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与地表水充水矿床的涌水强度无关的因素是(试述地表水充水矿床的涌水规律)

与地表水充水矿床的涌水强度无关的因素是(试述地表水充水矿床的涌水规律) 主要含水层类型及矿床充水特征对矿井涌水量计算的影响

矿区主要含水层的性质、透水性、富水性、埋藏分布和补给条件是决定矿井地下水涌水量的决定性因素。不同类型的含水层由于水文特征不同,矿井涌水量变化较大,矿井涌水量计算的可靠性也有较大差异。

对于孔隙充水的矿床,含水层的富水性主要受岩性控制,一般比较均匀,往往由大气降水和地表水直接补给。矿井涌水量主要受阵列水和地表水的直接控制。这类含水层一般靠近地表分布,岩性比较均匀,边界条件容易查明。而且勘探项目(如抽水试验)获得的数据具有凝胶强度的代表性,概化的水文地质模型和建立的数学模型容易接近客观实际。因此,在许多情况下,计算孔隙充水矿床的矿井涌水量可以获得基本可靠的结果。

含水层的含水性质主要受裂隙发育程度控制,地下水仅赋存于风化裂隙和构造裂隙或破碎带中。这类含水层,由于其富水性不均,深部构造裂隙或破碎带分布条件复杂,勘探工程难以精确控制,因此矿井涌水量预测结果往往存在较大误差。而在裂隙充水矿床中,大部分矿井的矿井涌水量并不大,在没有大型地质构造等特殊条件的矿井,矿井涌水量(稳定动态流)一般为数百至数千m3/d。超过10000 m3/d的很少。因此,误差引起的涌水量变化的绝对值并不大,而且从对矿井生产的影响来看,这类矿井的矿井涌水量计算的可靠性并不是特别突出。

对于以岩溶含水层充水为主的矿床,含水层的富水性主要受岩性、岩溶发育程度和补给条件控制。这些矿床大多水文地质条件复杂,矿井涌水量大。排水往往导致地面塌陷,增加了矿井新的供水量,从而增加了矿井涌水量。中国所有的大水矿床都属于岩溶充水矿床。由于这类矿床的导水性和富水性极不均匀,且空之间的赋存和补给条件复杂,杂矿井涌水量预测结果往往与实际相差较大,严重时偏差可能是几倍、几十倍甚至上百倍,给矿井建设和生产造成严重后果。

经过近30年的勘探和矿山生产实践,我国岩溶充水矿床积累了大量经验,不同时期岩溶矿床的水文地质特征和规律已基本揭示和认识。掌握和了解不同地区、不同时期岩溶充水矿床的区域水文地质特征和规律,可以避免或减少岩溶充水矿床矿井涌水量预测的大失误。

(1)干旱和早期地区岩溶充水矿床的主要含水层为前古生代大理岩和古生代灰岩。由于气候干旱,地表岩层以物理风化为主,地下水补给来源不足,岩溶水循环条件差,岩溶发育较弱。可溶岩分布的地区大多不具有典型的岩溶地貌,地下仅发育一些溶蚀裂隙,仅在一些构造破碎带较大的地区岩溶相对发育。

该区岩溶充水矿床的岩溶水不仅补给量小,而且静态库容小,因此矿井涌水量小。侵蚀基准面以上的沉积物通常是干燥无水的,也就是说,侵蚀基准面以下的沉积物也几乎没有水。所以这类地区岩溶充水矿床的通病不是排水,而是供水。

(2)北方非干旱地区与矿床有关的岩溶含水层包括元古界、中上震旦统、中上寒武统、中下奥陶统和中上石炭统的碳酸盐含水层,其中奥陶系灰岩,尤其是中奥陶统灰岩(或大理岩)对矿床充水影响最大。

中奥陶统灰岩分布广泛,厚度在200米至800米之间,是石炭-二叠系煤田的基底和许多矽卡岩型金属矿床的围岩,因富水性不同可分为多层(段)。邯邢地区灰岩最发育,可分为三组八段,其中二、四、五、七段为纯灰岩,岩溶发育,含水丰富,是矿区主要含水层。

奥陶系灰岩的地下岩溶形态以溶蚀裂隙为主。岩溶发育深度可达500 ~ 600 m,从垂向上看,中奥陶统灰岩岩溶发育普遍具有明显的分带现象,大致可分为浅部充填带、中部强岩溶发育带和下部弱岩溶发育带。

中国北方中奥陶统岩溶含水层多处富水(见表1)。有的地方形成了大型蓄水结构,集水面积大。地下水具有丰富的补给资源和储存空间空,使矿床的开发条件变得复杂。

中国北方上石炭统太原组灰岩和中石炭统本溪组灰岩是煤田开发的主要含水层之一。石炭系灰岩水为溶解裂隙水,其对矿床充水的剧烈程度主要取决于是否有奥陶系灰岩水的补给。当它们之间没有联系时,合适矿床充水的主要来源是石炭系灰岩水的静态储量。

