1、,主要礦床水文地質(zhì)類型 及其基本特點(diǎn) 何鈺發(fā) 2007年3月,前言 l 我國礦山淹井事故之多，數(shù)量之大，可謂世界之最，因此提高勘探與預(yù)測水平，始終是礦床水文地質(zhì)工作追求的目標(biāo)。長期的勘探與開采實(shí)踐表明，相似水文地質(zhì)條件的礦床，具有基本類同的充水條件與接近的礦坑涌水量及采后主要水文地質(zhì)工程地質(zhì)問題。隨著資料和經(jīng)驗(yàn)的積累，逐漸揭示了礦床所處的內(nèi)外環(huán)境與充水條件，充水強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系，為在理論上分類奠定了基礎(chǔ)。分類既要對我國復(fù)雜多變的礦床充水條件具有高度的概括，又應(yīng)明確多類型的基本水文地質(zhì)特征，同時不同類型之間的界線清楚便于掌握應(yīng)用。 l 建國50多年來，在這一研究領(lǐng)域我國活動經(jīng)歷了由借用前蘇聯(lián)分

2、類到結(jié)合國情的自主研發(fā)過程，提出過很多與時代相適應(yīng)的分類方案，均因?qū)嵺`的局限性，始終不斷的完善。隨著60年代以來國家依靠自身力量，查明了一大批水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦床，特別是在巖溶發(fā)育充水礦床的勘探中，采用大流量抽、放水試驗(yàn)的整體流暴露技術(shù)和70年代又在礦坑涌水量預(yù)測中引進(jìn)數(shù)值方法，大大提高了勘探和預(yù)測水平；,l19771978國家組織進(jìn)行55個巖溶充水礦山回訪調(diào)查，通過對勘探報(bào)告與開采實(shí)際的對比驗(yàn)證，對巖溶充水礦床的勘探預(yù)測方法的準(zhǔn)確性及存在問題，有了更系統(tǒng)全面的掌握。在此基礎(chǔ)上，1993年水文地質(zhì)、工程地質(zhì)研究所提出了中國巖溶充水礦床水文地質(zhì)勘探類型，將巖溶充水礦床進(jìn)一步劃分為溶隙充水、溶洞

3、充水和暗河管道充水三個亞類。19911001國家技術(shù)監(jiān)督局在吸納了巖溶充水礦床水文地質(zhì)勘探類型和1982年地質(zhì)礦產(chǎn)部頒發(fā)的礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)普查勘探規(guī)范的基礎(chǔ)上，頒發(fā)了新的國家標(biāo)準(zhǔn)礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范（GB1271991）。,一、充水礦床水文地質(zhì)分類 l 礦床充水條件分析，是礦床水文地質(zhì)學(xué)重要研究內(nèi)容之一，也是礦井水文地質(zhì)工作的重要環(huán)節(jié)之一。該項(xiàng)工作從普查勘探階段開始，直至礦床開采，貫穿于整個過程。,l,普查勘探階段的礦床充水條件分析，主要是依據(jù)礦床所處的自然地理、地質(zhì)構(gòu)造和礦區(qū)水文地質(zhì)特征，重點(diǎn)分析天然條件下，主要充水巖層的地下水類型、賦存條件、循環(huán)條件和補(bǔ)給條件等，并初步預(yù)測礦床

4、開采后礦床主要的充水水源和通道，為普查勘探報(bào)告提供水文地質(zhì)資料，為詳細(xì)水文地質(zhì)勘探時工程布署提供依據(jù)，為礦坑涌水量預(yù)測計(jì)算提供天然條件下的水文地質(zhì)物理概念模型。,l,礦床開采階段，井巷工程已形成，礦床充水條件分析更為具體，即改變?yōu)榈V坑涌水或礦井涌水條件分析，該階段的充水條件分析工作重點(diǎn)是解決在開采條件下礦床充水的水源和通道問題，是該階段礦井水文地質(zhì)工作的中心環(huán)節(jié)。為預(yù)測礦井正常和最大涌水量，為防止礦井突水提供水文地質(zhì)資料，為確定合理治水方案提供依據(jù)。,l按礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范（GB1271991）規(guī)定將充水礦床分為三類及三亞類： l1.類及亞類 l首先根據(jù)礦床主要充水層的儲水空間特征，

5、將充水礦床劃分為三類： l第一類：以孔隙含水層充水為主的礦床，簡稱孔隙充水礦床。,l 第二類：以裂隙含水層充水為主的礦床，簡稱裂隙充水礦床。 l 第三類：以巖溶含水層充水為主的礦床，簡稱巖溶充水礦床。 l 巖溶充水礦床又可按巖溶形態(tài)劃分三個亞類。第一亞類為溶蝕裂隙為主的巖溶充水礦床。第二亞類為以溶洞為主的巖溶充水礦床，第三亞類為以暗河為主的巖溶充水礦床。 l 2.不同的充水方式與水文地質(zhì)條件類型 l 按礦體（或?qū)?，下同）與主要充水含水層的空間關(guān)系，上述各類充水礦床方式分為：直接充水的礦床，指礦床主要充水層（含冒落帶和底板破壞厚度），與礦體直接接觸，地下水直接進(jìn)入礦坑；頂板間接充水礦床，指主要充

