防排水技术(2010-2)PPT课件.ppt

矿山开采方式与井巷结构的基本知识 1 矿床 由地质作用形成的 具有开采利用价值的地质单元体 是矿体自然分布和排列的总和 矿床类型 固体矿床 液体矿床 气体矿床以及特殊的易溶盐类矿床 矿床由矿体与围岩组成 矿体是矿床的主体与核心 根据矿体与围岩的关系 围岩有不同的称呼 顶板 矿体上部围岩 底板 矿体下部的围岩帮 矿体 巷道 两侧的围岩 顶 底 帮 2 矿床开采方式与开采区间 露天开采 矿体埋藏浅 厚度大 开采能力强 效率高 成本低 安全性好 但对地表环境破坏严重 地下开采 矿体埋藏深 成本高 危险性大 联合开采 水平与阶段 垂向上按一定高度划分的开采区间 习惯上在非金属矿一般称 水平 金属矿称 阶段 3 4 矿山井巷功能与结构 直立巷道 1 立井 竖井 分主井 矿石 副井 人与材料 直接通向地面出口2 小井 风井 通风及安全备用通道 3 暗井 盲井 与地面不直接相通 上下水平之间提升矿石 水平巷道 1 平硐 功能类似立井 也有主 副之分 2 平巷 沿矿层或岩层走向的水平巷道 不直接与地面相通 3 石门 直交或斜交 穿过岩 矿 层的水平巷道倾斜巷道 1 斜井 功能类似立井 也有主 副之分2 上山 下山 功能类似平巷或暗井 5 6 通常的几种采矿方法 空场法 采空区不进行处理 靠岩石自身支撑 适度封闭隔离处理崩落法 采空区顶板自然 或者人为 崩塌 垮落 对围岩破坏严重留矿柱法 保留适当矿体 矿柱 支护顶板 丢矿较多充填法 采用废弃矿石 碎石 或水泥等进行人工充填 成本高 7 第一部分充水条件分析 8 关于充水条件的概念 任何地下施工工程 施工前必须开挖一系列巷道方可作业 而地下施工一般情况下都不可避免到会揭露含水层 引起地下水 甚至地表水或多或少进入施工系统 然而这种涌水从何而来 涌入的水量有多少 以何种方式涌入或突入 具有怎样的特征等等 来源 来量 来路 均取决于施工系统所处位置的水文地质条件 这种决定地下工程涌水量大小的水文地质条件 矿区 充水条件 9 充水条件的概念 续 充水条件 是对地下施工巷道所处位置水文地质条件的分析与描述 核心内容应包括 充水水源和充水途径 是突出充水水源和充水途径为核心的水文地质条件综合 充水水源 可以进入地下施工巷道的各种水源充水途径 充水水源进入地下施工巷道的主要通道 10 充水条件分析示例 某地区地下采煤条件图所示 断层切断了煤层和含水层 断层上覆地表水体 煤层上下均为隔水层 底部存在灰岩强含水层 思考问题 如果进行地下采矿 会不会有涌水 突水的威胁 如果有 这种威胁主要来自哪些方面 地下施工巷道 11 充水条件分析示例 在这种情况下 对矿层开采时 可能构成充水水源有 地表水体 底部岩溶含水层 第四系含水层 对盘含水层 但这仅是可能 必须有充水通道 它才能够成为充水水源 如果断层导水 第四系地下水 河水 岩溶水可能成为充水水源 如果矿层底板较薄 承受不了下部含水层作用于底板的水压时 发生底板突破 而成为充水水源 反过来 如果没有地表水体 即使断层结构疏松 但无水水源 断层也构不成充水途径 12 充水条件分析 续 因此 分析地下施工是否遭受地下水威胁 必须抓住两个方面 一是有充水水源 二是具有充水途径 二者有机结合 才能构成完整的充水条件 这也就是说 分析一个地下工程是否受水影响威胁 必须同时考虑充水水源和充水途径 注意 充水水源与充水途径需要有机的结合 方能对地下施工系统构成威胁 这是需要明确的重要概念 至于一个地下工程其受到各种充水水源威胁程度的大小 则要仔细分析论证充水水源 充水途径的性质 13 福建马坑铁矿情况简介 马坑铁矿是国内著名的特大型磁铁矿床之一 已探明总储量4 34亿吨 平均含铁品位37 99 并伴生钼矿 属于华东地区第一大铁矿 马坑一期开采工程的可开采量正逐渐减小 为加大马坑铁矿的发展规模 马坑矿业公司决定进行二期技改工程方案 按年采选铁矿石300万吨设计和实施马坑铁矿属于岩溶充水矿床 主要矿体埋藏深度大 天然地下水位500m 矿体主要赋存 深度 水平200m 0m 拟采取疏干工程 将地下水位逐步降低至0m标高 14 福建马坑矿区地质图 绮赖泉 三号泉 一号泉 15 马坑矿区地质结构与地下水流动基本模式 三号泉 思考充水条件 存在哪些充水水源和充水途径 16 第一节充水水源 常见的充水水源有 1 大气降水 2 地下水 3 地表水 4 老窖水 