什么叫矿床水文地质
A. 矿床的基本知识
(一)矿石、矿体和矿床
1.矿石
矿石是指地壳中有用矿物(可以是单矿物或多矿物组成)的固态集合体。
矿石和岩石没有本质的区别,都是矿物的集合体,只不过矿石中含有有用矿物(可加工利用的金属或非金属矿物),如铜矿石中的黄铜矿,亦称矿石矿物。矿石中除矿石矿物外,常有与之伴生的暂时无工业价值的矿物,叫脉石矿物,如铜矿石中的长石、石英和方解石,在矿石处理过程中是被废弃的。
矿石品位指矿石中有用成分的单位含量。大多数金属矿石以质量百分比表示。一般情况下,矿石品位愈高,质量就愈好,矿石品位也是衡量矿床经济价值的主要指标。矿石的工业品位即最低平均可采品位,是对单个矿段主要有用组分平均含量的最低要求。边界品位又称边际品位,是划分矿与非矿(围岩或夹石)界线的品位,即圈定矿体的最低品位。平均品位高于边界品位,低于工业品位的矿体,其拥有的储量暂不能利用,称为表外储量。
2.矿体
矿体是指由矿石和脉石组成,在地壳中占有一定空间位置,并具有一定大小、形状、产状和有用矿物的矿物集合体。它是组成矿床的核心部分;是矿山开采的对象。
3.矿床
矿床是指在地壳中,由地质作用形成的有用矿物堆积体的质和量达到工业要求,能为国民经济利用时称为矿床。矿床按其规模分为小、中、大和特大型。矿床由一个或多个大小不等的矿体组成。矿床是综合地质体(图1-2);其包括矿体、围岩、构造。矿体周围的岩石叫围岩;位于矿体上盘的围岩叫顶板;位于矿体下盘的围岩叫底板;矿体与围岩的界线有清楚的,也有渐变的。
图1-2 母岩、围岩、矿体及接触带示意图
T2
矿床在不同地质作用和环境下生成,类型多种多样,规模、质量、开采利用的技术条件、矿区自然经济环境及国家需要情况等各不相同,必须对矿床进行勘探,以确定矿床的公元利用价值。
4.母岩
母岩是指供给成矿物质的岩体。如辉长岩是钒钛磁铁矿的母岩。能提供成矿物质的岩层,则称为矿源层。
5.围岩
围岩是指矿体周围没有开采利用价值的岩石。有的围岩就是矿体的母岩;如铬铁矿矿床,矿体通常产于超基性侵入岩的母岩体中。但多数情况围岩和母岩是不一致的。
(二)矿产勘查阶段与矿床勘探方法
根据国家颁发的 《GB/T17766—1999 固体矿产资源/储量分类》和 《GB/T13908—2002 固体矿产地质勘查规范总则》规定:
矿产勘查最终的目的是为矿山建设设计提供矿产资源/储量和开采技术条件等必需的地质资料,以减少开发风险和获得最大的经济效益。
1.矿产勘查工作阶段划分
固体矿产勘查工作分为预查、普查、详查、勘探4个阶段。
(1)预查
预查是通过对区内资料的综合研究、类比及初步野外观测、极少量的工程验证,初步了解预查区内矿产资源远景,提出可供普查的矿化潜力较大地区,并为发展地区经济提供参考资料。
(2)普查
普查是通过对矿化潜力较大地区开展地质、物探、化探工作和取样工程,以及可行性评价的概略研究,对已知矿化区作出初步评价,对有详查价值地段圈出详查区范围,为发展地区经济提供基础资料。
(3)详查
详查是对详查区采用各种勘查方法和手段,进行系统的工作和取样,并通过预可行性研究,作出是否具有工业价值的评价,圈出勘探区范围,为勘探提供依据,并为制定矿山总体规划、项目建议书提供资料。
(4)勘探
勘探是对已知具有工业价值的矿区或经详查圈出的勘探区,通过应用各种勘查手段和有效方法,加密各种采样工程以及可行性研究,为矿山建设在确定矿山生产规模、产品方案、开采方式、开拓方案、矿石加工选冶工艺、矿山总体布置、矿山建设设计等方面提供依据。
矿产勘查工作,一般应按规定的阶段循序渐进,对特别复杂、难以正规设计开采的矿床,可以边探边采;个别地质条件简单的矿种或正在开采矿山外围和深部的矿床勘查阶段,也可按实际情况简化和合并,但应经有关上级主管部门批准。
2.矿床勘探技术方法