6、水層位于礦層冒落帶之上，礦層與其之間有隔水層或弱透水層，地下水通過構(gòu)造破碎帶、弱透水層進(jìn)入礦坑；底板間接充水礦床，指主要充水層位于礦層之下，礦層與其之間有隔水層或弱透水層，承壓水通過底板薄弱地段、構(gòu)造破碎帶、弱透水層或?qū)膸r溶陷落柱進(jìn)入礦坑。,l 若綜合考慮礦體與當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面的關(guān)系，地下水的補(bǔ)給條件、地表水與主要充水層水力聯(lián)系密切程度，主要充水含水層和構(gòu)造破碎帶的富水性、導(dǎo)水性，第四系覆蓋情況以及水文地質(zhì)邊界的復(fù)雜程度等，各類充水礦床又可分三個型： l 第一型：水文地質(zhì)條件簡單的礦床。主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面上，地形有有利自然排水，或主要礦體雖在基準(zhǔn)面以下，但附近無地表水體。礦床主要充水

7、層和構(gòu)造破碎帶富水性弱至中等地下水補(bǔ)給條件差，很少或無第四系覆蓋，水文地質(zhì)邊界簡單。 l 第二型：水文地質(zhì)條件中等的礦床。主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，地形有自然排水條件，主要充水含水層和構(gòu)造破碎帶富水性中等至強(qiáng)，地下水補(bǔ)給條件好；或主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，但附近地表水不構(gòu)成礦床的主要充水因素，主要充水含水層、構(gòu)造破碎帶富水性中等，地下水補(bǔ)給條件差，第四系覆蓋面積小且薄，疏干排水可能產(chǎn)生少量塌陷，水文地質(zhì)邊界較復(fù)雜。,l第三型：水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦床。主要礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下，主要充水含水層富水性強(qiáng)，補(bǔ)給條件好，并具較高水壓，構(gòu)造破碎帶發(fā)育，導(dǎo)水性強(qiáng)且溝通區(qū)域強(qiáng)含水層或地表水體

8、，第四系厚度大，分布廣，疏干排水有產(chǎn)生大面積塌陷、沉降的可能，水文地質(zhì)邊界復(fù)雜。 l1995年，水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所主編的中國固體礦床的水文地質(zhì)特征與勘探評價方法中，以提出新分類劃分法：,l中國固體礦床水文地質(zhì)類型,一、巖溶充水礦床 l指分布在可溶巖地區(qū)，以巖溶充水為主的礦床。90%以上已開采的大水礦床均屬此類。由于巖溶的形成發(fā)育條件、空間形態(tài)變區(qū)域地質(zhì)、氣候等因素控制形成很強(qiáng)的區(qū)域性特征，我國北方地區(qū)以溶隙為主，南方以溶洞為主，西南則以巖溶管道為主，形成三種不同的區(qū)域性礦床充水類型。,（一）、溶隙充水礦床 l分布在秦嶺大別山淮河以北中朝準(zhǔn)地質(zhì)大地構(gòu)造的大部分地區(qū)。重要礦床類型有海陸交互相沉

9、積礦床和矽卡巖型礦床。以溶隙充水為主，最大特點(diǎn)是礦坑涌水量大，以底板突水為主。主要充水含水層是寒武奧陶系灰?guī)r，其中以奧陶系灰?guī)r為主，厚200600m；巖溶形態(tài)以干谷、大泉和地下溶隙網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)徑流為主要特點(diǎn)，此外，還有局部的地面巖溶塌陷與面巖溶陷落柱分布。地下溶隙網(wǎng)絡(luò)形成在大面積縱橫巖層中的區(qū)域構(gòu)造，裂隙網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，以溶隙為主包括部分小溶洞組成的巖溶水系統(tǒng)。巖溶發(fā)育在垂向上有“層控”性，在水平方向有變構(gòu)造控制的“構(gòu)控”性。,l 1.主要特點(diǎn) l （1）巨型蓄水構(gòu)造：以大型向斜、單斜構(gòu)造盆地為主，形成完整的巖溶地下水系統(tǒng)。構(gòu)造盆地寬緩，分布面積以超千km2為主，個別如山西河?xùn)|，準(zhǔn)葛爾煤田的保償系統(tǒng)達(dá)

10、1.16104 km2；寒武奧陶系灰?guī)r厚而較高，具相對統(tǒng)一的地下水面，地下水儲存量以數(shù)十億m3為主，個別如山西陽泉煤田的平定系統(tǒng)達(dá)126108 m3，調(diào)蓄庫容大，蓄水構(gòu)造上裸露區(qū)面積一般占分布面積的2050%以上，以降水補(bǔ)給為主，干谷是入滲集中補(bǔ)給區(qū)，全區(qū)各蓄水構(gòu)造的平均補(bǔ)給量達(dá)14108 m3/a。埋藏區(qū)上蓋石崖，二疊系煤系地層，煤田座落在開闊型、高水頭的大“水盆”上，占銅礦山開采大水礦床的50%，其中有礦坑涌水量位居國內(nèi)之最的河南焦作煤礦89.17104 m3/d和河北崢崢煤礦33104 m3/d；裸露區(qū)在魯冀等地有巖體入侵，分布有矽卡巖型鐵礦，因裸露面積大，且礦體與中奧陶灰?guī)r直接接觸，礦

