（水文学及水资源专业论文）东乡铜矿矿床水文地质条件及矿坑涌水量预测.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 矿坑涌水长期以来都是矿山安全生产中的一个非常棘手而又亟待解决的问 题。对矿坑涌水量进行预测即是防治矿坑突水、淹井等矿山恶性事故的发生，又 是确定矿山疏干设计、生产能力的主要指标。 江西省东乡铜矿是江铜集团下属的一个矿山。通过对东乡铜矿水文地质条件 的深入了解，确定了东乡铜矿是一个以大气降水为主要充水水源的矿床。它的充 水通道为岩层孔隙、岩层裂隙、岩层的溶隙( 岩溶通道) 和采空区岩层的塌陷。 矿区内地下水类型有孔隙水、裂隙水和岩溶水。分析了矿区含水层的结构特征、 地下水水化学特征以及地下水与矿坑涌水量的联系程度。矿区矿床充水主要由白 云岩为主的碳酸盐岩含水层、k 2 n 底砾岩含水层和k c d 含水层构成。确定了矿区 的水文地质边界，并对矿区的补径排做了深入的研究，在此基础上，进行了地下 水均衡计算。 对矿区内k c d 成因的阐明，不但改变了过去的错误认识，还提出了一种新的 金属硫化矿岩溶区的岩溶形态，同时对这种形态进行了描述，论证了其形成过程。 该问题的阐明对东乡铜矿区找矿和安全生产也具有重要指导意义。 对本矿区采用水文地质比拟法、回归分析法以及灰色系统方法来预测矿坑涌 水量，为矿山下一步的开采提供了重要依据。其预测的结果是，东乡铜矿最大矿 坑涌水量为2 8 3 4 9 0m 3 月，正常矿坑涌水量为2 1 0 7 0 8m 3 月。根据灰色系统方法 编写了计算机程序，可以方便的更新实际矿坑涌水量数据来提高未来矿坑涌水量 的预测精度。 。 针对东乡铜矿的实际情况，提出了矿井开采的防治水措施，提出在矿山实际 工作中要做到超前探水，防患于未然。使矿井开采在一个安全、可靠的前提下进 行。针对矿坑酸性水的特征，提出治理意见，并在矿床开采的同时要注意矿坑水 的排供结合。这样不仅提高了铜矿的经济效益，而且还保护了矿区周围的生态环 境。 关键词：东乡铜矿、水文地质条件、矿坑涌水量预测、灰色系统方法 桂林工学院硕士学位论文 t h e h y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o no fd o n g x i a n gc o p p e rm i n i n g a n dt h ep r e d i c t i o no fw a t e rd i s c h a r g e a b s t r a c t 皿ew a t e rd e c h a r g eo fd e p o s i ti sa l lu r g e n ta n dt r o u b l e s o m et a s ki nt h es a f e t yo f m i n ep r o d u c t i o n ，1 1 1 ee v a l u a t i o no fw a t e rd e c h a r g eo fd e p o s i tc a nn o to n l yp r e v e n tt h e a c c i d e n ts u c ha sw a t e ri n r u s h ，i n u n d a t e dm i n e ，b u ta l s oi st h em a i nd e s i g ni n d i c a t o ro f t h em i n ed r a i n a g ea n d p r o d u c t i v ec a p a c i t y d o n g x i a n gc o p p e rm i n ei st h ec o n t r o l l e dc o r p o r a t i o no fj i a n g t o n ge n t e r p r i s e g r o u p i n j i a n g x ip r o v i n c e t h r o u g hu n d e r s t a n d i n g t o d o n g x i a n gc o p p e r m i n e h y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o ni nd e p t h ，c o n f i r m i n gd o n g x i a n gc o p p e rm i n ei so n et h a tr e g a r d s a t m o s p h e r i cp r e c i p i t a t i o na st h em i n e r a ld e p o s i tt h a tm a i n l yf i l l sw a t e rs o u r c eo fw a t e r t h ef i l l i n g w a t e rp a s s w a yi st h er o c ks t r a t u mh o l e ，t h ec r a c ko fr o c ks t r a t u m ，d i s s o l v i n gt h ec r a c k ( t h ek a r s t p a s s w a y ) a n dq u a r r y i n gt h es u b s i d eo ft h er o c ks t r a t u mi nt h ee m p t yd i s t r i c to fr o c ks t r a t u mh o l e t h eg r o u n d w a t e rt y p ei st h eh o l ew a t e r , c r e v i c ew a t e ra n dk a r s tw a t e ri nt h em i n i n ga r e a 。