矿床水文地质学(野外工作培训)

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1、矿床水文地质学王现国 教授级高级工程师河南省地矿局第二水文地质工程地质二队二0一一年元月 第一章 矿床水文地质概论 地下水对采矿威胁很大。矿床水文地质主要是研究矿床水文地质条件、矿床开采中出现的水文地质问题及为解决这些问题提供依据。矿床水文地质是为矿床开采服务的，它是把地下水作为需防治和排除的有害对象而加以研究的。矿坑涌水及突水是矿产资源开发过程中常遇见的一种水患，影响井巷开拓和回采工作，需耗巨资建立防、排水工程，增加了采矿成本。矿坑突水还会造成重大的人身伤亡和整个矿井的淹没。因此，加强矿床水文地质工作，不仅能够保证能源与矿产安全开采，还能相对增大我国的能源与矿产资源的储量，意义十分重大。矿床

2、水文地质工作可以分为矿床调查中的矿床水文地质调查工作与开采中的矿井水文地质工作。两者关系密切，不可分割。 矿床水文地质的基本任务主要包含4个方面的内容：查明各类矿床的水文地质条件，即查明矿床水文地质类型、天然条件下矿床充水和开采时矿井涌水的水源及途径等规律性问题；预测未来开采时的矿井涌水量；探讨开采时矿床水文地质条件的变化、矿井突水及矿井水的防治，解决供、排水矛盾及保护矿区环境；矿床水文地质调查方法的研究。第一节 矿床与矿床开采 一、矿床与矿产一、矿床与矿产 矿床是指在地壳中由地质作用形成的、其品位和储量在当前经济技术条件下具有开采价值的含矿地质体。矿床是由矿体和围岩组成的，按成因可把矿床为六

3、大类，即：岩浆矿床、伟晶岩矿床、气水一热液矿床、风化矿床、沉积矿床、变质矿床。按矿体产状分为层状矿床、非层状矿床。 矿产是在地壳中由地质作用形成和能被利用的矿物资源。根据工业用途矿产分为三大类：金属矿产，包括黑色金属(铁、锰等)、有色金属(铜、铅、锌等)、轻贵金属(铝、镁、金、银等)、稀有和放射性金属(铀等)；非金属矿产(如菱镁矿、磷灰石、钾盐、金刚石、云母、石英等)；可燃有机矿产(煤、石油、天然气等)。目前已知的常用矿产有150多种，其中最主要的有三五十种。 第一节 矿床与矿床开采 二、矿床开采二、矿床开采 ( (一一) )矿床开采单位的划分矿床开采单位的划分 处于同一地质构造、同一成因的全

4、部矿床，称矿田(煤矿则称煤田)。如果矿田规模较大，可划分为若干部分，每一部分由一个矿井(坑口)进行开采，称为井田(图1-1），井田的边界可以是人为边界或自然边界。开采时，还必须把井田分成较小的部分，对倾斜矿层，常沿其倾斜方向按一定标高把矿层分成若干个平行于走向的长条部分，称为阶段(或称中段)，其上下分界面称为水平，如图l-2。当阶段较小时，开采可沿全阶段一次开采；如阶段面积较大，还应进一步划分成n个采区，每个采区沿倾斜布置n个开采工作面，称区段。阶段的开采顺序，一般情况下自上而下进行。第一节 矿床与矿床开采 图1-1 矿区、矿田、井田划分示意图图1-2 阶段及分区布置示意图阶段垂高; 阶段斜长

5、第一节 矿床与矿床开采 ( (二二) )矿床开采方式矿床开采方式 矿床开采方式一般为露天开采或地下开采，某些矿床采用两种方式联合开采。 1 1露天开采露天开采 当矿体埋藏较浅且厚度较大或开采深埋矿床的浅部矿体时，可采用露天方式开采。露天开采是从地面较大面积上直接向深处开掘，一般是把矿层分割为一定厚度的水平分区，由上而下梯状开采，从而形成工作面并采出矿石，其优点是施工简便，采掘能力大、效率高、成本低、劳动环境好。露天开采时直接在地面开挖采矿工程，其总体称为露天采(矿)场(图1-3）。 第一节 矿床与矿床开采 图1-3 露天采矿场示意剖面图 1台阶；2台阶坡面；3排水沟； 4矿体；5台阶坡面角 图

6、1-4地下开采井巷示意图1竖井（或称井筒，立井）；2斜井；3平硐；4暗井（盲井）；5溜井；6石门；7矿门；8溜道；9上山（道）；10下山（道）；11小井；12露天采矿场；13光层平巷；14矿层平巷 第一节 矿床与矿床开采 2 2地下开采地下开采 开采埋藏在地下深处的矿产，多采用地下开采方式，即利用各种类型的巷道，使用不同的采矿方法，从地下开采出矿石。地下开采应用的巷道，如图1-4所示。 1)垂直巷道(直立巷道)：竖井(或称立井)，由地面进入地下的大口径井筒，系主要垂直通道；小井，与地面相通作通风或安全出口或临时提升用的小型竖井，有时也称风井；暗(盲)井，与地表不直接相通的竖井，主要用于从下水平

7、往上水平提升矿石；溜井，连接上、下水平，无通往地面出口的竖井，用于自上而下溜放矿石。 2)水平巷道：平硐，由地面掘进的主要水平巷道；平巷，沿岩层或矿层走向开挖的水平巷道，分别称岩层平巷或矿层平巷，平巷不直接与地面相通；石门和矿门，在地下垂直(或斜交)矿体走向，开掘在岩层和矿层中的水平巷道。 第一节 矿床与矿床开采 3)倾斜巷道：斜井，在地面掘进的有一定倾角的大口径井筒，是主要倾斜通道；溜道，在地下自上而下溜矿用的倾斜巷道；上山(道)，在地下沿矿体倾斜向上开掘的巷道，一般位于开采水平运输大巷以上；下山(道)在地下沿矿体倾斜向下开掘的巷道，一般位于开采水平运输大巷以下。 以上介绍的是单一巷道，采矿

8、生产时则是把各种巷道有机地结合起来综合使用，统称为巷道(坑道)系统，其中，把由一个井筒在地下联结形成的整个井巷系统称为矿井或矿坑。垂直巷道(竖井)的四壁称帮，下面称底，水平和倾斜巷道的顶称顶板，底称底板，两侧亦称帮，前进开掘的面称工作面或掌子面，采矿工作面也称回采面，回采后的空间称采空区。 第一节 矿床与矿床开采 ( (三三) )矿床开采的步骤矿床开采的步骤 一般分为开拓、采准和回采三个步骤。 1)开拓：系指从地面到矿体开掘一系列的井(垂直的)、巷(水平的)，建立运输、通风、排水和供水等系统，这些井巷统称为开拓井巷，开拓是采矿的第一个步骤。开拓巷道包括：竖(斜)井筒、平硐、暗(盲)井、石门、阶

9、段平巷、主溜井、井底车场等(图1-5)，其中用作提升或运输矿石的称主井(或主平硐)。 图1-5 开拓系统示意图 第一节 矿床与矿床开采 2)采准：采准就是采矿前的准备工作，其主要任务是对阶段(或称中段作进一步的分割，开掘采准巷道，把阶段进一步划分为采区或矿壁，刨造回采条件，同时作为行人、运输、通风之用。 3)回采：系指从采区或矿壁中大量采出矿石的生产过程。采矿过程完成后即形成采空区。 在采矿初期，开采、采准、回 采是依次进行的。投产后，实行 “采掘并举，掘进先行”的方针， 保证开拓超前采准，采准超前回采 (图1-6)。 图1-6 阶段与采区示意图 第一节 矿床与矿床开采 掘进和回采破坏了自然条

10、件下矿岩的受力平衡状态，巷周围岩体因之受力不平衡产生了矿山压力，它可使巷道变形、冒顶、塌落，以致摧毁矿山设备和造成人身伤害亡。为安全采矿，应加强对巷道(即对地压)管理，多数情况下是进行支护或采用其他措施。 在巷道中进行的地质、水文地质工作，都要在支护之前进行。 四四) )地下采矿方法简介地下采矿方法简介 根据对采空区和地压的不同处理，将地下采矿方法分为以下四类。 1)自然支撑法：在矿石和围岩均较稳定的矿区里，可采用自然支撑采矿法(图1-7)。主要有以下两种方法：空场法，即对采空区不作处理，主要适用于围岩稳定的薄矿层；留矿柱法，在采空区之间保留适当的矿柱支护顶板。 第一节 矿床与矿床开采 2)人

11、工支撑法：即随回采工作面的推进，采用人工的方法(水泥柱、木柱)支撑顶板。 3)充填法：即对采空区用碎石、泥沙(或尾沙、水沙)或水泥进行人工充填。该方法对围岩破坏性小，顶板岩层下落的移动量小，但成本较高，主要适用于条件复杂(如水下采矿等)、价值高的矿床。 4)崩落法：让采空区顶部崩落充填采空区，故对顶板岩层破坏较大，主要适用于围岩图1-7 自然支撑采矿法采区示意图1上阶段水平；2本阶段水平；3顶柱; 4底柱；5间柱；6上部崩落废石；7矿房、矿柱界线 第一节 矿床与矿床开采 不稳定的矿区。在能沟通富水含水层的地段或在城市、地表水体和重要道路桥梁下面，不允许用崩落法采矿。 ( (五五) )采空区顶板

12、岩体破坏特采空区顶板岩体破坏特征征 开采矿体在地下形成采空区，采空区上方顶板岩层失去支撑和平衡，在矿山压力的作用下，会产生变形和破坏，即引起顶部岩体的开裂、塌落和移动按顶板岩层的破坏程度 和形式，可将整个破坏影响区在剖 面上分为3个带(图1-8)。 图1-8 顶板破坏分带示意图 a不规则冒落；b规则冒落；c严重断裂；d般开裂；e微小开裂;f冒落带； g裂隙带;h整体移动带；i破裂带 第一节 矿床与矿床开采 1)冒(崩)落带：直接顶板分裂为碎块向下垮落的范围。可分为不规则冒落段和规则冒落段。这一带岩石碎胀，堆积、透水性好，可形成上部地下水或地表水向下灌人的通道，引起突水，一般不允许这一带发展到上

13、部强含水层或地表水体。 2)裂隙带：在冒落带之上大量出现切层、离层的采动裂隙的范围。该带可分为三段：严重断裂段、一般开裂段、微小开裂段。该带裂隙连通性好、透水性强，当该带达到补给水源时，能使矿坑涌水量急剧增加，甚至造成突水。 3)岩层整体移动带：该带位于裂隙带之上，一般表现为地层整体弯曲变形或剪切位移，或带内整体弯曲下落，一般不产生裂隙，不会构成充水通道。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 在自然状态下，矿体尤其是围岩中通常充满一定数量的地下水，人们把这种现象称为矿床充水。当开采矿产(床)时，这些地下水和某些地表水，可持续地流人采矿井巷，通常称之为矿坑(井)充水或矿坑(井)涌水，其水量大小称为充

14、水强度或涌水强度。超过矿井正常排水能力的瞬时大量涌水，称为矿井突水或矿坑透水。 矿床充水(或矿坑充水)特点及充水强度取决于矿床(坑)充水条件。矿床(坑)充水条件是指矿床(坑)充水水源、充水途径(即水源进入矿坑的途径，也称充水通道)及影响充水强度诸因素的组合和综合作用。在矿坑充水的形成作用上，水源是必要条件，充水途径(通道)是充分条件，二者的组合是形成矿井涌水的必备条件。如图1-9所示，若断层导水，河水可通过断层带进入矿坑，成为矿坑第二节 矿床（坑）水文地质条件 的充水水源，而断层构成充水途径(通道)；若断层不导水，即没有充水途径，则河水电不能成为充水水源。因此，充水水源和充水途径必须结合起来分

15、析，才有实际充水意义。 正确掌握矿床(坑)充水条件，是认识矿区水文地质规律的第一步，是掌握矿床水文地质特征和指导水文地质调查、计算矿坑涌水量和有效防治矿坑实水的基础。 图1-9 矿坑充水分析示意图第二节 矿床（坑）水文地质条件 一、矿床一、矿床( (坑坑) )充水水源充水水源 大气降水、地表水、地下水、老窑水(老窑、采空区和废弃井巷的积水)，均可构成矿坑充水水源，且具有不同的充水特点和影响因素。 ( (一一) )以大气降水为主要充水水源的矿床以大气降水为主要充水水源的矿床 大气降水渗入是地下水的主要补给来源时，矿床(坑)充水直接或间接地受到大气降水的影响。这里是指主要的、而且是直接受大气降水补

16、给的矿床而言，它与降水特征和地表入渗条件有关。 以大气降水为主要充水水源的矿床，多为矿层(体)埋藏较浅的矿床、充水岩层裸露的矿床、位于分水岭地段的矿床、某些处于包水带中的矿床、露天矿等。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 矿坑涌水特征，主要表现在以下几个方面。 1)矿坑涌水动态与当地降水的变化过程一致或具有相似性，常表现出明显的季节性和多年周期性的变化规律。 矿坑涌水量在旱季、雨季或枯水年、丰水年相差悬殊，一年中的涌水量最大值在融雪期和雨季，最小值在旱季。矿井最大涌水量出现在丰水年，干旱年最小。突水事故则多发生在丰水年的丰水期。 2)同一矿床，随开采深度增加矿坑涌水量逐渐减少，且其涌水高峰值滞后

17、时间加长。滞后时间一般为数小时至数十日。 3)矿坑(井)涌水量的大小与降水性质、强度、延续时间、人渗条件密切相关。一般来说，连续长时间降中到大雨对入渗有利。入渗条件主要由渗透途径和地形汇水类型决定，渗透途径可分为面状渗入式和集中灌人式两种；地 第二节 矿床（坑）水文地质条件 形汇水类型可分为散流地形(如山背、山坡等)、滞流地形(平原、台地等)和汇流地形(如低洼谷地等)三类。若大气降水为面状渗入方式，降水入渗量将受到入渗速率限制，只有有效降水量对矿坑充水有意义，对于汇流地形中的灌入式通道，矿坑涌水量可随降水强度增大而增加。通常，长时司连续降中雨对人渗有利。汇水条件好、充水层裸露、地表渗透性大的矿

18、区矿井涌水量大，反之则小。 在进行矿床水文地质调查时，要对矿井涌水与降水动态、降水特征和人渗条件等作全面调查研究，寻找其规律性，以指导采矿工作。 地表水能否成为矿坑充水水源，关键在于二者之间有无水力联系，即是否存在充水途径(通道)。其充水途径(通道)可分为天然的(如充水岩层和导水断裂等)和人为的(采空区顶板破裂带、疏干排水引起的岩溶地面塌陷等)两类。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 (二二)以地表水为主要充水水源的矿床以地表水为主要充水水源的矿床 以地表水为主要充水水源的矿床常赋存在山区河谷和平原河流、湖泊、海洋、水库附近或其下。我国许多煤田、金属和非金属矿床就位于这些地区。 根据地表水进入矿