为研究矿床地质构造,揭露、追索和圈定矿体,查明矿产的质和量,以及了解矿床水文地质和开采条件等所采用的各种工程和技术方法,总称勘查手段。目前常采用的钻探和坑探工程合称探矿工程或勘探技术。除探矿工程外,还常配合采用物化探方法,判断矿体的位置和产状,指导探矿工程布置,检查探矿工程质量和寻找盲矿体。
(1)探矿工程简介
探矿工程有时也称勘探技术,除钻探、坑探两个主要方面外,为完成矿产勘查工作而必须进行的其他工程,如交通运输、修配业务、动力供配等,也属探矿工程的范畴。
1)坑探工程(简称坑探)。为揭露地质及矿产现象而在地表或地下挖掘不同类型坑道的技术手段叫坑探工程。坑探工程又分为地表坑探工程(剥土、浅坑、探槽、浅井等)和地下坑探工程(平巷、竖井、斜井等)两种。地表坑探受深度限制,作用有限。地下坑探所揭露的地质和矿产地质现象能直接观察描述,也能采取代表性好的实物样品供试验研究,但因工作量大、耗费大且进度慢,一般只能在勘探阶段视情况采用。
2)钻探工程(简称钻探)。钻探工程按施工目的有不同类型,固体矿产钻探又叫地质岩心钻探,由于断面小、效率高、成本低、勘探深度大、适应性强,且能取得地下深处的实物资料,因此在普查找矿和矿床勘探中使用最广。
(2)探矿工程在矿产勘查中的作用与布置形式。
1)探矿工程在矿产勘查中的作用。探矿工程是揭露松散覆盖层以下的各种地质现象,取得地质矿产资料的基本手段,在地质勘探中主要解决以下问题。①揭露、追索和圈定矿体、矿化带并进行采样。②验证各种重要的物、化探异常。③揭露实测剖面上被松散物掩盖的部位。④揭露被松散物掩盖的各种地质体及其接触关系。
图1-3 分段布置勘探线
1—矿体;2—探槽;3—浅井;4—钻孔;5—勘探线及编号;6—矿体产状
2)探矿工程布置。①勘探工程布置原则。为有效地对矿床进行勘探,充分发挥工程作用,必须遵循下列原则:一是,各种勘探工程必须按一定间距有规律地布置,尽量使各相邻的工程互相联系,以便绘制出一系列的勘探剖面。二是,应尽量垂直矿体或矿带走向(或主要构造线方向)布置,以保证沿矿体厚度方向揭穿整个矿体或矿带。三是,充分利用早期施工的工程,以节约时间和费用。四是,遵循对矿体的认识规律,坚持由已知到未知,由地表到地下,由稀到密的布置工程。②勘探工程的布置形式。目前用来追索和圈定矿体的勘探工程布置有三种:勘探线、勘探网和水平勘探。第一种:勘探线。将勘探工程布置在大体垂直于矿体走向或长轴方向的铅垂平面内的总体布置形式,称为勘探线(图1-3)。勘探线是最常用的工程总体布置形式,一般适用于二向延伸、有明显走向和倾斜(20°~70°)的层状、似层状、透镜状、脉状矿体。勘探线一般应相互平行但矿体范围大、走向有显著改变时(大于20°),也可以分区分段布置。第二种:勘探网。勘探工程布置在两组不同方向勘探线的交叉点上,构成网状的工程总体布置形式,称勘探网。其特点是可以依据工程资料,编制2~4组不同方向的勘探剖面,以便从多个方向了解矿体的特点和变化情况,故多用于产状水平或倾角小于20°缓倾斜的层状、似层状及倾向不明显的浸染状矿体、风化壳矿体和砂矿勘探。勘探网有正方、长方(矩形)、菱形、三角形网(图1 4)。第三种:水平勘探。主要用于水平勘探坑道(有时也配合钻探)沿不同深度揭露和圈定矿体,构成若干层不同标高的水平勘探剖面。这种勘探工程的总体布置形式叫水平勘探。勘探工程密度又称勘探间距或勘探网度,是指每个穿透矿体的工程所控制的矿体面积,通常以工程沿矿体的走向和倾向的距离来表示。如网度100m×50m,是指工程沿矿体走向距离为100m,沿倾向或变化最大方向的距离为50m。勘探网度的大小主要取决于矿体的复杂程度和要求探明的储量等级等。
图1-4 勘探网的类型
1—矿体;2—设计钻孔;3—施工未见矿钻孔;4—施工见矿钻孔
B. 矿床水文地质勘查原则
1.坚持按“由面到点,先测绘后勘探”的程序进行