1 1 l i s a r t i c l e a n a l y s e s t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i co ft h e w a t e r - b e a r i n gs t r a t u m ，s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s ，c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fg r o u n d w a t e r , a n dt h ec o r r e l a t i o no fr o a d w a y d i s c h a r g ea n dt h eg r o u n d w a t e rb yh y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o n a n di tr e v e a l st h a tm i n e w a t e ri n r u s hh a p p e n e di nt h ec a r b o n a t ea q u i f e r , t h ek z na q u i f e r , k c d a q u i f e r t ot h ee x p o s i t i o no fk c dc a u s ei nt h em i n i n ga r e a ，n o to n l yh a sc h a n g e dt h em i s t a k ei nt h e p a s tt ok n o w , b u ta l s op r o p o s e dt h ek a r s ts h a p eo fak i n do fn e wm e t a ls u l p h i d eo r ek a r s ta r e a ， d e s c r i b e dt h i sk i n do fs h a p ea tt h es a n l et i m e ，a n dh a v ep r o v e di t sf o r m i n gp r o c e s s e x p o s i t i o no f q u e s t i o nt h i s l e tt h eo r ea n ds a f e t yi n p r o d u c t i o nh a v ei m p o r t a n td i r e c t i v es i g n i f i c a n c et o d o n g x i a n gc o p p e rm i n i n ga r e a t h i sa r t i c l ep r e d i c tw a t e rd e c h a r g eo fd e p o s i tb yt h eh y d r o g e o l o g i c a la n a l o g y m e t h o d ，t h er e g r e s s i o na n a l y s i sm e t h o d ，a n dt h eg r e ys y s t e mm e t h o d i th a v eo f f e r e dt h e i m p o r t a n tb a s i sf o rn e x te x p l o i t a t i o no fn l i n e t h ep r e d i c t e dr e s u l ti st h ea c c e s s i b l em o n t h l y m a x i m u mi s2 8 3 4 9 0m 3a n dt h en o r m a lm o n t h l yr o a d w a yd i s c h a r g eo fd o n g x i a n g c o p p e ro r ei s2 1 0 7 0 8m ) h a v ew r i t t e nt h ec o m p u t e rp r o g r a ma c c o r d i n gt og r a ys y s t e m s a p p r o a c h ，t h ed a t ao fw a t e