物質的岩層,則稱為礦源層。
5.圍岩
圍岩是指礦體周圍沒有開采利用價值的岩石。有的圍岩就是礦體的母岩;如鉻鐵礦礦床,礦體通常產於超基性侵入岩的母岩體中。但多數情況圍岩和母岩是不一致的。
(二)礦產勘查階段與礦床勘探方法
根據國家頒發的 《GB/T17766—1999 固體礦產資源/儲量分類》和 《GB/T13908—2002 固體礦產地質勘查規范總則》規定:
礦產勘查最終的目的是為礦山建設設計提供礦產資源/儲量和開采技術條件等必需的地質資料,以減少開發風險和獲得最大的經濟效益。
1.礦產勘查工作階段劃分
固體礦產勘查工作分為預查、普查、詳查、勘探4個階段。
(1)預查
預查是通過對區內資料的綜合研究、類比及初步野外觀測、極少量的工程驗證,初步了解預查區內礦產資源遠景,提出可供普查的礦化潛力較大地區,並為發展地區經濟提供參考資料。
(2)普查
普查是通過對礦化潛力較大地區開展地質、物探、化探工作和取樣工程,以及可行性評價的概略研究,對已知礦化區作出初步評價,對有詳查價值地段圈出詳查區范圍,為發展地區經濟提供基礎資料。
(3)詳查
詳查是對詳查區採用各種勘查方法和手段,進行系統的工作和取樣,並通過預可行性研究,作出是否具有工業價值的評價,圈出勘探區范圍,為勘探提供依據,並為制定礦山總體規劃、項目建議書提供資料。
(4)勘探
勘探是對已知具有工業價值的礦區或經詳查圈出的勘探區,通過應用各種勘查手段和有效方法,加密各種采樣工程以及可行性研究,為礦山建設在確定礦山生產規模、產品方案、開采方式、開拓方案、礦石加工選冶工藝、礦山總體布置、礦山建設設計等方面提供依據。
礦產勘查工作,一般應按規定的階段循序漸進,對特別復雜、難以正規設計開採的礦床,可以邊探邊采;個別地質條件簡單的礦種或正在開采礦山外圍和深部的礦床勘查階段,也可按實際情況簡化和合並,但應經有關上級主管部門批准。
2.礦床勘探技術方法
為研究礦床地質構造,揭露、追索和圈定礦體,查明礦產的質和量,以及了解礦床水文地質和開采條件等所採用的各種工程和技術方法,總稱勘查手段。目前常採用的鑽探和坑探工程合稱探礦工程或勘探技術。除探礦工程外,還常配合採用物化探方法,判斷礦體的位置和產狀,指導探礦工程布置,檢查探礦工程質量和尋找盲礦體。
(1)探礦工程簡介
探礦工程有時也稱勘探技術,除鑽探、坑探兩個主要方面外,為完成礦產勘查工作而必須進行的其他工程,如交通運輸、修配業務、動力供配等,也屬探礦工程的范疇。
1)坑探工程(簡稱坑探)。為揭露地質及礦產現象而在地表或地下挖掘不同類型坑道的技術手段叫坑探工程。坑探工程又分為地表坑探工程(剝土、淺坑、探槽、淺井等)和地下坑探工程(平巷、豎井、斜井等)兩種。地表坑探受深度限制,作用有限。地下坑探所揭露的地質和礦產地質現象能直接觀察描述,也能採取代表性好的實物樣品供試驗研究,但因工作量大、耗費大且進度慢,一般只能在勘探階段視情況採用。
2)鑽探工程(簡稱鑽探)。鑽探工程按施工目的有不同類型,固體礦產鑽探又叫地質岩心鑽探,由於斷面小、效率高、成本低、勘探深度大、適應性強,且能取得地下深處的實物資料,因此在普查找礦和礦床勘探中使用最廣。
(2)探礦工程在礦產勘查中的作用與布置形式。
1)探礦工程在礦產勘查中的作用。探礦工程是揭露鬆散覆蓋層以下的各種地質現象,取得地質礦產資料的基本手段,在地質勘探中主要解決以下問題。①揭露、追索和圈定礦體、礦化帶並進行采樣。②驗證各種重要的物、化探異常。③揭露實測剖面上被鬆散物掩蓋的部位。④揭露被鬆散物掩蓋的各種地質體及其接觸關系。
圖1-3 分段布置勘探線
1—礦體;2—探槽;3—淺井;4—鑽孔;5—勘探線及編號;6—礦體產狀