矿床水文地质调查多在已有同比例尺地质图的基础上进行,一般按矿床(井)、矿区到区域的范围内采用由大到小不同的比例尺进行测绘。如广东曲塘矿区,在矿床分布范围内是水文地质重点勘探和试验的地段,进行1:2000~1:5000比例尺的详细水文地质测绘,为开采提供所需的全部资料;在矿区(包括供水、隔水边界、区内主要河流段)内进行比例尺为1:10000的详细测绘,投入一定量的勘探和试验,提供矿区范围内的水文地质资料;而在整个水文地质单元的区域内,则进行1:25000~1:50000比例尺的水文地质测绘,配合少量的勘探,来阐明区域水文地质特征。
2.加强对矿床充水条件及主要来水方向的研究
对矿区进行的水文地质调查,都要研究天然条件下矿床的充水条件,对开采时井巷涌水的主要来水方向(通道)和水源必须调查清楚。方法是通过搜集分析已有的地质和水文地质资料,以及本次调查所获得的水文地质测绘、勘探和试验资料,查清矿区主要含水层富(透)水性能的水平与垂直分布规律,判明各种水源,编制矿区强、弱径流带分布的平面和剖面图,以掌握具体进水通道。
3.对周边界和顶底板隔水层进行研究
对矿区周边界和矿床隔水顶底板的研究,是水文地质勘探工作的重要组成部分。矿床顶底板或井巷围岩是否有隔水层,其岩性、完整程度与厚度如何,对井巷涌水、采矿方法的选择及井巷稳定性具有极其重要的影响。因此,在调查中,对充水层和隔水层应予同样重视。一般常将隔水层分为两种:①能确实起隔水作用的隔水层,如厚度较大、分布较稳定、裂隙不发育的页岩、砂质页岩、泥岩、多数岩浆岩和变质岩,其钻孔单位涌水量一般小于0.001 L/(s·m);②具较多裂隙的页岩、砂质页岩、部分岩浆岩和变质岩、岩溶和裂隙发育较弱的石灰岩,与相邻强含水层相比,渗透性能显著减弱,称为相对(弱)隔水层。岩层的隔水与透水性能,可在一定条件下转化,如隔水底板遭破坏,常可转化为弱隔水层甚至透水层。
隔水层的性能,不应仅从岩性上作判断,还可采用岩心检查法、冲洗液消耗量法、注水法、抽水试验法、天然水位法及物探法等来判定其是否能起到隔水作用。
4.对岩溶水矿区地面塌陷进行研究
1)重点放在对第四纪地质、地下水动态和岩溶发育规律的研究上,如查清排水前第四系分布范围、厚度和岩性变化,取土样测定物理力学性质;查清第四系和岩溶含水层中地下水的赋存特征、富水性变化及泉水出露条件;调查区内岩溶形态及其发育规律和强度,观察已疏干的含水溶洞中充填物的流失情况;还要观测抽(放)水前后地下水与地表水动态及两者间的水力联系情况,观测坑道涌水点的水量变化和携出物。
2)对地面塌陷的观测:包括观察古塌陷、岩溶洼地、落水洞、天然井的分布规律,并进行形态测量,绘制平面图与剖面图;对预计水位降落漏斗范围进行精确的地形测量,掌握抽(放)水前地面原始状态,以利于与抽(放)水后对比;抽(放)水期间,对可能塌陷部位进行地面观察,对塌陷地点及时立桩编号,记下时间、地点、规模大小和方向、性质及发展规律;还要在坑道内注意观测岩石转动、排水量的变化以及泥沙的排出规律。所有观测资料应绘制成各种图表。
5.对断层进行研究
断层带既可成为勾通两侧或上下部含水层的富水带,又可成为切断两侧含水层的隔水带,对防治利用矿井水有重要意义。对它的研究,除通过地表及坑道的水文地质测绘和进行深部钻(物)探之外,还要在断裂带两侧进行抽水试验、连通试验、水质分析对比以及地下水动态观测,以便在垂直和水平方向上,分段控制其裂隙及岩溶发育特征,查明断层的透水、隔水具体部位和其透水及富水程度。如果,断层规模大、断裂带及其附近岩石破碎疏松,还应了解岩溶或裂隙沿断层带的发育深度及宽度,找出强、弱径流带及富水程度;断层规模虽然大,但破碎带被压密或已胶结、岩溶(裂隙)不发育的也要了解其透(富)水性能。对某些隔水断裂带,应取样作强度或水压破坏试验,以提供排水对隔水层利用或改造时所需的资料。
6.矿床水文地质勘探与试验