19、坑的方式和强度，可分为四种情况：地表水不补给者，矿体顶部有较厚的可靠隔水层，矿体与地表水之间无水力联系；地表水微弱补给者，矿体顶部有弱隔水层，少量地表水可通过此层补给井巷；地表水渗入式补给者疏干漏斗以地表水为界，地表水通过渗透通道，能较多地进入井下；地表水灌入式补给者，疏干漏斗以地表水为界，地表水通过强导水通道溃人井巷，造成灾害性突水。后二者即是以地表水充水为主的矿床，且多为大水矿床。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 地表水作为矿坑充水水源时，它对矿坑的充水程度取决于以下几方面： 1)地表水体的性质和规模。常年性的大水体可成为定水头强大补给水源，使矿坑涌水量呈现大而稳定的特点，且难于疏于；季节

20、性中、小水体，只能定期(雨季)间断补给，矿坑涌水强度随地表水的丰枯呈现季节性变化，且较前者易于疏干。矿坑涌水量通常是增加快、减少慢。 2)地表水体与矿坑的相对位置。地表水体与矿坑的相对位置包括两个方面：两者位置高程的相对关系，显然，只有位置高程大于矿坑的地表水体，才有可能成为充水水源，矿坑与地表水体的垂直距离愈小，开采时的矿井涌水量愈大；地表水体和矿坑之间的距离，一般情况下，矿坑距离地表水体愈近，影响愈大，充水作用愈强，矿坑涌水量亦愈大(图1-10）。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 图1-10 排水矿坑与河流距离示意图1含水层；2隔水层；3矿层；4排水矿坑；5排水水位线第二节 矿床（坑）水文

21、地质条件 3)矿坑与地表水体之间的岩石透水性。二者之间若为隔水层，一般无影响或影响甚微，若二者之间为透水岩层，则其透水性愈强，矿坑涌水强度愈大，反之则小。在渗透性各向异性的矿区，则在透水性强的方向上影响较快，当两者之间为饱水岩层时，其矿坑涌水动态一般稳定为非给水岩层时矿坑涌水动态变化剧烈。另外，要注意采矿方法对地层透水性的影响或改变。 4)采矿方法的影响。依据矿床水文地质条件选用正确的采矿方法开采近地表水体的矿床，其涌水强度虽增加，但不会过于影响生产；如选用开采方法不当，可造成崩落裂隙与地表水体相通或形成塌陷，发生突水和泥沙冲溃。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 ( (三三) )以地下水为主要

22、充水水源的矿床以地下水为主要充水水源的矿床 分布在矿层顶底板和周围的地下水，在矿床开采时可通过某种途径进入矿坑，成为矿坑充水水源。能造成井巷涌水的含水层称为矿床充水层。有些含水层，虽接近矿井，但在天然和开采时其中水皆不能进入井巷，则不属于矿床充水层。依据矿床与充水层的关系，可分为直接充水水源和间接充水水源。直接水源是充水层直接被矿坑揭露，地下水直接进入矿坑；间接水源只能通过不透水围岩的局部导水通道才能进人矿坑。当地下水成为主要涌水水源时，其充水特点、强度和规律性如下： 1)矿井涌水强度与充水层的空隙性质(地下水类型)及富水程度有关。一般情况下，裂隙水的充水强度小，孔隙水中等，岩溶水最大。以岩溶

23、水和巨大砾石层中的孔隙水为充水源的矿层，多为大水矿床，且岩溶水充水一般都是第二节 矿床（坑）水文地质条件 来势猛、水量大而稳定，不易疏干。如孔隙层及周围饱含流沙时，可造成流沙冲溃。矿坑或井巷位于富水地段者，其涌水量大，处在弱含水地段的涌水量则小。 2)矿井涌水强度与充水层的厚度和分布面积有关。充水层巨厚、分布面积大者，矿坑涌水量亦大，反之则小。 3)矿井涌水量及其变化与充水层中地下水量的组成(或性质)及水量大小有关。流入矿坑的地下水是由储存量和补给量两部分组成的，储存量的大小决定于充水层空隙中所含的水体积和给水能力；补给量亦地下水径流量，其大小主要决定于含水系统规模和补给条件。若充水水源以地下

24、水储存量为主，则排水初期涌水量大，易突水，之后水量逐渐减少，易于疏干；若充水水源以地下水补量为主，则矿坑涌水量由小到大，而后趋于相对较稳定，不易疏干。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 ( (四四) )以老窑水以老窑水( (老窑、采空区和废弃的旧井巷中的积老窑、采空区和废弃的旧井巷中的积水水) )为主要充水水源的矿床为主要充水水源的矿床 在我国许多老矿山的浅部，有很多老窑、采空区和废弃的旧巷道，其中往往有大量积水，称为老窑水或老空水。当生产井巷接近或崩落带达到它们时，其中存水便会涌入矿坑(井)，成为突水水源。 大多老窑水积水范围不明，连通复杂，水量大，酸性强，水压高。老窑水一般为容积储存量，其充

25、水特征是：水势猛，时间短，破坏性大，另外，老窑水多为酸性水，对井下设备有较强的腐蚀性。尽管老窑突水水量大，但突水量会随时间急剧减少。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 例如，山东淄博煤田已有上百年的开采历史，已查清有老窑2200多个。又如，2001年7月17日广西南丹大厂矿区拉甲坡锡矿厂(该矿山所采锡矿含锡量达40)，由于非法开采，以采代探，乱采滥挖，矿工在井下作业时，打通了一有水废旧井巷，导致-105 m以下采矿巷道骤然突水，大量涌水在瞬间淹没了相邻的7个矿井和正在作业面上采矿的81名矿工，井下81名矿工无一生还，全部死亡，直接经济损失达8000余万元，酿成震惊全国的广西南丹“717”特大透水

26、(突水)事故和矿难。再如，河南登封东风煤矿2003年7月13日，由于矿工违章作业，打通了顶部一存满积水的废弃巷道，导致大水从天而降，发生突水事故，造成矿井被淹、21人死亡的惨剧。 必须指出，矿坑(井)涌水大都是以某种水源为主，接受多种水源补给，因此调查中要区别出主要水源和次要水源，还要研究采前(自然)水源和采后(人为)水源，以便于提出准确的防治水措施。第二节 矿床（坑）水文地质条件 二、矿坑充水通道二、矿坑充水通道( (充水途径充水途径) ) 矿体及其周围赋存的水源，尤其是间接水源，只有经过充水通道(或充水途径)才能进人矿坑(井巷)，形成涌水或突水，因此，必须查明矿床(坑)充水通道(途径)。由

27、于矿坑充水通道种类繁多，性质千差万别，以下仅对矿坑构成直接威胁的通道进行论述。 ( (一一) )天然局部充水通道天然局部充水通道( (充水途径充水途径) ) 1 1构造断裂带构造断裂带 一切大小断裂都可能成为充水水源进入矿坑的通道(途径)。断裂带能否成为充水通道，主要取决于是否透水和含水，影响这种特征的因素很多，首先是断层两盘和断裂带破碎岩的岩性特征，其次还与断层形成的力学性质、受力强度、充填胶结及后期破坏以及人为作用等因素有关。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 各矿层(体)间有不透水层隔开的充水岩层中地下水，往往是通过断裂带突人矿坑的。如华北石炭一二叠系煤田的底板奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙水，一

28、般都是以断裂带为导水通道。例如，山东淄博煤田北大井，在1935年3月13日发生特大型突水，岩溶水通过导水断裂涌入矿坑，突水峰值流量达7.4 m3/s，矿井瞬间被淹没，535名工人惨死井下。该矿井在被淹没39年之后，于1974年才得以恢复生产。据矿井恢复时查明，其突水点就是发生在一正断层的上盘(图1-11）。 图1-11 山东淄博煤田北大井突水点第二节 矿床（坑）水文地质条件 根据断层水文地质特征，可把断层分为5类。依据调查及开采资料，也可把断裂分为表1-l所列类型。 各类断裂的充水作用，可归纳为以下5个方面： 1)构成矿坑的直接水源(如富水断层、导水断层)。 2)破坏顶、底板隔水层的连续性，沟

29、通其上、下充水岩层，使之与矿坑或地表水体之间发生水力联系，成为地下水或地表水的充水途径。 3)使充水岩层与矿层接近或直接接触。 4)降低隔水顶底板岩层的力学强度，形成突水的薄弱带。第二节 矿床（坑）水文地质条件 表表1-1 1-1 开采断层分类及其特征开采断层分类及其特征第二节 矿床（坑）水文地质条件 5)构造隔水边界。 断裂通道往往是矿床(坑)充水的最大威胁，也是矿床水文地质调查的重点对象。 2 2岩溶通道岩溶通道 岩溶空间极不均一，可以有细小的溶孔也可有巨大的溶洞。它们可彼此连通，成为沟通各种水源的通道，也可形成孤立的充水管道。岩溶通道主要包括：大中小型岩溶通道，导水岩溶陷落柱通道，岩溶塌

30、陷及“天窗”通道等。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 例如1984年6月2日河北开滦范各庄煤矿2171工作面奥陶系灰岩水通过岩溶陷落柱入水采矿井巷(图1-12)，造成特大突水事故，使年产300104t的矿井被淹，最大突水量2053m3min，并导致邻近两个矿井此次水害影响产煤近100104t，直接和间接经济损失达40亿元。此外这次突水，还使影响区域内许多供水井吊泵失去供水能力，造成10万人用水困难，并在矿区地面出现17个岩溶塌陷坑，建筑物遭到部分破坏。图12-12 开滦范各庄矿2171工作面陷落柱剖面图 第二节 矿床（坑）水文地质条件 3 3地震裂隙通道地震裂隙通道 位于地震活动区的矿井，由于

31、地震作用可以在水源与井巷之间造成新的裂隙，彼此连接，成为漏水通道，使水流入井巷，增加矿井涌水量。如顶板或底板为隔水层，则地震裂隙可破坏它的隔水性，形成新的导水通道。如地震裂隙发育在含水层内，则形成新的汇水通道，并可导致矿井涌水量急剧增加。第二节 矿床（坑）水文地质条件 ( (二二) )人为充水通道及预测人为充水通道及预测 1 1巷道顶底板突破及预测巷道顶底板突破及预测 当充水岩层为矿层的间接顶底板时，尤其是为问接底板时，其中地下水都具承压性，当水压值超过巷道隔水底板的强度时，则可使底板破坏，使水涌入巷道，这种现象称为底板突破或底板突水，同理，也存在顶板突板(突水)问题。顶底板突水，是在矿床开采

32、过程中发生的，是一种人为充水途径(通道)，研究这种突水作用的实质，就是评价巷道顶底板的稳定性及安全性。 顶底板能否突水，主要决定于顶底板承受的水压值和隔水层的厚度、岩性、抗张强度等。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 顶底板能否突水，主要决定于顶底板承受的水压值和隔水层的厚度、岩性、抗张强度等。前苏联学者 斯列萨列夫按梁和强度理论，给出计算临界水压值(或称理论安全水压值，HL)和临界隔水层厚度(或称最小安全厚度，tL)的公式(图1-3)： 式中：HL为临界水压值，即某一厚度的隔水顶底板所能承受的最大水压值(m或t/m2)；t为底板或顶板隔水层厚度(m)；L为巷道宽度(m)；KP为底板或顶板隔水层

33、抗张强度(t/m2)，可由试验或巷道突水资料确定；为底板或顶板隔水层密度(t/m3)，可由试验确定；tL为临界隔水层厚度，即能承受某一水压值作用的隔水底板或顶板厚度(m)；H为作用在巷道底板或顶板的实际水压值(m或t/m2)。 当HHL或ttL时，巷道底板或顶板是稳定安全的，或处于极限平衡状态，无突水可能或可能性小。当HHL或taL,巷道前方或侧帮是稳定安全的或是极限平衡的；否则，若PPL或aaL，则巷道侧帮不稳定，有可能突水。 使用上述各公式，应按具体地质及开采条件，采用23倍的安全系数。第二节 矿床（坑）水文地质条件 除上述和理论公式外，我国矿山部门依据突水实践，总结出底板突水系数(或称水

34、压比，阻水系数)的经验公式： 式中：KL为临界突水系数(Pa/m)；P为底板承受静水压力(Pa)；M为隔水层厚度(m)。 由上式可知，突水系数的含义是每米隔水层厚度所承受的水压值。因此根据矿区试验和突水资料，总结出具体的临界突水系数，即可进行矿坑底板稳定性预测。为了计算更合理，还应考虑岩石的强度，用等效厚度计算突水系数。第二节 矿床（坑）水文地质条件 3 3采空区顶板破坏采空区顶板破坏( (采空区上方冒裂带采空区上方冒裂带) ) 开采矿石(体)后在地下形成采空区，或采用崩落法采矿造成采空区上方顶板破坏，形成冒落带、裂隙带、整体移动带，其中冒落带、裂隙带可成为充水水源进入矿坑的通道，因此需计算冒

35、裂带的最大高度h1、h2(图1-15)。 图1-15 顶板破坏性影响区最大高度分布示意图 h1 冒落带高度；h2导水裂隙带高度； 1,2分别表示冒 落带范围和裂隙带范围第二节 矿床（坑）水文地质条件 由于顶板破坏机理比较复杂，难以建立预测其最大高度的完善理论公式，通常是根据实际观测资料，采用关系图解法或数理统计法建立经验公式或半经验公式。我国过去常用原苏联的下列公式：式中：hl为顶板冒落带高度(m)；M为矿层厚度或采厚(m)； 为矿层倾角；h2为顶板裂隙带高度(m)；KS为岩石碎胀系数(即岩石冒落碎胀后的体积与冒落前原岩体积之比)，其值见表22。第二节 矿床（坑）水文地质条件 表表2-2 2-

36、2 不同岩层的碎胀系数不同岩层的碎胀系数根据我国矿山实验，上述两式对急倾斜煤(矿)层不适用。第二节 矿床（坑）水文地质条件 4 4地表塌陷地表塌陷 主要包括开采塌陷和岩溶塌陷两种类型。开采塌陷，是在采空区上方及周围的地表由于开采矿体引起的地表变形、移动而产生的破坏。岩溶塌陷，主要是在有一定厚度松散层覆盖的岩溶矿区，对岩溶充水岩层进行疏干排水，在其排水影向范围内地表所产生的塌陷，其波及面广，危害性极大。地表塌陷一方面可为大气降水和地表水提供直接进入坑道的途径，增加矿坑充水水源和水量；另一方面还严重影响各种地面建筑及设施。总之地表塌陷在适当条件下，可成为矿床(坑)充水通道(途径)。由于危害性较大，

37、必须高度重视，加强预防和治理。第二节 矿床（坑）水文地质条件 5 5钻孔造成的通道钻孔造成的通道 矿床开采时，如井巷揭露或接近未封闭或封闭不佳的钻孔时，它们可成为导致顶底板含水层、地表水等涌水井巷的通道，从而造成突水事故。当钻孔与其他水源勾通时，亦可造成来水猛、压力大的突水事故。例如，河北峰峰王凤矿大煤二巷因遇旧钻孔，突水量达3600m3/h。河南平顶山煤矿在1967、1974和1975年都在开采中遇旧钻孔突水，突水量分别为160、420和140m3/h。因此完成勘探任务后，矿床各种地质勘探钻孔应按要求封闭，矿床开采中靠近可疑钻孔，应进行探放水，以免突水。第二节 矿床（坑）水文地质条件 三、矿