2)探礦工程布置。①勘探工程布置原則。為有效地對礦床進行勘探,充分發揮工程作用,必須遵循下列原則:一是,各種勘探工程必須按一定間距有規律地布置,盡量使各相鄰的工程互相聯系,以便繪制出一系列的勘探剖面。二是,應盡量垂直礦體或礦帶走向(或主要構造線方向)布置,以保證沿礦體厚度方向揭穿整個礦體或礦帶。三是,充分利用早期施工的工程,以節約時間和費用。四是,遵循對礦體的認識規律,堅持由已知到未知,由地表到地下,由稀到密的布置工程。②勘探工程的布置形式。目前用來追索和圈定礦體的勘探工程布置有三種:勘探線、勘探網和水平勘探。第一種:勘探線。將勘探工程布置在大體垂直於礦體走向或長軸方向的鉛垂平面內的總體布置形式,稱為勘探線(圖1-3)。勘探線是最常用的工程總體布置形式,一般適用於二向延伸、有明顯走向和傾斜(20°~70°)的層狀、似層狀、透鏡狀、脈狀礦體。勘探線一般應相互平行但礦體范圍大、走向有顯著改變時(大於20°),也可以分區分段布置。第二種:勘探網。勘探工程布置在兩組不同方向勘探線的交叉點上,構成網狀的工程總體布置形式,稱勘探網。其特點是可以依據工程資料,編制2~4組不同方向的勘探剖面,以便從多個方向了解礦體的特點和變化情況,故多用於產狀水平或傾角小於20°緩傾斜的層狀、似層狀及傾向不明顯的浸染狀礦體、風化殼礦體和砂礦勘探。勘探網有正方、長方(矩形)、菱形、三角形網(圖1 4)。第三種:水平勘探。主要用於水平勘探坑道(有時也配合鑽探)沿不同深度揭露和圈定礦體,構成若干層不同標高的水平勘探剖面。這種勘探工程的總體布置形式叫水平勘探。勘探工程密度又稱勘探間距或勘探網度,是指每個穿透礦體的工程所控制的礦體面積,通常以工程沿礦體的走向和傾向的距離來表示。如網度100m×50m,是指工程沿礦體走向距離為100m,沿傾向或變化最大方向的距離為50m。勘探網度的大小主要取決於礦體的復雜程度和要求探明的儲量等級等。
圖1-4 勘探網的類型
1—礦體;2—設計鑽孔;3—施工未見礦鑽孔;4—施工見礦鑽孔
B. 礦床水文地質勘查原則
1.堅持按「由面到點,先測繪後勘探」的程序進行
礦床水文地質調查多在已有同比例尺地質圖的基礎上進行,一般按礦床(井)、礦區到區域的范圍內採用由大到小不同的比例尺進行測繪。如廣東曲塘礦區,在礦床分布范圍內是水文地質重點勘探和試驗的地段,進行1:2000~1:5000比例尺的詳細水文地質測繪,為開采提供所需的全部資料;在礦區(包括供水、隔水邊界、區內主要河流段)內進行比例尺為1:10000的詳細測繪,投入一定量的勘探和試驗,提供礦區范圍內的水文地質資料;而在整個水文地質單元的區域內,則進行1:25000~1:50000比例尺的水文地質測繪,配合少量的勘探,來闡明區域水文地質特徵。
2.加強對礦床充水條件及主要來水方向的研究
對礦區進行的水文地質調查,都要研究天然條件下礦床的充水條件,對開采時井巷涌水的主要來水方向(通道)和水源必須調查清楚。方法是通過搜集分析已有的地質和水文地質資料,以及本次調查所獲得的水文地質測繪、勘探和試驗資料,查清礦區主要含水層富(透)水性能的水平與垂直分布規律,判明各種水源,編制礦區強、弱徑流帶分布的平面和剖面圖,以掌握具體進水通道。
3.對周邊界和頂底板隔水層進行研究
對礦區周邊界和礦床隔水頂底板的研究,是水文地質勘探工作的重要組成部分。礦床頂底板或井巷圍岩是否有隔水層,其岩性、完整程度與厚度如何,對井巷涌水、采礦方法的選擇及井巷穩定性具有極其重要的影響。因此,在調查中,對充水層和隔水層應予同樣重視。一般常將隔水層分為兩種:①能確實起隔水作用的隔水層,如厚度較大、分布較穩定、裂隙不發育的頁岩、砂質頁岩、泥岩、多數岩漿岩和變質岩,其鑽孔單位涌水量一般小於0.001 L/(s·m);②具較多裂隙的頁岩、砂質頁岩、部分岩漿岩和變質岩、岩溶和裂隙發育較弱的石灰岩,與相鄰強含水層相比,滲透性能顯著減弱,稱為相對(弱)隔水層。岩層的隔水與透水性能,可在一定條件下轉化,如隔水底板遭破壞,常可轉化為弱隔水層甚至透水層。