1)结合地质勘探工程进行矿床水文地质工作。在矿产普查阶段,应充分利用地质勘探钻孔进行水文地质工作,包括进行地下水观测、取样和抽水试验等,此阶段仅需布置少量的专门水文地质勘探工作。在勘探阶段,在地质孔中作水文地质工作的孔数可减少,专门水文地质勘探试验与长期观测孔可适当增多,但仍应尽量与地质勘探工程结合。所有钻孔除控制“面”外,重点应放在:最先建井和高级储量地段;坑道最集中、第一期和最低水平部位;断裂及岩溶最发育的强富水地段;巨大的水源和可能的通道;隔水顶底板破碎、变薄或缺失地段;排泄区和预测塌陷区。一般来说,水文地质勘探工作要求按剖面线布置在平行水文地质条件变化的最大方向。
2)贯彻以最少工程量取得最多资料的原则,对专门水文地质钻孔要做到既能查明涌水水源、主要来水方向,又能获取水文地质参数。对一般地质孔,要求做到既是地质孔,又是水文地质勘探、试验或长期观测孔,或是开采、疏干孔,以取得最多资料,做到一孔多用。
3)进行矿床水文地质调查时,应由区域入手,立足矿床(矿区);水文地质勘探工作应侧重矿床(区),兼顾区域。
4)水文地质试验:除进行一般抽水试验外,根据是否需要,还可考虑进行以下试验:①大型抽水试验,通常在一些关键性的地点,如问题最多又难以解决的地段,首先开发和最终水平,岩溶裂隙最发育、最富水和排水工程最集中的地段,主要来水通道和巨大水源附近,可考虑进行大型抽水试验,该种试验投入的人力多,耗资大,对天然水文地质条件破坏较重,故应慎重使用;②井下放水试验,在勘探巷道,尤其在生产矿井,为确定大水矿床顶、底板高压含水层能否降低水压或能否恢复已淹井巷,同时又能取得某些参数时应用,由于它能解决生产问题,取得参数的精度高,受到了水文地质工作者的高度重视;③连通试验,多用于矿井涌水通道的位置、涌水来源、含水层间的联系、寻找地下河道,求地下水流速和流向,以及确定堵水截流部位等。在上游点投源,在下游(多在井巷中)的出水点观测指示剂的出现时间,以确定两者的联通部位与联系程度。有人已将连通试验用于测算地下河流量。
C. 矿床水文地质工作的内容及特点
矿床水文地质主要服务于矿床的勘探与开采,其工作内容因勘探与开采的不同阶段而异,可分为矿区水文地质勘查和矿山水文地质工作两大类。
1.矿区水文地质勘查:矿区水文地质勘查是地质勘探的组成部分,以满足勘探要求与矿山设计为目的,主要工作内容为:依据国家的有关勘探规范,查明矿区水文地质条件和矿床充分条件,预测矿坑涌水量,初步评价供水水源,预测矿床开采造成的环境地质问题,为有效地防治矿井水提供依据。这部分工作是矿床水文地质的主要工作。
2.矿山水文地质工作:该工作以保障矿山生产安全,提高效益,降低成本为目的。主要工作内容为:
1)一般工作:按矿山开发阶段分为3个部分:①基建阶段水文地质工作,承接勘探资料,持续长期观测,研究防治水设计,建立资料档案;②开采阶段经常性工作,井巷水文地质编录,长期观测,水文地质资料综合整理;③闭坑阶段工作,总结经验与教训。
2)专门性工作:①水文地质补充性勘探;②根据矿山设计和生产的需要,为某些特定的防治水工程进行放水试验和示踪连通试验;③矿坑水的防治与利用。
通常,矿山水文地质工作不是传统矿床水文地质研究的主要内容。矿区水文地质工作的特点如下:
1)矿区水文地质工作是与地质勘探密切配合的。由于矿区水文地质工作是矿产地质勘探的一个组成部分,因此,它必须在矿产地质勘探的总体框架内作为一个整体开展工作,并全面融入其设计中,才能充分利用地质勘探的多种勘探成果获取水文地质信息,以发挥最大技术经济效益。因此,必须了解地质勘探的特点与过程。
2)矿床水文地质评价是与采矿条件相合的。由于采矿活动对矿区水文地质条件影响极大,无论是充水因素分析,还是矿坑涌水预测,都需要考虑矿床的开采条件。因此,了解矿床与采矿的基础知识是做好矿区水文地质工作的需要。