地下相对封闭空间中 长期封存的地下水 充水水源不同 充水特征不同 矿坑的威胁也不同 水文地质工作重点和方法也不同 17 1 大气降水precipitation Rainfall 从严格意义上讲 大气降水是地表水 地下水的最终补给来源 因此 所有地下工程的充水均或多或少 直接的 或间接的受到大气降水的影响 大气降雨作为充水水源是指它作为一种唯一直接影响地下开采 或施工 的水源 18 大气降水为直接充水水源 大气降雨作为充水水源的条件是充水岩层裸露地表 1 矿体埋藏浅的露天开采矿区 2 地下水位以上的坑道 隧道等 19 大气降水为直接充水水源的涌水量动态曲线 涌水量 单位时间进入地下施工系统的水量 m3 s m3 min 动态曲线图 水位 水量 水质 水温等要素随时间变化的过程线 请思考 这条动态曲线具有什么特征 反映了什么样的充水条件 月降水量 涌水量曲线 20 大气降水为直接充水水源的动态特征 1 如果大气降雨是主要充水水源 则涌水量动态变化表现为如下几个特点 1 涌水量动态变化幅度大涌水量在枯水季节 枯水年 较低 而在丰水季节 丰水年 陡增 两者可以相差几倍 几十倍 甚至上百倍 例 湖南香花岭多金属矿 旱季矿坑涌水量10m3 h 大暴雨形成的涌水量高达3000m3 h 势如山洪爆发 将十几部机电车从平硐冲出 同时毁坏了附近大片农田 可以用季节变化系数表示 Qmax Qmin 300 21 大气降水为直接充水水源的动态特征 2 2 涌水量与大气降水的动态变化过程一致与降雨变化基本无滞后 延迟效应 具有季节性周期变化 滞后 系统对一次输入做出响应的时间落后于输入时间 延迟 系统对输入所做出的响应持续的时间 3 旱季矿坑涌水量几乎为零 因此 如果一个矿区的涌水量动态表现有上述3个基本特征 可以说明其充水水源是大气降雨 或充水水源与大气降雨有十分密切的关系 22 降水为直接充水水源条件下 涌水量大小的影响因素 1 与降水量 降水特征有关 降水量 降水强度 降水持续的时间 2 入渗条件表层岩性 含水层类型 地形地貌条件 23 降水为直接充水水源条件下 涌水量大小的影响因素分析 如右图所示 在渗透性相同的充水岩层中发育一矿体 其发育部位不同 决定了开采方式不同 即平硐开采 露天开采 地下开采 在相同的降雨条件下 试分析涌水量与降水的动态变化关系 24 涌水量动态特征与充水条件 1 裸露型平硐开采 P t 涌水量变化与降水时间变化同步 25 涌水量动态特征与充水条件 2 涌水量变化与降水时间变化同步 延迟 增幅 P t 26 涌水量动态特征与充水条件 P t 地下开采 地下水位之上 涌水量变化与降水时间变化滞后 延迟 减幅 27 涌水量变化与降水时间变化同步 涌水量变化与降水时间变化同步 延迟 增幅 涌水量变化与降水时间变化滞后 延迟 减幅 28 影响因素分析 对比这几条矿坑涌水量的变化曲线 可以发现 不同的入渗条件 表现在动态曲线上有同步 滞后和延迟 增幅或减幅现象 当大气降雨成为主要充水水源时 水文地质工作的主要任务是 1 特别关注雨季 尤其是暴雨对地下工程的危害 重点预测雨季矿坑最大涌水量 2 分析地下水水位 水量的动态变化特征 这样可以帮助我们更好查清充水条件 判断充水水源特征 29 2 充水水源 地下水 地下水往往是矿坑的直接充水水源 某一含水层要成为矿坑的充水岩层 有两种方式 1 直接揭露含水层 地下水进入矿坑 直接充水 2 含水层与井巷之间存在某种自然或人为的通道 通过通道对矿坑充水 间接充水 30 不管哪种方式 只有某一含水层的水进入矿坑 该含水层才称为该矿坑的充水岩层 当充水水源以地下水为主时 矿区 地下工程涌水量的大小和变化特征受一系列因素的影响 不同矿区 受到的影响因素不同 一般主要影响因素有 充水水源 地下水 31 1 充水岩层的空隙性质 即充水岩层是岩溶含水层 裂隙含水层 还是孔隙含水层 一般情况下 相同气候条件下 上述三种含水层产生涌水量大小的顺序一般为 岩溶含水层 孔隙含水层 裂隙含水层但在实际情况中 还要视充水岩层与外界联系情况 在矿区水文地质勘探规范中 依据充水岩层类型的不同分为 岩溶充水矿床 裂隙充水矿床 孔隙充水矿床 充水水源 地下水 32 2 充水岩层的规模及补给条件规模 充水岩层的分布范围和厚度的大小 补给条件 充水岩层与外界的联系 决定了充水岩层中地下水的属性 也决定了地下水被疏干的难易程度 进而决定了我们应该采取的防治方法 