隔水層的性能,不應僅從岩性上作判斷,還可採用岩心檢查法、沖洗液消耗量法、注水法、抽水試驗法、天然水位法及物探法等來判定其是否能起到隔水作用。
4.對岩溶水礦區地面塌陷進行研究
1)重點放在對第四紀地質、地下水動態和岩溶發育規律的研究上,如查清排水前第四系分布范圍、厚度和岩性變化,取土樣測定物理力學性質;查清第四系和岩溶含水層中地下水的賦存特徵、富水性變化及泉水出露條件;調查區內岩溶形態及其發育規律和強度,觀察已疏乾的含水溶洞中充填物的流失情況;還要觀測抽(放)水前後地下水與地表水動態及兩者間的水力聯系情況,觀測坑道涌水點的水量變化和攜出物。
2)對地面塌陷的觀測:包括觀察古塌陷、岩溶窪地、落水洞、天然井的分布規律,並進行形態測量,繪制平面圖與剖面圖;對預計水位降落漏斗范圍進行精確的地形測量,掌握抽(放)水前地面原始狀態,以利於與抽(放)水後對比;抽(放)水期間,對可能塌陷部位進行地面觀察,對塌陷地點及時立樁編號,記下時間、地點、規模大小和方向、性質及發展規律;還要在坑道內注意觀測岩石轉動、排水量的變化以及泥沙的排出規律。所有觀測資料應繪製成各種圖表。
5.對斷層進行研究
斷層帶既可成為勾通兩側或上下部含水層的富水帶,又可成為切斷兩側含水層的隔水帶,對防治利用礦井水有重要意義。對它的研究,除通過地表及坑道的水文地質測繪和進行深部鑽(物)探之外,還要在斷裂帶兩側進行抽水試驗、連通試驗、水質分析對比以及地下水動態觀測,以便在垂直和水平方向上,分段控制其裂隙及岩溶發育特徵,查明斷層的透水、隔水具體部位和其透水及富水程度。如果,斷層規模大、斷裂帶及其附近岩石破碎疏鬆,還應了解岩溶或裂隙沿斷層帶的發育深度及寬度,找出強、弱徑流帶及富水程度;斷層規模雖然大,但破碎帶被壓密或已膠結、岩溶(裂隙)不發育的也要了解其透(富)水性能。對某些隔水斷裂帶,應取樣作強度或水壓破壞試驗,以提供排水對隔水層利用或改造時所需的資料。
6.礦床水文地質勘探與試驗
1)結合地質勘探工程進行礦床水文地質工作。在礦產普查階段,應充分利用地質勘探鑽孔進行水文地質工作,包括進行地下水觀測、取樣和抽水試驗等,此階段僅需布置少量的專門水文地質勘探工作。在勘探階段,在地質孔中作水文地質工作的孔數可減少,專門水文地質勘探試驗與長期觀測孔可適當增多,但仍應盡量與地質勘探工程結合。所有鑽孔除控制「面」外,重點應放在:最先建井和高級儲量地段;坑道最集中、第一期和最低水平部位;斷裂及岩溶最發育的強富水地段;巨大的水源和可能的通道;隔水頂底板破碎、變薄或缺失地段;排泄區和預測塌陷區。一般來說,水文地質勘探工作要求按剖面線布置在平行水文地質條件變化的最大方向。
2)貫徹以最少工程量取得最多資料的原則,對專門水文地質鑽孔要做到既能查明涌水水源、主要來水方向,又能獲取水文地質參數。對一般地質孔,要求做到既是地質孔,又是水文地質勘探、試驗或長期觀測孔,或是開采、疏干孔,以取得最多資料,做到一孔多用。
3)進行礦床水文地質調查時,應由區域入手,立足礦床(礦區);水文地質勘探工作應側重礦床(區),兼顧區域。