表1中国北方部分矿区奥陶系灰岩含水层的丰度

矿区名称

抽水试验期间的抽水量(m3/d)

中心区地下水位下降深度(m)

每单位深度减少的涌水量(m3/d·m)

河北省

韩星

冯二里山地区

129600

3.48

37241.4

冯王峰煤矿

126044

1.67

75475.4

管仲铁矿

60000

8.30~8.60

7228.9~6976.7

王耀铁矿

21000~24000

3.8~4.0

5921.0~5625.0

西庄铁矿

8227

3.63

2266.4

西石门铁矿

3500(排水和排水试验)

23.45

3134.3

山东

莱芜

冶铁矿

106000(排水试验)

59.04

1795.4

古台铁矿

21385

22.40

954.7

辽宁省福州湾粘土矿

41700

6.00

6965

陕西省韩城煤矿

24000

2~3

12000~8000

其他岩溶含水层只影响当地矿床的开采。震旦系岩溶含水层主要为白云岩、白云质灰岩、破碎灰岩等。,且古岩溶较为发育,主要有溶蚀裂隙、溶洞、溶孔等。以水层为主要充水来源的矿床,一般涌水量为(L ~ 2) × 104 m3/d,最大为(3 ~ 4 )× 104 m3/d,前震旦系碳酸盐岩多为大理岩,岩溶发育较弱,主要为溶蚀裂隙和小型溶孔,局部发育,富水性较弱,矿井涌水量较小。

基于上述情况,在计算我国北方岩溶充水矿床的矿井涌水量时,必须认真研究,谨慎对待,特别是对于中奥陶统灰岩含水层,在勘探程度不足的情况下,不可轻易得出矿井涌水量小的结论。当然,岩溶含水层的富水性是极不均匀的。同一水文地质单元的不同矿床,有的是大水矿床,有的可能是小水矿床,主要应根据矿床的具体水文地质条件来确定。

(3)我国南方岩溶充水矿床的主要含水层有泥盆系容县灰岩、石炭系黄龙灰岩、船山灰岩、湖田灰岩、二叠系茅口灰岩、长兴灰岩和三叠系大冶灰岩,茅口灰岩是本区最重要的矿井充水含水层。

该区岩溶含水层广泛发育,岩溶形态以溶洞为主。矿区内第四系覆盖的岩溶含水层抽水排水时,常发生大面积地面塌陷,给矿井涌水量增加了新的补给水源。

该区石灰岩溶洞多为充填或半充填,矿区储水构造一般较小,因此矿井充水水源不是很丰富,矿井涌水量一般不是特别大,矿井排水量超过70000 m3/d(见表2)。而当由于抽排水造成地表塌陷,大气降水或地表水大量涌出时,矿井涌水量迅速增加。

表2中国南方部分岩溶矿区矿井涌水量

矿区名称

矿井涌水量(m3/d)

矿区名称

矿井涌水量(m3/d)

广东凡口铅锌矿

27000~59000

湖北省野化乡铜矿

最大值37248

广东石鼓铜矿

50000~72000

湖北程潮铁矿

最大5695

湖南省谭家山煤矿

20592~31200

湖北省铜绿山铜矿

2381~8935

湖南恩口煤矿

102000

江西东乡铜矿

998~3000

湖南省斗笠山煤矿

47526~107120

江西聚源煤矿

1728~18864

湖南省湄潭坝煤矿

194640

江西武山铜矿

2641~5231

湖南桥头煤矿

10320~59488

江西青山煤矿

7200~8640

湖南香花岭多金属矿床

一般240,最高72000

安徽省狮子山铜矿

1406~8952

湖南水口山铅锌矿

20080

安徽省尧源山铜矿

3614~24528

本区与震旦系、寒武系、奥陶系岩溶含水层有关的矿床,由于岩溶发育不良,矿井涌水量一般较小。

(4)西南岩溶充水矿床水文地质特征:下二叠统阳新统灰岩全区分布稳定,岩溶发育,富水性强,是本区最重要的充水含水层,其次为三叠系嘉陵江灰岩、中、下三叠统白云岩、灰岩和泥盆系灰岩。

中、新生代,本区间歇性上升,尤其是新生代以来,巨厚碳酸盐岩地层中有暗河和出露岩溶。一般矿区水文地质条件复杂,即使矿床在当地侵蚀基准面以上,也经常发生复杂的水文地质问题。

该区与震旦系和寒武系碳酸盐岩有关的矿床,由于碳酸盐岩中硅、镁含量高,岩溶发育一般较差。矿井主要以裂隙或溶蚀裂隙充水,矿井涌水量一般不超过40000 m3/d,对于与奥陶系、泥盆系和石炭系含水层有关的矿床,由于岩相和出露条件的差异,矿床水文地质条件也变化较大。

 
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