3)矿床水文地质与供水水文地质的工作目标是既相互对立又相互统一的。矿床水文地质以疏干为目的,以最小矿坑涌水量获得最大水位降深为其工作目标,以丰水年雨季峰期最大水位降深的安全生产保障程度为其安全观,而供水水文地质则以供水为目的,以最小水位降深条件下的最大开采量为其工作目标,以枯水年安全开采量的保证率为其安全观。因此,两者的工作重点、思维方式与对水文地质条件的评价各异。矿区水文地质把工作重点放在雨季峰期的充水通道过水能力和强度上,而供水水文地质则以以枯季补给与储水构造的调蓄能力为其工作重点。因此,两者是对立的。矿区疏干与供水是维系矿山生存与安全的两大基本要素,当疏干与供水作用于同一水源时,就出现了排供予盾,它成为矿区水文地质工作的一大难点与特点。因此,必须将疏干与供水结合起来作为整体研究,才能发挥最佳的综合效益。因此,两者又是统一的。
如上所述,矿区水文地质勘探是在探矿与水文地质、疏干与供水的统筹过程中开展工作的,高度综合性与整体性是其工作特点,也是必须遵循的工作方法与准则。
矿床水文地质调查中所运用的基本理论与手段,与一般水文地质调查基本相同。但矿床水文地质调查具有综合性和长期性(或延续性),在运用中,应针对矿床排水的特殊性有所侧重。
D. 主要矿床水文地质类型的基本特征
1.以孔隙含水层充水为主的矿床(孔隙充水矿床)
本类型矿床以孔隙水充水为主,主要包括产于第四系松散层中的砂矿床和产于第三系半胶结层中的煤和油页岩等矿床。
本类型矿床的水文地质特征:①矿床主要分布在有一定厚度的松散含水层分布区;②矿床和充水岩层埋藏浅,或直接出露于地表,主要受大气降水和地表水的补给,受大气降水补给时涌水动态较稳定;③充水强度取决于充水层的透水性,且多数矿床为直接充水,少数为间接充水,井巷涌水量一般较大;④充水层本身主要是砂层,稳定性差,开采时常发生流砂冲溃和露天开采边坡的滑动等不良工程地质问题;⑤矿床一般位于当地侵蚀基准面以下,补给较易,水文地质条件多数较复杂。
2.以裂隙含水层充水为主的矿床(裂隙充水矿床)
包括产于坚硬沉积岩、岩浆岩和变质岩中的各种矿床,多分布在高山区和丘陵区。
裂隙充水矿床受到裂隙发育程度和分布规律的控制,其充水特点是:①层状矿床常以构造及成岩裂隙充水为主,多由大气降水和地表水补给,富水性中等,脉状矿床则多以风化裂隙和断裂带充水为主,富水性中—弱,且由浅部至深部逐步减弱;②多为直接充水,在井巷内主要是沿裂隙产生涌水且有季节性变化;③矿坑涌水量一般比较小(<1000m3/d),矿坑涌水具有不均匀性,疏干排水时的影响范围较小;④水文地质条件复杂程度为简单—中等。
3.以岩溶含水层充水为主的矿床(岩溶充水矿床)
岩溶充水矿床在我国分布很广,涉及金属、非金属、煤等各类矿种,多为大水矿床,水文地质条件复杂。
岩溶充水矿床的矿床(坑)充水条件,主要取决于充水岩层的岩溶发育特征。由于岩溶发育和富水性的不均一性,岩溶矿床的充水特点主要是:①矿坑涌水量大;②以集中突水为主要充水方式;③矿井排水的影响范围可以扩展很远。
孔隙、裂隙、岩溶三类充水矿床水文地质类型的基本特征见表12-4。
图12-17 某矿区示意剖面图
1—铁矿;2—煤层;3—页岩;4—灰岩;5—闪长岩;6—断层;7—坑道及标高(m);8—揭露灰岩的钻孔水位及其标高(m);9—河水位及其标高(m)
(1)分析天然情况下灰岩含水层地下水的补给、径流的排泄条件。
(2)分析铁矿床充水条件及煤矿床充水条件(注意对100m、0m、-100m不同开采水平的充水条件进行对比)。
(3)开采100m水平煤层时,是否会造成矿坑充水?开采0m水平煤层时,最大可能性充水水源是哪种?开采-100m水平煤层时,充水水源可能是什么?并分析说明其理由。
22.华北某煤田受底板岩溶水的威胁,地质情况及矿坑如图12-14所示。已知底板隔水层厚度t=30m,容重γ=2 t/m3,灰岩含水层作用在巷道底板的实际水压值H=350m。如果设计巷道底宽L=10m,坑道底板是否稳定?为安全开采,是否需要疏干降压?水位降(S)为多大?(参考答案:坑道底板不稳定,需疏干降压,水位降S=20m)