4)水文地質試驗:除進行一般抽水試驗外,根據是否需要,還可考慮進行以下試驗:①大型抽水試驗,通常在一些關鍵性的地點,如問題最多又難以解決的地段,首先開發和最終水平,岩溶裂隙最發育、最富水和排水工程最集中的地段,主要來水通道和巨大水源附近,可考慮進行大型抽水試驗,該種試驗投入的人力多,耗資大,對天然水文地質條件破壞較重,故應慎重使用;②井下放水試驗,在勘探巷道,尤其在生產礦井,為確定大水礦床頂、底板高壓含水層能否降低水壓或能否恢復已淹井巷,同時又能取得某些參數時應用,由於它能解決生產問題,取得參數的精度高,受到了水文地質工作者的高度重視;③連通試驗,多用於礦井涌水通道的位置、涌水來源、含水層間的聯系、尋找地下河道,求地下水流速和流向,以及確定堵水截流部位等。在上游點投源,在下游(多在井巷中)的出水點觀測指示劑的出現時間,以確定兩者的聯通部位與聯系程度。有人已將連通試驗用於測算地下河流量。
C. 礦床水文地質工作的內容及特點
礦床水文地質主要服務於礦床的勘探與開采,其工作內容因勘探與開採的不同階段而異,可分為礦區水文地質勘查和礦山水文地質工作兩大類。
1.礦區水文地質勘查:礦區水文地質勘查是地質勘探的組成部分,以滿足勘探要求與礦山設計為目的,主要工作內容為:依據國家的有關勘探規范,查明礦區水文地質條件和礦床充分條件,預測礦坑涌水量,初步評價供水水源,預測礦床開采造成的環境地質問題,為有效地防治礦井水提供依據。這部分工作是礦床水文地質的主要工作。
2.礦山水文地質工作:該工作以保障礦山生產安全,提高效益,降低成本為目的。主要工作內容為:
1)一般工作:按礦山開發階段分為3個部分:①基建階段水文地質工作,承接勘探資料,持續長期觀測,研究防治水設計,建立資料檔案;②開采階段經常性工作,井巷水文地質編錄,長期觀測,水文地質資料綜合整理;③閉坑階段工作,總結經驗與教訓。
2)專門性工作:①水文地質補充性勘探;②根據礦山設計和生產的需要,為某些特定的防治水工程進行放水試驗和示蹤連通試驗;③礦坑水的防治與利用。
通常,礦山水文地質工作不是傳統礦床水文地質研究的主要內容。礦區水文地質工作的特點如下:
1)礦區水文地質工作是與地質勘探密切配合的。由於礦區水文地質工作是礦產地質勘探的一個組成部分,因此,它必須在礦產地質勘探的總體框架內作為一個整體開展工作,並全面融入其設計中,才能充分利用地質勘探的多種勘探成果獲取水文地質信息,以發揮最大技術經濟效益。因此,必須了解地質勘探的特點與過程。
2)礦床水文地質評價是與采礦條件相合的。由於采礦活動對礦區水文地質條件影響極大,無論是充水因素分析,還是礦坑涌水預測,都需要考慮礦床的開采條件。因此,了解礦床與采礦的基礎知識是做好礦區水文地質工作的需要。
3)礦床水文地質與供水水文地質的工作目標是既相互對立又相互統一的。礦床水文地質以疏干為目的,以最小礦坑涌水量獲得最大水位降深為其工作目標,以豐水年雨季峰期最大水位降深的安全生產保障程度為其安全觀,而供水水文地質則以供水為目的,以最小水位降深條件下的最大開采量為其工作目標,以枯水年安全開采量的保證率為其安全觀。因此,兩者的工作重點、思維方式與對水文地質條件的評價各異。礦區水文地質把工作重點放在雨季峰期的充水通道過水能力和強度上,而供水水文地質則以以枯季補給與儲水構造的調蓄能力為其工作重點。因此,兩者是對立的。礦區疏干與供水是維系礦山生存與安全的兩大基本要素,當疏干與供水作用於同一水源時,就出現了排供予盾,它成為礦區水文地質工作的一大難點與特點。因此,必須將疏干與供水結合起來作為整體研究,才能發揮最佳的綜合效益。因此,兩者又是統一的。
如上所述,礦區水文地質勘探是在探礦與水文地質、疏干與供水的統籌過程中開展工作的,高度綜合性與整體性是其工作特點,也是必須遵循的工作方法與准則。