rd e c h a r g eo fd e p o s i tt h a tc a l lb cu p g r a d e d t oi m p r o v et h ep r e d i c t i o n p r e c i s i o no fw a t e rd e c h a r g eo fd e p o s i ti nt h ef u t u r e a c c o r d i n gt ot h ef a c t so fm i n ew o r k i n gs i t u a t i o n ，h a v ep u tf o r w a r dw a t e rm e a s u r eo f p r e v e n t i o na n dc u r ee x p l o i t e di nn l i n e p r o p o s ev i s i t i n gw a t e ri nt h er e a lw o r ko fm i n el e a d i n g l y ， p r e v e n tt r o u b l eb e f o r ei th a p p e n s m a k et h em i n ee x p l o i ta n db a s eo nt h ep r e m i s et h a to n ea r es a f e ， r e l i a b l eg oo n t ot h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ep i ta c i dw a t e r , p u tf o r w a r dt ot h es u g g e s t i o no fm a n a g i n g ， 桂林工学院硕士学位论文 a n ds h o u l dp a ya t t e n t i o nt ot h ea r r a n g i n gw h i l ee x p l o i t i n gi nt h em i n e r a ld e p o s i tf o rc o m b i n i n go f p i tw a t e r 1 tn o to n l yi m p r o v e dt h ee c o n o m i cb e n e f i t so ft h ec o p p e rm i n el i k et h i sb u ta l s op r o t e c t e d t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta r o u n dt h em i n i n ga r e a k e y w o r d s ：d o n g x i a n gc o p p e rm i n e ，h y d r o g e o l o g i c a lc o n d i t i o n ，p r e d i c t i o no f w a t e rd e c h a r g eo fd e p o s i t ，g r e y s y s t e mm e t h o d i i i 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在闫志为副研究员指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在 论文中作了明确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照 学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和 电子版，并提供目录检索与阅览服务：学校可以采用影印、缩印、数字化或其它 复制手段保存论文：在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部 内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 签字日期：= 兰哆反f d 桂林工学院硕士学位论文 1 1 选题依据及意义 1 1 1选题依据 第一章引言 江西东乡铜矿是一个以铜为主，硫、铁、钨共生以及含少量金、银，与火山 作用有关的喷流沉积矿床。从总体来看，富铜矿床主要有3 个矿体形成较大的规 模，即i 、v 、号矿体，占总储量的9 0 ，并且在垂向上以上为钨、铁、下为 铜、硫的结构。 东乡铜矿虽然已经开采多年，但是由于种种原因，矿区的矿床水文地质工作 一直未能正式开展，直接影响到了矿山的安全生产及矿山的开采规划。 1 1 2 选题意义 矿坑涌水长期以来一直是困扰矿山安全生产的一个非常棘手而又亟待解决 的问题。东乡铜矿在其开采过程中，曾多次发生矿坑突水、突泥等事故，特别是 矿体围岩中的富含水、泥、砂和碎石等传统上所谓的岩溶洼地堆积物( 简称k c d ) 、 中上石炭统壶天群碳酸盐岩含水层和强富水的白垩系上统底部的砾岩含水层以 及一些导水断层的存在，对矿山开采造成很大威胁。 