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中國礦井物探網 - 礦井地質 - 礦床充水因素(一)
 
 
礦床充水因素(一)
信息來源:網站編輯部   添加日期:2015-2-5   瀏覽次數:3773
營銷中心 蘇敏敏 整理
    礦體尤其是圍巖中賦存地下水,這種現象稱礦床充水。這些地下水及與之有聯系的其它水源,在開采狀態下造成礦坑的持續涌水。把水源涌入礦坑的途徑稱充水通道。水源與通道構成了礦床充水的基本條件,其他各種因素只是通過對水源與通道的作用,影響礦坑涌水量的大小,稱充水強度影響因素。水源、通道、強度影響因素,通稱礦床充水因素,它們在充水過程中的不同組合,形成了不同的充水條件。其中,充水源的規模,充水通道的導水性以及導致采后發生變化的采礦因素,是礦床充水因素分析的重點。
    充水因素分析貫穿礦床勘探與開采的全過程?碧诫A段充水因素分析主要根據礦床所處的自然環境及礦區水文地質條件,初步預測采后主要充水水源和通道,為礦坑涌水量的預測提供依據;開采階段充水因素分析更具體,可結合具體開采條件為解決礦坑充水水源和充水通道問題所采取的防治措施提供依據。
一、充水水源
(一)大氣降水
    大氣降水是地下水的重要補給水源,所有礦床充水都直接或間接與大氣降水有關。有時降水還是唯一的充水水源,注入位于當地侵蝕基準面以上的礦床和無地表水分布的礦區等。研究降水對礦床充水的意義:一是降水作為礦床水文地質分區要素的宏觀影響;二是對以降水補給為主的礦床的直接作用,如分水嶺地段和地下水位變幅帶內的礦床,礦床淺埋充水含水層基本裸露的礦床,西南高位巖溶管道充水的礦床;三是季節性降水對位于調蓄庫容巨大的蓄水構造中礦床的影響。
1.充水特征
    降水量大小決定降水對礦床充水的根本原因,造成南方濕潤多雨地區的礦床充水強度普遍大于北方半干旱地區,而西北干旱地區的礦坑涌水量很;降水入滲隨礦體埋深而減弱,并出現涌水量滯后的特征;礦坑涌水量呈季節性周期變化,最大涌水量是正常涌水量的數十倍;礦坑出現突然涌水均與降水強度有關,一般出現在暴雨后數小時至數日內,礦坑淹井都發生在歷史上最大降水量的豐水年。
2.評價方法
    分析降水的充水影響,首先要考慮礦體與當地侵蝕帶和地下水的關系,以及地形的自然淺水條件,然后具體地分析礦體的埋深、入滲條件和匯水條件。礦坑涌水量預測的重點是豐水年雨季峰期的最大涌水量,預測方法常以均衡法為主,尤其是位于分水嶺地區的礦床,其雨季地下水滲流場呈大起大落的垂向運動,與滲流理論的基本原理根本不符。山區降水入滲系數可通過小流場均衡實驗實測獲取,或選用宏觀經驗值;平原地區一般根據降水量與地下水位的長期觀測資料計算取得;也可引入數值方法,運用分布參數系統數值模型的調參求得入滲參數的平面分布值;在泉域地區還可采用描述地下水排泄量(泉流量)與降雨量關系的集中參數系統模型,求得整體泉域降水的有效補給量(入滲量)及其滯后特征,但是這些天然狀態值的應用,要考慮采后的影響。
(二)地表水
    位于礦區或礦區附近的地表水,往往成為礦坑水的重要充水水源,給采礦造成很大威脅。因此,地表水是礦床水文地質條件復雜程度劃分的重要因素之一。
1.充水特征與補給方式
    地表水的規模及其礦體之間的距離,直接影響礦床的充水強度。一般地表水的規模愈大,距離愈近,威脅也愈大,反之則小。位于季節性河流附近的礦床,平時涌水量一般不大,僅在雨季地表水出流時需防洪;隨采深增加,地表水的影響也會明顯減弱。如湖南某礦,在河下50m處涌水量為3.36×104m3/d,采深120~150m時,平均涌水量僅0.35×104m3/d。此外,若對礦坑排水管理不當,其回滲量也可成為礦坑水的重要來源。如湖南某煤礦,在治理前的一段時期內,其礦坑排水的下滲量占總涌水量的22.3%。
    地表水對礦床充水影響的強弱,取決于地表水對礦坑的補給方式:
    (1)滲透補給
    這種補給方式無大水礦床,其條件是充水圍巖以裂隙為主,或地下水分布弱透水層。前者如海下采礦的遼東華銅等礦,主要充水圍巖是含微裂隙的前震旦系大理石,巖層傾向海且上覆片巖為隔水層,阻擋了海水的大量入侵,至20世紀60年代開采已伸入海岸200m,最大采深已在海平面以下693m,礦坑總涌水量1.74×104m3/d,主要是斷層和裂隙引入的第四系孔隙水,礦坑總涌水量1.74×104m3/d,海水入滲量占總涌水量的9.8%,約為0.17×104m3/d;后者如湖下采礦的大冶銅汞山礦,充水含水層為巖溶較發育的三疊系灰巖,但湖底分布黏土隔水層,礦坑涌水量僅為0.89×104m3/d。
