首页 理论教育裂隙充水矿床问题的专门研究

裂隙充水矿床问题的专门研究

2023-09-18 理论教育 版权反馈
【摘要】：11.3.3.3 矿区充水断裂断层的充水程度差异很大,这主要是取决于断层的规模、力学性质、岩石破碎带的胶结程度及地下水的补给条件。

11.3.3.1 砂岩裂隙富水层

中国北方二叠系、三叠系和侏罗系煤矿区,煤层顶板或底板往往分布着砂岩裂隙含水层,其中砂岩裂隙富水层的涌水量大,常造成冲垮或淹没工作面,甚至发生人身伤亡事故,成为这类矿区危害生产的主要因素。例如徐州、两淮、焦作和开滦等矿区,均发生过数次至数十次煤层顶板砂岩裂隙富水层溃水或淹井,最大涌水量12960～15840m3/d[12]。因此研究砂岩裂隙富水层分布、埋藏条件和勘探评价方法具有重要意义,主要的研究内容如下。

1.岩相古地理分析

在矿床水文地质勘探研究阶段,应充分搜集地质勘察资料和煤层鉴定资料,研究煤系地层(主要是砂岩)岩相古地理特点,划分出那些易于产生脆性破裂变形的砂岩层位和层数,然后结合构造分析和裂隙统计资料,确定出砂岩裂隙富水层可能赋存部位[50]。

2.构造分析

首先,从区域构造上来看,不同构造体系或不同方向的构造线复合或相交的部位,是形成砂岩裂隙富水层的有利地段[51]。

其次,也是最重要的工作,就是对矿区或井田次级褶皱和断裂构造的分布、形态、性质等进行详细的调查。这些构造部位常常是形成构造裂隙发育带或砂岩富水层的有利地段。

3.富水层预测

在上述工作的基础上,依据区域综合性图件,结合钻孔简易水文地质观测资料、水文观测井资料、抽水试验和矿山砂岩富水带涌水资料等的综合研究分析,勾画出砂岩裂隙富水层的规模、分布埋藏条件及空间分布规律,并对其富水性作出定量评价,作为矿山防治水的依据。

11.3.3.2 玄武岩裂隙及孔洞含水层

对玄武岩裂隙及孔洞含水层,应对其形成条件、分布规律及富水性进行研究。其矿床水文地质工作主要有以下几个方面[51,53]。

1.综合地质及水文地质调查

在前人工作的基础上,进行更高精度的地质—水文地质综合调查,重点是查清玄武岩地下水的特征,并对矿床的充水关系作出评价[54]。

具体调查内容包括玄武岩的喷发方式、喷发期次、结构构造、岩性岩相变化、厚度、喷发间断性质、玄武岩区地貌与不同时代玄武岩的关系。重点对玄武岩裂隙—孔洞水赋存条件、分布规律及水量和水质变化作专项调查研究。

2.航空遥感和物探方法

利用航卫片解译分析玄武岩的分布,岩性岩相变化、玄武岩区地貌和新构造运动的特点,确定塌陷坑、隧道口、熔岩大泉和富水带的位置等,以提高地面地质调查的精度。

从实践应用结果来看,物探中的重力法和地面电法勘探的效果较好。重力最为直观,对大洞、埋藏浅的溶洞有明显的异常反映;而地面电法中的联合剖面法灵敏度较高,分辨能力强,应广泛运用。

3.试验和测试工作

为查明玄武岩裂隙—孔洞水的分布、富水程度及相互水力联系,并为矿坑涌水量预测提供参数,在综合分析简易水文地质观测资料的基础上,选择对矿床充水影响大的含水层进行单孔或多孔抽水试验。

有时为了查清玄武岩熔岩隧道、熔岩管道和大型张裂隙的延伸、联通情况及地下水流速度,可利用塌陷坑、天窗、天然井及熔岩大泉等进行连通试验。

4.动态观测

选择玄武岩地区熔岩大泉、水井等自然或人工水点,进行水位、水量和水质定期监测,以研究玄武岩地下水的动态变化规律、补给条件、地下水与地表水的联系,进而对矿床充水的关系和危害程度作出评价。

11.3.3.3 矿区充水断裂

断层的充水程度差异很大,这主要是取决于断层的规模、力学性质、岩石破碎带的胶结程度及地下水的补给条件。因此,通过一定的勘探手段和研究方法来评价断层含水带对矿山开采的影响是矿床水文地质勘探工作的重要任务之一[4-6]。

图11-3　南京梅山铁矿-125m巷道构造地质图(据　刘启仁,1995)