本论文在现有资料和前人工作基础上，详细查清充水水源与充水通道；分析 影响涌水强度诸因素；研究岩溶发育特征和规律，特别是查清对矿山生产造成很 大威胁的岩溶洼地堆积物和白垩系上统底部的砾岩含水层情况；在矿床充水条件 详细研究的基础上预测矿坑涌水量；分析预测矿井突水与环境问题；提出防治水 方案。只有这样才能保证矿工的人身安全及矿山的安全生产，更好地为国民经济 建设作出贡献。 1 2 研究范围 根据江西东乡铜矿水文地质研究存在的问题和矿山生产建设规划，本论文主 要在以下几个方面进行研究： 1 查明矿床水文地质条件 主要包括：气象水文、地形地貌、地层岩性与地质构造、矿体分布特征、含 桂林工学院硕士学位论文 水岩组与隔水层( 组) 特征、含水层结构、地下水系统划分、补径排特征、水位 及水量动态特征、老空区特征、矿坑排水情况等。 目的是查清本矿区水文地质条件，查明本矿区的岩溶发育特征，找出岩溶发 育规律及裂隙分布规律，特别是查清对矿山生产造成很大威胁的k c d 和k 2 n “红 层 底部砾岩强含水层情况，研究矿床充水因素及其影响强度，确定地下水赋存 和运移与矿体、构造等之间的关系，力求查清各条断层的导、富水性质和储水构 造，找出地下水径流带( 通道) ，研究地下水的循环过程和循环深度，确定现有 地表水体与矿床充水之间的关系等。 2 预测矿坑涌水量 在广泛阅读大量国内外关于矿坑涌水量的文献基础上，对该领域的研究动态 进行总结，评价各种矿坑涌水量预测的方法，分析矿坑涌水量预测的研究迸展和 存在问题。在东乡铜矿水文地质条件详细研究的基础上，选择适当的计算方法对 矿坑涌水量进行预测。 3 提出矿坑水的防治措施 在深入了解东乡铜矿的开采情况及采矿方法的前提下，对矿坑水提出防治措 施，以便指导矿山的安全生产。 1 3 矿区水文地质研究程度 1 东乡铜矿是以铜为主，富含硫、铁、钨等多金属综合性矿床，是在1 9 5 8 年全民找矿中发现，1 9 5 9 - - - 1 9 6 0 年曾作过铁矿勘探，提交有勘探报告。在其后的 采铁过程中于铁矿底部发现富铜矿体( i 号矿体) 。原赣东北地质队1 0 6 分队在 1 9 6 2 年底至1 9 6 4 年两年多的普查评价中初步证实，矿区是一个具有一定工业规 模的富铜矿床。矿区范围，已由原东部矿岭村一带不足1k m 2 向西扩展至龙宜， 长约6k m ，面积约3k m 2 。 2 1 9 6 6 年的储量报告中指出：东乡铜矿铜金属储量3 1 万吨，硫矿石储量 4 0 1 万吨，铁矿石储量3 4 0 万吨，钨金属储量1 9 1 8 9 吨。水文地质上除划分了含 水层，确认了壶天群碳酸盐岩( c 2 - 3 2 h t ) 、溶洼堆积物( k c d ) 、白垩系南雄组( k 2 n ) 是矿区充水的主要含水层位。并分井田、分矿体、分层段预测了矿坑涌水量。 但是，鉴于当时的客观历史条件，在水文地质方面尚存一些重要不足： 作为矿区的主要含水层位壶天群碳酸盐岩( c 2 3 2 h t ) ，工作中没有圈定 其南界，向东向西的扩展情况也交代不够。 ， 整个矿区简易水文地质工作不够，钻孔水位观测资料不全，矿区中部、西 部未预留观测孔，无系统的长观资料。 2 桂林工学院硕士学位论。文 对矿区重要的断层如f 1 、f 1 s 、f 抽等没有专门的钻探水文地质资料，未进 行断层富水性评价。 1 9 6 4 年以前施工的钻孔封孔质量不高，为以后工作留下隐患。 区域水文地质上，仅有重点地进行了1 5 万测绘，但对主要含水层壶天群 碳酸盐岩( c 2 - 3 2 h t ) 岩溶及岩溶水的运移规律论述模糊，缺乏依据。 3 在1 9 6 5 年确认了矿区东部小璜盆地为向斜岩溶水盆地，面积约4 0k m z 。 壶天群碳酸盐岩( c 2 - 3 2 h t ) 含丰富的裂隙溶洞岩溶水，向盆地南边查家自流 溢出。盆地中南部、东北部多泉水出露，钻孔抽水单孔可达2 0 0 0 3 0 0 0m 3 d 。该 盆地可采水资源达9 5 0 0m 3 d ，且水质良好。 在区域水文地质上，9 0 1 队除系统划分了含水岩组，编制了1 5 万区域水文 地质图，认为壶天群碳酸盐岩( c 2 3 2 h t ) 是含水丰富但极不均一的岩溶承压含水 层。灰岩地下水存在纵向( 走向) 区域性循环及横向( 倾向) 局部循环，珀开2 号泉是该系统东部的最低排泄点，龙宜西坪村1 0 9 2 号泉是该系统西边的最低排 泄点，在姜坊源存在有一近南北向的可移动的地下水分水岭，这一分水岭也是信 江与抚河的地表分水岭，但论述过于简单，缺乏依据。 4 矿区原有3 个水文长观孔，加上1 9 7 2 年施工的3 个水文长观孔，共6 个 水文长观孔( z k 0 0 7 、主观孔、观南孔、观东1 孔、观东2 孔、z k l 6 0 6 孔) 。但 水文长观工作开展极不正常，未能坚持观测，已有资料保存很少。目前6 个长观 孔都已被破坏或堵塞，不能利用。但这些观测孔分布于矿区东部，东西6 0 0m ( 0 4 6 线) 距离内，而矿区中部、西部长约3k m 的广大地区，没有专门的水文长观 孔及长观工作。 