38、床充水强度分析三、矿床充水强度分析 矿床(坑)充水强度，一般用矿坑(井)涌水量的数值来衡量。矿坑(井)涌水量的大小，除与充水水源和充水通道的性质和特征有关外，还有一些因素也影响矿床(坑)充(涌)水强度，简述如下。 ( (一一) )充水岩层出露和接受补给条件充水岩层出露和接受补给条件 矿井涌水强度与充水层的出露程度、盖层透水性及与补给水源的接触面积大小有关。一般来说，充水层或含水矿体的出露程度愈高，盖层的透水性愈强，与补给水源接触面积愈大，则矿床充水愈强，矿井涌水量愈大。直接受大气降水补给的矿床和受地下水补给的矿床的充水强度均 第二节 矿床（坑）水文地质条件 受这些条件的制约。当然，间接充水层的

39、影响，则与间接充水层与直接充水层的接触面积，即“天窗”有关。 地形也影响矿井涌水量，当矿井高于当地侵蚀基准面时涌水量较小；反之，矿井低于当地侵蚀基准面时涌水量则较大。 综合华北型煤田开采上部几层煤所得到的资料，说明上部煤层的主要充水层是煤系中的薄层灰岩，但由于其出露和接受补给的条件不同，矿井涌水量有很大的变化。图1-16是薄层灰岩的出露和补给条件示意图，分为以下五种情况：A巷道所处部位的矿床，分布在缺乏侧向补给第二节 矿床（坑）水文地质条件 的山前地带，而且上覆大面积较厚的第四系粘土、粘质粘土层，当其开采疏干时初期涌水量稍大，而后显著减少，涌水一般在50200 m3/h之间，且季节变化小，随疏

40、干地下水位不断下降，主要是消耗充水层储存量；B巷道所处部位的矿床，分布在平原地区，基岩充水层与上覆大面积富水的砂砾石含水层直接接触，疏于时可形成充足的补给源，矿井涌水量常达5001000 m3/h，还可导致泥砂冲溃；C巷道所处部位的矿床，分布在湖水之下，充水层伸人湖底成为水下采矿，开采受长年地表水威胁，如发生突水，则水量大而稳定，既会发生淹井又难于恢复，因而第二节 矿床（坑）水文地质条件 开采时需留足够的安全矿柱和严格控制冒落裂隙的发展高度，以不导致地表水涌人为目标，这类矿床矿井涌水量多在中等以上；D巷道的充水岩层或矿体直接出露地表，仅接受大气降水补给，这类矿井涌水量一般较小，且随季节变化，疏

41、干时水位下降较快；E巷道处矿床分布在季 节性河流的下面，受河水补给，矿井涌水量也呈季节性变化，河流流量的大小直接影响矿井涌水量的多少。 图12-16 充水岩层补给条件示意图1片麻岩；2砂岩;3砂页岩；4灰岩；5开采煤层；6粘土层；7黄土；8砂砾石层；9地表水位；10巷道；11隔、阻水断裂带 上述五种矿井，薄层灰岩充水层在5个(a、b、c、d、e)部位上各自得到补给，矿床充水强度各异。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 二二) )矿床的边界条件矿床的边界条件 矿床及与之相连含水层的边界条件，主要指侧向边界和顶底板条件。边界的形态及透水或隔水性质，对矿床地下水的补给量大小有控制作用，对未来矿井涌水量

42、大小也起主要控制作用。要求在矿床水文地质调查阶段查明。 1 1矿床的侧向边界条件矿床的侧向边界条件 矿床侧向边界性质(供水或隔水)、分布状态及其封闭程度，是影响矿井涌水量大小的重要因素，应调查清楚。供水边界矿坑涌水量大而稳定，隔水边界时，矿坑涌水小，易疏干。 2 2矿床顶底板的隔水或透水条件矿床顶底板的隔水或透水条件 1)矿床及其直接顶底板的隔水或透水条件：这是影响矿床充水强度的关键性因素之一。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 顶底剖面边界一般有4种情况：直接顶底板均是可靠隔水层，基本无外部水补给；底板隔水（q=0)，矿体或直接充水层仅能获得大气降水或地表水通过透水盖层或“天窗”补给；顶板隔水

43、(降水补给为零)，仅通过弱透水底板产生越流或直接补给；顶板及底板均由强或弱透水层构成。 2)顶底板的隔水能力：当为间接水源时，顶底板的隔水能力是影响矿床充水强度的最主要因素。顶底板的隔水能力主要取决于隔水层的岩性、隔水层的厚度和稳定性、隔水层的完整性和抗张强度等。如隔水层的岩性致密、厚度大、完整性好则隔水能力强，反之，在其变薄、缺失或破碎等抗张强度降低的地段隔水能力弱，矿坑涌水量会增加。 第二节 矿床（坑）水文地质条件 ( (三三) )地质构造条件地质构造条件 地质构造的类型、规模和分布，对矿床充水强度亦起制约作用。构造类型(褶皱或断裂)不同，则充水层的空间位置、分布面积、补、径排条件皆有差异

44、，矿床充水强度必随之而异。其规模大者充水强；规模小者，水量小且易疏干。即使同一构造中分布的矿床，由于矿井所处的部位不同，涌水量也各异。 ( (四四) )地震的影响地震的影响 一般规律是：矿区地下水位与矿井涌水量，震前下降，震时突升，震后逐渐恢复。地震时，矿井涌水量变化幅度，与地震强度成正比，与震源距离成反比。第三节 矿床水文地质类型 一、矿床水文地质类型的划分一、矿床水文地质类型的划分 根据充水条件和矿床开采时所产生的水文地质问题划分的矿床类型，称矿床水文地质类型。划分矿床水文地质类型的目的是为指导矿床水文地质勘查和矿区水源的综合调控及防治。 分类时应遵循以下原则：理论联系实际，便于应用；必须

45、突出控制矿坑充水条件的主导因素，以便揭示主要问题；概念明确，简单实用。 1991年原国家地质矿产部、国家技术统计局联合颁发的国家标准矿区水文地质工程地质勘探规范(GBl2719-91)中对矿床水文地质类型的划分。第三节 矿床水文地质类型 首先以“矿床充水的主要含水层类型”将固体矿床划分为三类：第一类是以孔隙含水层充水为主的矿床，简称孔隙充水矿床；第二类是以裂隙充水含水层为主的矿床，简称裂隙充水矿床；第三类是以岩溶含水层充水为主的矿床，简称岩溶充水矿床，本类型又划分出三个亚类：第一亚类：以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床，第二亚类：以溶洞为主的岩溶充水矿床，第三亚类：以暗河为主的岩溶充水矿床。 其次，

46、将各类充水矿床，按矿体(或矿层)与主要含水层的接触关系及进水方式分为直接进水矿床、顶板间接进水的矿床、底板间接进水的矿床。 最后，将各类充水矿床根据与当地侵蚀基准面及地表第三节 矿床水文地质类型 水位的关系，地表水体的影响程度，主要含水层和构造破碎带的富水性、补给条件、矿层直接顶底板隔水层的稳定性等影响因素，划分为三型，第一型：水文地质条件简单的矿床，第二型：水文地质条件中等的矿床，第三型：水 文地质条件复杂的矿床。 矿床水文地质类型按类(或亚类)-进水方式-水文地质条件复杂程度来命名。上述规范中还规定富水性的界线，水文地质条件简单矿床的正常排水量小于5000m3d，中等者介于50002000

47、0m3d，复杂者大于20000m3/d。第三节 矿床水文地质类型 二、主要矿床水文地质类型的基本特征二、主要矿床水文地质类型的基本特征 l l以孔隙含水层充水为主的矿床（孔隙充水矿床以孔隙含水层充水为主的矿床（孔隙充水矿床) ) 本类型矿床以孔隙水充水为主，主要包括产于第四系松散层中的砂矿床和产于第三系半胶结层中的煤和油页岩等矿床。 本类型矿床的水文地质特征：矿床主要分布在有一定厚度的松散含水层分布区；矿床和充水岩层埋藏浅，或直接出露于地表，主要受大气降水和地表水的补给，受大气降水补给时涌水动态较稳定；充水强度取决于充水层的透水性，且多数矿床为直接充水，少数为间接充水，井巷涌水量一般较大；充水

48、层本身主要是砂层，稳定性差开采时常发生流砂冲溃和露天开采边坡的滑动等不良工程地质问题；矿床一般位于当地侵蚀基准面以下，补给较易，水文地质条件多数较复杂。第三节 矿床水文地质类型 2 2以裂隙含水层充水为主的矿床以裂隙含水层充水为主的矿床( (裂隙充水矿床裂隙充水矿床) ) 包括产于坚硬沉积岩、岩浆岩和变质岩中的各种矿床，多分布在高山区和丘陵区。 裂隙充水矿床受到裂隙发育程度和分布规律的控制，其充水特点是：层状矿床常以构造及成岩裂隙充水为主，多由大气降水和地表水补给，富水性中等，脉状矿床则多以风化裂隙和断裂带充水为主，富水性中一弱，且由浅部至深部逐步减弱；多为直接充水，在井巷内主要是裂隙产生涌水

49、且有季节性变化；矿坑涌水量一般比较小(1000 m3/d)；矿坑涌水具有不均匀性，疏干排水时的影响范围较小；水文地质条件复杂程度为简单中等。 第三节 矿床水文地质类型 3 3以岩溶含水层充水为主的矿床以岩溶含水层充水为主的矿床( (岩溶充水矿床岩溶充水矿床) ) 岩溶充水矿床在我国分布很广，涉及金属、非金属、煤等各类矿种，多为大水矿床，水文地质条件复杂。 岩溶充水矿床的矿床(坑)充水条件，主要取决于充水岩层的岩溶发育特征。由于岩溶发育和富水性的不均一性，岩溶矿床的充水特点主要是：矿坑涌水量大；以集中突水为主要充水方式；矿井排水的影响范围可以扩展很远。 第三节 矿床水文地质类型 孔隙、裂隙、岩溶

50、三类充水矿床水文地质类型的基本特征见表14。 表表1-4 1-4 不同类型矿床的水文地质特征不同类型矿床的水文地质特征表表1-4 1-4 不同类型矿床的水文地质特征不同类型矿床的水文地质特征表表1-4 1-4 不同类型矿床的水文地质特征不同类型矿床的水文地质特征表表1-4 1-4 不同类型矿床的水文地质特征不同类型矿床的水文地质特征表表1-4 1-4 不同类型矿床的水文地质特征不同类型矿床的水文地质特征表表1-4 1-4 不同类型矿床的水文地质特征不同类型矿床的水文地质特征表表1-4 1-4 不同类型矿床的水文地质特征不同类型矿床的水文地质特征 第二章 矿坑（井）涌水量预测 第一节 概 述 一

51、、矿坑涌水量及预测内容和要求一、矿坑涌水量及预测内容和要求 矿坑(井)涌水量是指矿山开拓与开采过程中，单位时间内涌人矿坑(包括井、巷和开采系统)的水量(常用单位为m3/d、m3/h、m3min)。它是确定矿床水文地质条件复杂程度的重要指标之一，关系到矿山的生产安全与成本，对矿床的经济技术评价有很大的影响，也是开采设计部门选择开采方案、制定疏干措施、确定排水设备及其生产能力的主要依据。因此，正确预测未来矿坑涌水量，是矿床水文地质勘查的主要任务之一。第一节 概 述 矿坑涌水量预测内容与要求包括以下4个方面： 1)矿坑正常涌水量：通常是指平水年(或平水期)开采系统达到某一标高(水平或中段)时，正常状

52、态下保持相对稳定时的总涌水量。 2)矿坑最大涌水量：是指丰水年雨季开采系统的最大涌水量。 3)开拓井巷涌水量：指包括井筒(立井、斜井)和巷道(平硐、平巷、斜巷、石门)在开拓过程中的涌水量。 4)疏干工程的排水量：指在规定的疏干时间内，将水位降到某一规定标高时所需的疏干排水强度(疏干流量)。第一节 概 述 对于地质勘探阶段来说，主要是进行评价性的计算，以预测矿坑正常状态下的最大涌水量为主。为了正确预测矿坑涌水量，要求必须遵循的基本原则是：查清水文地质条件，计算参数要有代表性，正确选择计算方法和数学模型。 二、矿坑涌水量预测的特点二、矿坑涌水量预测的特点 1)供水水资源评价，一般以确保枯水期最小开

53、采量为目的；而矿坑涌水量预测则以准确地预测丰水期最大涌水量为目标。 2)我国矿床大多分布于基岩山区，充水条件差异大，补排条件较为复杂。在边界条件概化中，非确定性因素多 第一节 概 述 含水介质非均匀性突出，参数的代表性难于解决；地下水流态复杂，常出现紊流、非连续流与管道流。组成概化模型的三大要素：边界、结构与流态复杂，定量化难度大。 3)矿山井巷类型与空间分布千变万化，开采方法、开采速度与规模等生产条件复杂且不稳定，与供水的取水建筑物简单、生产条件稳定形成明显对比，给矿坑涌水量预测带来诸多不确定性因素。 4)矿坑涌水量预测多大降深。大降深疏干将导致对矿区水文地质条件的严重干扰与破坏，其破坏强度

54、又比较难预料与定量化。这与供水小降深采水有明显差异，使用供水时的计算理论与方法，通常难以满足要求。第一节 概 述 5)在矿床地质调查中，一般对水文地质工作投入的技术条件较差，投资少、工程控制程度低，在客观上也给涌水量预测带来较大困难。 以上特点，决定了矿坑涌水量预测中存在诸多产生误差的客观条件。为了满足生产要求，除了通过完善勘探方法，提高预测精度外，还应完善预测成果的表达形式，指出预测成果的使用方法与注意事项，为设计与生产部门结合生产条件进行成果再开发提供依据，以提高预测成果的使用价值。第一节 概 述 三、矿坑涌水量预测的方法、步骤三、矿坑涌水量预测的方法、步骤 计算步骤如下： 1)建立符合客

55、观实际的水文地质模型。主要工作包括：概化已知状态下矿区的水文地质条件，给出未来开采矿坑的内边界条件，预测未来开采条件下的外边界条件。 2)选择合适的计算方法，建立正确的数学模型。目前常用的计算方法有类比外推法(水文地质比拟法、Q-S曲线法)、相关分析法、水均衡法、解析法、数值法等。 3)计算、评价预测。按要求进行有关计算评价预测。 最后指出，实质上，如果将矿井排水视为供水“大井”在开采取水，则进入矿山井巷的预测涌水量，也就相当于对第一节 概 述 供水井或水源地进行的地下水资源可开采量的计算和评阶，两者应用的计算预测或评价方法基本上是相同的。只是因具体目的任务不同、条件不同，在应用原则、观点和具

56、体处理上有所区别而已。因此，本章仅就在矿坑涌水量预测中应用较多的类比外推法、解析法、水均衡法等方法在矿坑涌水量预测中的应用条件、特点阳与供水有区别之处加以介绍。而其他方法(如数值法、相关分析法等)，与供水水文地贡基本相同，不再赘述。 第二节 类比外推法 一、水文地质比拟法一、水文地质比拟法 1原理和应用条件 水文地质比拟法就是利用地质和水文地质条件相似、开采方法基本相同的开采矿区或生产矿井的排水资料，来预计勘探矿区或新建矿井的涌水量。该法的应用前提是勘探矿区或新建矿井的地质、水文地质条件与开采矿区或生产矿井基本相似，老矿井要有较长期的水量观测资料，以保证涌水量与各影响因素之间数学表达式的可靠性