    (2)灌入式補給
    大多數發生在大水礦床中,如:
    ①海水從中奧陶系灰巖在海底的溶洞倒灌的遼東復州灣黏土礦,上世紀80年代礦坑-105m水平的實際涌水量為5.11×104m3/d,數值法預測-105m水平的涌水量為27.5×104m3/d。
    ②河水沿疏干漏斗內河床二疊系茅口灰巖的巖溶坍塌坑回灌的湖南恩口煤礦,在1977、1980、1990年三次暴雨中,兩條河水斷流,沿河床坍塌回灌,礦坑水涌水量分別為0.5×104m3/d、>0.5×104m3/d、24×104m3/d。
    ③河流通過強透水沖擊層直接灌入的內蒙元寶山煤礦,數值法預測礦坑涌水量為33×104m3/d。
2.評價方法
    對地表水補給條件的評價,應從上述兩種補給方式的基本條件入手,分析河水通過導水通道灌入礦坑的可能性。一是地表水與充水圍巖之間有無覆蓋層及其隔水條件;二是開采狀態下有無出現導水通道的條件,如覆蓋層變薄或尖滅形成“天窗”、斷裂破碎帶、地面塌陷、頂板崩落等。此外,應利用一切技術手段掌握地表水與充水圍巖之間的水力聯系程度,如:抽水試驗、地下水動態成因分析、實測河段入滲量或用數值法反演計算不同河段的入滲量等。但是準確評價大型地表水的充水強度是很困難的,往往直至礦井開采結束前都在觀測研究地表水潰入的可能性。
    在地表水下采礦時一般要采用保護頂板穩定性的采礦方法,如充填采礦法、支撐采礦法等,有的礦床也只能暫時放棄。
(三)地下水
    地下水是礦坑涌水的直接來源,造成礦坑涌水的含水層稱充水含水層(或充水圍巖)。同時它還是其他水源作為充水層的補給源進入礦坑的主要途徑。因此,研究礦區地下水實際是研究含水層的充水條件。
1.充水特征
    充水含水層的空隙性決定礦床的充水強度?障妒堑V床水文地質分類的依據。在宏觀上,巖溶充水礦床最強、裂隙充水礦床最弱、空隙充水礦床居中。我國的大水礦床(指礦坑涌水量大于10×104m3/d)多為巖溶充水礦床。
    充水含水層與礦體的接觸關系決定了礦坑的進水條件。充水含水層的規模及其補給徑流條件,影響礦坑涌水量大小和動態。規模大、補給徑流條件好,礦坑涌水量大而穩定;反之,涌水量隨排水逐年減小,易疏干。此外,開采初期礦坑涌水量受儲存量影響大,后期則主要反映充水含水層的補給徑流條件。
    我國威脅最大的充水含水層依次是:北方中奧陶系灰巖、南方二疊系茅口灰巖和石炭系壺天灰巖,共同特點質純、厚度大、巖溶發育,90%的大水礦床分布其中。
2.評價方法
    對充水含水層的研究和評價,除傳統的方法外,最有效的技術方法是抽(放)水實驗。對于一般的充水礦床,常通過一個至數個典型地段的抽水實驗,查清典型地段含水層的水文地質條件,獲取充水含水層的代表性水動力參數及涌水量與水位降的統計關系,作為評價其富水性及補給徑流條件的依據,并為解析法和數理統計方法等礦坑涌水量預測方法提供基本數據。對于水文地質條件復雜的礦床,上世紀70年代以來,我國普遍采用大流量、大降深、大口徑、大范圍的大型群孔抽水實驗,從整體上揭示充水含水層的結構特征及其補給、徑流、排泄條件,作為充水條件評價的依據,大大提高了對大水礦床的勘探和評價的水平。
(四)老空水
    老空水是指被廢棄礦坑和淹沒的生產井巷中的積水,是礦區淺部采礦常見的充水水源。老空水涌水一般來勢兇猛,酸性大并含有害氣體,攜帶塊石,破壞性大。同時,老空水涌水還可成為其他水源涌入礦坑的通道,此時危害更大。老空水年代久遠,分布范圍不清,調查困難。老空水的調查很重要,主要通過調差編制老空水空間分布,劃分危險區,估計容積水量,查清與其他水源的聯系。
    除上述幾種主要水源外,玄武巖中的同生、次生洞穴,煤礦中因煤層自然形成的空洞均充滿積水,雖然儲存量不大,有時也會對開采造成不良影響,尤其是當它們成為導水通道時,因此也應給予一定的關注。

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