5 1 9 8 2 年林贻顺在地下水动态和疏于工程的探讨意见中强调：对当时 矿山水文地质工作建议恢复观测孔( z k 0 0 7 、主观孔、观南孔) ，加强采空区地表 水排放，井下充分利用- - 7 5m 大水仓排水及在- - 4 5m 中段打扇形放水孔，超前 疏干。 6 枫林矿区钨矿储量及其外围铜矿普查地质报告书对本矿区水文地质条 件作了进一步研究，划分了8 个含水岩组，3 个含水带，1 个隔水层。认为k 2 n 下部砂砾岩裂隙溶洞水与c 2 3 2 h t 碳酸盐岩及溶洼堆积物( k c d ) 有水力联系。并 把断裂含水问题列为一个单独含水岩组，划出南、中、北三个断脉状含水带。认 为当时矿坑水主要来自+ 1 5m 中段顶板大气降水的渗入补给；在矿山新区及向深 部延伸时，因c 2 3 2 h t 碳酸盐岩在倾向上分布宽度、岩溶发育情况不清，将影响矿 坑涌水量预测；矿区内水文长观孔少，观测时断时续，对矿坑进水条件、地下水 边界条件不清。深部开采后，东边地下水分水岭是否变化( 6 6 - 7 2 线) 、地面稳 定问题都有待研究。 7 1 9 9 4 年5 月，由江西省环境水文地质工程地质勘察所对上述突水点进行 3 桂林工学院硕士学位论文 “饮用天然矿泉水评价 时认为：“矿泉水主要赋存于壶天群灰岩裂隙溶洞中” “东北部小璜盆地，赋存着水量丰富的裂隙溶洞水，经裂隙溶洞连通，是矿泉水 的主要补给来源”，而且“处于矿泉水东北侧的铜矿矿坑深度已达- - 2 2 0m ，比矿 泉水点低1 9 0m 。铜矿不断排水，但对矿泉水涌水量影响甚微。 这些认识，令人 无法认同。 8 江西省9 1 2 地质工程勘察所，在1 9 9 2 年对铜矿生活区供水水文地质条件 及供水勘察可行性进行评价论证，于当年8 月提交了相应文字报告。在划分含水 带时，也提出了“断层含水带 的概念。认为矿区内的北东向断层组成南、中、 北三个断层含水带，其中以f 1 为代表的南部断层含水带规模最大，但实际论述资 料很少。地下水的运动上也认为是从北东侧姜坊源许家一带的分水岭向南西 流向张坊、龙宜一带，地下分水岭与地表分水岭基本吻合。在该报告中，第一次 把壶天群碳酸盐岩( c 2 3 2 h t ) 含水层划分为“覆盖型岩溶水( 小璜盆地) 和“埋 藏型岩溶水”。矿区是在北东向长约1 2k m ，宽8 0 0 - 1 5 0 0m 埋藏型岩溶水山前斜 地岩溶水单元的中段。 9 1 9 9 3 年3 月，在中南工业大学地质系完成的东乡铜矿富矿预测及外围 找矿研究报告对矿区含水层( 带) 提出意见，也把“断层含水带 作为重要的 含水类型，是矿坑充水不可忽视的因素之一。但具体论述资料甚少。该报告还提 出了“碳酸盐岩中的溶洞 、“石炭系与白垩系之间的不整合面”、“陷落坑 是矿 区三种主要的储水构造的概念。但也仅有简单的论述。 1 0 1 9 9 7 年6 月，由江西鹰潭地质勘察工程处为解决矿区农场生活用水，在 矿区红层( k 2 n ) 中找水，在k 2 n 地层中施工二个孔，钻探7 8 3 8 1m ，结果一孔 无水，一孔抽水水量仅2m 3 l l ，证明k 2 n 巨厚的粉砂岩，砂跞岩不含水。 1 4 矿坑涌水量预测的发展历史 矿坑涌水量长期以来都是困扰矿山安全生产的一个关键问题。对矿坑涌水量 进行准确的预测对防治矿井涌水、突水和保障矿工的生命安全具有重要的意义。 为此，国内外许多专家做了大量的研究，从不同角度，利用不同的方法对矿坑涌 水量进行了各种预测。回顾几十年矿坑涌水量预测的发展历史，各种数学模型在 当时开采规模和勘探条件下，所预测的矿坑涌水量对某些矿山开采起到了积极的 指导作用，随着矿山开采深度的加大和水文地质勘察所提供的越来越详细的信息 资料，一些矿坑涌水量预测的数学模型逐渐显示出不足，难以真实全面的描述和 刻画有关地质体的主要水文地质特征，被后来发展的新的数学模型所代替。基于 以上原因，矿坑涌水量才会不断发展m 1 。 4 桂林工学院硕士学位论文 _ii b mbii_ 矿坑涌水量预测的数学模型发展大致可以分为下面几个阶段： 1 4 1 稳定流阶段 我国在五、六十年代，矿坑涌水量预测的数学模型以稳定流理论为基础，主 要包括统计模型和稳定井流解析法模型。 l - 统计模型 建立统计模型的基本思路是根据已知的矿坑涌水量资料，来推算未来矿坑涌 水量。优点是原理简单、计算简单。缺点是没有根据水文地质条件来预测，对未 来矿坑涌水量有一定的偏差。按照不同的推算方法可以分为： 水文地质比拟法模型 此模型的实质就是在水文地质条件相近和开采方法相同条件下，利用原有的 矿坑涌水量和其它观测资料采用经验公式，预测未来的矿坑涌水量。 解析法模型 此模型就是研究同一体中的各种变量之间的相互关系。 统计模型的使用条件就是已知模型和预测模型的条件大致相同，而且往往需 要有较多的观测资料才能得到正确的预测结果，所以选择此类模型有其较严格的 条件限制，不能推断过深。 2 稳定井流解析法模型 在矿井疏干排水过程中，形成疏干漏斗，当漏斗开展到补给边界，将出现矿 坑涌水量呈相对稳定且地下水为不随时间变化的动平衡状态，这种状态可以用稳 定流解析法预测矿坑涌水量。但在自然界，稳定是相对的，绝对稳定的地下水流 运动极为少见，满足稳定井流解析法模型的实际水文地质条件几乎不存在。因而， 稳定流理论的进一步应用和发展受到限制。 