57、。一般而言，水文地质比拟法主要适用于条件比较简单、充水岩层的透水性比较均一的孔隙或裂隙充水矿床，特别是用于已有多年生产历史的矿井，根据上水平的实际排水资料预第二节 类比外推法 测延伸水平的涌水量，或根据生产采区的排水资料预测新扩大采区的涌水量，效果较好。但应注意，水文地质比拟法是一种近似的计算方法。 2 2计算方法、步骤计算方法、步骤 1)富水系数比拟法。富水系数是指一定时期内从矿井排出的总水量Qo(m3)与同期内的矿石开采量Po(t)之比，以KP表示：第二节 类比外推法 根据矿井涌水量与开采矿量成正比的规律，将生产矿井的K值乘同时期新矿井的设计开采量P，即得设计矿井的涌水量Q； 富水系数不仅

58、取决于矿区的自然条件，而且与开采条件有关，故采用此法时，要充分考虑生产条件。为了排除生产条件的影响，人们对该法作了修正，提出了采空面积(Fo)富水系数KF= 、采掘长度(LO)富水系数KL= 等新概念，预测时一般以上述各富水系数的综合平均值为比拟依据。 第二节 类比外推法2)单位涌水量比拟法。单位涌水量(qo是指单位水位降深和单位开采面积的平均涌水量。可根据相似生产矿井的资料求出根据地下水符合层流状态还是符合紊流状态，按下述公式之一计算：式中：Fo、SO、QO分别为生产矿井的开采面积、水位降和排水量。 第二节 类比外推法 勘探矿区或新矿井涌水量Q的比拟计算式为： 式中：F、S分别为新矿井的设计

59、开采面积和水位降深。第二节 类比外推法 在许多情况下，矿井涌水量与开采面积和水位降深之间不呈线性关系，也不符合紊流关系，这时可对比拟计算式进行改进，即：式中：m和n为待定系数，依矿井的不同条件而异，可根据经验通过计算或曲线拟合确定，或用最小二乘法求得。 第二节 类比外推法 二、涌水量二、涌水量(Q)-(Q)-降深降深(S)(S)曲线法曲线法 1.1.原理和应用条件原理和应用条件 涌水量(Q)-降深(S)曲线法，是根据稳定井流抽(放)水试验资料建立涌水量与降深的关系方程，根据勘探试验阶段与未来开采阶段水文地质条件的相似性，外推预测未来矿井的涌水量。采用Q-S曲线法一般要求抽水试验条件尽量地接近未

60、来的开采条件。一般要求：将试验井孔布置在未来开采疏干地段，试验孔的类型符合未来开采条件，尽量采用大口径、大降深、长时间的抽水试验，以使水文地质条件充分显示，这样所建立的Q-S方程才能反映未来的开采条件。建立Q-S曲线方程时，要求进行三次以上水位降低的抽(放)水试验。外推计算时，其范围一般不应超过抽水试验最大降深的23倍。 第二节 类比外推法 实际上，抽(放)水试验时Q、S关系很复杂，影响因素较多，主要影响因素有： 1)矿床水文地质条件的影响：如含水层规模、补给情况、边界条件等的差别，使Q-S曲线类型各异。因此，要求抽(放)水地段的水文地质条件与预测地段相似。 2)抽(放)水时水位降深的大小对外

61、推精度影响极大：随水位降深加大，含水层的水力特性发生变化，如地下水由层流转为紊流、由二维流转为三维流、水流阻力加大等，因而，Q-S曲线类型发生变化，从而使预测误差加大。所以允许外推范围应不超过抽水试验最大降深的23倍。第二节 类比外推法 3)抽水井的结构和抽水时间影响：要考虑抽水井与采矿井巷的区别。抽水时间越长，误差越小。 Q-S曲线法的优点是避开了求取各种水文地质参数，计算简便。因此，它适用于水文地质条件复杂且难于取得有关参数的矿井及矿区。 在一些水文地质条件复杂的矿区，如由于边界条件复杂而难以建立解析公式时，常用该法预测矿井的涌水量。 第二节 类比外推法 2 2计算方法步骤计算方法步骤 1

62、)建立各种类型Q-S曲线方程。Q-S曲线的类型，一般有4种，其对应的数学方程为：第二节 类比外推法 2)鉴别Q-S曲线类型，有以下两种方法。 伸直法：把抽水试验取得的涌水量和对应的水位降深资料，放在表征各直线关系式的不同直角坐标系中，进行伸直判别。如在Q-S坐标系中为直线，则为直线型；在Q-S。坐标系中为直线，则为抛物线型；在lgQ-lgS坐标系中为直线，则为幂曲线型；在Q-lgS坐标系中为直线，则为对数曲线型。 曲度法：用曲度n值进行鉴别，n值按下式计算： 式中：S1、S2为第1次、第2次稳定水位降深；Q1、Q2为对应于S1、S2时的稳定抽水量。当n=1时为直线，1n2时为对数曲线。如果n4

63、5o，可视为与竖井类似，用辐射井流计算；若坑道倾斜度 45o，则可视为与水平坑道近似，用剖面流的单宽流量公式计算。 2)流向非完整井巷的空间流：空间流带往往仅限于非完整井巷附近，其范围约为含水层厚度的1.52.0倍。通常采用平面分段法进行完整竖井的涌水量计算，用剖面分段法或用经验公式进行非完整平巷的涌水量近似计算。第三节 解析法 2)流向非完整井巷的空间流：空间流带往往仅限于非完整井巷附近，其范围约为含水层厚度的1.52.0倍。通常采用平面分段法进行完整竖井的涌水量计算，用剖面分段法或用经验公式进行非完整平巷的涌水量近似计算。 (4)区分潜水与承压水 勘探中，潜水和承压水是容易确定的，但是，在

64、矿坑降压疏干排水时，往往出现由承压转化 为无压水或承压一无压水，此外，在某些倾斜岩层分布的矿区，还可能出现一侧保持原始承压水状态，而另一侧却转化为无压水(图2-1)或承压一无压水。概化时，必须充分考虑到上述变化特点，从宏观角度进行等效的近似处理。图2-1 某矿区疏干漏斗示意图第三节 解析法 2 2确定边界类型确定边界类型 (1)侧向边界条件概化 边界类型(或性质)的划分：边界类型(或性质)可分为隔水边界和供水边界两类。隔水边界是指含水层与弱透水层、隔水层或阻水断层间的分界线；供水边界是指具有无限补给能力的定水头补给边界轮廓线，如含水层与（具有强烈水力联系）地表水体接触界线，且一些强含水层也可成

65、为弱含水层的定水头供水边界。因此应根据矿坑所处的实际条件，将边界概化为隔水边界或供水边界。概化时应立足于整体概化效果，充分考虑开采因素，注意边界几何形态，用好“等效”原则。第三节 解析法 边界形态的简化：解 析法计算模型要求将不规则 的边界形态，简化为一些理 想化的几何图式边界，如无 限直线边界，直交边界，斜 交边界和平行边界等。另外，在某些情况下，可用分区法简化边界，即根据疏干流场特点沿流面和等水位(压)面将其分割为若干条件不同的扇形分流区(图2-2) ，以便采用分区法计算水量。图2-2 某矿区辐射流计算示意图11、2号汇水点等水位线范围2块段分界流线；3观测孔第三节 解析法 (2)垂向边界

66、类型的概化 根据疏干含水层的顶底板性质，依据解析法的计算要求，一般分为垂向隔水边界和垂向越流(越层)补给边界两类。前者含水层顶底板为隔水层，不透水；后者含水层顶底板为弱透水层，其垂向相邻含水层会通过弱透水层对疏干层产生越流(越层)补给，越流(越层)补给边界可分定水头和变水头两种，目前，解析法主要能解决前者问题。 (3)内边界的概化 内边界即开采系统的几何形态，要概化成理想的儿何图式如圆形、水平巷道等，一般，为采用大井法进行计算，常把坑道系统概化或转换为圆形。第三节 解析法 ( (二二) )建立数学模型建立数学模型( (预测计算方程预测计算方程) ) 数学模型是水文地质概念模型的数学描述，建立数

67、学模型就是根据水文地质概念模型和疏排水井巷特征，正确确定计算方法和选择或建立计算公式。 1.1.大井法大井法 坑道系统的排水，一般最终都能形成以坑道为中心的径向水流，大井法就是把坑道系统看成一个面积与之相等、半径为r的等效的理想“大井”，整个坑道系统的涌水量，就相当于“大井”的涌水量，这样就可用井流公式预测矿坑涌水量。对无限含水层，可按式(2-21)、式(2-22)计算和预测矿坑涌水量。 第三节 解析法 对各种特定边界条件下，其解析公式可写成如下一般形式： 式中： 和Rr为稳定流和非稳定流的边界类型条件系数，系数见表2-1；其他符号意义同前。表中所列各式均非解析解的原形，系经过简化的近似表达式

68、。第三节 解析法 表表2-1 2-1 理想化边界类型系数理想化边界类型系数表表2-1 2-1 理想化边界类型系数理想化边界类型系数同理，当垂向上有定水头越流补给时，可用越流井流公式计算矿坑涌水量，请参阅地下水动力学等书籍，这里不再赘述。 第三节 解析法 2 2分区法分区法 也称卡明斯基辐射流方法。该法是根据疏干流场的边界条件与含水层的非均质性特点，沿流面和等水压面将其分割为若干条件不同的扇形分流区(图13-2)，每个扇形分流区内地下水流都是辐射状的，其沿流面分割所得的扇形区边界为阻水边界，而沿等水压面分割所得的扇形区新边界为等水头边界。目前常用卡明斯基平面辐射流公式计算各扇形分区的涌水量Qi，

69、然后再求取各分区涌水量之和(Q)，即：第三节 解析法 式中：b1、b2为辐射状水流上、下游断面的宽度(m)；h1、h2为b1和b2断面隔水底板上的水头高度(m)；L为b1和b2断面之间的距离(m）。每个扇形区内的下游断面，以直接靠近井巷疏干漏斗的等水头线的一部分为准，而上游断面则以远离井巷供水边界上的等水头(位)线的一部分为准。第三节 解析法 3 3水平巷道解析法水平巷道解析法 前已述及，水平巷干疏干排水，一般为剖面平面流，可用单宽流量公式计算，参见地下水动力学及有关书籍。 ( (三三) )参数确定参数确定 计算参数包括含水层的厚度(M)、渗透系数(K)、给水度(p)，大井的半径(m)、影响半

70、径(R)和影响带宽度(L)，最大水位降深值(Smax)等。解析法预测矿坑涌水量的精度，除取决于前述各项条件之外，最主要的就是采用各项参数的精确程度及其代表性，以及是否正确地预估了开采条件的变化。简言之，计算参数直接影响矿坑涌水量预测的精度，必须根据解析法计算模型的特点，结合矿区的水文地质条件及未来的开采方案，合理地确定各项参数。这里仅结合矿坑涌水的特点，对某些参数的确定方法予以介绍。 第三节 解析法1 1含水层的厚度含水层的厚度(M(M或或H)H) 解析法视含水层的厚度为等厚，因此要求采用总体平均的数值。计算时，应根据岩性、地质特征等分为若干计算区，各区的面积为Fi，分区计算各区的平均厚度Mi

71、(或Hi)。最后用面积加权平均法求得矿区的总体平均厚度Mcp(或Hcp)：第三节 解析法 2.2.岩层的渗透系数（岩层的渗透系数（K K） 渗透系数(_K)是解析法计算中极为重要的参数。为了准确求得K值，首先应区分含水层是均质或非均质，解析法主要适用于均质含水层。我国矿床多产于非均质的裂隙和岩溶含水层充水地区。一般当非均质程度不太大时，可用求平均渗透系数(Kcp)的方法确定K值，相差程度较大时，应作均值概化或分区计算。常用的有以下方法。 1)加权平均法：根据含水层特点，又可分为厚度平均法、面积平均法、方向平均法，其中前两者用的较多，计算式为：第三节 解析法 式中：Kcp为平均渗透系数(m/d)

72、；Mi(Hi)为承压水(或潜水)含水层各垂向分段的厚度(m)；K，为各垂向分段的渗透系数(m/d)；Fo为含水层各分区的面积(m2)。 第三节 解析法 2)流场分析法：该法需要有一张根据抽(放)水试验资料绘制的较为可靠的等水位线图，或根据流场的总体特征将其分割为若干具不同特点的区段，前者称闭合等值线法，后者称分区法。闭合等值线法：根据抽(放)水试验资料绘或其他资料绘制等水位线图，据达西定律有： 式中：Q为矿坑涌水量；L1、L2为任意两条闭合等值线的长度； r为两条闭合等值线的平均距离； h为两条闭合等值线的水位差；Mcp为含水层平均厚度(m)；其余符号意义同前。 第三节 解析法 分区法：根据流

73、场特征，将其分割为若r具不同特点的区段，采用分区法计算。据式(2-27)、式(2-28)可导出分区法计算K值的公式。例如，若为潜水，计算式为：式中：符号意义同前。第三节 解析法 3 3“大井大井”的引用半径的引用半径( (r ro o) ) 矿坑的形状极不规则，构成了复杂的内边界，但坑道系统排水时，其周边能逐渐形成一个统一的降落漏斗，因此，在理论上可将形状复杂的坑道系统看成一个与之等效的理想大井在工作，按井流公式计算矿坑涌水量，这种方法称之为大井法。“大井”的引用半径ro，在一般情况可用下式计算：式中：F为坑道系统分布范围所圈定的面积(m2)。第三节 解析法 4.4.疏干井巷疏干井巷( (系统

74、系统) )排水时的影响半径排水时的影响半径( (r ro o) )或影响带宽或影响带宽度度( (L Ltptp) ) 用“大井”法预测矿坑涌水量时，其降落漏斗的影响范围半径R。应从“大井”中心算起，等于“大井”的引用半径(ro)加上排水影响半径(R)，即： 由于疏干漏斗的形状往往是不规则的，故常用“引用影响半径”(Rcp)来代表Ro较为合理。计算狭长水平巷道涌水量时，其疏干排水影响范围用“影响带宽度”(Lcp)表示。第三节 解析法 确定引用影响半径(Rcp)和影响带宽度(Lcp)的方法有多种，下面简要说明常用的方法： 1)经验、半经验公式：第三节 解析法2)塞罗瓦特科公式：对于复杂坑道系统的影

75、响半径，应根据坑道系统边缘与天然水文地质边界线(如补给边界)之间距离的加权平均值计算： 式中：ro为坑道系统“大井”的引用半径(m)，bcp为坑道轮廓线与各不同类型水文地质边界的平均距离(m)；L为各种类型水文地质边界线的宽度(m)(图2-3)。第三节 解析法图2-3 井巷系统补给边界示意图 图2-4 巷道排水水位图第三节 解析法 3)外推法：根据多落程的抽水试验资料，确定R与S或R与Q的线性关系，外推某疏干水平或某疏干量的相应疏干影响半径。如： 式中： 为比例系数。 4)作图法：根据多个落程的抽水试验资料，绘制R=f(S)和R=f(Q)曲线，外推求出R。 第三节 解析法 5 5最大水位降深最

