吉林大學專門水文地質學第十一章礦床水文地質學主講教師：蘇小四主要內容第一節、礦床類型與礦床開采第二節、礦床充水條件第三節、礦床水文地質類型第四節、礦坑涌水量預測第五節、礦床疏干與排供結合第六節、礦床水文地質任務特點第七節、礦區環境地質12/27/2023第2頁礦床水文地質調查的中心義務，就是預測礦井涌水量，討論開采前后礦床水文地質條件的變化規律，為礦床疏干設計、預測突水和維護礦區環境提供資料，在實踐任務中，三者是同時進展的(綜合評價、設計和施工〕。為了采礦平安、提高工效和降低本錢，采用經濟和技術上合理的各種工程措施，對涌人井巷或要挾平安的各種水源進展排除或控制等科學管理的任務，也就是礦床疏干任務。礦床疏干會破壞供水水源，惡化環境。因此，礦床疏干措施的制定，從經濟、技術與社會效應出發，兼顧采礦、供水、環境維護等諸多利益。第五節礦床疏干與排供結合12/27/2023第3頁為了采礦平安、提高工效和降低本錢，采用經濟和技術上合理的各種工程措施，對涌人井巷或要挾平安的各種水源進展排除或控制等科學管理的任務，統稱為礦床疏干。

一、礦床疏干的主要方法12/27/2023第4頁礦床疏干是一項具有引發矛盾性質的任務。采礦上為防止礦井突水，總是希望最徹底或盡量多地排除能夠進入井巷和要挾采礦的各種水源，結果必將破壞當地天然水資源平衡，減少供水量和惡化環境。從供水和維護環境出發，那么盼望盡能夠地提供更多的地水資源和維護天然地質環境不惡化。因此，合理地進展礦床疏干是兼顧采礦、供水和維護地質環境、合理利用礦井水的統疇性任務。疏干防治水的各種方法，按其主要作用分為防水法、疏水法和防滲法。12/27/2023第5頁指防治降水、地表水與潛水流入礦區的方法，其主要目的在于減少礦井涌水量。(1)聚集與排除礦區范圍內降水構成的地表徑流。方法有：①填堵井下進水通道，聚集礦區內原分布的水體，并排；②修筑邊緣排水溝等地表防、排水工程，以攔截外圍流來的降水漫流、地表水和淺部潛水，并引出礦區之外。(2〕礦區內地表水體的處置。可采用：①隔離水體，如修筑水體防滲層、敷設排水管道等；②不允許水體存在時，那么采用移河措施。1、防水法12/27/2023第6頁指對充水水源進展疏干或降壓．以確保平安采礦的方法。此法包括預先疏干、并行疏干和探放水。(1)預先疏干，多用于水文地質條件復雜的大水礦床。分為兩種情況：第一種，當開挖井巷須暫時經過強含水層或受高壓水要挾的地段時，可從地表打深孔預先疏干部分含水層或降低高壓水頭至平安值以下。當井巷挖通，并封鎖該含水層后，停頓疏干，允許原含水層恢復充水或原水壓。

2、疏水法12/27/2023第7頁第二種，當開采礦床的直接頂底板含水或直接頂底板雖有一定厚度的隔水層，但間接充水層水壓過高，有突水危險時，可采用從地表進展預先疏干或降壓的方法，到達在平安條件下采礦的目的，且不允許被疏干的地下水位或降低的水壓恢復。隨開采范圍擴展，仍可用原地表疏干方式，不斷外擴預先疏干范圍，或停頓原地表預先疏干，改在井巷內布置各種疏干措施，繼續進展預先疏干。2、疏水法12/27/2023第8頁并行疏干是利用采礦工程或專門疏干工程，在采礦同時進展疏干任務，其完成疏干的時間應提早于采礦任務。可分為：第一種，是在預先疏干義務完成后，停頓原地表預先疏干(需求時，亦可不停頓)，代之以在井巷或露天礦場內設置的各種排水設備，與采礦同時進展疏干。這些設備有垂直的降水孔(井)、吸水孔及各種過濾器，以及程度的排水孔、疏水溝、疏程度巷等。第二種，是在水文地質條件簡單的礦區，從采礦開場到終止只進展并行硫干。疏干時，應對預測的強水源或有突水危險地段，進展超前探水與放水，以保平安。開場到終止只進展并行硫干。(2)并行疏干12/27/2023第9頁指堵截涌水水源于礦區或井巷之外的方法。用以保證平安采礦，同時到達維護供水水源和維護地質環境的目的。留設平安礦柱和建立防水閘(墻)等措施也屬于此類。防滲法主要用于恢復已掩井巷及涌水量過大或有突水要挾，又有適宜條件的大水礦區。