1 4 2 非稳定流解析法阶段 地下水非稳定流理论于本世纪7 0 年代初开始在我国矿床水文地质领域得到 初步普及和推广。因为它能比较符合实际的反应自然界中地下水的不稳定运动特 征，能较全面的描述地下水疏降漏斗随时间不断扩展的全过程。所以，该理论发 展较快，取得了一些满意的成果。但是自然界中的地下水流运动十分复杂，矿床 水文地质条件千变万化，且往往与解析法模型的假设条件相差很远，这给解析法 的发展带来了难以克服的困难。 1 4 3 数值解阶段 5 桂林工学院硕士学位论文 7 0 年代中、后期，随着电子计算机的发展和离散数学的引用，数值解被广泛 的应用与矿坑涌水量的预测中。由于它适应边界条件能力强，善于描述水介质的 非均质和各向异性特征，容易处理控制性方程中的源、汇项，圆满的考虑了矿井 在大降深疏降过程中所出现的承压转无压的非线性问题，较好的解决了复杂条件 下的各种地下水流状态，因此在理论和实际应用方面都发展较快。 1 5 我国矿坑涌水量预测的现状与存在的问题 我国矿坑涌水量预测发展十分迅速。8 0 年代以来，电子计算机在我国逐渐普 及，适应裂隙岩溶介质在空间上的非均质性与各向异性特征，以及第四系含水层 复杂的层间结构特征，拟三维流、三维流、双重介质等数值模型在矿坑涌水量预 测中得到不断开拓：与此同时，为了刻划复杂的边界条件，时间序列等各种随机 模型的应用得到开发，出现了各种形式的耦合模型：此外，为了简化勘探工程对 边界的控制，以及克服勘探阶段地下水动态观测系列不完整等问题，边界元和灰 色系统等新方法也开始受到重视，使模型技术在我国矿坑涌水量预测中得到进一 步发展引。 当前，我国矿坑涌水量预测的发展，也存在着发展不平衡的问题。一方面， 在国家重点项目中，运用当代先进理论与方法，进行着具有国际水平的预测工作； 另一方面，多数生产单位仍停留在传统方法的水平上，存在许多问题。难以满足 矿山建设发展的要求。 当前，矿坑涌水量预测存在的主要问题有以下两方面。 1 。5 。1 传统方法的预测精度有待提高 从经济效益出发，简单易行的传统方法尤其解析法，仍然是今后大多数矿区 矿坑涌水量预测的基本方法。因此，通过总系统结，提高其预测精度，是今后矿 坑涌水量预测方法研究的一项基本内容。 在我国有许多矿床的矿坑涌水量预测上面有很大的偏差，归其原因主要有以 下几个方面： 1 矿区水文地质条件判断失误 对主要充水含水层的判断，是矿坑涌水量预测的基础。建国初期，由于我国 缺乏相关的经验，造成了许多问题。究其原因是：勘探控制深度不够，使充水水 源的分析视野不宽；缺乏判断事物变化的动态意识；对开采的影响认识不够。 边界作用控制矿区与外部环境之间的水量交换，制约疏干过程的水均衡条 件，尤其在大降深开采疏干条件下，边界作用更为突出，但5 0 - 6 0 年代，我国 6 桂林工学院硕士学位论文 矿坑涌水量预测处于稳定流解析解阶段，数学模型表现形式简单，对边界问题缺 乏认识；7 0 年代以来，由于数值方法的引入，数学模型的表现形式日趋完善，边 界问题逐渐被重视，但其研究水平仍然受到传统勘探方法的束缚，至今仍是一个 薄弱环节。究其原因：在理论上对边界作用及其含意了解不多，对边界问题缺乏 重视；传统勘探方法对边界工程投入量少，常重视其矿床的经济效益，对边界性 质暴露不够；解析解对边界条件的严格理想化要求，对边界条件的概化带来误差； 不合理的大降深总涌水量预测，与勘探工程的控制条件不符，扩大了边界条件概 化的困难。 2 模型参数缺乏代表性 在预测矿坑涌水量时，采用的参数大多有偏差。究其原因有：工程控制不足， 工程布置不合理，未能揭示含水层的非均匀质规律：5 0 6 0 年代普遍采用小口径 单孔抽水试验求参，试验条件与疏干条件相距甚远，故试验数据缺乏代表性；求 参计算( 包括求参公式的选择及求参水文地质条件概化) 未从抽水流场实际条件 出发；涌水量预测时参数的均值化处理有误。 3 数学模型选择不当 数学模型的作用是对矿区水文地质条件的数学描述与量化，因此数学模型的 选择，必须以水文地质模型为依据；而不同类型数学模型的建立，又取决于矿区 勘探方法及工程控制程度对预测所需勘探信息的保证程度。因此，数学模型、水 文地质模型、勘探方法及其工程控制程度，三者是相互依存与制约，并统一在最 佳经济技术条件这一原则之下的。所以，数学模型的选择是否正确，有两个标准 可以衡量，即： 对矿区水文地质模型的适应性指它是否能正确刻划水文地质模型的 基本特征。 对勘探方法及其工程控制程度的适应性指它能否充分地利用勘探工 程提供的各种信息。 综上所述，只有在水文地质条件认识清楚，水文地质模型概化合理，数学模 型建立和运用正确，使用的参数有代表性，符合开采条件时，才能获得准确的预 测涌水量值，满足矿山开采要求。 1 5 2 数值方法的质量有待改善 1 至今没有适合我国国情的有关数值方法的工作规范与规章，成果验收程 序不健全，缺少现场微机演示过程，致使数值模拟与预报操作不规范，建模条件 不严格、随意性大，真实性难以保证。 2 数值方法运用中，地质与数学、定性与定量相脱节的现象较突出，整体 7 桂林工学院硕士学位论文 性差。对不同表达形式数学模型的建模，缺乏地质研究程度的要求；另一方面， 模型识别与预报又缺乏地质意识，常以数学规律衡量拟合要求，忽视地质规律的 主导地位，随意性大；此外，模型识别与预报过程不重视地质信息的转化与开发， 难以形成从定性定量定性的不断深化过程。 