11、坑涌水量也大，以地面巖溶坍陷潰水為主，我國北方著名的大水礦床如山東萊蕪和河北王窯等富鐵礦。,l （2）溶隙網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)徑流帶：它是巨型巖溶蓄水構(gòu)造長距離漫長徑流過程的強(qiáng)烈溶蝕分異作用的產(chǎn)物，如同地表水一樣，它也分干流與支流，在蓄水構(gòu)造中起匯流、儲存、傳輸和調(diào)節(jié)作用。埋藏區(qū)受區(qū)域構(gòu)造方向與斷裂發(fā)育程度、強(qiáng)度的控制，沿構(gòu)造斷裂帶、斷塊構(gòu)造的地壘，無壓向承壓轉(zhuǎn)化的過渡帶及排泄區(qū)等地分布；在裸露區(qū)受斷裂構(gòu)造，水文網(wǎng)及巖體控制，沿?cái)嗔选⑺木W(wǎng)分布。水循環(huán)深度在埋藏區(qū)可達(dá)-500m；在水平方向上形成富水性與導(dǎo)水性極弱且含水較均勻的集中徑流帶，水井成功幾乎近100%，導(dǎo)水系數(shù)達(dá)萬十萬m3/d。其滲流場特征如河北崢

12、崢煤田王鳳礦1978年大型抽水試驗(yàn)，抽水強(qiáng)度13.56104 m3/d ，單位涌水量7.68104 m3/d.m，抽水降落漏斗呈碟狀近同步等水位下降，水力坡度0.4，水力傳遞速度0.18km/min，導(dǎo)水系數(shù)7.14104 m2/d。礦坑大水量的突水點(diǎn)和巖溶坍陷均分布其上。溶隙網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)徑流帶中的地下徑流，在向排泄區(qū)運(yùn)動中，因減壓作用一般呈網(wǎng)絡(luò)狀分散溢出，地表形成既分散又集中的數(shù)至數(shù)十個巖溶大泉。反之，可以從泉流量大小，集中程度 解強(qiáng)徑流的規(guī)模與水力性質(zhì)。,l （3）構(gòu)造斷裂的影響無所不在：大到控制蓄水構(gòu)造、礦床、井田邊界以及巖溶水的循環(huán)深度與強(qiáng)徑流帶的分布；小到控制突水點(diǎn)的分布及其突水量；此外，

13、斷裂又是巖體入侵通道，巖體控制充水圍巖的厚度與邊界；斷裂與巖體的分割穿插常將巖溶水系統(tǒng)分割為邊界條件與富水性各異的含水條帶，造成斷層兩側(cè)礦坑涌水量的巨大差異。如河北黑龍洞巖溶水系統(tǒng)中的王 煤礦和楊二莊鐵礦分別位于南洛河阻水?dāng)鄬幽?、北兩?cè)，南側(cè)為大水礦床，北側(cè)因巖體分割包圍為中等偏弱充水礦床。 l （4）礦坑涌水量大小取決于：蓄水構(gòu)造的規(guī)模；裸露區(qū)面積大??；強(qiáng)徑流帶的發(fā)育程度；(煤礦)埋藏區(qū)在巖溶水系統(tǒng)水循環(huán)中的地位,在正傾系統(tǒng)(即正地形)中，埋藏區(qū)位于系統(tǒng)的中下游匯流區(qū)，多大水礦床；在反傾系統(tǒng)(負(fù)地形)中由于埋藏取位于系統(tǒng)上游的緩流區(qū),無大水礦床；(鐵礦)巖體對充水圍巖的封閉程度。,2.開采的

14、主要水文地質(zhì)問題 l（1）礦坑涌水量大，底板突水嚴(yán)重 l據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)截至1990年，煤鐵礦床的總排水量為239104 m3/d，占礦床分布區(qū)巖溶水的19.7% 。19561988年煤礦開采共發(fā)生突水1220次，直接經(jīng)濟(jì)損失30億以上；到1988年底變底板突水威脅無法大面積開采的煤炭資源159.87億噸，占已探明資源的38.33%。 l（2）礦區(qū)供排矛盾突出 l巖溶水天然資源它們既是境內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源，又是煤礦開采的主要充水因素，由于礦山長期排水，已引起相關(guān)巖溶水系統(tǒng)所在地區(qū)的用水緊張，供排矛盾日趨突出，據(jù)原煤炭部調(diào)查，1986年各主要煤礦山缺水86104 m3/d。,l此外，根據(jù)國家對遼

15、、魯、冀、皖的15個特大型礦區(qū)的統(tǒng)計(jì)，共有巖溶坍陷坑432個，僅占國內(nèi)總數(shù)的1.8%左右。無論從普遍性、規(guī)?；蚪?jīng)濟(jì)損失，均無法與溶洞充水礦床相比較。,（二）、溶洞充水礦床 l分布在秦嶺大別山淮河以南地區(qū)。礦種多，其中多金屬及煤、鋁土礦均在國體經(jīng)濟(jì)中占重要地位。以溶洞充水為主，最大特點(diǎn)是地層巖溶坍陷對礦床開采的威脅。主要充水含水層為泥盆二疊系灰?guī)r，其中以二疊系茅口灰?guī)r的厚度最大（300500m），富水性最強(qiáng)，是大水礦床的主要充水含水層。地表巖溶形態(tài)千姿百態(tài)，地下以溶洞為主，溶隙為輔。洞與洞之間有溶隙相通，組成具特色的洞、隙網(wǎng)絡(luò)，局部有巖溶暗河管道分布。在地殼持續(xù)間歇性上升地段，溶洞具成層性，上層

