矿床热害环境水文地质勘察-水文地质勘察

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：11.7.3.3 在矿床普查勘探时对矿床地温的评价方法矿床地温的调查研究应与矿床的地质、水文地质、工程地质的普查勘探的各个阶段紧密结合,同时进行,以便对一些勘探工程共同利用,节约投资,以达到对矿床综合评价的目的。

由于矿井内存在各种热源致使井下空气温度增高,当矿井内工作面的空气温度超过30℃,相对湿度达到90%～100%时,就呈现高温、高湿的特点,称为高温工作面。矿井内出现终年持续的高温工作面,会影响工作人员的身体健康和采矿工作的正常进行,被称为矿井热害[128]。

1978年煤炭工业部地质局颁发的《煤炭资源勘探地温测量的若干规定》中规定,井下工作的气象标准为26℃,并规定井下原始岩温31～32℃的地区为一级热害区;原始岩温高于37℃的地区为二级热害区。原煤炭工业部1980年颁布的《煤矿安全规程》第107条规定井厂矿掘工作面的空气温度不得超过26℃;原冶金工业部规定采掘工作面空气温度不得超过28℃;原核工业部规定采掘工作面的空气温度不得超过26℃,机械洞室的温度不得超过30℃。

11.7.3.1 矿井热源分析

矿井内气温的变化是受各种因素的影响,其中有自然因素,也有人为因素。自然因素主要是地质和水文地质因素,如地下热水和近期的岩浆活动等。而人为因素有矿井通风机电设备散热,人体散热,通风后易氧化物质氧化时散发的氧化热,采掘时的爆破散热,深矿井中空气的自然压缩散热、顶板岩石下沉过程的散热等(表11-19)。

表11-19　广西合山矿务局里兰矿3224工作面热源考察(据　黄翰文,1981)

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这些自然因素和人为因素都随着矿井开采深度、广度的不断改变而变换着,人为因素主要是矿井开采时的问题,在这里仅讨论中国矿山类型中较普遍的两种自然因素。

1.地温

地下的岩温是影响矿井内气温升高的最主要原因之一。因为在恒温带以下就是增温带,增温带内地温的变化主要受地球的内热所制约,因此矿井内的气温势必随着采掘深度增加而增高[127]。

2.深循环地下热水

地下热水的活动对地热的影响很大,因为地下水是最活跃的地质因素,其在地壳浅部广泛分布、易于流动,且容量大,所以地下水与围岩温度场的相互关系十分密切。如围岩温度场的温度很高,而大气降水或其他含水层的冷水进入的流量小、流速慢时,水的流动不足以把此高温带的热量带走,且将此冷水加热成热水,并在有利的地质构造条件下,沿着断层裂隙带上涌而形成局部地热异常带,这种现象在中国矿床勘探和开采的过程中经常遇到[129]。

11.7.3.2 中国矿井热害类型划分

矿井地温主要取决于该地区的地质构造、地层岩性、岩浆活动、地下水的补给、径流、调蓄、排泄以及矿体(层)埋藏的深度。但矿床地区的地质和水文地质条件是多种多样的,从目前中国出现矿井热害的地质、水文地质条件以及埋藏的深度来看,基本上可划分为以下四种类型[131]。

1.热水地热异常型

这种类型的矿井热害主要是由地下热水所造成。大气降水渗入地下深部被加热,然后在适当的地质条件下上升至浅部或地表,构成地下热水或温泉。但是如果热水温度很高,富水含水层大量冷水混入后水温仍然很高,则会给开采造成严重威胁,甚至被迫停止开采。因为在目前技术条件下,如进行庞大的疏干和降温措施,不但毫无经济利益可言,甚至会造成大量亏损。

2.正常地热增温型

这种类型的矿井随着开拓深度增加,地温也逐步升高。近些年来,中国采矿业迅速发展,开采的深度越来越深,不但煤炭,其他金属和非金属矿井也将会越来越多地出现这种类型的矿井热害。

3.岩温地热异常型

这种类型主要是地质条件特殊,地温梯度大,开采浅部矿层也可出现矿井热害。随着开采深度的增加,热害还会更加严重。这种特殊的地质条件多为岩浆活动地区、构造断裂地带上及因基底高抬而处于断裂封闭地区等。所以在矿床地质勘探时,对地质构造、火成岩的分布和时代应特别注意。地下涌出的热水更加重热害的危害。

4.硫化物氧化热型

这种类型的矿井热害主要是由于含硫化物的矿床在开采过程中,由于含硫化物矿石与空气接触而发生氧化,释放出大量的反应热。在封闭空间内热量聚集导致高温甚至自燃,造成矿井热害。

11.7.3.3 在矿床普查勘探时对矿床地温的评价方法

矿床地温的调查研究应与矿床的地质、水文地质、工程地质的普查勘探的各个阶段紧密结合,同时进行,以便对一些勘探工程共同利用,节约投资,以达到对矿床综合评价的目的。

1.普查阶段

首先在确定成矿远景的普查勘探时,就应该从地质构造、岩浆活动、温泉分布、矿体的埋藏深度以及所收集的相邻区的有关气温、湿度和地温等资料,对矿床地温进行预测评价,并初步划分其类型。为了初步验证预测的情况,就必须在此阶段选择最适宜位置的、一定数量的钻孔进行系统测温,以便为下一步的工作提供依据。

2.详查阶段

在普查阶段如已确定该矿床的地温较高,就应该在此阶段的地质、水文地质、工程地质勘探的同时,初步开展系统的矿床地质调查研究,确定将来能否构成地下开采的矿井热害,并评价其热害程度,以便确定该矿床在目前是否有必要进行详细勘探。其技术工作主要如下:

(1)初步查明恒温带深度、温度、平均地温梯度及其变化。

(2)对普查阶段发现的高温区及可能出现热害的地区,要选择一定数量的钻孔进行简易测温,以便基本确定勘探区内地温正常区和地温异常区的分布以及有无热害区及其热害程度。

(3)对热水型的矿床还应对地热进行专项调查,为勘探提供依据。

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