對這類礦區，如采用疏水法，那么多會發生破壞地下水資源、引起地面塌陷和增大排水費用等問題。防滲法的本質是運用注漿工程，在地下筑成不透水體，切斷井巷進水通道，用以隔絕涌水水源或大量減少礦井涌水量。此類工程雖投資多、工程量大和周期長，但只需水文地質條件適宜，那么會收到阻水顯著、長期經濟收益好的效果，國內外均有勝利實例可予自創。3、防滲法12/27/2023第10頁青山泉礦二、三號井田屬同一單斜構造，分布有11層太原組灰巖含水層(與開采有關的主要為淺部巖溶發臺的9、10兩層)，各層厚0.5—12m不等，構成一致的含水組。地表被3-10m厚的第四系所覆蓋。9層灰巖厚2．6m，距17層煤頂板5—8m。10層灰巖厚3.5m，為20層煤的直接頂板。徐州青山泉煤礦截流12/27/2023第11頁徐州青山泉煤礦截流三號井田枯季涌水量僅為0.65m3／min左右，雨季普通為5-6m3／min，最大達7.9—16m3／min，主要為降水滲入補給。二號井田涌水量較大，枯季為13m3／min，雨季最高達95m3／min。后因突水淹沒，導致其水位不斷上升，地下水經過9、10層灰巖巖溶通道流入三號礦井，使三號礦井涌水量亦越來越大。1964年雨季，三號井因受水要挾而被迫停產。于是決議用注漿帷幕來切斷二號井水對三號井水的補給12/27/2023第12頁截流方向垂直地下水流向，位置理應選在二、三號井田分界處。但因分界處已有數處采通，邊境煤柱已遭破壞，故截流位置選在三號井主井西的煤柱中央。自10層灰巖露頭起至9、10層灰巖巖溶不發育帶止，帳幕深達130m，全長565m，用63個孔注漿。徐州青山泉煤礦截流12/27/2023第13頁經過1964—1966年兩期施工，筑起了帷幕，根本上切斷了二號井水及地下水流入三號井的通道。注漿后，全年總涌水量減少200萬方左右，三年左右即可收回全部投資。徐州青山泉煤礦截流12/27/2023第14頁我國大水礦床的主要充水含水層，大多也是當地主要供水水源，尤其是在我國北方地域。面對國家對礦產資源需求的不斷增長和工農業消費人民生活程度提高對供水要求的增長，未來大水礦床的疏干必然要在保證礦山消費平安的前提下，走礦水并舉、排供結合的統籌道路。二、礦床疏干與排供結合12/27/2023第15頁1.利用礦坑水的排供結合方式早期在勘探與礦山設計中常未思索排供結合問題。由于井水遭到不同程度的污染和排水量不夠穩定等缺陷，使目前大水礦床井水的利用率很低。據北方大水礦床的不完全統計，煤礦礦井水利用率僅30%，鐵礦為54%。可以將礦坑水用于水質要求不高的農業灌溉〔無毒條件下〕和與礦產資源開發利用有關的洗礦、發電、煉焦等行業；如用于居民生活或食品醫藥等工業，需思索凈化處置。12/27/2023第16頁2.預先疏干的排供結合方式在諸多疏干方法中，地表深井排水的預先疏干是理想的礦水并舉方式，既減少了礦坑涌水量，又建成了供水水源地，如廣東石錄銅礦。此外，根據礦山開采規模的開展，漸進式的優化深井排水量，使疏干流場處于緩變形狀〔與突水相比較〕，可減弱疏干對環境的負面影響，如地面巖溶塌陷的規模，同時也可減少水中泥沙含量，維護水質〔如湖南水口鉛鋅礦與斗笠山煤礦〕。12/27/2023第17頁3.利用含水層雙層構造的排供結合方式如山東金嶺鐵礦，在水文地質調查中發現，頂板充水圍巖中奧陶灰巖是上強下弱的雙層含水構造，中間有相對隔水層，但具有一致地下水位。經排水實驗，驗證了中間相對隔水層的穩定性。據此，有關部門改動了原設計在井下按開采程度各設疏干坑道的全面疏干方案，采用隔水層上部含水段供水，下部弱含水段疏干的排供方案。開采闡明，至第五開采程度時，已出現明顯上下分別的兩個降落漏斗。12/27/2023第18頁4.暗河引流的排供結合方式如湖南香花嶺多金屬礦，為暗河管道充水礦床，境內分布12條地下暗河，在查明暗河分布的根底上，用探洞確定暗河引流段的空間坐標，開掘引流處于坑道上游的暗河水，灌溉農田3100多畝，處理4000農民生活飲水，同時減少礦坑涌水量98.85%。