矿坑涌水途径解析-水文地质勘察书籍推荐

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：对矿床充水水源及其特征的正确认识,只是解决了矿坑涌水形成条件的一个方面,另一个重要方面则是要查明矿坑涌水途径。根据矿坑涌水途径类型和地下水流进矿坑的水力特征及危害性,可将这种通道分为渗入性通道和溃入性通道两类。这种通道一般对矿坑的涌水量影响不大。

对矿床充水水源及其特征的正确认识,只是解决了矿坑涌水形成条件的一个方面,另一个重要方面则是要查明矿坑涌水途径。就是说矿床充水水源只表明矿坑涌水的可能性,要使这种可能性变为涌水的现实,则须有矿坑涌水途径(通道)。从这个意义上讲,矿坑涌水途径是决定矿床充水的主要方面。根据矿坑涌水途径类型和地下水流进矿坑的水力特征及危害性,可将这种通道分为渗入性通道和溃入性通道两类。

11.1.2.1 渗入性通道

渗入性通道指的是细小的和分散性的孔隙,各种来源水能以渗流的形式长时间地通过它进入矿坑。渗入量的大小,显然主要与岩石的渗透性和过水断面的大小有关。

1.地层中的孔隙

这种通道是松散岩石所具有的。如淄博市某铁矿区,它沿河呈带状分布,上覆有10～15m厚的第四纪砂砾石含水层,该层透水性良好,含水丰富。据抽水试验,K=2.24～17.63m/h,Q=5.7～30.3 L/(s·m),构成了矿坑充水的主要来源和通道[1]。

2.地层中的裂隙

岩石的各种裂隙都能构成矿坑涌水通道,而属于渗入性通道的主要为风化裂隙。风化裂隙集中分布于近地表处,分布无定向,且随深度的增加而迅速减少。风化裂隙分布深度一般为30～50m,少数地段可超过100m,贮存水量一般较小,渗透性能较差。这种通道一般对矿坑的涌水量影响不大。

11.1.2.2 溃入性通道

能导致矿床及附近水源,在短时间大量地涌入矿坑的通道,称为溃入性通道。溃入性通道包括以下几类。

1.构造断裂带

根据构造断裂带的导水特性及对矿床涌水的影响,可将其分为以下两个亚类:

(1)隔水断层。一般为压性断层或断裂带被黏土质充填。隔水断层分布在充水含水层内时,常分割含水层的水力联系,但强烈的采矿活动可使其转化为导水断裂带。

(2)导水断层。矿区内导水断层与地表水连通时,就成为地表水溃入矿坑的导水通道。位于含水层内的导水断层,在井巷穿过时涌水量增大,也可产生溃水。

对于不同规模的断层(不管它们是导水的,还是阻水的),在矿床充水和矿坑涌水中的意义是:规模大的断层一般组成矿区的天然边界或井田的人为边界,控制矿床或矿坑的水源补给径流条件,影响矿坑涌水量大小;分布在矿区内的中小断层或区域性构造裂隙带,往往是矿坑顶底突水中最多见的突水通道[5]。

对断裂带空间分布的调查研究,是矿床水文地质工作的重点。应从断裂带自身水文地质特征入手,查清断层不同部位的导水性及其力学性质,在此基础上根据断层的分布位置,结合开采条件评价其充水作用,并判断它是作为沟通含水层与其他水源之间联系的间接充水作用,还是导致矿坑大量突然涌水的直接通道作用[6]。调查时还需投入大量勘探(钻探、坑探、物探)与试验工作(如抽水试验),并利用各种技术方法(如观测地下水水位、水化学分析、动态变化特征等的对比分析)综合评价其导水控水作用。

2.岩溶通道

中国许多矿床产于岩溶发育地区或其附近地段,采矿时常因遇岩溶通道而造成严重的突水事故。在矿区各种岩溶地质现象中,对于矿坑涌水影响最大的是岩溶塌陷和岩溶“天窗”的导水作用。

在有一定厚度松散层覆盖的岩溶矿区,如矿井排水可导致地下水位下降过大,当地下水位低于岩溶空洞时,可导致井下突水、涌砂和地表塌陷。岩溶塌陷不仅造成突发性矿坑溃水,同时破坏地面多种设施,导致河水断流,破坏水资源。岩溶“天窗”是指岩溶充水含水层与上覆冲积层之间的未胶结、半胶结地层,因沉积相变或河谷下切而变薄甚至消失,导致含水层与上覆第四系含水层直接接触,形成导水“天窗”。

预测岩溶塌陷最有效的方法,是利用抽、排水和暴雨过程,观测岩溶塌陷的分布规律和形成发展过程及与抽水、排水、暴雨的流场变化关系,并根据塌陷形成三要素建立预测模型,预测发展趋势[8]。预测方法有地质分析法、多元逐步回归分析法和经验公式法三种。

3.岩溶陷落柱

岩溶陷落柱是指石炭二叠煤系地层下伏中奥陶碳酸盐岩中的古洞、塌陷的柱体[10]。它与现代岩溶塌陷不同,是石膏岩溶产物,是灰岩中的硬石膏因水解膨胀,致使上覆坚硬岩层受挤压破碎塌落充填而成。多数岩溶陷落柱无水也不导水,只有少数因塌落物疏松,或在地震力的影响下,其充填物与围岩产生相对位移,成为导水通道[5]。

4.采空区上空冒裂带

当采矿形成大面积采空区后,原岩应力平衡受破坏,采空区顶板在集中应力的作用下,岩层破裂冒落,在采空区上方依次产生无规则冒落带、导水裂隙带和变化微弱的整体移动带,并在地面形成塌陷。冒落带和导水裂隙带统称为冒裂带,当冒裂带达到上覆地面水源时,将造成突水。冒裂带最大高度经验公式见表11-2。

表11-2　冒落带导水裂隙带最大高度经验公式表(据GB 12719—91《矿区水文地质工程地质勘探规范》)

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