76、大水位降深( (S Smaxmax) ) 为安全开采，对直接充水层来说，矿坑疏干排水最大水位降深(Smax)应使地下水位降至巷道底板(图2-4a)，或取Smax =H(含水层水位或厚度)(图2-4b)。从理论上说，用解析法作最大水位降深的最大疏干量计算，是不太适宜的，往往“失真”。在解决实际问题时，一般是计算矿床疏干最大可能水位降深是多少。 ( (四四) )矿坑涌水量预测矿坑涌水量预测 参数确定之后，即可根据数学模型(解析公式)，按有关生产要求，进行矿坑涌水量的预测计算。第三节 解析法 1 1稳定流解析法稳定流解析法 计算、预测内容主要有两个方面： 1)在已知开采水平最大水位降深(Smax)的

77、条件下，预测矿坑总涌水量(Q总)。 2)在给定疏干排水能力(Q)的前提下，计算区域的水位降深(或水压降低)值(S)。 【计算实例】 某煤矿的煤层埋藏在二叠系砂岩承压含水层之下，煤系地层被断层切割，断层透水但富水性不强。巷道系统面积为109.4104m2，其轮廓为不规则的圆形。砂岩含水层平均水头为100m，含水层厚为30m，渗透系数为0.2m/d。巷道系统布置在隔水的页岩底板(图2-5)，地层倾角为13o。试预测矿井涌水量。 第三节 解析法 【解】 根据已知条件，断层透水说 明它不是隔水边界，富水性不强说明它不是供水边界，因此可将其视为无限边。地层倾解为13o，可视为水平含水层。含水层的厚度和渗

78、透系数已经概化过。由图2-5看出， 矿井排水时水位已降至隔水顶板以 下，属承压无压水，因此应选用无 限边界承压无压公式计算矿井涌水量。 图2-5 某煤矿剖面示意图第三节 解析法ro和Ro由下式求出： 将有关的数值代入公式中求得 实际开采时，矿井涌水量为3600 m3/d，与预测结果接近。 第三节 解析法 2 2非稳定流解析法计算预测内容非稳定流解析法计算预测内容 1)已知水位降(S)及疏干时间(t)，预测疏干量(Q)：即要求在一定时间段内(通常在两个雨季之间)，完成某开采水平的疏干任务，而选择合理的疏干量，或者，当疏干达到开采深度后，预测矿坑涌水量随时间(季节)的变化规律，以获得雨季的最大涌水

79、量及出现的时间。 2)已知排水量(Q)及水位降深(S)，预测疏干时间 (t)：即根据排水能力，计算达到某疏干水平所需的时间，或者，进一步预测漏斗扩展到某重要外边界的时间。 第三节 解析法 3)已知水能力(Q)及疏干时间(t)，预测疏干漏斗各点的水位降深(s)：即按排水能力的大小，研究开采地段地下水疏干降压漏斗的形成与扩展，计算漏斗范围内各点水位随时间的变化规律，以规划回采顺序、速度及其他开采措施等。 4)定降深变流量计算。在勘探阶段，矿坑涌水量预测的非稳定流计算，以选择疏干量和预报最大涌水量为主。在疏干时间和排水能力没有限定的情况下，对于预先疏干，一般是先计算出不同疏干流量的水位降深与疏干时间

80、，然后作出不同疏干流量的S-t曲线(图2-6)和同一设计降深的Q-t曲线(图2-7)，以便设计部门选择合理方案时参考。第三节 解析法图2-6 不同疏干流量的S-t曲线 图2-7 水位降深为Sk的Q-t曲线 第四节 水均衡法 一、水均衡法的原理及应用条件一、水均衡法的原理及应用条件 水均衡法是根据水均衡原理。在查明矿床开采时地下水各收入、支出项之间关系的基础上建立水均衡方程，从而预测矿坑或丌采系统的涌水量。其预测的矿坑涌水量一般为总的最大涌水量。 水均衡法一般适用于地下水补、排条件简单、水均衡要素容易测定、具有独立水文地质单元的矿区以及某些地下水运动为非渗流型且水均衡条件简单的充水矿床。例如，小

81、型封闭集水盆地中第四系堆积物覆盖下的露天矿，充水岩层被隔水边界限制的孔隙充水矿床，一些位于分水岭地段的裸露型岩溶充水矿床，暗河管道充水矿床等。第四节 水均衡法 运用水均衡法的关键是，正确圈定均衡区(域)，选择均衡期，以及测定均衡要素.此方法要求勘探工作与之相适应，加强均衡研究，提高各均衡项目的确定精度，以保证预测结果的可靠性。用水均衡法预测矿坑涌水量的首要工作是建立地下水与降水的长期观测站，形成南钻孔、矿区井巷、采空区、老窑、代表性泉与地下暗河、有意义的地表汇水区等组成的长期观测网。在确定各项水均衡要素时，要充分预测开采条件的影响，以提高涌水量预测精度。由于水均衡法可以预测出疏干期矿山井巷获得

82、的最大补给量，所以此法还能作为验证其他方法预测结果准确程度的依据。 第四节 水均衡法 二、计算方法二、计算方法 1.1.小型封闭集水盆地中第四系堆积物覆盖下的露天矿小型封闭集水盆地中第四系堆积物覆盖下的露天矿的矿坑涌水量计算的矿坑涌水量计算 某矿产于小型封闭集水盆地的基岩中(图2-8)，基岩含水微弱，可视为隔水层，矿床第四系砂层覆盖，此种条件下，只有降水补给。无侧向补给露天开采时，单位时间内进入未来采矿场的涌水量(Q)主要由两部分组成，即由采矿场及其疏干漏斗范围内消耗的储存量(Q1)和采矿场内降水量、集水面积内降水的渗入补给量(Q2)组成。因此，采矿场疏干条件下，矿坑总涌水量为： 第四节 水均

83、衡法储存量的消耗量(Q1)应为单位时间内露天采场内含水层被疏于的水体积(q1)及采矿场以外 疏干降落漏斗以内含水层被疏干的水体积(q2)之和，即： 图13-8 某矿露天开采示意图式中：V1、V2分别为采矿场和疏干降落漏斗的体积(m3)， 为含水层的给水度：t为设计的疏干时间；Fo为露天矿面积(m2)；hcp为含水层平均厚度或原始水位；R为疏干排水时， 第四节 水均衡法 从露天矿外部算起的影响半径(m)；L为露天矿边长。 降水补给量(Q2)包括采矿场中的降水量(q3)和集水面积内降水渗入补给量(q4)，如有河流等地表水时，还应包括河水的渗入量(q5)，即有： 式中： 为年降水量；F为扣除Fo后的

84、集水面积(m2)； 为降水入渗系数；q入、q出分别为地表水流人矿区和流出矿区的流量。所以矿坑的总涌水量为：第四节 水均衡法 2 2位于分水岭地段的裸露型岩溶充水矿床位于分水岭地段的裸露型岩溶充水矿床 位于分水岭地段的裸露型岩溶充水矿床，其充水特点是降雨是主要充水水源(图2-9)，矿坑涌水以瞬时涌水为主，暴涨暴落。雨季峰期矿坑最大涌水量(Q)为： 式中：F为补给区汇水面积(m2)；为暴 雨强度(md)；f为入渗系数()，即降雨 量与入渗量之比；为峰期系数()，即进入矿坑的渗入量与总渗入量之比。 图13-9 某岩溶充水矿床示意图 第四节 水均衡法 3 3充水岩层被隔水边界切割和限制的独立水文地质充

85、水岩层被隔水边界切割和限制的独立水文地质单元中的矿坑涌水量预测单元中的矿坑涌水量预测 如图2-10某井田的充水岩层 被阻水断层切割和限制，与区域 地下水失去水力联系，而且顶底 板都是巨厚隔水层，从而使其自 成完整独立的水文地质单元。此 种条件下，开采煤层需要疏干含 水层，当为定流量疏干排水时， 其矿坑涌水量的计算公式为： 图2-10 某井田示意剖面图 第四节 水均衡法 式中：F为井田内含水层面积(m2)；M为含水层厚度(m)；H为承压含水层自顶板算起的测压高度(m)； 为重力给水度； 为弹性给水度；t为疏干时间。 由上述讨论可以看出，水均衡法只能预测矿坑总涌水量，而不能预测单独井巷的涌水量。在

86、生产实际中，水均衡法多用于计算露天采矿场或浅部开采系统的总涌水量。 第四节 水均衡法 另一方面均衡区地下水的补给量与排泄量之差，表现在储存量的变化上，但相同体积的地下水储量，可以有不同的水位分布线，如图2-11所示，AB水位线与CDFF水位线，其地下水储存量相等，但对于CDEF线，矿体呈疏干状态，可安全开采，而对于AB水位线则不行。因此，地下水储量在空间的分布是个关键问题，但水均衡法本身却是无能为力 的。尽管水均衡法应用于矿坑涌水量 预测还存在很大局限性，但在查明地 下水补给与排泄关系的基础上，应用 水均衡法对矿坑涌水量进行初步估算 是可行的，因此，该法仍广泛应用。 图2-11 地下水储量相同

87、、 水位不同示意图第三章 矿床水文地质调查概述、 矿坑水防治和矿区环境地质 第一节 矿床水文地质调查概述 一一. .矿床水文地质工作的内容及特点矿床水文地质工作的内容及特点 矿床水文地质主要服务于矿床的勘探与开采，其工作内容因勘探与开采的不同阶段而异，可分为矿区水文地质勘查和矿山水文地质工作两大类。 1.矿区水文地质勘查：矿区水文地质勘查是地质勘探的组成部分，以满足勘探要求与矿山设计为目的，主要工作内容为：依据国家的有关勘探规范，查明矿区水文地质条件和矿床充分条件，预测矿坑涌水量，初步评价供水水源，预测矿床开采造成的环境地质问题，为有效地防治矿井水提供依据。这部分工作是矿床水文地质的主要工作。

88、第一节 矿床水文地质调查概述 2矿山水文地质工作：该工作以保障矿山生产安全，提高效益，降低成本为目的。主要工作内容为： 1)一般工作：按矿山开发阶段分为3个部分：基建阶段水文地质工作，承接勘探资料，持续长期观测，研究防治水设计，建立资料档案；开采阶段经常性工作，井巷水文地质编录，长期观测，水文地质资料综合整理；闭坑阶段工作，总结经验与教训。 2)专门性工作：水文地质补充性勘探；根据矿山设计和生产的需要，为某些特定的防治水工程进行放水试验和示踪连通试验；矿坑水的防治与利用。 通常，矿山水文地质工作不是传统矿床水文地质研究的主要内容。 第一节 矿床水文地质调查概述 矿区水文地质工作的特点如下： 1

89、)矿区水文地质工作是与地质勘探密切配合的。由于矿区水文地质工作是矿产地质勘探的一个组成部分，因此，它必须在矿产地质勘探的总体框架内作为一个整体开展工作，并全面融入其设计中，才能充分利用地质勘探的多种勘探成果获取水文地质信息，以发挥最大技术经济效益。因此，必须了解地质勘探的特点与过程。 2)矿床水文地质评价是与采矿条件相合的。由于采矿活动对矿区水文地质条件影响极大，无论是充水因素分析还是矿坑涌水预测，都需考虑矿床的开采条件，因此了解矿床与采矿的基础知识是做好矿区水文地质工作的需要。第一节 矿床水文地质调查概述 3)矿床水文地质与供水水文地质的工作目标是既相互对立又相互统一的。矿床水文地质以疏干为

90、目的，以最小矿坑涌水量获得最大水位降深为其工作目标，以丰水年雨季峰期最大水位降深的安全生产保障程度为其安全观，而供水水文地质则以供水为目的，以最小水位降深条件下的最大开采量为其工作目标，以枯水年安全开采量的保证率为其安全观。矿区水文地质把工作重点放在雨季峰期的充水通道过水能力和强度上，而供水水文地质则以以枯季补给与储水构造的调蓄能力为其工作重点。因此，必须将疏干与供水结合起来作为整体研究，才能发挥最佳的综合效益。因此，两者又是统一的。第一节 矿床水文地质调查概述 如上所述，矿区水文地质勘探是在探矿与水文地质、疏干与供水的统筹过程中开展工作的，高度综合性与整体性是其工作特点，也是必须遵循的工作方

91、法与准则。 矿床水文地质调查中所运用的基本理论与手段，与一般水文地质调查基本相同。但矿床水文地质调查具有综合性和长期性(或延续性)，在运用中，应针对矿床排水的特殊性有所侧重。 第一节 矿床水文地质调查概述 二、矿床水文地质勘查原则二、矿床水文地质勘查原则 1 1坚持按坚持按“由面到点。先测绘后勘探由面到点。先测绘后勘探”的程序进行的程序进行 矿床水文地质凋查多在已有同比例尺地质图的基础上进行，一般按矿床(井)、矿区到区域的范围内采用由大到小不同的比例尺进行测绘。如广东曲塘矿区，在矿床分布范围内进行1：2000l：5000比例尺的详细水文地质测绘，为开采提供所需的全部资料；在矿区(包括供水、隔水

92、边界、区内主要河流段)内进行比例尺为1：10000的洋细测绘，投入一定量的勘探和试验，提供矿区范围内的水文地质资料；而在整个水文地质单元的区域内，则进行l：25000l：50000比例尺的水文地质测绘，配合少量的勘探，来阐明区域水文地质特征。 第一节 矿床水文地质调查概述 2 2加强对矿床充水条件及主要来水方向的研究加强对矿床充水条件及主要来水方向的研究 对矿区进行的水文地质调查，都要研究天然条件下矿床的充水条件，对开采时井巷涌水的主要来水方向(通道)和水源必须调查清楚。方法是通过搜集分析已有的地质和水文地质资料，以及本次调查所获得的水文地质测绘、勘探和试验资料，查清矿区主要含水层富(透)水性

93、能的水平与垂直分布规律，判明各种水源，编制矿区强、弱径流带分布的平面和剖面图，以掌握具体进水通道。 3 3对周边界和顶底板隔水层进行研究对周边界和顶底板隔水层进行研究 对矿区周边界和矿床隔水顶底板的研究是水文地质勘探工作的重要组成部分。矿床顶底板或井巷围岩是否有隔第一节 矿床水文地质调查概述 水层，其岩性、完整程度与厚度如何，对井巷涌水、采矿方法的选择及井巷稳定性具有极其重要的影响。一般常将隔水层分为两种：能确实起隔水作用的隔水层，如厚度较大、分布较稳定、裂隙不发育的页岩、砂质页岩、泥岩、多数岩浆岩和变质岩，其钻孔单位涌水量一般小于0.001L/(sm)；具较多裂隙的页岩、砂质页岩、部分岩浆岩

94、和变质岩、岩溶和裂隙发育较弱的石灰岩，与相邻强含水层相比，渗透性能显著减弱，称为相对(弱)隔水层。岩层的隔水与透水性能，可在一定条件下转化，如隔水底板遭破坏，常可转化为弱隔水层甚至透水层。 隔水层的性能，不仅从岩性上作判断，还可采用岩心检查法、冲洗液消耗量法、注水法、抽水试验法、天然水位法及物探法等来判定其是否能起到隔水作用。第一节 矿床水文地质调查概述 4 4对岩溶水矿区地面塌陷进行研究对岩溶水矿区地面塌陷进行研究 1)重点放在对第四纪地质、地下水动态和岩溶发育规律的研究上。如查清排水前第四系分布范围、厚度和岩性变化，取土样测定物理力学性质；查清第四系和岩溶含水层中地下水的赋存特征、富水性变