5.截流帷幕的排供結合由于帷幕注漿的投入大，技術難度高，既要充分思索供水的需求程度，也要思索礦山的經濟效益，特別是水文地質條件的可行性。12/27/2023第19頁在水資源的日趨短缺和以人為本的國情下，今后礦床疏干雖仍以保證采礦平安為前提，但必需將礦區所處水文地質單元的納入水資源管理的軌道，即將礦床排水量作為水資源的組成部分實行一致管理，其地下水的總開采量〔疏干量與供水量〕不得超越多年平均補給量。礦床疏干、礦坑水防治與綜合利用是一項的復雜的系統工程，需研討處理諸多技術問題，如研討最正確排供結合水資源管理模型，預測和預防礦坑突水、地面巖溶塌陷、礦坑水污染和其它環境地質問題，并制定礦坑水的復用規范等等。12/27/2023第20頁主要內容第一節、礦床類型與礦床開采第二節、礦床充水條件第三節、礦床水文地質類型第四節、礦坑涌水量預測第五節、礦床疏干與排供結合第六節、礦床水文地質任務特點第七節、礦區環境地質12/27/2023第21頁礦床水文地質是地下水的重要研討領域之一，它效力于礦床的勘探與開采。其任務內容因勘探與開采的不同階段而異，可分為礦區水文地質勘探和礦山水文地質任務兩大類。前者是礦產地質勘探的組成部分，以滿足勘探要求與礦山設計為目的的，這部分任務是從事地下水研討者的主要任務，后者是礦山企業為保證消費平安，提高效益、降低本錢為目的。12/27/2023第22頁1.礦區水文地質任務是與地質勘探親密配合的。由于礦區水文地質任務是礦產地質勘探的一個組成部分，它必需在礦產地質勘探的總體框架內作為一個整體開展任務，并全面融入其設計中，才干充分利用地質勘探的多種勘探成果獲取水文地質信息，以發揚最大技術經濟效益。因此，必需了解地質勘探的特點與過程。2.礦床水文地質評價是與采礦條件相結合的。由于采礦活動對礦區水文地質條件影響極大，無論是充水要素分析，還是礦坑涌水量預測，都需求思索礦床的開采條件。因此，了解礦床與采礦的根本知識是做好礦區水文地質任務的需求。12/27/2023第23頁3.礦床水文地質與供水水文地質的任務目的是既相互對立又相互一致的。由于礦床水文地質以疏干為目的，以最小礦坑涌水量獲得最大水位降為其任務目的，以豐水年雨季峰期最大水位降的平安消費保證程度為其平安觀，而供水水文地質那么以供水為目的，以最小水位降條件下的最大開采量為其任務目的，以枯水年平安開采量的保證率為其平安觀。因此，兩者的任務重點、思想方式與對水文地質條件的評價各異。礦區水文地質把任務重點放在雨季峰期的充水通道過水才干和強度上，而供水水文地質那么以枯季補給與儲水構造的調蓄才干為其任務重點。因此，兩者是對立的。12/27/2023第24頁由于礦區疏干與供水是維系礦山生存與平安的兩大根本要素，當疏干與供水作用于同一水源時，就出現了排供矛盾，它成為礦區水文地質任務的一大難點與特點。12/27/2023第25頁主要內容第一節、礦床類型與礦床開采第二節、礦床充水條件第三節、礦床水文地質類型第四節、礦坑涌水量預測第五節、礦床疏干與排供結合第六節、礦床水文地質任務特點第七節、礦區環境地質12/27/2023第26頁礦業、礦區和礦業城市對人類的工業開展和現代化進程起著極為重要的作用，可以說礦業開展的過程就是人類工業開展的過程。但是，從現代礦業構成起，伴隨著與采礦有關的資源枯竭與礦區環境問題就不斷是制約著國家或地域的社會經濟調和與可繼續開展。12/27/2023第27頁中國是一個礦業大國、資源耗費大國和最大的開展中國家，特別是近些年來我國經濟繼續高速開展，對能源與礦產的需求量越來越大，隨之而來的礦區環境問題的規模與危害程度到達了空前的地步。“三礦〞問題〔礦工、礦業、礦業城市〕與“三農〞問題〔農民、農業、鄉村〕一樣是我國當前重要的社會問題，產生“三礦〞問題的一個極為重要的緣由是礦區非常嚴重的礦區環境問題。12/27/2023第28頁當前，國家高度注重處理“三礦〞問題，因此如何研討、治理礦區環境問題是一項非常重要的課題。