礦床水文地質調查中所運用的基本理論與手段,與一般水文地質調查基本相同。但礦床水文地質調查具有綜合性和長期性(或延續性),在運用中,應針對礦床排水的特殊性有所側重。
D. 主要礦床水文地質類型的基本特徵
1.以孔隙含水層充水為主的礦床(孔隙充水礦床)
本類型礦床以孔隙水充水為主,主要包括產於第四系鬆散層中的砂礦床和產於第三系半膠結層中的煤和油頁岩等礦床。
本類型礦床的水文地質特徵:①礦床主要分布在有一定厚度的鬆散含水層分布區;②礦床和充水岩層埋藏淺,或直接出露於地表,主要受大氣降水和地表水的補給,受大氣降水補給時涌水動態較穩定;③充水強度取決於充水層的透水性,且多數礦床為直接充水,少數為間接充水,井巷涌水量一般較大;④充水層本身主要是砂層,穩定性差,開采時常發生流砂沖潰和露天開采邊坡的滑動等不良工程地質問題;⑤礦床一般位於當地侵蝕基準面以下,補給較易,水文地質條件多數較復雜。
2.以裂隙含水層充水為主的礦床(裂隙充水礦床)
包括產於堅硬沉積岩、岩漿岩和變質岩中的各種礦床,多分布在高山區和丘陵區。
裂隙充水礦床受到裂隙發育程度和分布規律的控制,其充水特點是:①層狀礦床常以構造及成岩裂隙充水為主,多由大氣降水和地表水補給,富水性中等,脈狀礦床則多以風化裂隙和斷裂帶充水為主,富水性中—弱,且由淺部至深部逐步減弱;②多為直接充水,在井巷內主要是沿裂隙產生涌水且有季節性變化;③礦坑涌水量一般比較小(<1000m3/d),礦坑涌水具有不均勻性,疏干排水時的影響范圍較小;④水文地質條件復雜程度為簡單—中等。
3.以岩溶含水層充水為主的礦床(岩溶充水礦床)
岩溶充水礦床在我國分布很廣,涉及金屬、非金屬、煤等各類礦種,多為大水礦床,水文地質條件復雜。
岩溶充水礦床的礦床(坑)充水條件,主要取決於充水岩層的岩溶發育特徵。由於岩溶發育和富水性的不均一性,岩溶礦床的充水特點主要是:①礦坑涌水量大;②以集中突水為主要充水方式;③礦井排水的影響范圍可以擴展很遠。
孔隙、裂隙、岩溶三類充水礦床水文地質類型的基本特徵見表12-4。
圖12-17 某礦區示意剖面圖
1—鐵礦;2—煤層;3—頁岩;4—灰岩;5—閃長岩;6—斷層;7—坑道及標高(m);8—揭露灰岩的鑽孔水位及其標高(m);9—河水位及其標高(m)
(1)分析天然情況下灰岩含水層地下水的補給、徑流的排泄條件。
(2)分析鐵礦床充水條件及煤礦床充水條件(注意對100m、0m、-100m不同開采水平的充水條件進行對比)。
(3)開采100m水平煤層時,是否會造成礦坑充水?開采0m水平煤層時,最大可能性充水水源是哪種?開采-100m水平煤層時,充水水源可能是什麼?並分析說明其理由。
22.華北某煤田受底板岩溶水的威脅,地質情況及礦坑如圖12-14所示。已知底板隔水層厚度t=30m,容重γ=2 t/m3,灰岩含水層作用在巷道底板的實際水壓值H=350m。如果設計巷道底寬L=10m,坑道底板是否穩定?為安全開采,是否需要疏干降壓?水位降(S)為多大?(參考答案:坑道底板不穩定,需疏干降壓,水位降S=20m)
E. 編制礦床水文地質圖系
礦區水文地質編圖,目前尚無統一的原則,多是在一般性的水文地質圖上,編入某些表示有關礦床充水條件與某些開采因素的內容。對同一礦區,很少見到能全面反映礦床水文地質特徵、涌水和突水量預測、疏干防治水及礦區環境地質現狀與預測的圖件。反映這些內容的礦床水文地質圖件,應是一套圖系。主要圖幅的比例尺與該調查階段的比例尺相同,一些附屬圖幅的比例尺,視其內容和作用,可小於主要圖件的比例尺。
1.綜合礦床水文地質圖