E. 编制矿床水文地质图系
矿区水文地质编图,目前尚无统一的原则,多是在一般性的水文地质图上,编入某些表示有关矿床充水条件与某些开采因素的内容。对同一矿区,很少见到能全面反映矿床水文地质特征、涌水和突水量预测、疏干防治水及矿区环境地质现状与预测的图件。反映这些内容的矿床水文地质图件,应是一套图系。主要图幅的比例尺与该调查阶段的比例尺相同,一些附属图幅的比例尺,视其内容和作用,可小于主要图件的比例尺。
1.综合矿床水文地质图
可编制成矿床充水条件图或矿床水文地质特征图。其内容包括:①矿体(层)、顶底板隔水层及主要充水层的层位、产状、岩性、厚度、埋深、分布及其水文地质特征;②各种构造,尤其是断裂构造的产状、分布、地质及水文地质特征;③岩溶发育规律及其水文地质特性;④主要充水层的类型、水头分布、流向、补径排特征、水质类型及富水规律;⑤矿床充水水源的类型、分布、水量及水质特征;⑥主要充水通道的类型与位置。
2.专门性矿床水文地质图
可编制成一套图,如系水文地质条件简单或资料较少的矿区,也可简编成一张综合性图。
1)矿床顶底板岩性、厚度、隔透水性、主要充水层等水位(压)线及水位埋深图。它应反映出矿床(体)本身的各种特性、直接及间接充水层和隔水层的各种特征。
2)矿床开采条件及突水预测图。内容包括:井巷分布;地表环境改变区的位置、改变性质与规模,如洪水淹没矿床部位、易渗河段、降水易渗地段、塌陷范围及裂缝规模等;预测涌水量增大地段,如裂隙及岩溶强发育部位、地下水强径流带、充水水源分布区;隔水顶底板等厚线及预测可能透水部位,如变薄、尖灭地段、构造严重破坏地段等;主要断裂带涌水点位置、水量及预测突水部位;探放水线及安全矿柱留设地段。
3)矿床疏干防治水措施图。内容包括:矿床井巷分布及开采顺序;主要充水水源及通道位置;疏干方式及各种疏干工程的分布;排水方式,疏干漏斗状态及变化预测;酸性水分布地段与防治措施;堵水与截流工程的位置;安全矿柱与探水线的位置等。
4)矿区环境地质现状与预测图。内容包括:松散层厚度及岩性;岩溶及裂隙强(弱)发育地段;疏干漏斗现状及预测状态;等水位线;顶板崩落高度的预测分区和底板破坏深度分区;地表塌陷、裂缝、沉陷的现状及预测范围与幅度;陷落柱的估测位置;地表水体的变化;地表水及地上水水质污染的类型、范围及程度的现状与预测等。
前述某些图件要求的内容尚多,不易全部编入,应针对各矿区的主要问题和取得资料的情况进行编制。某些重复内容,可视具体图件要求,编入有关图幅。
3.附属性矿床水文地质图件
此类图件的内容,可依据具体矿区的需要与资料多寡而定,诸如井巷分布及主要涌水与突水点分布图、地表水体整治图、矿区地热升高及污染预测图等。前述专门性图件中的某些内容,按矿区具体情况,亦可编制成相应的附属图件。
F. 水文地质条件一般是指什么
通常把与地下水来有关的问源题称为水文地质问题,把与地下水有关的地质条件称为水文地质条件。
水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要,水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来,水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透,又形成了若干新领域。
G. 井田矿床水文地质分区
地质、水文地质条件的特色之一是它的非均质性。要求对每一个井田、每一个采区、每一个工作面的具体地质、水文地质进行分析,寻出它们的差异性,进行水文地质分区,划分突水、有利于突水安全和有利于安全的地区。就是要对每种突水因素逐项进行分析。一般来讲主要是:① 含水层、富水性的差异;② 隔水层完整性的差异;③ 断裂破碎程度的差异;④ 水压及流场;⑤ 边界条件导水与阻水;⑥ 影响矿压因素(如顶板岩性厚度),巷道集中程度,采面初期来压。
