水文地质学矿床水文地质学讲义充水条件

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1、矿床的开采单位
矿田：一个矿床的天然分布范围。 划归一个矿山企业开采的范围称矿 区。 矿井（坑）)是一个独立开采系统 的生产单位，井田则是基本的开采单 位。 由于矿井(或坑口)是独立的生产
单位，所以也将从全井田中流 入井巷的水称为矿井(矿坑)涌 水。
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（２）透水断裂带：开采前断裂面间及两侧破碎带汇水并 充满水，既可产生水平的又可产生垂直的水力联系。这类通道如 与其他水源相连通，则可造成稳定的涌(突)水：于其它水源无联 系者，则为孤立的含水带；涌水时，虽水压高，但涌水量一般不 大，易于疏干。在一般情况下，一个较大规模的断裂带，皆系透 水与隔水、阻水与导水段相间出观，水文地质条件复杂，故调查 时应深人地分段研究。
因此，充水水源与通道是形成矿坑涌水的必备条件，加 上影响涌水强度诸因素，三者综合作用称矿床充水条件。
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矿床充水分析示意图
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二、充水水源
（一）、大气降水为主要充水水源的矿床
其充(涌)水特征与降水、地形、岩性和构造密切相关。 １、矿井涌水动态与当地降水动态相一致，具明显的 季节性和多年周期性的变化规律。
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一、基本概念
矿床充水：自然状态下矿床和围岩中赋存的水； 矿坑涌水：采矿时流人井巷的水； 矿井突水：超过矿井正常排水能力的瞬时大量涌水。 充水强度、涌水强度和突水强度：充水、涌水和突水的 水量大小。 矿山井巷之所以有水涌入，是各种水源通过各种通道进入 井巷造成的，其涌入水量的大小主要受矿床赋存与开采的具体 条件控制。
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主要内容
第一节、矿床类型与矿床开采 第二节、矿床充水因素分析 第三节、矿床水文地质类型 第四节、矿坑用水量预测 第五节、矿床疏干与排供结合 第六节、矿床水文地质工作特点 第七节、矿区环境地质
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第二节、矿床充水因素分析
一、基本概念 二、充水水源 三、充水通道 四、开采活动 五、充水强度
1年中的涌水最大值在融雪期和雨季，最小值在旱季； 矿井最大涌水量出现在丰水年、干旱年为最小，突水事故 则多发生在丰水年的丰水期。
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1Hale Waihona Puke Baidu.12.2020
矿坑涌水量随降水量变化曲线 1-降水量；2-矿坑涌水量
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２、多数矿床随采深增加矿井涌水量逐渐减少，其涌水高 峰值出现迟后的时间加长。
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（１）隔水断裂带：自然状态下断裂本身不含水，又隔 断了断层两侧含水层间水平水力联系。它多分部在较软的粘 塑性岩层中，或因断层构造岩或充填物被压密或胶结所致。 井巷通过时多处干燥状态，对分区疏干和防治水有利。在垂 直方向上：可为阻水的；也可为导水的，即可在其一侧或两 侧破碎带中发生上下含水层间的水力联系，成为涌水通道。 矿床开采后、这类断裂有可能转变成水平透水或垂直导水的 断裂带。
沉积矿床所产矿种大多产量丰富，尤其是生物化学和胶 体化学沉积矿床，多与碳酸盐岩共生，多具有利蓄水的构造， 受岩溶水的威胁．致使矿床水文地质条件极为复杂．国内、 外大水矿床多属此类。
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（6）变质矿床：系伴随岩石变质过程，由有用元素富集而 成的矿床，除产金、铀、铜、铅、锌等金属矿产外，还产滑石、 石墨、石棉等非金属矿产，多数为水文地质条件简单的裂隙充 水矿床。
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(3)气水—热液矿床：是由含水、挥发性纽分及成矿组分 的气水热液，在运移中，成矿物质通道充填或交代作用所形 成的矿床。
这类矿床的水文地质条件复杂，多为岩溶充水矿床。 接触交带矿床的围岩一侧多为岩溶水，远离接触带的矿床， 则多处于岩溶水包围之中，甚至矿体本身也含水。
