浅谈岩溶充水矿床的分类及其工作思路

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈岩溶充水矿床的分类及其工作 思路 摘要：岩溶充水矿床，由于其含 水层富水性强、导水性大，常给矿山生 产带来严重威胁，总结、划分不同岩溶 充水矿床的水文地质类型，就可以确定 勘探手段，合理布置勘探工程，以达到 多快好省地查明矿区水文地质条件和指 导矿山防水治水的目的。 中国论文网 /2/view-12908842.htm 关键词：岩溶、矿床、分类、水 文地质特征、工作思路 Abstract: the karst water filling deposits, due to its strong, rich aquifer water hydraulic conductivity is big, often to the mine production bring serious threat, -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 summary and the division of different karst water filling ore deposits in the hydrogeology type, can determine the exploration method, reasonable arrangement of exploration engineering to find out how fast mining economically hydrogeological conditions and guidance of the positive purpose of mine waterproof. Keywords: karst, ore deposit, classification, hydrology geology characteristics, working ideas 中图分类号：O741+.2 文献标识 码：A 文章编号 我国碳酸盐类岩石广泛分布，许 多金属、煤和非金属等矿产常赋存在可 溶岩之中，或以该类岩石构成矿床的顶、 底板。矿床开采时以岩溶水为主要充水 来源的矿床称为岩溶充水矿床。由于岩 溶含水层富水性强、导水性大，常给矿 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 山生产带来严重威胁。因此提高勘探与 预测水平，始终是矿床水文地质工作追 求的目标。长期的勘探与开采实践表明， 水文地质条件相似的矿床，具有基本类 同的充水条件与接近的矿坑涌水量及采 后主要水文地质工程地质问题。使我们 逐步认识到要相治服岩溶水，必须从调 查岩溶的水文地质特征做起。不同岩溶 充水矿床水文地质类型，正是不同岩溶 特征的归并。依据不同类型，就可以确 定勘探手段，合理布置勘探工程，以达 到多快好省地查明矿区水文地质条件和 指导矿山防水治水的目的。 岩溶充水矿床是指分布在可溶岩 地区，以岩溶充水为主的矿床。由于岩 溶的形成发育条件、空间形态，受区域 地质、气候等因素控制形成很强的区域 性特征，北方以溶隙为主，南方以溶洞 为主，西南则以岩溶管道为主，形成三 种不同的区域性矿床充水类型。因此， 我们便将岩溶充水矿床划分为溶隙充水 矿床、溶洞充水矿床和岩溶地下河（管 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 道）充水矿床三个亚类。 1 溶隙充水矿床 矿床充水岩层的含水介质空隙空 间主要是溶隙，即以溶隙为主组成的溶 隙网络系统。地下水在溶隙网络中赋存、 运移，一般形成统一的水位（压）面， 地下水流基本上具渗流性质。 它主要分布于中国秦岭一大别山 一淮河以北，中朝准地台大地构造造单 元的大部地区，属于半干旱亚湿润气候。 以溶隙充水为主，最大特点是矿坑涌水 量大，以底板突水为主。主要充水含水 层是寒武奥陶系灰岩，其中以奥陶系灰 岩为主；岩溶形态以干谷、大泉和地下 溶隙网络强径流为主要特点，此外，还 有局部的地面岩溶塌陷与面岩溶陷落柱 分布。 1.1 溶隙充水矿床的主要水文地 质特征 （1）巨型蓄水构造：以大型向 斜、单斜构造盆地为主，形成完整的岩 溶地下水系统。构造盆地宽缓，分布面 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 积以超千 km2 为主，个别如山西河东， 准葛尔煤田的保偿系统达 1.16104km2；且具相对统一的地下水 面，地下水储存量以数十亿 m3 为主， 个别如山西阳泉煤田的平定系统达 126108 m3，调蓄库容大，蓄水构造上 裸露区面积一般占分布面积的 2050% 以上，以降水补给为主，干谷是入渗集 中补给区，全区各蓄水构造的平均补给 量达 14108 m3/a。 （2）溶隙网络强径流带：它是 巨型岩溶蓄水构造长距离漫长径流过程 的强烈溶蚀分异作用的产物，如同地表 水一样，它也分干流与支流，在蓄水构 造中起汇流、储存、传输和调节作用。 埋藏区受区域构造方向与断裂发育程度、 强度的控制，沿构造断裂带、断块构造 的地垒，无压向承压转化的过渡带及排 泄区等地分布；在裸露区受断裂构造， 水文网及岩体控制，沿断裂、水文网分 布。水循环深度在埋藏区可达-500m； 在水平方向上形成富水性与导水性极弱 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 且含水较均匀的集中径流带，水井成功 几乎近 100%，导水系数达万十万 m3/d。 （3）构造断裂的影响无所不在： 大到控制蓄水构造、矿床、井田边界以 及岩溶水的循环深度与强径流带的分布； 小到控制突水点的分布及其突水量；此 外，断裂又是岩体入侵通道，岩体控制 充水围岩的厚度与边界；断裂与岩体的 分割穿插常将岩溶水系统分割为边界条 件与富水性各异的含水条带，造成断层 两侧矿坑涌水量的巨大差异。 （4）矿坑涌水量大小取决于： 蓄水构造的规模；裸露区面积大小； 强径流带的发育程度；(煤矿)埋藏 区在岩溶水系统水循环中的地位,在正倾 系统(即正地形) 中，埋藏区位于系统的 中下游汇流区，多大水矿床；在反倾系 统(负地形 )中由于埋藏取位于系统上游 的缓流区,无大水矿床；(铁矿)岩体对充 水围岩的封闭程度。 1.2 溶隙充水矿床开采中的水文 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 地质问题 (1)矿坑涌水量大，突然发生大面 积涌水。在中国北方石炭二叠纪煤田中， 约有 149.71 亿 t 受岩溶水威胁而不能开 采，其中水量最大的是太行山东麓、南 麓及鲁中地区。受岩溶水威胁而未列入 建设规划的铁矿储量约有 8.5 亿 t，其中 不少为储量超过 5000 万 t 的大型富铁矿。 对于此类矿床开采，矿坑突然涌水则是 最严重的问题。自新中国成立以来至 1988 年，北方已发生岩溶水灾害性突水 事故 130 次，淹没矿井 50 次，局部淹 井 70 次，直接经济损失达 30 亿元以上。 (2)底板突水严重。底板突水除小 部分是由于隔水底板太薄，不能承受水 压和矿压而造成突水外，大部分与断裂 有关。底板突水一般经过三个阶段：首 先，坑道底板鼓起，有时甚至堵住坑道； 随后，水流从裂隙中小股流出，水色一 般是黄、浊色；最后，水从鼓破底板大 量涌出，有时还伴随着底板的爆破声。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 突水过程有的时间很短，几小时就完成， 有的经过几十小时、几天，甚至个别的 经过几年时间才完成这个过程。 (3)矿山排水与供水矛盾。本类矿 床矿坑涌水量普遍较大，它们既是煤矿 开采的主要充水因素（甚至难以开采） ， 又是境内工农业生产的主要水源，由于 矿山长期排水，已引起相关岩溶水系统 所在地区的用水紧张，供排矛盾日趋突 出。据原煤炭部调查，1986 年各主要煤 矿山缺水 86104 m3/d。 2.溶洞充水矿床 矿床充水岩层的含水介质空隙空 间主要是以溶洞为主组成的网络系统。 地下水主要在溶洞发育带富集，溶洞之 间由溶隙沟通，地下水在大小不等的溶 洞一溶隙系统中运动，宏观上仍为渗流， 一般具有统一的地下水面。 它主要分布于秦岭一大别山一淮 河以南广大地区，在大地上处于华南褶 皱系及扬子准地台的东北部。中国南方 的晚二叠世煤田和部分三叠世煤田，长 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 江中、下游的铜、铁矿床，广东、广西、 福建、浙江的热液及接触交代型铁矿、 铅锌矿，西南许多地方的铝土矿，云南 部分第三系褐煤田很多种类型。 与矿床充水有关的含水层有 震旦、寒武、奥陶、泥盆、石炭、二叠、 三叠系等，一般水文地质条件较简单。 泥盆系和石炭系碳酸盐岩岩溶很发育， 对矿床影响最大。地表岩溶形态千姿百 态，地下以溶洞为主，溶隙为辅。洞与 洞之间有溶隙相通，组成具特色的洞、 隙网络，局部有岩溶暗河管道分布。在 地壳持续间歇性上升地段，溶洞具成层 性，上层溶洞在雨季是下层溶洞的蓄水 库。 2.1 溶洞充水矿床的主要水文地 质特征 (1)以小型岩溶水系统为主，其水 量补给和贮存一般都比较小，但是降水 强度较大，入渗强烈，加上岩溶塌陷， 地表水灌入，成为某些矿区水患的主要 原因。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 (2)岩溶含水介质形态组合特征以 地下溶洞、溶隙、溶孔等为主，局部存 在岩溶管道，并以溶洞为主，形成溶洞 网络系统。 (3)溶洞充填现象普遍，特别是浅 部的较大溶洞，多半被松散物质充填或 半充填。因此地面岩溶坍陷规模大具普 遍性。 (4 ）矿坑涌水量大小的主控因素 因矿床成因而异：本类矿床的矿坑涌水 量一般以小和中等为主，最大威胁来自 雨季地表水沿坍陷坑的溃水造成淹井事 故。 