16、溶洞在雨季是下層溶洞的蓄水庫。,1.主要特點(diǎn) l （1）蓄水構(gòu)造規(guī)模?。浩湟?guī)模因礦床成因類型而異，但與溶隙充水礦床相比規(guī)模小是其基本特點(diǎn)，受巖體控制的矽卡型礦床的蓄水構(gòu)造，小則僅km2，含煤構(gòu)造臺地稍大，但也以數(shù)十km2為主，少數(shù)為100300 km2，因此地下水儲存量與補(bǔ)給量極有限，對礦床充水強(qiáng)度并不起控制作用。 l （2）巖溶發(fā)育極不均勻：在垂向上，上部為溶洞帶，分布在- 100-200m上下，下部溶隙帶一般在-300m以上；水平方向，沿?cái)嗔?、巖體與灰?guī)r接觸帶、硫化礦床氧化帶和地表水附近巖溶極發(fā)育；巖溶充填率高達(dá)4080%以上，尤其在淺部溶洞均為充填或半充填，是造成地面巖溶坍陷普遍發(fā)育的主

17、要原因。 l （3）地面巖溶坍陷規(guī)模大具普遍性：由于境內(nèi)多溶洞、充填率高、降水強(qiáng)度高、入滲強(qiáng)烈，加上蓄水構(gòu)造規(guī)模小，礦坑排水時滲透場水力坡度大作用力強(qiáng)，使地面巖溶坍陷不僅有普遍性且規(guī)模大。巖溶坍陷一般沿疏干漏斗范圍內(nèi)的巖體與充水圍巖接觸帶、硫化礦床氧化帶、斷層和地表水附近分布，河水和暴雨沿坍陷坑的回滲，是大水礦床形成的主要原因。,l （4）礦坑涌水量大小的主控因素因礦床成因而異：本類礦床的礦坑涌水量一般以小和中等為主，超過5104 m3/d的較少，最大威脅來自雨季地表水沿坍陷坑的潰水造成淹井事故。矽卡巖型礦床（大水礦床占國內(nèi)25%左右），因巖體與充水圍巖直接接觸，多溶洞潰水，其涌水量大小取決于

18、成礦圍巖的富水性，巖體對充水圍巖的封閉程度與斷層的作用，其大水礦床的形成還需兩個條件，即采后地面坍陷與地表水的規(guī)模；二疊系煤田（大水礦床占國內(nèi)15%），因煤層與底板充水含水層呈間接接觸，煤盆也緣以巖溶坍陷潰水為主，煤盆內(nèi)以底板突水為主，其礦坑涌水量大小與巖溶坍陷底板隔水層厚度有關(guān)。如大水礦床湖南恩口煤礦，其底板僅有0.041.42m厚的粘土角礫巖與充水含水層茅口灰?guī)r相隔，單個突水點(diǎn)的最大涌水量達(dá)5.5104 m3/d，礦坑總涌水量11.3104 m3/d。,2.開采的主要水文地質(zhì)問題 l 地面巖溶坍陷對溶洞充水礦床的開采危害最大，且具普遍性。對國內(nèi)20個大型礦山截止1985年的統(tǒng)計(jì)：總巖溶坍陷

19、坑為20588個，平均每個礦山達(dá)1027.9個。其中如湘中恩口煤礦，19721986年共產(chǎn)生坍陷坑6100個，面積25km2，毀壞農(nóng)田9500畝，小型水庫8座，1.83萬m2成品房搬遷，1977年暴雨二條河流因巖溶坍陷側(cè)流，礦坑涌水量增至17104 m3/d，后來耗資980萬元進(jìn)行回填治理，但1990.6.12暴雨又造成150個回填坍陷坑的復(fù)坍，壺天河再次斷流側(cè)滲，河床中的復(fù)坍洞面積15810 m2，側(cè)滲量48104 m3/d。 l 此外，溶洞充水礦床由于溶洞的充填率很高，開采時也普遍存在泥沙突擊問題，其最大突擊量有時可以占總潰水量的50%。因變水動力條件控制一般發(fā)生深部井巷開拓的初期。恩口煤

20、礦1980.9.23曾發(fā)生突泥封住工作中12人死亡的事故。,l此外，溶洞充水礦床由于溶洞的充填率很高，開采時也普遍存在泥沙突涌問題，其最大突涌量有時可以占總潰水量的50%。因變水動力條件控制一般發(fā)生在深部井巷開拓的初期。恩口煤礦1980.9.23曾發(fā)生突泥封住工作中12人死亡的事故。,（三）、暗河管道充水礦床 l主要分布在西南巖溶山區(qū)與巖溶丘陵區(qū)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)僅西南云、貴、川、渝就有大型地下暗河200余條。暗河管道充水礦床是指具有管道充水特征，并是開采中的主要充水水源。國內(nèi)分布最廣、儲量最大的與之有關(guān)的礦產(chǎn)資源主要是煤和硫鐵礦。最大特點(diǎn)是礦坑涌水量極不均勻。主要充水含水層是二疊、三疊灰?guī)r，巖溶