根据上述资料,逐个因素编图分析,然后进行综合分析,划分水文地质分区。
现以王封矿二煤区为例:该区面积2.5km2,西部为背斜,东部为向斜,单斜断块,南北为断层切割成为阻水边界的地垒构造。西区埋藏浅,为煤层风化带,并有河床分布。根据水文地质条件,以±0m水平为界,东西两翼划为4个水文地质区:
1)第一区,西北区,背斜,埋藏浅,岩溶发育,钻孔普遍漏水。L2灰K=20~50m/d,与间歇性河床有水力联系,开采后突水频繁,涌水量10~40m3/min,占全井80%,曾突水96m3/min,因事先进行分区隔离,未发生淹井,采完后进行封闭,水量减少30m3/min。
2)第二区,东北区,向斜,平行王封断层200m范围小断层密集。但因王封断层为阻水边界,开采区突水很小,水量3~5m3/min。
3)第三区,西南区,±0m水平以下,背斜,是断层交错地带,东西的朱村大断层,北东向王封断层,北西向的F1断层交叉,岩溶发育,发生多次突水,涌水量25m3/min,采后封闭。
4)第四区,东南区,±0m水平以下,背斜,王封断层为封闭性阻水断层,仅深部落差9 m的王二断层附近富水,一般开采是局部淋水,水量10~15m3/min。
由于进行了水文地质分区,对可能发生突水及涌水量,心中有数,事先采取了分区隔离办法,采完一区,封闭一区,矿井水量明显减少,取得良好经济效益。
H. 矿床水文地质类型的划分
开采矿床必须与地下水作斗争。因此,就必须研究矿坑(井)的充水条件、涌水规律和防治水措施。在总结研究各类矿床的水文地质特征基础上,根据相似的水文地质条件和矿床开采时所产生的共同问题,人们将矿床(主要指固体矿床)划分为若干个矿床水文地质类型进行研究,即对矿床进行水文地质分类。换句话说,根据充水条件和矿床开采时所产生的水文地质问题划分的矿床类型,称矿床水文地质类型。划分矿床水文地质类型的目的是为指导矿床水文地质勘查和矿区水源的综合调控及防治。
分类时应遵循以下原则:①理论联系实际,便于应用;②必须突出控制矿坑充水条件的主导因素,以便揭示主要问题;③概念明确,简单实用。
1991年原国家地质矿产部、国家技术统计局联合颁发的国家标准《矿区水文地质工程地质勘探规范》(GB12719-91)中对矿床水文地质类型的划分见表12-3。
该分类首先以“矿床充水的主要含水层类型”将固体矿床划分为三类:第一类是以孔隙含水层充水为主的矿床,简称孔隙充水矿床;第二类是以裂隙充水含水层为主的矿床,简称裂隙充水矿床;第三类是以岩溶含水层充水为主的矿床,简称岩溶充水矿床,本类型又划分出三个亚类:第一亚类:以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床,第二亚类:以溶洞为主的岩溶充水矿床,第三亚类:以暗河为主的岩溶充水矿床。
表12-3 固体矿床水文地质分类
(据《矿区水文地质工程地质勘探规范》,GB12719-91)
其次,将各类充水矿床,按矿体(或矿层)与主要含水层的接触关系及进水方式分为直接进水矿床、顶板间接进水的矿床、底板间接进水的矿床。
最后,将各类充水矿床,根据与当地侵蚀基准面及地表水位的关系,地表水体的影响程度,主要含水层和构造破碎带的富水性、补给条件、矿层直接顶底板隔水层的稳定性等影响因素,划分为三型,第一型:水文地质条件简单的矿床,第二型:水文地质条件中等的矿床,第三型:水文地质条件复杂的矿床。
矿床水文地质类型按类(或亚类)-进水方式-水文地质条件复杂程度来命名。例如,广东凡口铅锌矿区属于以溶洞为主、顶板间接进水、水文地质条件复杂的岩溶充水矿床类型。
上述规范中还规定了富水性的界线,水文地质条件简单矿床的正常排水量小于5000m3/d,中等者介于5000~20000m3/d,复杂者大于20000m3/d。
I. 矿床水文地质类型