2.2 矿床开采中的水文地质问题 (1)岩溶塌陷。岩溶塌陷是本亚类 矿床中既普遍又严重的问题。在溶隙充 水矿床及岩溶地下河或岩溶管道充水矿 床中虽然也有岩溶塌陷问题，但那是局 部发生的，且规模也较小，与此类矿床 是无可比拟的。本类矿床水文地质条件 一般较简单，但如遇岩溶塌陷沟通地表 水体，往往造成涌水量剧增，甚至淹井。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 (2)地表水灌人。由于岩溶塌陷， 在雨季时地表水的大量灌入，大大增加 排水量，尤其是河床中的塌陷经常会引 起淹井等严重事故。 (3)溃水及泥沙等充填物。岩溶 充填物在矿床水文地质作用中极其重要， 一方面大量充填物的阻塞，可以使岩层 渗透系数减少，从而减少矿坑涌水量； 另一方面由于长期排水或岩溶突（溃） 水，在强烈的水动力作用下，充填物可 以造成巷道堵塞，影响生产，甚至危及 工人生命安全。同时，大量的泥沙可以 使水仓淤塞，加重排水水泵磨损，减少 机器寿命。 3.岩溶地下河（管道）充水矿床 岩溶地下河或岩溶管道分布区域 也不一定均属于岩溶地下河（管道）充 水矿床，必须是具有岩溶管道水的特征， 并且是开采矿床的主要充水水源才属于 这类充水矿床。矿床充水岩层的含水介 质空隙空间，主要是岩溶管道水系统， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 岩溶地下水在岩溶管道中汇集，其运动 基本上具有管流水力特征，而岩溶管道 以外虽然也有些分散的裂隙水，但岩层 富水性及水力连通性极弱，充水岩层常 常没有统一的地下水位。 3.1 岩溶地下河（管道）充水矿 床的主要水文地质特征 （1）管道流的特点：管道中 地下水运动与地表水有若干类似，人称 加盖的地表水，不符合地下水渗流理论 的基本特征；暗河中管道泥与分散泥 并存，分散的裂隙水泥量虽小，但它是 暗河较稳定的补给源，使大多数暗河终 年不枯；管道泥在流场场面上呈低水 槽，雨季瞬间流场则呈反漏斗，抽水时 因含水不均难成统一的降落漏斗；岩 溶地下河或岩溶管道水多集中于排泄段， 致使排泄段内矿坑最易发生溃水，且溃 水多发生在大（暴）雨期间；若采矿场 上覆岩石中有岩溶管道，采动裂隙又触 及到它们时，易使岩溶地下河或岩溶管 道水溃入矿坑之中。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 （2）矿床充水特征:矿坑涌水量 时空分配悬殊，常见水量在枯季水量小， 雨季涌水量为平均水量的数数十倍， 由于流速快，雨后数十小时最多数天后 涌水量猛增，因此多溃水突泥，但雨停 既退。矿坑的平均涌水量很少超过万 m3 /d，涌水量大小取决于地面汇水面 积、降水强度以及所处构造部位。一般 汇水面积大，矿坑涌水量大而较稳定， 反之则差；位于向斜部位的矿坑涌水量 较大、单斜次之、背斜部位最小；降雨 强度直接影响矿坑涌水量大小。也是溃 水突泥的直接控制因素。 3.2 岩溶地下河（管道）充水矿 床开采的主要水文地质问题 溃水、突泥是该类矿床的最大危 害。由于管道系统规模有限，流速快， 故调蓄动能差，暴雨期间多发灾害性突 泥。境内几乎所有矿山都无一能免，轻 则淹井淤泥，重则人员伤亡甚至报废矿 井。如湖南香花岭有色金属矿 1990 年 11 的一次溃水中突泥一万吨；四川红岩 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 煤矿 10 次溃水突泥淹井事故中，最大 矿坑涌水量 67104 m3/d。 由于矿坑涌水量变化悬殊，给治 水设计带来很大困难。若据常见水量值 设计矿坑排水沟断面、水泵排水能力、 水仓容积，到暴雨时会淹井，若据最大 预测值设计，则耗资巨大，利用率低， 不经济，因为最大涌水量仅仅出现在一 瞬间，多则一年 12 次，少则几 几十 年才遇一次。 4 岩溶充水矿床水文地质工作的 思路与重点 由于岩溶发育及其富水规律受可 溶岩的岩性厚度、地质构造、水动力条 件等区域性因素的影响和控制。因此矿 床水文地质工作应从上述区域性背景条 件入手，才能掌握岩溶的发育特征与充 水含水层的富水规律；在此基础上，结 合矿床补给条件分布位置的特点与矿体 和充水含水层之间关系对矿床的充水条 件、充水强度进行预测评价。对于不同 充水类型的矿床，水文地质工作应结合 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 采后主要水文地质问题作为工作的深入 点。 41 溶隙充水矿床水文地质工作 的思路与重点 针对本类矿床特点，在水文地质 勘察工作中要把重点放在以下几个方面： (1)要做好岩溶形成演化规律的调 查研究工作，查明岩溶水系统的边界麒 补、径、蓄、排条件。 (2)重点查明岩溶强径流带的分布， 特别重要的是要查明矿区岩溶水与瞵岩 溶水系统的关系，以及矿区涌水是否会 得到区域的大量补给。同时，查明喇与 岩体的水文