可編製成礦床充水條件圖或礦床水文地質特徵圖。其內容包括:①礦體(層)、頂底板隔水層及主要充水層的層位、產狀、岩性、厚度、埋深、分布及其水文地質特徵;②各種構造,尤其是斷裂構造的產狀、分布、地質及水文地質特徵;③岩溶發育規律及其水文地質特性;④主要充水層的類型、水頭分布、流向、補徑排特徵、水質類型及富水規律;⑤礦床充水水源的類型、分布、水量及水質特徵;⑥主要充水通道的類型與位置。
2.專門性礦床水文地質圖
可編製成一套圖,如系水文地質條件簡單或資料較少的礦區,也可簡編成一張綜合性圖。
1)礦床頂底板岩性、厚度、隔透水性、主要充水層等水位(壓)線及水位埋深圖。它應反映出礦床(體)本身的各種特性、直接及間接充水層和隔水層的各種特徵。
2)礦床開采條件及突水預測圖。內容包括:井巷分布;地表環境改變區的位置、改變性質與規模,如洪水淹沒礦床部位、易滲河段、降水易滲地段、塌陷范圍及裂縫規模等;預測涌水量增大地段,如裂隙及岩溶強發育部位、地下水強徑流帶、充水水源分布區;隔水頂底板等厚線及預測可能透水部位,如變薄、尖滅地段、構造嚴重破壞地段等;主要斷裂帶涌水點位置、水量及預測突水部位;探放水線及安全礦柱留設地段。
3)礦床疏干防治水措施圖。內容包括:礦床井巷分布及開采順序;主要充水水源及通道位置;疏干方式及各種疏干工程的分布;排水方式,疏干漏斗狀態及變化預測;酸性水分布地段與防治措施;堵水與截流工程的位置;安全礦柱與探水線的位置等。
4)礦區環境地質現狀與預測圖。內容包括:鬆散層厚度及岩性;岩溶及裂隙強(弱)發育地段;疏干漏斗現狀及預測狀態;等水位線;頂板崩落高度的預測分區和底板破壞深度分區;地表塌陷、裂縫、沉陷的現狀及預測范圍與幅度;陷落柱的估測位置;地表水體的變化;地表水及地上水水質污染的類型、范圍及程度的現狀與預測等。
前述某些圖件要求的內容尚多,不易全部編入,應針對各礦區的主要問題和取得資料的情況進行編制。某些重復內容,可視具體圖件要求,編入有關圖幅。
3.附屬性礦床水文地質圖件
此類圖件的內容,可依據具體礦區的需要與資料多寡而定,諸如井巷分布及主要涌水與突水點分布圖、地表水體整治圖、礦區地熱升高及污染預測圖等。前述專門性圖件中的某些內容,按礦區具體情況,亦可編製成相應的附屬圖件。
F. 水文地質條件一般是指什麼
通常把與地下水來有關的問源題稱為水文地質問題,把與地下水有關的地質條件稱為水文地質條件。
水文地質指自然界中地下水的各種變化和運動的現象。水文地質學是研究地下水的科學。它主要是研究地下水的分布和形成規律,地下水的物理性質和化學成分,地下水資源及其合理利用,地下水對工程建設和礦山開採的不利影響及其防治等。隨著科學的發展和生產建設的需要,水文地質學又分為區域水文地質學、地下水動力學、水文地球化學、供水水文地質學、礦床水文地質學、土壤改良水文地質學等分支學科。近年來,水文地質學與地熱、地震、環境地質等方面的研究相互滲透,又形成了若干新領域。
G. 井田礦床水文地質分區
地質、水文地質條件的特色之一是它的非均質性。要求對每一個井田、每一個采區、每一個工作面的具體地質、水文地質進行分析,尋出它們的差異性,進行水文地質分區,劃分突水、有利於突水安全和有利於安全的地區。就是要對每種突水因素逐項進行分析。一般來講主要是:① 含水層、富水性的差異;② 隔水層完整性的差異;③ 斷裂破碎程度的差異;④ 水壓及流場;⑤ 邊界條件導水與阻水;⑥ 影響礦壓因素(如頂板岩性厚度),巷道集中程度,采面初期來壓。
根據上述資料,逐個因素編圖分析,然後進行綜合分析,劃分水文地質分區。
現以王封礦二煤區為例:該區面積2.5km2,西部為背斜,東部為向斜,單斜斷塊,南北為斷層切割成為阻水邊界的地壘構造。西區埋藏淺,為煤層風化帶,並有河床分布。根據水文地質條件,以±0m水平為界,東西兩翼劃為4個水文地質區:
1)第一區,西北區,背斜,埋藏淺,岩溶發育,鑽孔普遍漏水。L2灰K=20~50m/d,與間歇性河床有水力聯系,開采後突水頻繁,涌水量10~40m3/min,佔全井80%,曾突水96m3/min,因事先進行分區隔離,未發生淹井,采完後進行封閉,水量減少30m3/min。
2)第二區,東北區,向斜,平行王封斷層200m范圍小斷層密集。但因王封斷層為阻水邊界,開采區突水很小,水量3~5m3/min。
3)第三區,西南區,±0m水平以下,背斜,是斷層交錯地帶,東西的朱村大斷層,北東向王封斷層,北西向的F1斷層交叉,岩溶發育,發生多次突水,涌水量25m3/min,采後封閉。
4)第四區,東南區,±0m水平以下,背斜,王封斷層為封閉性阻水斷層,僅深部落差9 m的王二斷層附近富水,一般開采是局部淋水,水量10~15m3/min。
由於進行了水文地質分區,對可能發生突水及涌水量,心中有數,事先採取了分區隔離辦法,采完一區,封閉一區,礦井水量明顯減少,取得良好經濟效益。
H. 礦床水文地質類型的劃分
開采礦床必須與地下水作斗爭。因此,就必須研究礦坑(井)的充水條件、涌水規律和防治水措施。在總結研究各類礦床的水文地質特徵基礎上,根據相似的水文地質條件和礦床開采時所產生的共同問題,人們將礦床(主要指固體礦床)劃分為若干個礦床水文地質類型進行研究,即對礦床進行水文地質分類。換句話說,根據充水條件和礦床開采時所產生的水文地質問題劃分的礦床類型,稱礦床水文地質類型。劃分礦床水文地質類型的目的是為指導礦床水文地質勘查和礦區水源的綜合調控及防治。
分類時應遵循以下原則:①理論聯系實際,便於應用;②必須突出控制礦坑充水條件的主導因素,以便揭示主要問題;③概念明確,簡單實用。
1991年原國家地質礦產部、國家技術統計局聯合頒發的國家標准《礦區水文地質工程地質勘探規范》(GB12719-91)中對礦床水文地質類型的劃分見表12-3。
該分類首先以「礦床充水的主要含水層類型」將固體礦床劃分為三類:第一類是以孔隙含水層充水為主的礦床,簡稱孔隙充水礦床;第二類是以裂隙充水含水層為主的礦床,簡稱裂隙充水礦床;第三類是以岩溶含水層充水為主的礦床,簡稱岩溶充水礦床,本類型又劃分出三個亞類:第一亞類:以溶蝕裂隙為主的岩溶充水礦床,第二亞類:以溶洞為主的岩溶充水礦床,第三亞類:以暗河為主的岩溶充水礦床。
表12-3 固體礦床水文地質分類
(據《礦區水文地質工程地質勘探規范》,GB12719-91)
其次,將各類充水礦床,按礦體(或礦層)與主要含水層的接觸關系及進水方式分為直接進水礦床、頂板間接進水的礦床、底板間接進水的礦床。
最後,將各類充水礦床,根據與當地侵蝕基準面及地表水位的關系,地表水體的影響程度,主要含水層和構造破碎帶的富水性、補給條件、礦層直接頂底板隔水層的穩定性等影響因素,劃分為三型,第一型:水文地質條件簡單的礦床,第二型:水文地質條件中等的礦床,第三型:水文地質條件復雜的礦床。
礦床水文地質類型按類(或亞類)-進水方式-水文地質條件復雜程度來命名。例如,廣東凡口鉛鋅礦區屬於以溶洞為主、頂板間接進水、水文地質條件復雜的岩溶充水礦床類型。
上述規范中還規定了富水性的界線,水文地質條件簡單礦床的正常排水量小於5000m3/d,中等者介於5000~20000m3/d,復雜者大於20000m3/d。
I. 礦床水文地質類型
根據礦床充水條件劃分的礦床類型,稱礦床水文地質類型。礦床水文地質類型的劃分,是對礦床水文地質條件及其與采礦活動相互關系的高度概括。其目的是為了指導礦床水文地質調查、制定防治水方案和礦區水資源利用的綜合調控。而雙層水位礦床的水文地質類型劃分,則主要針對雙層水位的形成原因和存在形式不同,在一般礦床水文地質類型的基礎上再劃分出兩個亞類——突變型雙層水位礦床和漸變型雙層水位礦床。