1—辉石安山岩;2—矿体;3—断层和宽裂缝;4—破碎带;5—地质界线

1.应查明的几个主要问题

(1)断层破碎带的特征。断层的性质、规模、破碎程度和胶结程度的不同,以及断层的导水性、富水性的差异均对矿坑的涌水产生影响。如南京梅山铁矿在矿体和近矿围岩中发育十几条NE和NEE向张扭性断裂,基本未充填,断层裂隙宽度一般1～3m,最宽处6～8m,延伸长度在几百至几千米以上,如图11-3所示,开拓巷道时遇到该断裂均发生大量涌水淹井。从1967～1976年,-200m巷道共发生较大涌水10次,其中最大一次瞬时涌水量1.2万m3/d[12]。

张性和张扭性断裂带,由于张裂隙发育,张开度大,充填程度不好,往往是富水断裂;而压性和压扭性断裂,由于其断裂带多由糜棱岩、断层泥等组成,结构密实,充填程度高,一般为含水微弱的断裂或阻水断裂。

(2)断层带地下水的补给条件。地下水的补给条件包括补给水源、补给途径和补给量,只有补给源水量丰沛、补给量大,断层含水带才会对矿山开采产生较大危害。

2.应进行的水文地质工作

为了正确评价断裂含水带对矿山开采的影响,一般需进行以下调查工作:

(1)地质及水文地质测绘。

(2)钻孔和生产坑道水文地质调查编录。

(3)航片卫片解译,地面物探和水文测井、钻孔无线电波透视。

(4)单孔和多孔抽水试验。

(5)地下水动态观测。

(6)实验测试,包括水质、环境同位素及破碎带岩石物理力学性质测定及分析等。

图11-4　阿尔泰山可可托海矿区水文地质简图(据　宁重华,1980)

1—最终采场范围及平台;2—含水岩组分界线;3—砂砾含水组等水位线及流场;4—角伟岩含水组等水位线及流场;5—实测、推测断面;6—强下渗段

11.3.3.4 地表水体附近矿床的水文地质工作

当矿体位于地表水体附近时,地表水能否进入矿坑决定于两个方面:①地表水体与矿坑之间是否有透水层造成地表水与地下水的水力联系;②导水断裂或开采造成的采动裂隙、顶板塌陷是否造成地表水进入矿坑[5]。因此,当矿床位于地表水体附近时,需要查明以下内容:

(1)矿体与地表水体的水平与垂直距离。

(2)矿体与地表水体间岩层的岩性、结构、厚度、裂隙发育及充填情况;岩层含水性、导水性。其中要特别注意有无隔水岩层,隔水层的厚度及稳定性。

(3)有无通向地表水体的断裂,断裂的性质,破碎、充填情况及导水性能。

(4)矿床开采会不会产生导水裂隙或塌陷,进而引起地表水渗入。

(5)地表水的流量、水位、蓄水量及年内、年际的变化,洪水淹没的范围。

(6)地表水与地下水的联系程度及其对矿床开采的影响,计算下渗补给量。

(7)采取合理的采矿方法及顶板保护方法或留保安矿柱等,是否可以阻止或减少地表水体的入渗。

例如新疆阿尔泰山可可托海伟晶岩矿(图11-4)。该矿本来位于干旱区有裂隙而无水的矿床,一般说来这类矿床的涌水量是很小的,但由于该矿床位于地表水体附近,且矿体大部分位于当地侵蚀基准面——额尔齐斯河河床之下,地表水通过第四系冲积层和角伟岩含水岩组进入了矿坑,1956年10月,曾经发生溃水淹井。

该矿涉及露天采场北部边界并距额尔齐斯河400m。伟晶岩矿和围岩中发育着网络状裂隙系统,形成整体上有密切水力联系而透水性不均一的“角伟岩含水岩组”。在矿脉和顶板内广泛发育一组NW向张性构造裂隙强透水带,钻孔单位涌水量为2～7L/(s·m),渗透系数为1～30m/d。矿区北部分布有第四系冲积砂砾层,厚度40～75m,单位涌水量为1.41～2.09L/(s·m),渗透系数为3.90m/d。砂砾含水层与下伏角伟岩含水岩组存在密切联系,对角伟岩含水岩组进行抽水疏干时,上覆砂砾石含水层也形成明显的降落漏斗,漏斗中心的水位降低为30m(疏干排水量为1.2万～1.5万m3/d)。降落漏斗在Ⅰ、Ⅱ两条大构造裂隙带之间的狭长地带尤为明显,成为河水通过砂砾石层垂直下渗补给角伟岩含水岩组的通道。经计算,第四系砂砾石层水和河水垂直下渗补给量为12760m3/d。

有关水文地质勘察（第2版）的文章