21、多裸露型。,1.主要特點(diǎn) l（1）管道流的特點(diǎn)：管道中地下水運(yùn)動與地表水有若干類似，人稱加蓋的地表水，不符合地下水滲流理論的基本特征；暗河中管道泥與分散泥并存，分散的裂隙水泥量雖小，但它是暗河較穩(wěn)定的補(bǔ)給源，使大多數(shù)暗河終年不枯；管道泥在流場場面上呈低水槽，雨季瞬間流場則呈反漏斗，抽水時因含水不均難成統(tǒng)一的降落漏斗；其水動力場的流速大、水力坡度大（如四川紅巖煤礦，主管道平均水力坡度2%）衰減系數(shù)和不穩(wěn)定系數(shù)、流量與水位動態(tài)沿暗河管道時空不同步、疏干漏斗范圍一般僅數(shù)百米。,l（2）礦床充水特征 l礦坑涌水量時空分配懸殊，常見水量在枯季水量小，雨季涌水量為平均水量的數(shù)數(shù)十倍，由于流速快，雨后數(shù)十小

22、時最多數(shù)天后涌水量猛增，因此多潰水突泥，但雨停即退。礦坑的平均涌水量很少超過萬m3 /d，涌水量大小取決于地面匯水面積、降水強(qiáng)度以及所處構(gòu)造部位。一般匯水面積大，礦坑涌水量大而較穩(wěn)定，反之則差；位于向斜部位的礦坑涌水量較大、單斜次之、背斜部位最?。唤涤陱?qiáng)度直接影響礦坑涌水量大小。也是潰水突泥的直接控制因素。,2.開采的主要水文地質(zhì)問題 l潰水突泥是該類礦床的最大危害。由于管道系統(tǒng)規(guī)模有限，流速快，故調(diào)蓄動能差，暴雨期間多發(fā)災(zāi)害性突泥。境內(nèi)幾乎所有礦山都無一能免，輕則淹井淤泥，重則人員傷亡甚至報(bào)廢礦井。如湖南翻花岑金屬礦1990.11的一次潰水中突泥一萬噸；四川紅巖煤礦10次潰水突泥淹井事故中，

23、最大礦坑涌水量67104 m3/d。 l由于礦坑涌水量變化懸殊，給治水工作帶來很大困難。若據(jù)常見水量值設(shè)計(jì)礦坑排水溝斷面、水泵排水能力、水倉容積，到暴雨時會淹井，若據(jù)最大預(yù)測值設(shè)計(jì)，則耗資巨大，利用率低，不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樽畲笥克績H僅出現(xiàn)在一瞬間，多則一年12次，少則幾幾十年才遇一次。,（四）巖溶充水礦床水文地質(zhì)工作的思路 與重點(diǎn) l 由于巖溶發(fā)育及其富水規(guī)律受可溶巖的巖性厚度、地質(zhì)構(gòu)造、水動力條件等區(qū)域性因素的影響和控制。因此礦床水文地質(zhì)工作應(yīng)從上述區(qū)域性背景條件入手，才能掌握巖溶的發(fā)育特征與充水含水層的富水規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合礦床補(bǔ)給條件分布位置的特點(diǎn)與礦體和充水含水層之間關(guān)系對礦床的充水條

24、件、充水強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測評價。對于不同充水類型的礦床，水文地質(zhì)工作應(yīng)結(jié)合采后主要水文地質(zhì)問題作為工作的深入點(diǎn)。如溶隙充水礦床，應(yīng)以底板突水條件與構(gòu)造控水作用為重點(diǎn)；溶洞充水礦床要以溶洞的分布發(fā)育規(guī)律及地面巖溶坍陷的形成條件為重點(diǎn)；暗河管道充水礦床主要是查明暗河管道的空間構(gòu)造、規(guī)模、分布規(guī)律及形成條件。實(shí)踐證明，對于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶充水礦床，應(yīng)采用大口徑、大流量的群孔抽水試驗(yàn)，對礦區(qū)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行整體暴露，并用數(shù)值法模擬抽水成果，是查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件，提高預(yù)測評價精度的有效方法。,三、裂隙充水礦床 l指碎屑巖、巖漿巖、變質(zhì)巖等堅(jiān)硬巖層中的煤和各種金屬非金屬礦。最大特點(diǎn)是礦坑涌水量小。大多

25、分布于山區(qū)，以降雨補(bǔ)給為主，地形有利于自然排泄，地表入滲條件差；除沉積礦床外，多數(shù)分布面積小，以數(shù)數(shù)十km2為最多見；充水含水層是各種脆性巖層的裂隙含水層（帶），富水性較弱。其中對礦床充水影響較大的有：層狀礦床的脆性巖層中由區(qū)域性構(gòu)造裂隙組成的層狀裂隙含水層；有玄武巖內(nèi)的裂隙孔洞組成的裂隙孔隙含水層，以河北土縣張北煤礦最典型，礦坑涌水量2*104m3/d；脈狀礦床的構(gòu)造破碎和巖脈裂隙組成的裂隙含水帶。,1.主要特點(diǎn) l 裂隙充水礦床礦坑水具明顯的不均勻性，一般沿一定方向的構(gòu)造線成點(diǎn)集中滲入或涌入，而其他方向或地段常常是干的；涌水量與裂隙寬度直接相關(guān)，其中90%較大涌水量均與斷裂破碎帶有關(guān)，若與