根据矿床充水条件划分的矿床类型,称矿床水文地质类型。矿床水文地质类型的划分,是对矿床水文地质条件及其与采矿活动相互关系的高度概括。其目的是为了指导矿床水文地质调查、制定防治水方案和矿区水资源利用的综合调控。而双层水位矿床的水文地质类型划分,则主要针对双层水位的形成原因和存在形式不同,在一般矿床水文地质类型的基础上再划分出两个亚类——突变型双层水位矿床和渐变型双层水位矿床。
中国地质大学沈继方教授等主编的《矿床水文地质学》,在前人分类方案的基础上,充分考虑了3种不同空隙类型(孔隙、裂隙、岩溶)和主要充水岩层和矿层的不同接触关系(顶板、底板、直接接触、间接接触)以及矿床开采时水文地质条件的复杂程度(简单、中等、复杂),归纳出表3-1的分类方案。
表3-1 一般固体矿床水文地质分类
这个分类方案充分突出了矿床充水条件的主导因素,揭示了矿床水文地质的主要问题,概念明确,形式简单,便于记忆,被广大矿床水文地质工作者所广泛采用。
20世纪末作者提出双层水位矿床的新概念。所谓双层水位矿床,就是矿床充水岩层中不仅存在双层水位现象,而且这种双层水位现象能够在矿床防治水方案中被利用,并最终取得良好经济效益和社会效益的矿床。
双层水位矿床是表3-1中的亚类。但由于各个双层水位矿床产生双层水位的原因和形式不同,矿体赋存空间的位置与产生双层水位埋深的不同,为了矿山生产实际和编制防治水方案的需要,有必要对双层水位矿床作进一步分类,以便于在矿山设计和生产过程中,更加灵活地掌握和运用。为此,作者将双层水位矿床分成突变型双层水位矿床和渐变型双层水位矿床两个亚类。
J. 划分矿床水文地质类型的步骤
矿床水文地质类型的划分
矿床水文地质类型是指导矿床水文地质调查和研究,以便合理选择勘探方法、正确布署勘探工作、有效地防治与利用矿坑水的重要依据。地质矿产部1982年颁发的《矿区水文地质工程地质普查勘探规范》,根据矿床充水的主要含水层的类型,将固体矿床划分为以下三类:
第一类:以孔隙含水层充水为主的矿床,简称孔隙充水矿床。其矿床充水条件和矿坑涌水量的大小取决于充水岩层的颗粒成分、孔隙大小、胶结程度、埋藏条件及与地表水的水力联系程度
第二类:以裂隙含水层充水为主的矿床,简称裂隙充水矿床,其矿床充水条件和矿坑涌水量的大小取决于充水岩层的裂隙发育程度,构造复杂程度以及与地表水的水力联系程度。
第三类:以岩溶含水层充水为主的矿床,简称岩溶充水矿床。其矿床充水条件和矿坑涌水量的大小主要决定于充水岩层的岩溶发育程度及分布和埋藏条件、矿区的构造复杂程度。
本类矿床又划分为三个亚类:
第一亚类:以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床;
第二亚类:以溶洞为主的岩溶充水矿床;
第三亚类:以暗河为主的岩溶充水矿床。
各类充水矿床根据矿层与当地侵蚀基准面及地下水位的关系,地表水体的影响程度,主要含水层和构造破碎带的富水性补给条件,矿层直接顶底板隔水层的稳定性等影响水文地质条件复杂程度的因素,划分为三型:
第一型:水文地质条件简单的矿床
(1)主要矿体位于当地侵蚀基准面以上,地形条件有利于自然排水,矿床充水主要含水层或构造破碎带富水性弱。
(2)主要矿体位于当地侵蚀面以下,附近无地表水位,矿床充水主要含水层或构造破碎带富水性弱,补给条件差。
第二型:水文地质条件中等的矿床
(1)主要矿体位于当地侵蚀基准面以上,地下水位以下,矿床充水主要含水层富水性中等,区域补给条件好,但地形条件有利于自然排水。
(2)主要矿体位于当地侵蚀基准面以下,附近无地表水体或虽有地表水体但对矿床充水影响不大,矿床充水主要含水层的富水性中等,构造破碎带不沟通地表水体及富水性强的含水层。
第三型:水文地质条件复杂的矿床
(1)主要矿体位于当地侵蚀基准面以下,附近有地表水体并对矿床充水具有威胁,矿床充水主要含水层和构造破碎带富水性强。
(2)主要矿体位于当地侵蚀基准面以下,矿床充水主要含水层富水性强,补给条件好或构造破碎带沟通区域富水性强的含水层。