3 由于地质与数学的脱节，必然导致勘探与评价的分离，主要表现为勘探 信息的保证率与利用率不高，一方面建模必需的信息得不到保证，另一方面大量 勘探信息又得不到充分消化与开发，导致数学模型中的已知条件不已知，定解条 件不确定，大大的影响数值预报精度。 1 6 本文研究的技术路线 技术研究路线图详见( 图1 1 ) 。 8 桂林工学院硕士学位论文 图1 i 本文技术路线图 9 桂林工学院硕士学位论文 2 1自然地理概况 第二章水文地质条件 江西省东乡铜矿矿区位于江西省抚州市东乡县城北东约7k m ，地理坐标为 东经1 1 6 0 3 6 7 3 4 - - - 1 1 6 0 3 9 4 1 ，北纬2 8 01 6 7 1 5 盯 - 2 8 01 7 7 5 5 ，矿区面 积2 7 0 5 3k m 2 。有公路直通县城，接浙赣铁路和3 2 0 国道，矿区南约0 4k m 有温( 圳) 梨( 园) 高速公路通过，交通极为方便( 图2 1 ) 。 图2 1交通位置图【比例尺1 ：1000 00 ) 矿区一带地势由n w 向s e 逐渐变低。矿区西北部地貌为低山丘陵区，呈n e 展布，海拔标高1 0 0 2 0 0m ，比高5 0 - 1 2 0 m ，最高山峰海拔2 2 4 m 。其山坡和缓， 水系近南北向和北西南东向，呈树枝状发育，植被以低矮灌木为主，局部有 人造林；矿区一带为波状起伏的低岗地带及小面积河谷阶地。地面标高5 5 - 7 0 m ， 比高2 0 m 左右，植被不发育，其上多为旱地。向外围的东南部过渡为平原。 本区地处亚热带湿润季风气候区，区内气候温和，四季分明，湿热多雨，蒸 1 0 桂林工学院硕士学位论文 发量小于降雨量，有利于大气降水下渗补给地下水。据东乡气象站1 9 5 9 - 1 9 6 6 年和1 9 7 8 - - 2 0 0 5 年间共3 6 年统计：年平均气温1 7 7 ，最高气温4 1 ( 7 月份) ， 最低气温一9 ( 2 月份) 。年蒸发量在1 3 0 6 1 5 8 3 m m 之间，年平均蒸发量为 1 4 8 6 3 m m 。年降水量在1 2 1 2 0 , - - - 2 6 0 0 9 r a m 之间，最大月降水量8 0 3 4 m m ( 1 9 9 8 年6 月) ，最大日降水量2 4 2 6 r a m ( 1 9 9 8 年6 月) ，年平均降水量为1 7 7 0 9 r a m ， 其中：3 6 月为丰水期，占年平均降水量的5 6 9 ，2 、7 、8 月为平水期，占年 平均降水量的2 3 4 ，9 1 2 至翌年1 月为枯水期，仅占年平均降水量的1 9 7 。 东乡县气象站历年月平均降雨量如( 图2 2 ) 所示。 ，、3 5 0 量3 0 0 蠢 露1 0 0 5 0 田0 曩 霉黑 一? 。 彩 # ：同同。同口圉。囵 ：， ： ；n 1 8 lli|i 彩 ， ， ， ， 1234bb，8譬l ol l1 2 月份 i 里壅皇璺旦! 塑隆查量j 图2 2 东乡县气象站历年月平均降水量图 矿区范围内无大的地表河流，只有几条小河和小水塘，其中在矿区中部有竹 山峡河，自北向南流经，流量在1 0 - 2 0l s 之间，最低侵蚀基准面在3 5 一- 4 4 m 之间。 ， 此外，矿区北部前震旦系双桥山群浅变质岩分布区，自西向东有幸福水库( 汇 水面积4 k m 2 ，库容2 5 5 0 万m 3 ) 、雅源垅水库、东塘垅水库和狮子山水库，水库蓄 水标高在6 5 m 左右，均对矿床开采无直接的影响。 矿区内的地下水主要接受大气降水补给。 2 2 地层岩性 东乡铜矿地处扬子板块和华南板块的撞接带，鹰潭抚州中新生代断陷盆 地北侧，区域性临川余江大断裂在矿区南部2 k m 处呈n e 向通过。矿区位于 我国长江中下游铜多金属矿富集区的南部，属临川金山岭东乡小璜铜金成矿 带的组成部分，带内见有炉骨岭、店前、稽访、龙宜、小璜等数处铜矿点，矿化 点及物化探异常。 本区总体为单斜构造，由n w 向s e 地层分布由老到新，倾向s e ，倾角3 0 - - 桂林工学院硕士学位论文 4 0 。由于受到多期构造运动和火成岩的侵入影响，地层分布略显凌乱。矿区地 层自老至新有：元古界前震旦系双桥山群( p t s h ) 、石炭系下统华山岭组( c i h ) 、 梓山组( c l z ) 、石炭系中上统壶天群( c 2 3 h t ) 、白垩系上统南雄群( k 2 n ) 及第四系 ( q 2 - 4 ) 。其中：梓山组分为两段：下段( c i ，) ，上段( c 1 2 2 ) ；壶天群分为两个 亚群：下亚群( c 2 3 1 h t ) ，上亚群( c 2 3 2 h t ) 。现分述如下： 2 2 1 元古界前震旦系双桥山群( p t s h ) 出露于矿区北部的北缘，呈n 卜s w 向展布。由一套浅变质的黄褐色、灰绿 色、浅灰色千枚岩，千枚状粉砂岩，粉砂质千枚岩间夹变质砂岩，局部见斑点状 千枚岩等组成。厚度不详。属地槽型复理石建造，并构成本区的基底。 2 2 。2 石炭系( c ) 为本区主要矿化地层，呈n e s w 走向分布于矿区的中部。