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三、充水通道
矿体及其周围虽有水存在，但只有通过某种通道。它们才能 进入井巷形成涌水或突水，这是普遍规律。涌水通道可分为两 类：地层的孔隙、断裂带等属于自然形成的通道；以及由于不 合理勘探和开采造成的人为涌水通道。 （一）、自然通道
1、地层的裂隙与断裂带
坚硬岩层中的矿床中的节理型裂隙较发育部位，彼此连通可 构成裂隙涌水通道。裂隙含水层，因裂隙发育不均一而含水不 均匀，多为弱含水层．其透水性弱，矿井涌水量较小。在国内 外采矿史上，因中小型断裂带形成的导水通道，造成突水者最 为多见。依据勘探及开采资料，可把断裂带分为两类，即隔水 断裂带和透水断裂带。
２、是地表水微弱补给者：矿体顶部有弱隔水层，少量地 表水可通过它补给井巷；
３、是地表水渗入或补给者：疏干漏斗以地表水为界，地 表水通过渗透通道，能较多地进入井下；
４、是地表水潜入式补给者：疏干漏斗以地表水为界，地 表水通过强导水通道贯入井巷，造成灾害性突水。
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地表水充水矿床的涌水规律
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崩落采矿法：运用于采空区上方无城镇，地表水或无强含 水层的采区，是利用顶板崩落的岩块充填采空区，控制围岩的 位移，确保安全生产。崩落法是最常用的采矿方法，但它对矿 床充水的威胁也最大。
充填采矿法：优点在于基本不改变上覆地层的情况下进行 开采，但成本高，大多用于城镇、道路、地表水下和顶底板有 强含水层的情况下。
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(4)风化矿床：出地壳表层风化作用形成的矿床，称风 化矿床。主要产出铁、锰、铝、镍、钻、金、金刚石、磷块 岩及高岭土等。按成因分为残积和坡积矿床、残余矿床、淋 积矿床。其主要充水层为风化裂隙潜水层，一般水文地质条 件较简单。
（5）沉积矿床：系由地表沉积作用形成的矿床。以其中 富集有用物质而与一般岩相相区别。
２、矿井涌水强度与充水层厚度和分布面积有关。 充水层巨厚、分布面积大者，矿井涌水量亦大；反之则小。
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３、矿井涌水强度及其变化，与含水层水量组成有关。
当涌入水以储存量为主时，揭露初期涌水量大、易突水， 后逐渐减少，容易疏干；当涌水以补给量为主时，则涌水 量由小变大，后趋于相对稳定，多不易疏干。
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2、开采矿床的方式
（1） 露天开采及露天矿 场的构成
当矿床埋藏近地表、覆盖 层较薄，或开采由浅延至深 部矿床的浅部矿体时、宜用 露天方式开采，即从地面以 较大面积直接向深处掘露天 沟道、形成工作面开采矿石 的方式。
图l 露天采矿场示意剖面图
1-台阶；2-台阶坡面；3-排水沟，4-矿 体；5-台阶面坡角
３、矿井涌水量的大小还与降水性质、强度、连续时间及 入渗条件有密切关系。通常，长时间连续降中雨对入渗有利。 汇水条件好、充水层裸露、地表渗透性大的矿区矿井涌水量 大，反之则小。
典型类型：位于当地侵蚀基准面以上的矿床、无地表水分 布的矿区、分水岭地段和地下水位变幅带内的矿床，矿床浅埋 充水含水层基本裸露的矿床。
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三、矿床成因类型及其与周围含水层间的关系
(1)岩浆矿床：是指伴随地壳中岩浆活动而形成的矿床。 如铬、镍、铂、金刚石、钒、饮、铜、钻、铁、磷等。该类 矿床和围岩多发育有各种裂隙，故裂隙水为该类矿床的主要 充水水源。
(2)伟晶岩矿床：为晶体粗大的脉状矿床，富含稀有及放 射性元素，富含挥发性组分的矿物易于富集。产铍、铌及云 母、水晶等。岩脉本身裂隙多较发育，故其多成为含水较丰 富的裂隙水带。
能造成并巷涌水的含水层称矿床充水层。有些含水层，虽 接近矿井，但在天然和开采时其中水皆不能进入井巷，则不属 于矿床充水层。可是当采矿破坏了它的隔水条件时，亦可转化 为充水层。当地下水成为主要涌水水源时，有如下规律。
１、矿井涌水强度与充水层的空隙性及其富水程度有关。 一般，裂隙水的充水强度小、孔隙水中等，岩溶水最大；井 巷位于富水地段者涌水量大，处于弱含水地段者小；矿体和围 岩含饱水流砂时，可造成流砂冲溃。
(3)回采。是从完成采淮的采区
或矿室中大量系出矿石的生产过
程。
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4、采矿方法