中國地質大學沈繼方教授等主編的《礦床水文地質學》,在前人分類方案的基礎上,充分考慮了3種不同空隙類型(孔隙、裂隙、岩溶)和主要充水岩層和礦層的不同接觸關系(頂板、底板、直接接觸、間接接觸)以及礦床開采時水文地質條件的復雜程度(簡單、中等、復雜),歸納出表3-1的分類方案。
表3-1 一般固體礦床水文地質分類
這個分類方案充分突出了礦床充水條件的主導因素,揭示了礦床水文地質的主要問題,概念明確,形式簡單,便於記憶,被廣大礦床水文地質工作者所廣泛採用。
20世紀末作者提出雙層水位礦床的新概念。所謂雙層水位礦床,就是礦床充水岩層中不僅存在雙層水位現象,而且這種雙層水位現象能夠在礦床防治水方案中被利用,並最終取得良好經濟效益和社會效益的礦床。
雙層水位礦床是表3-1中的亞類。但由於各個雙層水位礦床產生雙層水位的原因和形式不同,礦體賦存空間的位置與產生雙層水位埋深的不同,為了礦山生產實際和編制防治水方案的需要,有必要對雙層水位礦床作進一步分類,以便於在礦山設計和生產過程中,更加靈活地掌握和運用。為此,作者將雙層水位礦床分成突變型雙層水位礦床和漸變型雙層水位礦床兩個亞類。
J. 劃分礦床水文地質類型的步驟
礦床水文地質類型的劃分
礦床水文地質類型是指導礦床水文地質調查和研究,以便合理選擇勘探方法、正確布署勘探工作、有效地防治與利用礦坑水的重要依據。地質礦產部1982年頒發的《礦區水文地質工程地質普查勘探規范》,根據礦床充水的主要含水層的類型,將固體礦床劃分為以下三類:
第一類:以孔隙含水層充水為主的礦床,簡稱孔隙充水礦床。其礦床充水條件和礦坑涌水量的大小取決於充水岩層的顆粒成分、孔隙大小、膠結程度、埋藏條件及與地表水的水力聯系程度
第二類:以裂隙含水層充水為主的礦床,簡稱裂隙充水礦床,其礦床充水條件和礦坑涌水量的大小取決於充水岩層的裂隙發育程度,構造復雜程度以及與地表水的水力聯系程度。
第三類:以岩溶含水層充水為主的礦床,簡稱岩溶充水礦床。其礦床充水條件和礦坑涌水量的大小主要決定於充水岩層的岩溶發育程度及分布和埋藏條件、礦區的構造復雜程度。
本類礦床又劃分為三個亞類:
第一亞類:以溶蝕裂隙為主的岩溶充水礦床;
第二亞類:以溶洞為主的岩溶充水礦床;
第三亞類:以暗河為主的岩溶充水礦床。
各類充水礦床根據礦層與當地侵蝕基準面及地下水位的關系,地表水體的影響程度,主要含水層和構造破碎帶的富水性補給條件,礦層直接頂底板隔水層的穩定性等影響水文地質條件復雜程度的因素,劃分為三型:
第一型:水文地質條件簡單的礦床
(1)主要礦體位於當地侵蝕基準面以上,地形條件有利於自然排水,礦床充水主要含水層或構造破碎帶富水性弱。
(2)主要礦體位於當地侵蝕面以下,附近無地表水位,礦床充水主要含水層或構造破碎帶富水性弱,補給條件差。
第二型:水文地質條件中等的礦床
(1)主要礦體位於當地侵蝕基準面以上,地下水位以下,礦床充水主要含水層富水性中等,區域補給條件好,但地形條件有利於自然排水。
(2)主要礦體位於當地侵蝕基準面以下,附近無地表水體或雖有地表水體但對礦床充水影響不大,礦床充水主要含水層的富水性中等,構造破碎帶不溝通地表水體及富水性強的含水層。
第三型:水文地質條件復雜的礦床
(1)主要礦體位於當地侵蝕基準面以下,附近有地表水體並對礦床充水具有威脅,礦床充水主要含水層和構造破碎帶富水性強。
(2)主要礦體位於當地侵蝕基準面以下,礦床充水主要含水層富水性強,補給條件好或構造破碎帶溝通區域富水性強的含水層。