水文地质勘察：岩溶充水矿床专门研究

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【摘要】：提取岩溶充填物,并作专项分析。确定覆盖层地下水及岩溶含水层水文地质特征。

11.2.3.1 岩溶的分布与发育规律

岩溶的分布与发育规律的研究是岩溶充水矿床的基础和首要问题。在岩溶分布与发育专门勘察中应侧重以下几点:

(1)研究要在整个岩溶水系统内进行,并以矿区为重点。

(2)重点放在岩溶与矿床的关系。

(3)注重岩溶分布与相对隔水层的关系。

(4)提取岩溶充填物,并作专项分析。

(5)探查现代岩溶及古岩溶的分布情况。

(6)查明岩溶发育程度在平面上的分区及岩溶发育在垂向上的分带等。

11.2.3.2 底板突水的勘探与预测

底板突水是中国北方各省石炭、二叠系煤田开采中主要遇到的岩溶水文地质问题。如前所述,突水是发生在矿层底板有高压富水的岩溶含水层,岩溶水克服隔水层的阻力而突入矿坑,并将巨大的位能转化为动能,对通道不断地冲刷扩大,水量由小变大[30]。因此对底板突水问题的勘察,应注意以下几个方面的问题:

(1)查明底板之下是否存在高压的岩溶含水层;查明岩溶水的水头分布及对底板的压力大小;分析矿区的富水区、强径流带。

(2)分析矿层底板至岩溶含水层间的岩层岩性、厚度、裂隙发育情况,钻进中的漏水情况;天然情况下相对隔水层的真实厚度、隔水情况以及在开采条件下岩层性质与状态的变化及突水的可能性。

(3)探查可能的突水通道。中国北方煤矿底板突水50%以上都与断层有关,特别是断层密集带、断层交叉点、帚状构造的收敛处、背斜轴部的张性断裂等[30]。

底板突水预测是一个十分复杂的问题,现在还没有一个经得起考验的成功的预测公式。在勘探时期可利用突水系数法结合岩溶富水区分析预测可能的突水地段,是一个比较可行的有效的办法。在GB 12719—91《矿区水文地质工程地质勘探规范》中规定,底板突水预测可参考以下两种公式:

安全隔水厚度经验公式[11]:

式中:t为安全隔水厚度,m;L为采掘工作面底板最大宽度,m;γ为隔水层岩石的容重,t/m3;Kp为隔水层岩石的抗张强度,Pa;H为隔水层底板承受的水头压力,Pa。

突水系数经验公式[11]:

式中:TS为突水系数,MPa/m;P为隔水层承受的水压,MPa;M为底板隔水层厚度,m;Cp为采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度,m。

按式(11-1)计算,如底板隔水层实际厚度小于计算值时,就是不安全的。按式(11-2)计算,就全国实际资料看,底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06,正常块段不大于0.15。

考虑到隔水层岩性与强度因素,计算时M应采用等效厚度,即以砂岩每米所能承受的水压力0.1MPa为强度单位,砂质页岩为0.07MPa,黏土质页岩为0.05MPa,断层为0.035MPa,计算时将不同岩性隔水层换算成同等的等效隔水层厚度。根据焦作、淄博等六矿区的统计,突水系数(即突水相对临界值)一般为0.66～0.72,超过此值就可能发生突水。

在勘探阶段对可能突水地段的预测也可以按编制矿区等比水压线图的方法进行,其步骤如下[31,39]:

(1)统计附近矿区或条件相似矿区突水系数值或按照相似矿区经验数值。

(2)编制矿区隔水层底板等高线图。

(3)编制矿床底板岩溶含水层等水压线图。

(4)编制矿区隔水层水压等值线图(即从上述两图数值相减而得)。

(5)编制矿区隔水层厚度等值线图。

(6)矿区隔水层比水压等值线图,即每米隔水层所承受的水压等值线。可用隔水层水压等值线图上的数值与隔水层厚度等值线图上的数值相除而得。

(7)从隔水层比水压等值线图上确定出突水系数,进而圈出可能的突水区段。

11.2.3.3 岩溶塌陷的勘察与预测

岩溶塌陷的研究重点是矿区,但是必须在整个岩溶水系统中进行。只有从整个系统出发,才能了解岩溶的分布规律和岩溶水的补、径、蓄、排关系,水动力场的变化规律。矿区岩溶塌陷勘察研究的内容有以下几点:

(1)首先要研究岩溶含水介质空隙空间形态组合及岩溶分布规律,岩溶含水介质空隙空间充填情况等,作出相关地区岩溶发育程度分区。

(2)研究盖层的物理力学性质、结构类型,及其与岩溶含水层的接触关系等。