95、化及泉水出露条件；调查区内岩溶形态及其发育规律和强度，观察已疏干的含水溶洞中充填物的流失情况；还要观测抽(放)水前后地下水与地表水动态及两者间的水力联系情况，观测坑道涌水点的水量变化和携出物。第一节 矿床水文地质调查概述 2)对地面塌陷的观测：包括观察塌陷、岩溶洼地、落水洞、天然井的分布规律，并进行形态测量，绘制平面图与剖面图；对预计水位降落漏斗范围进行精确的地形测量，掌握抽(放)水前地面原始状态，以利于与抽(放)水后对比；抽(放)水期间，对可能塌陷部位进行地而观察，对塌陷地点及时立桩编号，记下时间、地点、规模大小和方向、性质及发展规律；还要在坑道内注意观测岩石转动、排水量的变化以及泥沙的排出

96、规律。所有观测资料应绘制成各种图表。 第一节 矿床水文地质调查概述 5 5对断层进行研究对断层进行研究 断层带既可成为勾通两侧或上下部含水层富水带，又可成为切断两侧含水层的隔水带，对防治利用矿井水有重要意义。对它的研究，除通过地表及坑道的水文地质测绘和进行深部钻(物)探之外，还要在断裂带两侧进行抽水试验、连通试验、水质分析对比以及地下水动态观测，以便在垂直和水平方向上，分段控制其裂隙及岩溶发育特征，查明断层的透水、隔水具体部位和其透水及富水程度。如果，断层规模大、断裂带及其附近岩石破碎疏松，还应了解岩溶或裂隙沿断层带的发育深度及宽度，找出强、弱径流带及富水程度；断层规模虽然大，但破碎带被压密或

97、已胶结、岩溶(裂隙)不发育的也要了解其透(富)水性能。对某些隔水断裂带，应取样作强度或水压破坏试验，以提供排水对隔水层利用或改造时所需的资料。 第一节 矿床水文地质调查概述 6 6矿床水文地质勘探与试验矿床水文地质勘探与试验 1)结合地质勘探工程进行矿床水文地质工作。在矿产普查阶段，应充分利用地质勘探钻孔进行水文地质工作，包括进行地下水观测、取样和抽水试验等，此阶段仅需布置少量的专门水文地质勘探工作。在勘探阶段，在地质孔中作水文地质工作的孔数可减少，专门水文地质勘探试验与长期观测孔可适当增多，但仍应尽量与地质勘探工程结合。所有钻孔除控制“面”外，重点应放在：最先建井和高级储量地段；坑道最集中、

98、第一期和最低水平部位；断裂及岩溶最发育的强富水地段；巨大的水源和可能的通道；隔水顶底板破碎、变薄或缺失地段；排泄区和预测塌陷区。一般来说，水文地质勘探工作要求按剖面线布置在平行水文地质条件变化的最大方向。第一节 矿床水文地质调查概述 2)贯彻以最少工程量取得最多资料的原则，对专门水文地质钻孔要做到既能查明涌水水源、主要来水方向，又能获取水文地质参数。对一般地质孔，要求做到既是地质孔，又是水文地质勘探、试验或长期观测孔，或是开采、疏干孔，以取得最多资料，做到一孔多用。 3)进行矿床水文地质调查时，应由区域人手，立足矿床(矿区)；水文地质勘探工作应侧重矿床(区)，兼顾区域。 4)水文地质试验：除进

99、行一般抽水试验外，根据是否需要，还可考虑进行以下试验： 大型抽水试验，通常在一些关键性的地点，如问题最多又难以解决的地段，首先开发和最终水平，岩溶裂隙最发育、最富水和排水工程第一节 矿床水文地质调查概述 最集中的地段，主要来水通道和巨大水源附近，可考虑进行大型抽水试验，该种试验投入的人力多，耗资大，对天然水文地质条件破坏较重，故应慎重使用；井下放水试验，在勘探巷道，尤其在生产矿井，为确定大水矿床顶、底板高压含水层能否降低水压或能否恢复已淹井巷，同时又能取得某些参数时应用，由于它能解决生产问题，取得参数的精度高，受到了水文地质工作者的高度重视；连通试验，多用于矿井涌水通道的位置、涌水来源、含水层

100、间的联系、寻找地下河道，求地下水流速和流向，以及确定堵水截流部位等。在上游点投源，在下游(多在井巷中)的出水点观测指示剂的出现时间，以确定两者的联通部位与联系程度。有人已将连通试验用于测算地下河流量。第一节 矿床水文地质调查概述 三三. .从矿床地质勘探孔中获取矿床水文地质资料从矿床地质勘探孔中获取矿床水文地质资料 在矿床地质的各调查阶段中，总是要打大量穿过矿层的地质勘探钻孔，如能重视和利用它们进行水文地质观测与试验，定能从中获得大量的宝贵资料，又能节省大量的水文地质调查工作量。这是其他水文地质调查所不具备的条件。许多资料单凭水文地质勘探是难于得到的。这些资料包括：含水层及富水地段的情况，钻孔

101、冲洗液消耗量及钻孔涌水量，岩心孔隙性、裂隙和岩溶的形态与数量，矿床充水水源与通道，地下水位、水温及水成分的变化；同时，可取水、岩、土样进行水文地质试验，取得有关参数，以及揭露矿层下面含水层时得到的有关资料等。 第一节 矿床水文地质调查概述 矿产普查阶段，一般要求对地质矿产钻孔尽量多地进行水文地质观测工作，仅在有特殊意义的地段上(富矿、最先开发、受地下水威胁最严重地段等)，才布置少量的专门水文地质勘探工作。在勘探阶段，随专门水文地质孔的增多，进行水文地质观测的地质孔数，可适当地减少。 从地质孔中所获得的原始水文地质资料，经过分析整理，就能对矿床水文地质条件得到较全面的认识。 1)编制钻孔水文地质

102、综合成果图表，从中可得出有关的水文地质规律。 第一节 矿床水文地质调查概述 2)编制剖面图。依单孔剖面图表和其他资料及不同要求，可编制成不同类型和不同方向的水文地质图件、表格及文字说明，如：矿区钻孔水文地质观测成果对比及岩溶含水层富水性分带图(图3-1)；岩溶发育与深度关系曲线图(图3-2)；水文地质剖面图，可表示出含水层与隔水层的分布规律与其基本特征；含水层顶板埋深及含水层厚度剖面图等。 第一节 矿床水文地质调查概述图3-1 曲塘矿钻孔简易水文地质成果对比及岩溶含水层富水性分带图1裂隙；2溶蚀裂隙；3钻孔位置及编号；4溶孔；5溶蚀 （包括孔状、蜂窝状、海绵状）；6溶洞；7岩心裂碎地段；8回次

103、进尺水位变化曲线；9钻进时漏水地段；10富水性强（A）与富水性弱（B）之分界线；11岩层分界线第一节 矿床水文地质调查概述图3-2 岩溶发育与深度关系曲线图（据广东省地质局七O四地质队，1987）1钻孔及溶洞位置；2岩溶率；3钻孔中荣动能践率；4岩溶溶蚀下限第一节 矿床水文地质调查概述 3)综合全部剖面图，可编制出相应精度、能反映全矿区某些内容的水文地质平面图，如矿床充水含水层分布图、矿区主要含水层水化学图及矿床顶板埋深或等厚度图等。 它们既可用于初步判断矿区的一般水文地质条件，又可为后期勘探和编写报告提供基础资料。 一般而言，从矿床地质勘探中获取水文地质资料有三种情况：利用地质勘探工作的间隙

104、时间进行水文地质观察、测量和取样，基本上不影响地质勘探工作的进行，如对地下水位与水温的观测、对自流水量的测量，取出岩心后，应立即鉴定岩性，并观察裂隙、岩溶发育特征，判定第一节 矿床水文地质调查概述 是含水层还是隔水层等；在水文地质工作需要时，须暂时停止钻进或施工，待完成水文工作后，再继续进行地质 钻进，如发现新含水层时，则要停钻观测其稳定水位或进行临时抽水试验，或取岩、土、水样；对某些矿床的某些地质孔，在完成地质任务后，因水文地质需要仍须钻进至下部主要含水层中，掌握其水文地质特征。 由上述各项水文地质观测所取得的资料，通常仍不能满足该调蠢阶段的要求。在此基础上，应根据规范要求，布置专门水文地质

105、工作，获取有关资料。 第一节 矿床水文地质调查概述 四、编制矿床水文地质图系四、编制矿床水文地质图系 矿区水文地质编图，目前尚无统一的原则，多是在一般性的水文地质图上，编入某些表示有关矿床充水条件与某些开采因素的内容。对同一矿区，矿床水文地质图件是 一套图系。主要图幅的比例尺与该调查阶段的比例尺相同，一些附属图幅的比例尺，视其内容和作用，可小于主要图件的比例尺。 1 1综合矿床水文地质图综合矿床水文地质图 可编制成矿床充水条件图或矿床水文地质特征图。其内容包括：矿体(层)、顶底板隔水层及主要充水层的层位、产状、岩性、厚度、埋深、分布及其水文地质特征；各种构造，尤其是断裂构造的产状、分布、地质及

106、水文地质特征；岩溶发育规律及其水文地质特性；主要充水层的类型、水头分布、流向、补径排特征、水质类型及富水规律；矿床充水水源的类型、分布、水量及水质特征；主要充水通道的类型与位置。第一节 矿床水文地质调查概述 2 2专门性矿床水文地质图专门性矿床水文地质图 可编制成一套图，如系水文地质条件简单或资料较少的矿区，也可简编成一张综合性图。 1)矿床顶底板岩性、厚度、隔透水性、主要充水层等水位(压)线及水位埋深图。它应反映出矿床(体)本身的各种特性、直接及间接充水层和隔水层的各种特征。 2)矿床开采条件及突水预测图。内容包括：井巷分布；地表环境改变区的位置、改变性质与规模，如洪水淹没矿床部位、易渗河段

107、、降水易渗地段、塌陷范围及裂缝规模等；预测涌水量增大地段，如裂隙及岩溶强发育部位、地下水强径流带、充水水源分布区；隔水顶底板等厚线及预测可能透水部位，如变薄、尖灭地段、构造严重破坏地段等；主要断裂带涌水点位置、水量及预测突水部位；探放水线及安全矿柱留设地段。第一节 矿床水文地质调查概述 3)矿床疏干防治水措施图。内容包括：矿床井巷分布及开采顺序；主要充水水源及通道位置；疏干方式及各种疏干工程的分布；排水方式，疏干漏斗状态及变化预测；酸性水分布地段与防治措施；堵水与截流工程的位置；安全矿柱与探水线的位置等。 4)矿区环境地质现状与预测图。内容包括：松散层厚度及岩性；岩溶及裂隙强(弱)发育地段；疏

108、干漏斗现状及预测状态；等水位线；顶板崩落高度的预测分区和底板破坏深度分区；地表塌陷、裂缝、沉陷的现状及预测范围与幅度；陷落柱的估测位置；地表水体的变化；地表水及地第一节 矿床水文地质调查概述 上水水质污染的类型、范围及程度的现状与预测等。前述某些图件要求的内容尚多，不易全部编人，应针对各矿区的主要问题和取得资料的情况进行编制。某些重复内容，可视具体图件要求，编入有关图幅。 3 3附属性矿床水文地质图件附属性矿床水文地质图件 此类图件的内容，可依据具体矿区的需要与资料多寡而定，诸如井巷分布及主要涌水与突水点分布图、地表水体整治图、矿区地热资源及污染预测图等。前述专门性图件中的某些内容，按矿区具体

109、情况，亦可编制成相应的附属图件。 第二节 矿区地下水防治方法 本节主要介绍常用的几种防治方法。 一、防水措施一、防水措施 1 1地面防水地面防水 地面防水包括开挖排水沟、防渗堵漏和河流改道等 1)开挖排水沟：位于山前平原或位置较低的矿山，汛期洪水可直接灌入矿坑或袭击矿区地表建筑物，造成严重的危害。如徐州贾汪煤矿1958年遭洪水袭击，铁路被冲垮，排洪道决口，井下涌水量猛增10倍，造成部分井巷淹没停产。对这类矿山，应在垂直来水方向上开挖排水沟，拦截洪水。排水沟大致沿地形等高线布置，利用地形坡度，将洪水排出矿区。贾汪煤矿就是在矿区外围沿山坡 第二节 矿区地下水防治方法 修建43 km的半环形排水沟，

110、保证矿区免受洪水的威胁(图3-3)。排水沟不仅可排除地表水，对露天矿还可用来排除地下水。当矿坑充水岩层埋深较浅，且隔水层较平缓稳定时，常可开挖排水明沟，嵌入隔水层以拦截地下水。 图3-3 排洪沟布置示意图a平面图；b剖面图 2)防水堵漏：为防止或减少降水及地表水进入矿坑，对矿区附近地表各种裂隙通道、岩溶塌陷以及可能积水的洼地等，均用粘土或水泥等进行回填、堵漏。在岩溶塌陷十分强烈的地段，甚至用不透水的围堤将塌陷区隔离起来(如水口山矿)。对能造成矿坑充水的地表水，应在渗漏处加防渗铺盖或修人工不透水河槽。第二节 矿区地下水防治方法 3)河流改道：当流经矿区的河流，对矿坑充水有严重影响时，可考虑将河流

111、改道。即在河流上游筑拦水坝，将河水从人工河道引出矿区。人工河道路线的选择，既要考虑经济和施工条件，又要尽量减少以至对矿坑不产生渗漏。人工河道的坡度和断面，应大于旧河道，以利于泄洪。有些岩溶充水矿区，地表塌陷严重，改道的旧河床还需用钢筋混凝土铺底，如水口山矿和泗顶厂矿，均采用这种措施。 总之，地面防水必须根据矿区自然地理和水文地质条件，采用综合措施，才能取得良好效果。 第二节 矿区地下水防治方法 2 2井下防水井下防水 井下防水与地面防水是相互配合、缺一不可的重要防水措施。井下防水首先应从合理开采布局、采用正确的开采方法人手，并采取留保安矿柱、修防水闸和超前探水等各项措施。 1)先易后难，合理进

112、行开采布局，采用正确的开采方法。这是利用自然条件，防止或减少地下水进入矿坑的积极措施。其内容包括：矿层开采顺序和井巷布置应从水文地质条件简单地段开始，如岩溶矿区，第一批井巷应尽量布置在非岩溶或岩溶发育较弱地区；将井筒及井底车场布置在地层完整、不易突水的安全位置；在强含水层或地表水下采煤时，应先开采深部，后采浅部；在高第二节 矿区地下水防治方法 压含水层之上采矿时，应先采浅部，后采深部；对于处于同一水文地质单元的矿群，应该多矿井联合开采，整体疏干；为减顶板的破坏，在强含水层或地表水体下采煤时，应尽量采用房柱法或充填法，避免采用大跨度的崩落法等。 2)留防水矿柱。当矿层与含水层(体)接触时，为了防