礦區環境地質問題涉及的范圍很廣，至今尚無一致的認識和缺乏全面論述。在諸多問題中許多是屬于環境水文地質范疇，有些是屬于有地下水參與的工程地質范疇。有的環境工程地質問題，產生時雖無地下水參與，但其構成后，那么對礦區水文地質條件和礦井水運動有較大的改動。按礦區環境地質問題的性質，主要有三種類型：12/27/2023第29頁采礦本身要求把能進入井巷或要挾井巷的水有效地從采場周圍疏于，因此需排出大量的礦井水，使附近地下水位大面積、大幅度下降。而排出的水又多已被污染，不宜運用，結果呵斥礦區附近包括礦山企業本身淡水資源的供應緊張，使原有地下水環境轉化為無水環境，產生供、排水矛盾。排水疏干引起水環境惡化的問題是多方面的：一、礦區供排矛盾問題12/27/2023第30頁〔1〕供水水源減少或枯竭。由于礦床疏干的水位降落漏斗遠遠超越其開采面積，除疏干范圍內的井泉出水量變小甚至枯干外，還可引起地面塌陷、裂痕和向井巷涌泥沙等環境地質問題。〔2〕改動了水循環環境。開挖井巷或礦坑疏干，可溝通各含水層和不同的補給源，使水循環環境惡化。這可產生兩種后果：①可使礦井得到新補給源，在添加礦井涌水量的同時減少當地供水工程的出水量；②減少礦井涌水量的同時減少供水量或使之枯竭。12/27/2023第31頁〔3〕地表浸透條件的變化，改動或破壞了原地表水情況，甚或導致突水事故。〔4〕改動含水層的邊境條件。如原為不透水邊境可轉化成透水邊境；自然排泄區可轉化為補給區；地下分水嶺可外移，添加補給區面積；以及海水倒灌補給等。這些都可添加礦井涌水量，使水量變壞和減少淡水資源，導致水環境惡化。12/27/2023第32頁無論是露天還是地下開采，不論大中小型礦山，隨采礦開展，無例外地會在不同程度上改動或破壞了礦區的地面形狀和巖土體原貌，使環境地質條件惡化。因地下開采呵斥的礦區巖土體破壞所導致的環境地質問題主要有：二、礦區巖土體破壞問題12/27/2023第33頁1.礦區地面塌陷、裂痕和沉陷地面塌陷、裂痕和沉陷是巖溶充水礦區產生的主要環境水文地質問題。在巖溶充水礦區，隨疏干常引起地面忽然產生塌陷，有的礦區還伴生有地面裂痕。須指出，地面塌陷等不僅構成在礦區，在過量抽取地下水的非礦區，也會大量的構成。12/27/2023第34頁2.礦區的山巖開裂及巖石崩坍礦區山巖開裂與崩坍，多發生在被開采礦層上部的地層中，主要受剝蝕卸荷作用控制，地形上多為臨空挺拔的懸崖峭壁、突出山咀和孤峰。由于在峭壁下開挖，構成大面積采空區，使巖體自然應力平衡遭到破壞，卸荷作用促使采空區頂板下沉變形，向上傳送，促使巖體向外傾斜，產生拉張力加扭力作用，構成了山巖開裂或部分伴有崩坍和陷落。12/27/2023第35頁3.地面滑坡國內露天與地下采礦區，都發生過這類環境地質災禍。撫順西露天礦南幫，曾發生過57次滑坡，是個突出的例子。產生緣由是地下水將軟質凝灰巖層軟化成可塑體，導致滑動。滑動面上多見有水，大多發生在雨季或雨季后，它破壞了采場內外的巖體穩定。美國曾有一座240米多高的煤矸石堆場發生滑坡，使臨近城區居民死亡800余人。12/27/2023第36頁4.采礦誘發地震采礦疏干、塌陷、礦山壓力和地應力釋放，都可誘發礦區地震。普通雖無過大危害，但對礦區環境也會呵斥破壞。礦山排水或突水引起的淺源地震，在南方巖溶礦區多有發生，且與產生塌陷親密相關。12/27/2023第37頁由于礦床的存在和開采，多使礦區附近的地下水與地表水水質惡化，其危害程度不次于前述各種問題。1.礦區〔床〕地下水和地表水體的污染天然污染：主要指礦床內存在的有害人類安康及危害其它生物生存的元素或成分，在自然條件下進入地下水或地表水之中，污染了天然水體。三、采礦引起水質惡化問題12/27/2023第38頁采礦對水體的污染主要經過：①勘探工程溝通礦體及含水層，呵斥污染；②采礦揭露礦體，使有害元素直接進入礦井水中，呵斥污染；③采礦使不同成分的水相混合，往往使原來優質水污染，不能飲用；④采礦附屬工廠排放