26、地表水無聯(lián)系，均與消耗儲存量為主，來勢猛、消失快；礦坑涌水量很小，一般為數(shù)數(shù)十m3/d，超過5000 m3/d的不多，且隨埋深減弱和隨季節(jié)而變化，絕大多數(shù)礦床為水文地質(zhì)條件的弱充水礦床。只有當(dāng)?shù)V區(qū)充水?dāng)嗔哑扑閹贤ǖ乇硭畷r，才會發(fā)生大量涌水。 l 2.礦床水文地質(zhì)工作的重要性 l 研究層狀裂隙含水層的區(qū)域性構(gòu)造裂隙密集帶與寬大裂隙帶的分布發(fā)育規(guī)律及其與巖性、厚度、構(gòu)造部位的關(guān)系；研究成礦巖脈下礦體與圍巖的裂隙特征、分布規(guī)律；查明構(gòu)造破碎帶的規(guī)模、分布、力學(xué)性質(zhì)、裂隙與充填狀況及補(bǔ)給條件。,四、孔隙充水礦體 l 指產(chǎn)于松散沉積物中的砂金礦，第三系半膠結(jié)碎屑沉積構(gòu)造中的煤和油頁巖，以及礦床充水條件

27、受上覆第四系松散層控制的弱含水基巖中的金屬（非金屬）礦床。礦床以孔隙充水為主。最大特點(diǎn)是：大多數(shù)礦床為中等充水強(qiáng)度，礦坑出水均勻，也有尚未開采的超級大水露天礦和流沙沖潰等復(fù)雜水文地質(zhì)工程地質(zhì)問題。 l 礦床位于有一定厚度的松散或半膠結(jié)孔隙含水層分布區(qū)，礦區(qū)地形低平，充水含水層埋藏淺或直接露地表，降水和地表水的補(bǔ)給條件較好?？紫逗畬拥母凰宰兓瘡?fù)雜，但在宏觀上含水層孔隙介質(zhì)的粒度大、分選好、含泥量少，其含水性好，反之則差。主要充水含水層分別是第四系松散含水層和第三系（包括部分的白堊系）成巖差的半膠結(jié)碎屑巖含水層。,1.礦床充水特征 l（1）受降水影響明顯，淺埋礦床的礦坑涌水量與降水量呈同步變化

28、特征，尤其是露天開采，如廣東茂名油頁巖露天礦，旱季水量小，最大暴雨時日排水量82.45 104m3/d； l（2）地表水對礦坑涌水有直接影響，一般為滲入式補(bǔ)給，滲入量大小與礦體距地表水的遠(yuǎn)近、水體下方巖石層的透水性、入滲面積與地表水頭高度有關(guān)，尤其在雨季地表水位上升、水頭增大、地表水分布面積擴(kuò)大與含水層接觸面積增大，當(dāng)井下產(chǎn)生冒落裂隙時，地表水將會呈潰入形式涌入礦坑；,l（3）山區(qū)河谷平原與沖洪積扇頂部的孔隙充水礦床，礦坑涌水量最大：如分布在這兩個蓄水構(gòu)造下的遼西元寶山煤礦與河北司家營鐵礦，礦坑涌水量分別預(yù)測為33 m3/d和100萬m3/d； l（4）第三系半膠結(jié)碎屑巖中的礦床，因含水層鐵含

29、量高，易風(fēng)化，裂隙不發(fā)育，且一般上復(fù)弱透水層，補(bǔ)給徑流條件差，礦坑涌水量以排泄儲存量為主，初期涌水量有時較大，但隨后逐漸減少穩(wěn)定到一個較小值。,2.開采的主要水文地質(zhì)問題 l （1）流沙沖潰與地面坍塌，流沙沖潰是孔隙充水礦床特有的水文地質(zhì)工程地質(zhì)問題。當(dāng)井巷或回采工作占揭穿或接近細(xì)粒砂層時，在水壓作用下會發(fā)生含沙量極高的潰水，瞬間淹沒礦井，沖毀設(shè)備，造成停產(chǎn)和傷亡事故。如吉林舒煤礦，一次潰水時涌水量1560 m3/h，含沙量高達(dá)50%，總潰沙量8萬m3。潰沙都發(fā)生在粉、細(xì)砂層中，其顆粒周圍附著的新水膠顆粒，飽水時膠體顆粒吸水膨脹，使沙粒比重減少，因此“真流沙”不需要太大的水沖力即能懸浮流動，形

30、成水沙沖潰。它與水壓高時形成的粗沙礫潰決意義不同，后者不是真正意義上的流沙。 l 流沙沖潰一般要產(chǎn)生地面坍塌，地表地下均有，它與采空場的位置與規(guī)模無明顯關(guān)系，大多出現(xiàn)在河谷與沖溝地帶，規(guī)模小，僅數(shù)十?dāng)?shù)百m3。,l（2）殘余水頭：指排水后疏干層仍保持一定高度的殘余水柱，多位于粉、細(xì)沙層中，國內(nèi)以安徽當(dāng)璽姑山鐵礦最為嚴(yán)重，殘余水頭可引起系列的水文地質(zhì)工程問題，如流沙、基坑滑動、邊坡崩陷等現(xiàn)象。 l（3）地面沉降：排水使含水層疏干降壓，作用于孔隙中的水壓被轉(zhuǎn)移到土層顆粒上，使顆粒有效應(yīng)力增加并且使顆粒間距減?。煌瑫r排水產(chǎn)生的滲透壓力也直接作用于顆粒上，上述兩種壓力使地層壓密，地面下沉，一般以排水點(diǎn)為