113、止突水事故，应留设一定宽度和一定厚度的矿柱，称为防水矿柱。下列情况应考虑留设防水矿柱：矿层直接为松散孔隙含水层所覆盖(图3-4a)；矿层因受断层的错动而与强含水层直接接触(图3-4b、c)；矿层受断层的错动而接近含水层(图3-4d、e)；矿层与断层富水带或积水老窑直接接触(图3-4f)。第二节 矿区地下水防治方法 留设防水矿柱的大小，既要考虑安全，又要经济合理。如何确定最佳尺寸，是一个十分复杂的问题。因为它与水头压力、矿层及围岩的强度、产状以及采矿方法等因素有关。目前，国内外尚没有一个完善确定防水矿柱的方法，多根据具体条件或经验来确定。我国和前苏联煤炭部门，对厚度小于3.5m、侧角小于30o的

114、煤层，均规定留防水煤柱不小于20m。对于在地表水或强含水层下采矿时，防水矿柱要大于导水裂隙带的高度。 第二节 矿区地下水防治方法图3-4 不同条件下留设防水矿柱示意图第二节 矿区地下水防治方法 矿层侧方直接与含水层接触时，通常按斯列萨列夫给定的公式确定防水矿柱的宽度，即： 式中：a为矿柱宽度(m)；L为矿层采高(m)；Kp为矿层抗张强度(MPa)；P为作用于矿柱的静水压力(MPa)。上式是在理想的条件下推导出来的，实际情况往往复杂得多，故常采用25倍的安全系数。第二节 矿区地下水防治方法 3)修建防水闸门或水闸墙。在可能发生突水的采区巷道进出口处或井下重要设施(如井底车场、水泵房、变电所等)的

115、通道，可修建防水闸门，以便一旦发生突水，可关闭闸门，控制水害。另外，在局部有突水威胁的采掘工作面，可修建水闸墙，将水堵截在小范围内，以防突水波及金矿。 4)超前探水。矿坑水患，不仅在于水量大、水压高，更重要的是在于其突然性。超前探水就是在采掘过程中对于可能有水患的地段，提前进行钻探，以查明采掘工作的前方、侧帮或顶、底板的水情，确保安全生产。“有疑必探、先探后掘”的原则，就是这一措施的经验总结。 第二节 矿区地下水防治方法 探水钻必须在充分分析矿井地质、水文地质条件基础上进行布置。通常是当掘进坑道接近强含水层、断层带或老窑积水区，或靠近可能存在着流砂层、充填泥沙的大溶洞以及有突水、突沙、突泥的征

116、兆(如坑道变形、工作面淋水、涌水、涌沙明显或有异常的声响、气味等)时,应招前探水。 二、疏干排水二、疏干排水 疏干排水是目前国内外应用最广泛的一种防治地下水危害的有效方法。通常我们所说的疏干排水包含有疏干和疏水降压两种涵义：疏干是指通过一定的集水构筑物(井、孔、巷道等)及相应的排水设备和设施，对矿床直接充水的含水层进行积极、主动地排水，使地下水位降低至第二节 矿区地下水防治方法 开采地段以下的排水方法和过程。疏水降压是指对矿床问接充水的含水层，通过排水将其水头降低至某一安全高度。 矿床疏干按其进行阶段可分为预先疏干和平行疏干。预先疏干也称超前疏干，是在井巷开拓之前或在矿山基建过程中，超前降低既

117、定开采区的地下水位或水压，以保证井巷或露天采剥工程安全正常进行，该法一般适用于水文地质、工程地质条件较复杂的矿区；平行疏干是在采掘过程中进行排水疏干，故义称同时疏干，通常适用于矿坑涌水量较小、水文地质、工程地质条件较简单的矿区。 按疏干的方式，矿床疏干又可分为地表疏干、地下疏干和联合疏干。 第二节 矿区地下水防治方法 1 1地表疏干地表疏干 1)深井疏干。地表疏干目前以深井疏干方法为主，即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，以降低水位或水压，达到安全开采目的。这种方法常用于矿体埋藏较浅、含水层渗透性较强的矿区，其优点是经济、安全、施工方便。另外，由于

118、地表疏干通常是从矿体外围直接排水，排出的地下水不易受污染，因而可直接用于工农业生产及生活用水，便于排供结合，充分利用地下水资源，与地下疏干相比，深井疏干的另一优点是，比较容易控制地下水下降速度，因而对一些隐伏岩溶充水矿床，可在一定程度上减轻第二节 矿区地下水防治方法 因排水而引起的地面塌陷。但深井疏干需要较多高扬程大流量的水泵，维修复杂，消耗能源多，疏干范围与疏干深度有限，同时对过滤器要求较高，如设计不当，易引起进水受阻或漏砂，影响疏干效果。地表疏干系统的布置应根据矿区水文地质条件及采矿要求来确定，其布置方式有线性、环形、网状及不规则等多种形式。疏干孔的具体位置应有利于矿床疏干，又考虑其服务年

119、限。如对露天矿，一般情况下疏干孔应布置在露天采场最终境界线以外。对于均质含水层，可采用等距离疏干系统，对非均质含水层，将疏干孔布置在导水性良好的地段。目前，深井疏干方法在我国多用于矿体埋藏较浅、分布集中的矿区，尤其是露天矿。 第二节 矿区地下水防治方法 2)漏水孔(或称吸水孔)。 当矿区需要疏干含水层的下部 存在透水性好且水位低于拟被 疏干含水层水位的某一透水层 或含水层时，可在地表施工一 系列漏水钻孔，将上部含水层 中的地下水，通过漏水钻孔自 流泄至下部含水层中(图3-5)， 从而达到上部含水层疏干或降 压的目的。这是一种最经济、 简便的疏干方法。 图3-5 漏水孔（吸水孔）疏干上部含水层

120、第二节 矿区地下水防治方法 3)水平孔疏干。这种方法的基本特点是：在露天采区边坡底部工一个近水平的(一般为1o5o上坡角)钻孔，地下水在自然梯度驱使下流出，泄入排水沟(图3-6)。钻孔的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。为防止松散物质堵塞，应在孔中没置不同材料的过滤器。这种方法是目前最有效的疏干露天边坡地下水的方法。图3-6 水平孔疏干露天边坡第二节 矿区地下水防治方法 2 2地下疏干地下疏干 常见的地下疏干工程有疏干巷道、平峒、放水钻孔、直通式钻孔等。 1)疏干巷道：即直接或间接疏泄和拦截进入矿坑的地

121、下水。当含水层的工程地质条件较好且水量不很大时，疏干巷道可直接布置于含水层中；当含水层水量大或稳定性差(如松散地层)时，疏干巷道呵布置在紧邻含水层的隔水层中，然后再施工放水钻孔或其他滤水装置，将地下水疏放泄入巷道。疏干巷道的布置，应垂直矿坑地下水的补给方向，且低于采矿标高，还要考虑最佳疏干效果和利于施工。对专用疏干巷道应与其他排水工程结合，便于使用。 第二节 矿区地下水防治方法 2)疏干平峒(平窿)：当矿区充水岩层地下水位较高而且存在着深切的沟谷时，可利用有利地形，用疏F平峒作为疏干巷道，使地下水由平峒自流出地表。如四川红岩煤矿、广两泗顶石铅锌矿等，都采用此法疏干。 3)坑内放水钻孔：钻孔由坑

122、道内直接打人含水层，利用坑下的承压水头，将地下水放人矿坑。放水钻孔需配置专门的放水硐室，硐室距离取决于含水层的透水性，自数十米至100m不等，每个硐室可布置35个放水孔，一般呈扇形或放射状分布，多为水平钻孔或上仰孔，也有向下打垂直孔。孔深多小于100m，钻至孔内强烈出水为止。第二节 矿区地下水防治方法 钻孔孔口应安装孔口管或放水阀，并用水泥或铆杆加固。坑内放水疏干的方法，在我国无论是煤矿还是金属矿均广泛采用如山东金岭铁矿，矿体赋存于中奥陶统马家沟灰岩与闪长岩的接触带中(图3-7，图3-8)，矿层直接顶板为灰岩裂隙岩溶含水层，矿层及底板为隔水层。为安全开采，需对顶板含水层进行预先疏干。该矿采用巷

123、道放水孔疏干，疏干巷道均利用坑下运输巷道，布置于矿体底板闪长岩及矿体中，放水硐室间距4050m，每个硐室施工25个放水孔，呈放射状分布，仰角0o22o，孔深50m左右，先后已疏干+16m，-7m，-47m等水平，收到了良好的治水效果。第二节 矿区地下水防治方法图3-7 山东金岭铁矿疏干工程布置剖面图 图3-8 山东金岭铁矿疏干工程布置图第二节 矿区地下水防治方法 4)直通式放水钻孔：当采矿层上方较远处存在威胁采矿安全的含水层时，可从地表打钻孔，穿过含水层直达井下巷道，使含水层中的地下水，通过钻孔自动流人巷道，从而达到疏干的目的，这种钻孔称为直通式放水钻孔。它既适用于地下开采的矿床，也适用于露天

124、开采。对不同岩性、结构及透水性含水层，均可适用，且具有疏干效果好、所需设备少、管理方便、低耗能等优点。钻孔通过含水层时，若岩石较破碎(尤其是松散含水层)，应安装滤水管或过滤器护壁。为控制放水流量，还应在放水孔底端安装孔口管和阀门(图3-9)。图3-9 直通式放水孔钻孔结构 第二节 矿区地下水防治方法 3 3联合疏干联合疏干 联合疏干系指在一个矿区内，同时采用地表疏干和地下疏干两种方法。一般是在矿区水文地质条件较复杂、单一疏于方法不够经济合理时采用。联合疏干通常是在基建阶段采用地表疏干，采掘阶段采用地下疏干。第一阶段在地表用深井作预先疏干，把大部分地下水储存量排除，降低充水岩层水位，保证开拓工程

125、安全掘进；第二阶段利用各种生产巷道，辅以放水钻孔，排除矿层上下含水层保留残余水头，保证采矿安全。由于联合疏干兼具地表和地下疏干的优点，对一些条件复杂的大水矿区，采用联合疏干往往比单纯采用某一种疏干方法要经济、安全，疏干效果更好。第二节 矿区地下水防治方法 三、注浆堵水三、注浆堵水 在防治矿区地下水措施中，除疏干排水外采用注浆堵水，也是一种行之有效的治水方法。注浆堵水是指用具有一定压力和浓度的浆液(如水泥浆、化学浆等)通过钻孔注入含水层的空隙或通道中，使其扩散、凝固，形成地下帷幕，堵塞进水途径，切断矿坑充水水源，达到防治水的目的。 1 1应用情况及适用条件应用情况及适用条件 注浆堵水，在国内外均

126、有成功的经验，例如，英的北海煤田，在海底采煤，煤层底板为白云质灰岩和石膏，为防止采煤引起海水溃入矿坑，普遍采用水泥注浆加固顶板，保证了海底采煤的安全。我国自20世纪50年代开始将注浆应用于矿区治水工程，并取得较好的效果，使这种治水方法很快得到发展和推广。 第二节 矿区地下水防治方法 例如湖南水口山铅锌矿、山东张马屯铁矿、黑旺铁矿、河南焦作煤田和江苏贾旺煤矿等都不同程度地采用了注浆堵水措施，有效地防治了地下水的危害。前已提及的山东淄博煤田北大井，1935年3月13日发生特大突水淹井事故，535名矿工遇难，在1972年开始注浆堵水，1974年成功排水，到1978年12月恢复生产，使淹没了40多年的

127、矿井重新恢复。又如1984年6月2日发生特大突水危害的河北开滦范各庄煤矿，对突水的治理也是采用注浆方法，加固防水煤柱，堵截突水通道，使这次世界采矿史上罕见的突水灾难在短期内就得到控制并恢复生产。这些都说明我国的注浆堵水技术已达到世界先进水平。因此，注浆堵水将逐渐成为矿区防治地下水的主要手段之一。 第二节 矿区地下水防治方法 在一定条件下，矿区治水采用注浆堵水较之强排疏干有以下优越性：保护地下水资源，注浆堵水可以避免因矿坑排水引起区域地下水位大面积下降，而造成附近工、农业生产及生活供水水源地破坏的弊病；经济效果好，对某大水矿区，采用强排治水措施往往费用很高，而采取注浆堵水，可以大量减少排水工程及

128、设备的投资，节约能源，降低强排治水费用；避免塌陷，对某些隐伏岩溶充水矿区，矿坑强烈排水、水位大幅度下降易引起地面塌陷，严重破坏工农业设施，威胁当地居民人身安全，而注浆堵水则可大大减轻甚至避免此隐患。 但注浆堵水工程施工复杂，工期长，投资较大。 第二节 矿区地下水防治方法 在确定防治水方案前，应从全局出发，考虑长远的经济利益和社会效益，进行全面综合分析对比，选定最优的防治水方案。采用注浆堵水的矿区通常应具备下列条件：矿区地下水补给源充足，矿坑疏干排水量大，疏干范围内有许多重要工农业设施以地下水为主要供水源，若采用强排疏于，不仅投资大、耗能多，且将引起严重的不良后果，如破坏水资源、产生地面陷或破坏

129、风景名胜等；矿体规模大且较集中；充水岩层埋深不太大，有适于堵水的边界(如进水口较小)；矿区充水条件比较清楚，充水水源、充水通道和注浆地段含水层的埋藏条件，裂隙、岩溶发育状况等已基本查清。 第二节 矿区地下水防治方法 2 2方法分类及要求方法分类及要求 注浆方法按施工位置可分为地表注浆和井下注浆；按注浆液不同可分为单液注浆、双液注浆和化学往浆等。单液注浆一般为水泥浆液，适用于地下水流速不大的砂层或岩溶裂隙地区，如遇大裂隙或大溶洞，还可以加入砂土等掺和料，可节约水泥，提高注浆效果；当地下水流速过大时，宜采用双液注浆，它是用水泥浆和水玻璃混合进行，以加快凝结速度。对于细颗粒地层(如粉细砂)，水泥浆液

130、不易注入，则应采用化学注浆。 另外，按注浆工程的规模可分为局部堵水和全区堵截。局部注浆堵水是针对某个或某些具体的“进水口”而进行，如对突水点、强径流带进行注浆堵水，井巷工作面第二节 矿区地下水防治方法 和井筒预注浆堵水。井筒预注浆堵水通常是在大水矿区，井筒(竖井)开挖之前，先在地表施工注浆孔将地下水“隔”开，便于开拓工程施工。井巷工作面预注浆，则是当采掘工作面要通过强含水层、断层破碎带或在水体下进行时，为防止突水，预先向前打一系列注浆孔，封闭突水点或加固围岩后，再掘进通过以保证安全。全区堵截即利用矿区的隔水边界，在外围对主要透水边界进行注浆，形成地下帷幕，隔离或大幅度削弱矿区地下水与区域地下水

131、的联系，使其成为一个孤立的含水系统，以便加快疏干速度，减少矿坑涌水量，及保护外围的地下水资源和环境。注浆堵水孔的布置，一般是垂直地下水补给的方向布孔，组成帷幕线，帷幕线两端要尽量利用隔水层(岩体)，以减少帷幕的长度；如为封堵突水点或切断“开窗”补给源，第二节 矿区地下水防治方法 也可呈面状布置。孔距应先疏后密，对非均质、各向异性的岩层，不必等距布孔；若帷幕线与岩溶裂隙发育方向一致时，孔距可适当大些，反之可小些。钻孔深度一般应到达注浆含水层的隔水底板，如果含水层埋藏深度或厚度过大，至少也应穿过含水层的强透水带，采用悬挂式帷幕注浆(也有采用底帷注浆)。注浆工程基本结束后，要进行质量检查，评价注浆效