充水水源 地下水 33 2 充水岩层的规模及补给条件 续 地下水的属性 疏干条件下 水量构成包含充水岩层中2种不同性质的组成部分 即岩层空隙中地下水的贮存量和充水岩层从外界源源不断获得的补给量 贮存量 取决于充水岩层的规模和给水度 即分布面积 厚度和给水度 补给量 取决于充水岩层的补给条件 充水水源 地下水 34 对某一地下施工而言 如果充水岩层中地下水的属性不同 涌水量的大小 动态特征以及最终的防治措施均不相同 看看下面典型示例 分析A B可能各自的条件差异 A与B有什么不同 a1与a2 b1与b2又存在什么差异 充水水源 地下水 35 图A特点 随时间延续 开采面积 揭露含水层面积增加 依据达西定律 涌水量应不断增加 但矿坑涌水量在某一时刻达到最大后不断下降 这种动态特征说明了什么 说明了充水岩层的补给条件差 涌水以地下水贮存量为主 矿坑排水的过程主要是消耗贮存量 如果含水岩层完全封闭 则可能完全被疏干 因此可考虑采取疏干方案 两条曲线形态类似 但幅度不一样 这说明什么问题 充水岩层的规模 给水能力的差异造成的 充水水源 地下水 36 图B特点 虽开采时间增加 涌水量不断增加 并具有一定的周期性 这又说明了什么问题 说明充水岩层补给条件良好 排出的地下水主要是补给量 随开采时间的延续 开采深度增加 开采面积和水力梯度加大 涌水量呈现逐渐增加 此时疏干难度很大 充水水源 地下水 37 设想 地下施工系统若以地下水为主要充水水源时 水文地质工作的重点是什么 了解充水岩层的性质 含水介质是岩溶 裂隙和孔隙 以及规模大小 查清充水岩层的补给条件 充水水源 地下水 38 马坑矿区地下水位 量 天然动态曲线 39 马坑矿区地下水位天然动态曲线 40 3 充水水源 地表水 地表水成为充水的主要水源的条件当矿区附近存在地表水体 江河湖海 且存在某些联系通道或地表水体与充水岩层之间存在水力联系如果地表水一旦成为主要充水水源 防治水的工作就变得非常艰巨 41 例 江西九江城门山铜矿是我国为数不多的大型铜矿之一 铜 硫 钼品位高 矿体埋藏浅 矿体成半岛状延伸到塞湖 三面都为塞湖环绕 塞湖为一季节性湖泊 洪水期形成一个面积几十平方公里的水体 水深3 5米 湖区及矿体围岩为二叠 三叠系灰岩含水层 相当于 头顶一盆水 水文地质条件相当复杂 因此 该矿的水文地质工作慎之又慎 该矿与五十年代就已发现 但到1993年尚未形成规模开采 主要原因就是关键水文地质问题未能查清 一直论证湖水对矿体的影响及采取的防治措施 充水水源 地表水 42 43 44 上下水力联系良好 灰岩为统一含水层 10 20米淤泥质亚粘土 粘土 45 关键的水文地质问题是 是否存在与塞湖联系的导水通道 通道是什么 疏干地下水能否诱发岩溶地面塌陷 开采期间涌水量到底会有有多大 长江水与塞湖的水力联系程度 长江是否可能构成矿坑的充水水源 46 1991 1992年枯水期进行持续68天大型联合疏干试验后 得出的基本结论 疏干排水量 疏干水平 150米时50000m3 d岩溶塌陷 在不同地点 不同时间发生过两次塌陷 规模较小 塌坑形成过程缓慢 以蠕变为主 淤积粘土有一定的自我封堵能力 地表与地下的水力联系 岩溶含水层与长江有一定联系 但岩溶不发育 含水层可疏干 治理措施 以疏为主 以堵为辅 疏堵结合 建地表防水堤防治地表水 47 1966年开始建设 设计能力为3000吨 日 1984年正式投产 48 49 1209孔T1d T2j 2702孔P1m2 P2c 2701孔C2h P1q 地下水水位随大气降雨季节性变化明显 一般在4 8月份水位上升 尤其是大雨和暴雨过后水位上升更为明显 9月到翌年的2月水位持续缓慢下降 表现为丰水期短期强补给 而枯水期缓慢排泄消耗的模式 补给区年降雨量与地下水位年变幅呈正相关关系 岩溶含水层水位动态 50 充水水源 地表水 对于存在地表水体的地下开采或地下工程 我们研究工作的重点应该是什么呢 1 是否存在充水通道 充水通道的性质如何 通过断层 岩溶管道 天窗 含水层间接影响 2 地表水体的性质和规模 常年性的 还是季节性的 3 地表水体的相对位置 距离 高差等 渗透性强的岩溶含水层 甚至几公里 几十公里之外的地表水体都有可能成为矿区充水水源 51 马坑矿区地表水对矿坑的威胁 绮赖泉 三号泉 一号泉 52 一号泉 53 马坑矿区地质结构与地下水流动基本模式 三号泉 54 我们需要回答 溪