31、中心形成地面沉降帶。如姑山鐵礦，中心下沉量3060cm，影響范圍2km2。,3.礦床水文地質(zhì)工作內(nèi)容 l區(qū)域水文地質(zhì)工作極重要。應(yīng)從宏觀的蓄水構(gòu)造成因類型、規(guī)模及其富水條件與富水規(guī)律入手。重點(diǎn)是主要砂礫含水層的厚度、層數(shù)、埋藏分布規(guī)律、層與層之間及與地表水的水力聯(lián)系；在此基礎(chǔ)上，從礦床所處部位查明礦體與主要充水含水層及地表水的接觸關(guān)系、距離，分析進(jìn)水方式（滲透式還是潰入式），評價礦床的充水條件與充水強(qiáng)度；結(jié)合開采時可能發(fā)生的上述水文地質(zhì)工程問題，開展專門性的調(diào)查與研究，其中主要是對產(chǎn)生流砂、殘余水頭的調(diào)查評價，必要時需進(jìn)行室內(nèi)流變試驗(yàn)或野外工程地質(zhì)原位測試。,五、對礦床充水條件的分析 l 礦床

32、充水的自然條件 l （一）自然充水水源 l 1.大氣降水 大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來源，所有礦床充水都直接或間接地與大氣降水有關(guān)。但這里所講大氣降水水源，是指礦床直接充水的唯一水源。 l 2.地表水水源 在有大型地表水體分布（海、湖、大河流、水庫、水池）的礦床地區(qū)，查清天然條件下和礦床開采后的地表水對礦床開采的影響，是礦區(qū)水文地質(zhì)勘探和礦井水文地質(zhì)工作的頭等重要大事，是評價礦床開采價值的重要內(nèi)容。地表水不僅可能造成礦井突然涌水，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致水砂同時潰入礦井。,l3.圍巖地下水水源 圍巖地下水充水類型劃分: 根據(jù)充水巖層性質(zhì)不同可分為：砂礫石孔隙充水礦床，堅(jiān)硬巖層裂隙充水礦床，巖溶充水礦床

33、。根據(jù)礦層與充水巖層接觸關(guān)系不同可分為：直接充水礦床，間接充水礦床。 根據(jù)礦層與充水巖層相對位置不同可分為：頂板水充水礦床，底板水充水礦床，周邊水充水礦床。,l(二) 充水天然通道 礦床充水天然通道主要包括點(diǎn)狀巖溶陷落柱、線狀斷裂（裂隙）帶、窄條狀隱伏露頭、面狀裂隙網(wǎng)絡(luò)（局部面狀隔水層變薄或尖滅）和地震裂隙等。 l1.點(diǎn)狀巖溶陷落柱通道 巖溶陷落柱在我國北方較為發(fā)育，在地下水的長期物理和化學(xué)作用下, 中奧陶統(tǒng)灰?guī)r形成了大量的古喀斯特空洞, 在上覆巖層和礦層的重力作用下, 空洞潰塌并被上覆巖層下陷填實(shí)，被下塌的破碎巖塊所充填的柱狀巖溶陷落柱像一導(dǎo)水管道溝通了煤系充水含水層中地下水與中奧陶統(tǒng)灰?guī)r水

34、的聯(lián)系, 特別位于富水帶上的巖溶陷落柱, 可造成不同充水含水層組中地下水的密切水力聯(lián)系.,l 巖溶陷落柱的地表特征比較明顯, 特別在基巖裸露區(qū)更為明顯. 一般陷落柱出露處巖層產(chǎn)狀雜亂, 無層次可尋, 亂石林立,充填著上覆不同地層的破碎巖塊. 陷落柱周圍巖層因受塌陷影響而略顯彎曲, 并多向陷落區(qū)內(nèi)傾斜。井下陷落柱形態(tài)一般呈下大上小的圓錐體，陷落柱高度取決于陷落的古溶洞的規(guī)模, 溶洞空間愈大則陷落柱發(fā)育高度也愈高,甚至可波及地表. 堆積在陷落柱內(nèi)的巖石碎塊呈棱角狀, 形狀不規(guī)則, 排列紊亂, 分選性差. l 陷落柱的導(dǎo)水形式多種多樣, 有的陷落柱柱體本身導(dǎo)水; 有的柱體是阻水的, 但陷落柱四周或局

35、部由于受塌陷作用影響形成較為密集的次生帶, 從而溝通多層含水層組之間地下水的水力聯(lián)系; 還有的陷落柱柱體內(nèi)部分導(dǎo)水, 部分阻水.影響巖溶陷落柱分布的因素較為復(fù)雜, 其展布規(guī)律至今研究不夠。但根據(jù)目前研究成果，我們認(rèn)為，地質(zhì)構(gòu)造是控制巖溶陷落柱分布規(guī)律的主要因素之一。,l 2.斷裂(裂隙)帶通道 斷裂帶是否能夠成為充水通道主要取決于斷裂帶性質(zhì)和礦床開采時人為采礦活動方式與強(qiáng)度。這里重點(diǎn)分析斷裂帶的性質(zhì)等，后面問題在礦床充水人為因素部份講述。 l 礦床水文地質(zhì)勘探中對查明斷層性質(zhì)和導(dǎo)水性往往需投入很大工作量，我們應(yīng)該根據(jù)大量勘探及抽水試驗(yàn)資料進(jìn)行斷層水文地質(zhì)意義分析。根據(jù)以往勘探及礦山開采資料說明