支撑采矿法，崩落采矿法： 支撑采矿法分天然和人工两种： 天然支撑法又称矿柱法，采用保留安全矿柱（永久、暂时） 的方法保持围岩稳定性，适用于围岩稳固的采区； 人工支撑采矿法：是用人工支撑的方法控制地区，保护采 区安全生产。
二、矿体的形状及产状
矿体的产状，是指矿体产出的地质位置和产出状态，包括 矿体的构造位置、形状、大小、与围岩的接触关系及其空间 位置等。矿体产状，通常以矿体(层)的走向、倾向及倾角来 表示。
按倾角，把矿体分成： 倾角小于3°的水平矿体； 3°至30°的缓倾斜矿体； 30°至45°一55°的倾斜矿体； 大于45°—55°的急倾斜矿体。
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（四）、以老窖水为主要充水水源的矿床
老窖水是指被废弃的矿坑和淹没的生产井巷中的积水，是 矿区浅部采矿常见的充水水源。其涌水特征： 1、老空水涌水一般来势凶猛； 2、酸性大、并含有害气体并携带块石，破坏性大； 3、老空水涌水还可成为其它水源涌入矿坑的通道； 4、老空水因年代久远，分布范围不清，调查困难。
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四、矿床开采
矿床水文地质工作是为开采矿床服务的，采矿方法 的选择、矿井涌水量的大小及疏干措施的设置，均与矿区 水文地质条件有关。采用不同的开采方式和开采方法，会 使矿区水文地质条件受到不同的改造，不仅会导致矿井涌 水量、采矿难易程度及成本等有很大的差别，还会出现不 同的环境地质问题。
一般情况下，其间距愈小，则涌水强度放大。其间岩层的渗透性愈 强，涌水强度愈大。当其间分布有厚度大而完整的隔水层时，则涌水极 微或无影响。其间地层受构造破坏愈严重，并巷涌水强度亦愈大。
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排水坑道与河流距离示意图 1-含水层；2-隔水层；3-矿层；4-排水坑道；5-排水水位线。
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（2） 地下开采及开采系统的构成 应用地下开采方式开采埋藏在地下深处的矿床，就是利
用适宜类型的地下巷道和不同的采矿方法从地下采出矿石。
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图2 地下开采矿山井巷综合示意图
1-立井；2-斜井；3-平硐；4-暗立井；5-溜井；6-石门；7-矿门；8-矿仓；9上山道；10-下山道；11-风井；12-岩层平巷；13-矿层平巷
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（二）、以地表水为主要充水水源的矿床
这类矿床赋存在山区河谷和平原区河流、湖泊及海洋等 地表水附近或其下面。充水特征主要取决于地表水的补给方 式。根据地表水进入井巷的方式和强弱，可分为四种情况：
１、是地表水不补给者：矿体顶部有较厚的可靠隔水层， 矿体与地表水之间无水力联系；
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３、采矿方法的影响。
依据矿床水文地质条件选用正确的采矿方法，开采近地表 水体的矿床，其涌水强度虽会增加，仍不会过于影响生产；如 选用的方法不当，可造成崩落裂隙与地表水体相通或形成塌陷， 发生突水和泥沙冲溃。
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（三）以地下水为主要充水水源的矿床
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3、开采矿床的步骤
(1)开拓。是采矿的第一步， 据设计从地面到矿体开掘一系列 的计拓巷道，建立运输、通风、 排水和供水等工程系统。
(2)采准。就是在已开拓的阶
段或盘区中，进一步切割成采区
或矿壁，为回采作准备工作；同
时，作为行人、运输和通风之用。
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1、矿床的开采单位
沿倾向的长度，由于井田的范围过大，所以开采时尚需 按矿体(层)的倾角和技术条件，将矿体划分为更小的单元有 顺序的进行开采。
对倾斜的矿体(层)，多沿倾斜按一定标高分成若干个平 行于走向的长条，称其为阶段。其上边界为阶段回风平巷， 所在水平面称回风水平；下边界则为阶段运输平巷，其水平 面称运输水平。
１、矿井涌水动态随地表水的丰枯作季节性变化，且其 涌水强度与地表水的类型、性质和规模有关。
受季节流量变化大的河流补给的矿床．其涌水强度亦呈季节性周期 变化。有常年性大水体补给时，可造成定水头补给稳定的大量涌水，并 难于疏干。有汇水面积大的地表水补给时，涌水量大且衰减过程长。
２、矿井涌水强度还与井巷到地表水体间的距离、岩性 与构造条件有关。