与双桥山群呈不 整合接触，局部因构造作用而呈断层接触。厚度约2 9 8 4 2 6 m 。各组( 段) 层位 发育较全，倾向s e ，倾角约3 5 。 2 2 2 1华山岭组( c 。h ) 以具红色岩层的河流相沉积细粒碎屑岩为特征，主要为粗细碎屑岩夹砂质页 岩，厚度3 2 - - - - 7 7 m 。 下部：灰白色薄层状石英砂岩，夹紫红色粘土岩、粉砂岩。其下部和顶部各 具一层砾岩。底部由东向西，岩性由粘土岩、粉砂岩渐变为石英砂岩、砾岩组合。 厚度8 - - 2 2 m 。 中部：紫红色、猪肝色粘土岩，粉砂岩、紫灰色中厚层状细砂岩。粘土岩具 斑块状构造，细砂岩局部含砾石，粉砂岩中偶产植物化石；由东往西厚度增大， 渐变为砂岩、砾岩组合。厚度1 5 - - - 2 5 m 。 上部：灰白色厚层状中粗粒石英砂岩及紫红色薄层状中细粒砂岩夹薄层紫红 色、灰白色粘土岩、粉砂岩。细砂岩具斜交层理。其中部、底部各具一层砾岩。 其顶部由东向西厚度增大，渐变为砂岩，砾岩组合。厚度9 - 3 0 m 。 2 2 2 2 梓山组( c 。z ) 主要由砂岩、炭质粉砂岩构成，厚度一般在7 8 - 1 3 0 m 之间。 1 下段( c l z l ) ：为河床、河漫、湖沼相沉积，厚度3 3 - 5 5 m 。 下部自下往上为：灰白色厚中厚层状砂砾岩夹薄层细砂岩；灰白色中厚 桂林工学院硕士学位论文 层状中细粒石英砂岩夹薄层粉砂岩及粘土岩；深灰色薄层粉砂岩夹炭质泥岩或薄 煤层，砂砾岩含粗电气石。厚度变化大，由东往西炭质减少，渐变为砂岩、砾岩 组合。厚度1 5 - - - 2 5 m 。 上部自下往上为：灰白色厚层状含砾砂岩，砾岩，灰白色薄层状细砂岩、粉 砂岩及粘土岩互层，向上渐变为粘土岩夹炭质泥岩或薄煤层，具菱铁矿、黄铁矿 结核。岩性自下而上逐渐变细。由东向西厚度减小，炭质及化石渐少。厚度1 8 - - - 3 0 m 。 2 上段( c l z 2 ) 为河湖相、滨海、浅海相沉积，厚度4 5 , 7 5 m 。 下部为灰白色薄层状泥质细砂岩，粉砂岩与灰黑色、灰色粘土岩、砂质泥岩 互层，顶部夹炭质泥岩或煤层。具菱铁矿，黄铁矿结核，其底部细砂岩中含电气 石，并含砾石，其上含泥质。由东往西煤及炭质泥岩渐变为粘土岩。厚度2 0 3 5 m 。 上部为钙质胶结的细砂岩，向上为绿色细砂岩、粘土岩互层。顶部紫红色薄 层粘土岩、粉砂岩、泥灰岩、局部具鲕状构造，厚度2 5 - 4 0 m 。含炭菱铁矿结核 发育，黄铁矿结核中的黄铁矿呈粉末状、条带状。铜、硫矿体主要赋存于富含钙 质、有机质的岩层中，即该段的中上部上部。 2 2 2 3 石炭系中上统壶天群( c 2 - 3 h t ) 石炭系中上统壶天群为浅海相碳酸盐建造。 1 下亚群( c 2 - 3 1 h t ) 为滨海浅海相沉积的钙质中碎屑岩，厚度2 2 - - 5 3 m 。 与下伏梓山组呈假整合接触。 下部为灰白色中厚层状碳酸盐物质胶结的中粒石英砂岩夹灰白色含砾粗砂 岩及浅灰色薄层粘土岩1 2 层。底部常为含砾粗砂岩，顶部在矿区中段具薄层 粘土岩，西部有一层灰白色白云岩。厚度7 1 8 m 。 上部为灰绿色、紫红色薄层状泥灰岩、粘土岩，钙质砂岩夹透镜状灰岩、硅 质灰岩、粉砂岩。i 、号铜硫矿体的一部分和钨、铁矿体赋存于该亚群中。 2 上亚群( c 2 3 2 h t ) 为浅海相碳酸盐岩建造。 主要为灰绿色、灰色夹微红色厚层状白云岩、白云质灰岩。溶洞发育，东部 较西部更为发育。厚度大于1 6 6 m 。钨、铁矿体局部赋存于本亚群底部。 2 2 3 白垩系上统南雄群( k 2 n ) 白垩系上统南雄群为近山麓相的红色砾岩和砂岩，广泛分布于矿区南部，多 被第四系覆盖，厚度大于4 5 0 m 。 其岩性组合为紫红色砂质砾岩、含砾粗砂岩夹粉砂岩，常见夹薄层石膏。砾 石成分主要为灰岩、砂岩，脉石英，次为千枚岩、粉砂岩，偶见含钨赤铁矿石。 桂林工学院硕士学位论文 为钙质、泥质、硅质所胶结。与下伏石炭系地层呈不整合接触。 2 2 4 第四系( q ：一) 第四系含碎石砂土、粉质质粘土、粘土。成因为残坡积、洪、冲积及人工堆 积等，厚度3 , - 一3 5 m 。 2 3 地质构造 矿区构造的基本格架是由元古界前震旦系双桥山群构成褶皱基底。其盖层一 石炭系地层被断层所破坏而复杂化的单斜，其走向4 0 - - - 6 0 。，倾向s e ，倾角3 0 , - 4 0 。：在这个单斜构造的基础上并发育有次一级的开阔型的横向和纵向的背斜和 向斜。 2 3 1 褶皱 除基底褶皱外，在单斜构造的基础上发育有次一级的开阔型的横向和纵向的 背斜和向斜。其表现形式为沿走向和倾向上的弯曲，即走向上的宽缓褶曲，倾向 上的挠曲，其轴大体呈2 7 0 - - - 3 3 0 m 的间隔出现。背斜、向斜轴线间隔约6 0 0 m 左 右，如0 、3 1 、6 3 、7 9 勘探线等。轴向约呈3 0 - - 5 0 。展布，向s e 倾伏，两翼近 于对称。矿体大部分出现在背斜核部。尤以3 l 勘探线、7 9 勘探线更为突出。 2 3 2 断裂 断裂是本区构造变动最主要、最普遍的表现形式，遍布全区。尤以梓山组 ( c i z ) 和石炭系