36、，斷層水文地質(zhì)意義可分為如下幾種情況。 l （1）隔水?dāng)鄬?一般為壓性斷層或斷層帶被粘土質(zhì)充填，使兩側(cè)含水層不發(fā)生水力聯(lián)系。在礦床開采時，由于人為活動，天然狀態(tài)下隔水?dāng)鄬映Ｗ優(yōu)閷?dǎo)水?dāng)鄬?。隔水?dāng)鄬犹幱诓煌恢闷渌牡刭|(zhì)意義亦不同，隔水?dāng)鄬臃植加谥饕渌畮r層內(nèi)時，常分割充水巖層的水力聯(lián)系；隔水?dāng)鄬釉谶吔缟蠒r，阻止區(qū)域地下水補(bǔ)給。,l（2）導(dǎo)水?dāng)鄬?導(dǎo)水?dāng)鄬铀幬恢貌煌渌牡刭|(zhì)意義亦不同。當(dāng)導(dǎo)水?dāng)鄬游挥趨^(qū)域邊界時，常形成充水含水層或臨近充水含水層的補(bǔ)給通道；當(dāng)導(dǎo)水?dāng)鄬优c地表水連通時，常形成地表水體補(bǔ)給礦床的主要通道；當(dāng)充水巖層分布導(dǎo)水?dāng)鄬訒r，將增加充水巖層與外界的水力聯(lián)系程度；當(dāng)導(dǎo)水?dāng)鄬忧懈畹V層隔

37、水頂、底板時，斷層常引起頂板或底板突水問題。 l溝通充水含水層組密切水力聯(lián)系的線狀斷裂(裂隙)帶多發(fā)生在斷層密集帶、斷層交叉點(diǎn)、斷層收斂處或斷層尖滅端等部位.,l 3 窄條狀隱伏露頭通道 在我國大部分煤礦山, 煤系薄層灰?guī)r含水層和中厚層砂巖裂隙含水層以及巨厚層的碳酸鹽巖含水層多呈窄條狀的隱伏露頭形式與上覆第四系松散沉積物不整合接觸. 影響隱伏露頭部位多層充水含水層組地下水垂向間水力交替的因素主要有兩個: 隱伏露頭部位基巖風(fēng)化帶的滲透能力大小; 上覆第四系底卵孔隙含水層組底部是否存在較厚的粘性土隔水層.,l,一般地說, 風(fēng)化帶的風(fēng)化強(qiáng)度愈強(qiáng)或愈弱, 基滲透性均較弱。而基巖風(fēng)化強(qiáng)度和深度又與其巖性

38、和裂隙發(fā)育程度有關(guān). 最易風(fēng)化的有泥巖、沉凝灰?guī)r以及分選性差或膠結(jié)差的中、粗粒砂巖和長石含量多的砂巖. 在巖層風(fēng)化過程中,水流參與是一個甚為重要的因素, 所以, 風(fēng)化深度較深者多為裂隙較發(fā)育的巖層. 泥巖雖然極易風(fēng)化, 得由于它的塑性強(qiáng),一般裂隙發(fā)育有限, 因此其風(fēng)化深度往往較淺. 探測隱伏露頭基巖風(fēng)化帶的滲透能力一般可采用壓(抽)水試驗(yàn)方法.,l 第四系沉積類型較為復(fù)雜, 各種陸相沉積較為廣布, 如沖積、洪積、湖積、殘積、坡積和冰川堆積等, 海相和海陸交互相僅在海濱和局部內(nèi)陸地區(qū)可見. 因此, 第四系含水層組的沉積結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化. 在某些礦山, 第四系含水層組底部沉積了較厚的粘土, 亞粘土隔水

39、層. 在這些部位, 無論煤系和中奧陶統(tǒng)基巖風(fēng)化帶的滲透性能如何強(qiáng), 這些粘性隔水層基本可以完全阻隔多層含水層組地下水之間的垂向水力聯(lián)系; 但在另一部分礦山, 第四系含水層組底部的粘性沉積物由于沉積尖滅或其它原因, 沉積厚度極其有限, 甚至局部缺失形成”天窗”, 這樣如果煤系和巨厚層的碳酸鹽巖含水層在隱伏露頭的風(fēng)化帶部位滲透性較好, 高水頭的碳酸鹽巖承壓含水層地下水首先直接通過“越流”或 ”天窗” 部位上補(bǔ)第四系孔隙含水層組, 而第四系孔隙水又以同樣方式下補(bǔ)被疏降的煤系薄層灰?guī)r含水層或中厚層砂巖裂隙含水層. 第四系含水層組象座暢通無阻的橋梁在煤系和碳酸鹽巖含水層組兩個窄條狀隱伏露頭處, 接通了它們彼此間的水力聯(lián)系.,l 4.面狀裂隙網(wǎng)絡(luò)(局部面狀隔水層變薄區(qū))通道 根據(jù)含煤巖系和礦床水