132、果。通常要在帷幕线上打检查孔，取出岩心，观测浆液对空隙的充填和胶结程度，或通过钻孔无线电透视仪加以间接了解，并要进行压水试验或联通试试验，分析帷幕内外地下水动态或矿坑涌水量在帷幕合拢以后的变化，以评价注浆堵水的效果。 第二节 矿区地下水防治方法 3 3实例实例 山东济南张马屯铁矿西矿体试验区，是近年采用帷幕堵水成功的一例。该矿位于济南市东郊工业区内，于1967年开始基建，由于水文地质条件复杂，矿坑涌水量大(预计最终开采水平为45104m3/d)，如采用强排疏干，每年需花排水费2400万元，吨矿石排水量为300m3，吨矿石排水费达45元，经济上极不合理。而且矿区外围均为济南市重要工矿企业供水源地

133、，不能因矿山排水而破坏水源地。因治水工程没有解决，矿山长期达不到原设计生产能力，需要采用既经济合理、技术可行，又能保护地下水资源的治水方法。该矿在查清矿区水文地质条件的基础上，选择了西矿体进行帷幕堵水试验。该段地层，上部为第四系砂质粘土夹砾石，厚40mm，下部为闪长岩和矿层及奥陶系灰第二节 矿区地下水防治方法 岩互相穿插，矿层顶板为中奥陶统马家沟灰岩，厚60200m，向东南尖灭，埋深200500m，岩溶发育上强下弱，富水性好。为矿坑的主要充水岩层。帷幕线布置在灰岩顶板崩落范围以外20 m(崩落角60o70o)，呈单排弧形分布，全长1800m，两端为闪长岩。沿帷幕线布置34个注浆孔，先疏后密，分

134、三次施工，其间距依次为60、30、15 m(图3-10)。由于灰岩在埋深460m以下，透水性很差，故以此深度为帷幕底界，采用分段水泥注浆，自上而下逐段进行。堵水帷幕合拢后，经过施工质量检查孔，取岩心观测，做无线电波透视和压水试验，都证明帷幕线上灰岩岩溶裂隙均被水泥所充填固结，透水性显著减弱。 第二节 矿区地下水防治方法 图3-10 帷幕注浆堵水试验工程布置平面图 1注浆孔；2质量检查孔；3观测孔； 4闪长岩界线；5矿体边界 第二节 矿区地下水防治方法 1978年又在井下进行放水试验，结果帷幕内外水头差达200m以上(图3-11)，矿坑涌水量明显减少，从堵水前的493804m3d减为1000m3

135、d左右。证明堵水帷幕质量良好，其堵水效果达80，每年可节约排水费用200万元，而且又不破坏附近的供水水源地，因此，经济效益是显著的。 图3-11 帷幕内外形成水头差示意图 （图中单位为m） 第二节 矿区地下水防治方法 在矿区地下水防治措施中，除了排水疏干和注浆堵水外，对一些间接充水的矿床，如果构造条件比较简单、隔水层连续，应该首先考虑利用隔水层，采取带压开采，即充分利用矿区隔水层作为保护层，以防为主，适当疏排，带着一定的水压，进行开拓回采。在查明矿床水文地质和工程地质条件的基础上，可以对某些水头压力较小(如地垒构造或其他埋藏较浅的部位)，或隔水层厚度大而完整，即水压与有效隔水层厚度之比小于该区

136、突水系数的地段，进行带压开采。如果水头压力过大或隔水层厚度太薄或遭破坏，则必须适当进行排水，降低水压，或人工加固隔水层，以确保安全开采。 第三节 矿区环境地质简述 矿区环境地问题很多，涉及的范围很广，在诸多问题中大多属于环境水文地质范畴，有些属于有地下水参与的工程地质范畴。本节就某些问题，作简要介绍。 一、矿区排水矛盾问题一、矿区排水矛盾问题 采矿本身造成矿区附近包括矿山企业本身淡水资源的供应紧张，产生供水、排水矛盾。排水疏干引起水环境恶化的问题是多方面的： 1)供水水源减少或枯竭。由于矿床疏千的水位降落漏斗远远超过其开采面积，除疏干范围内的井泉出水量变小甚至枯于外，还可引起地面塌陷、裂缝和向

137、井巷涌泥沙等环境地质问题。 第三节 矿区环境地质简述 2)改变了水循环环境。开挖井巷或矿坑疏干，可勾通各含水层和不同的补给源，使水循环环境恶化。这可产生两种后果：可使矿井得到新补给源，在增加矿井涌水量的同时减少当地供水工程的出水量；减少矿井涌水量的同时减少供水量或使之枯竭。 3)地表渗透条件的变化，改变或破坏了原地表水状况，甚至导致突水事故。松宜煤矿猴子洞井田，矿床开采后使两条河流河床的渗透条件发生迥然不同的变化，水环境各异。南部洛溪河，开采前属常年性河流，开采后在流经栖霞灰岩的250m长度内，相继出现13个塌洞，河水流失；当流量小于0.3m3/s时，河水全部漏光使下游成为干第三节 矿区环境地

138、质简述 河道，干沟等矿井涌水量剧增近1倍。北部干沟河，原为间歇性河，河水间歇式补给下伏含水层。开采中，河流受上游携带大量煤粉(泥)的矿井排水补给，煤粉(泥)沉淀充填于河床碎石孔隙中，形成防渗层，河床由漏水转变为不漏水。河水补给量从占总涌水量的2030，逐渐降至10以下，转为常年性河流。 4)改变含水层的边界条件。如原有不透水边界可转化成透水边界；自然排泄区可转化为补给区；地下分水岭可外移，增加补给区面积；以及海水倒灌补给等。这些都可增加矿井涌水量，使水质变坏和减少淡水资源，导致水环境恶化。第三节 矿区环境地质简述 二、矿区岩土体变形与破坏问题二、矿区岩土体变形与破坏问题 无论是露天开采还是地下

139、开采，随着采矿的发展，大中小型矿山都会在不同程度上改变或破坏矿区的地面形态和岩土体原貌，使环境地质条件恶化。 地面形态的破坏，主要有两种形态：采矿深坑(凹形)，主要为露天采矿场的破坏，次为小窑的破坏；采矿废弃物堆积(凸形)，主要指露天和地下开采中的废弃物，多堆积成山。它们的共同特点是，改变了原地面环境，使之成为弃地，还改变了原地的地下水活动规律。 下面重点介绍因地下开采造成的矿区岩土体破坏所导致的环境地质问题。第三节 矿区环境地质简述 1 1矿区地面塌陷、裂缝和沉陷矿区地面塌陷、裂缝和沉陷 三者虽皆由地下采矿、疏干排水造成，但对岩土体的破坏和出现的环境地质问题则不相同。 1)地面塌陷、裂缝和沉

140、陷是岩溶充水矿区产生的主要环境水文地质问题。在岩溶充水矿区，随疏干常引起地面突然发生塌陷，有的矿区还伴生有地面裂缝。必须指出，地面塌陷等不仅形成在矿区，在过量抽取地下水的非矿区，也会大量形成。地面塌陷的形成机理主要是“真空吸蚀”和“潜蚀”。据统计，包括非矿区在内，全国有23个省(自治区)、直辖市发现岩溶塌坑800余处，塌陷总数超过3104个，其中有70是由人类活动造成的，每年造成的直接经济损失达数亿至10余亿元。如程潮铁矿自1967年大突水至1975年底，地面变形范围扩大到5.7104m2。该矿的地面变形有塌陷、沉陷、裂缝和岩石崩落。其中，分第三节 矿区环境地质简述 分布于采空崩落区内的塌陷呈

141、碟状或漏斗状，直径为1060m，深1035m。在塌陷和沉陷边缘的第四系分布区，产生大量弧形裂缝，宽20200cm，长数十米至百米以上；沿裂缝处发生位移，高差达12m。采空崩落区以外的塌陷，呈漏斗或井状，最大直径达35m，一般为720m，深28m。周围有新月形或弧形裂缝，宽510cm；变形区内房屋倒塌，公路被毁，池塘干涸，井口位移，给矿山建设带来严重危害。又如，广东凡口矿区，由于抽水和排水，引起大量的地面塌陷，至1983年已达1600多处，塌陷范围490104m2。以上，个体最大者直径40m，深度最大者达30m，体积最大者达4600m。塌陷常成为大气降水和地表水潜入矿井的通道并造成突水，塌陷使建

142、筑物开裂搬迁面积达6.9104m2，农田损失达6.7104m2，公路、铁路也遭到破坏。 第三节 矿区环境地质简述 2)地面裂缝的形成条件与地面塌陷基本相同，但它是以裂缝的形态出现的。大体上有两类：一类分布在矿区地面塌陷坑和沉陷区的边缘地带，多呈弧形、半圆形和同心圆形开裂，与采区边缘大体平行，其宽度一般由几厘米至l2m不等，长度由数十米至数十米，有的甚至达百余米；另一类是与塌陷或沉陷无关的地面裂缝，如形成在露天矿场边缘或某些构造部位的裂缝，一般为近直线形。 3)矿区的地面塌陷多产生在大面积用崩落法回采的矿区。因顶板崩落和疏干排水，引起采区上部岩体较大范围向下移动，加上含水层疏干引起松散层压缩，造

143、成矿区地面沉陷，其面积远大于塌陷范围。沉陷区中心地带的地层，基本上可保持其连续性。如武山矿北矿带出现有1600 mm400 m的地面陷区。第三节 矿区环境地质简述 2 2矿区的山岩开裂及岩石崩塌矿区的山岩开裂及岩石崩塌 山区发生的山岩开裂及岩石崩塌，成因很复杂，类型亦各异。采矿形成采空区及地下水的参与成为主要因素， 形成后严重地破坏了当地的水文地质条件。矿区山岩开裂与崩塌，多发生在被开采矿区上部的地层中，主要受剥蚀卸荷作用控制，地形上多为临空高耸的悬崖峭壁、突出山嘴和孤峰，它们是在具备适宜地形、上硬下软的岩性、构造(及溶蚀)裂隙发育和有地下水补给等自然条件的地段上，加上人为开掘井巷的诱导所形成

144、。由于在峭壁下开挖，形成大面积采空区，使岩体自然应力平衡受到破坏，卸荷作用促使采空区顶板下沉变形，向上传递，促使岩体向外倾斜，产生拉张力加扭力作用，形成了山岩开裂或局部伴有崩塌和陷落。第三节 矿区环境地质简述 实例：湖北省远安县境内的盐池河磷矿灾难性山崩，是典型实例。该磷矿位于一峡谷中。岩层为上震旦统灯影组(Zbdn)厚层块状白云岩及上震旦统陡山沱组(Zbd)含磷矿层的薄至中厚层白云岩、白云质泥岩及砂质页岩。岩层中发育有两组垂直节理，使山顶部的灯影组厚层白云岩三面临空。地下采矿平巷使地表沿两组垂直节理追踪发育张裂缝。崩塌前最大裂缝长180m，最宽0.8m，深160m。1980年6月810日连续

145、两天大雨，山体顶部前缘厚层自云岩沿层面滑出形成崩塌(图3-12)，崩塌堆积体约130104m3，最大厚度约40m，致死284人，并在16 s之内摧毁矿务局机关全部建筑物和坑口设施，崩塌冲击浪将四层楼房抛至对岸撞碎，经济损失达2500万元。 第三节 矿区环境地质简述图3-12 湖北盐池河磷矿崩塌山体地质剖面图1灰黑色粉砂质页岩；2磷矿层；3厚层块状白云岩；4薄至中厚层白云岩；5裂隙编号；6白云质泥岩及砂质页岩；7薄至中厚层板状白云岩；8震旦系上统灯影组；9震旦系上统陡山沱组第三节 矿区环境地质简述 3 3地面滑坡地面滑坡 国内露天与地下采矿区，都发生过这类环境地质灾害。抚顺西露天矿南帮，曾发生过

146、57次滑坡，是个突出的例子。产生原因是地下水将软质凝灰岩层软化成可塑体，导致滑动。滑动面上多见有水，大多发生在雨季或雨季后，它破坏了采场内外的岩体稳定。 三、采矿引起的水质恶化问题三、采矿引起的水质恶化问题 由于矿床的存在和开采，多使矿区附近的地下水与地表水水质恶化。 1 1矿区矿区( (床床) )地下水和地表水的污染地下水和地表水的污染第三节 矿区环境地质简述 1)天然污染：主要指矿床内存在的有害人体健康及危害其他生物生存的元素或成分，在自然条件下进入地下水或地表水中，污染了天然水体。如多金属及放射性矿床中所含的有害元素，经自然的氧化或淋滤或溶解作用，进入矿区水体中。这些有害元素，会在矿床周

147、围形成大于矿体分布范围、高异常含量的水晕。它具有与区域地下水化学成分不同的特点。它们的存在虽可作为找矿标志，但会危及人类健康和恶化环境，有些地方病即源于此。 第三节 矿区环境地质简述 2)采矿对水体的污染。主要有：采矿揭露矿体，使有害元素直接进入矿井水中，造成污染；采矿使不同成分的水相混合，往往使原来优质水污染，不能饮用；勘 探工程沟通矿体及含水层，造成污染；废矿渣淋滤水，会成为富含有害物的污染水；采矿附属工厂排放“三废”造成的水质污染；采矿对大气造成污染，形成的酸雨污染矿区水体；各种原因导致的微生物污染；酸性矿井水的形成与污染。这些严重受污染的矿井排出水和地下水与地表水危害人体健康，恶化矿区

148、环境，其危害面积远大于矿床分布或开采范围。 第三节 矿区环境地质简述 2 2采矿改变了地下水循环条件和水文地球化学环境，采矿改变了地下水循环条件和水文地球化学环境，使水质恶化使水质恶化 因采矿疏干形成新的地下水降落漏斗，加速了水循环或使原排泄区转变为矿井水的补给区，或直接使污染的地 表水倒灌等，都会造成水质恶化。 3 3热污染热污染 开采深部矿床有可能引导深部高热量(能)至浅部，使浅部地层或井巷空间增温，形成人为热污染。这主要是指某些井巷延深揭露出热水，或在地热异常区采矿，井下温度超过安全规定，使作业环境恶化。 第三节 矿区环境地质简述 在实际生产中，地质灾害通常不是孤立产生的，要对环境地质问题进行综合研究。研究中应注意：勘探中，应在研究矿区水文地质条件、预测涌水量的同时，加强矿区环境地质与生态和环境保护的研究工作；在重视现场研究的同时，加强环境地质的理论研究，在研究单体灾害的同时，加强总体规律的研究；在评价现状的基础上，做好对地质灾害预测和防治的研究；贯彻“以防为主，防治结合”的原则，在制订防治环境地质灾害方案时，应从多种方案对比中择优；在有代表性或产生严重环境地质灾害的井巷和地表，应设置长期观测网，以掌握它们的活动规律。应对已发生的环境地质灾害积极整治，加强环境保护，使其向良性方向转化。欢迎各位同行和专家批评指正谢 谢电话：15936269262