工程地质与水文地质课件3

1、第二章第二章 矿坑涌水量预测和防治矿坑涌水量预测和防治1 矿坑充水因素分析矿坑充水因素分析2 矿坑涌水量估算矿坑涌水量估算3 矿坑水害防治矿坑水害防治4 矿床水文地质图矿床水文地质图前前 言言重点：矿坑充水因素分析的内容和矿坑水害防治的措施。前 言（1 1）在建井中，当涌水量超过每小时）在建井中，当涌水量超过每小时6M6M3 3时不加处理就会影时不加处理就会影响井下作业和建井质量；响井下作业和建井质量；（2 2）具有浸蚀性的矿坑水，能侵蚀矿山金属设备；）具有浸蚀性的矿坑水，能侵蚀矿山金属设备；（3 3）地下水的渗入能大大降低坑道的稳固性，增加支护费用；）地下水的渗入能大大降低坑道的稳固性，增加

2、支护费用；（4 4）破坏露采边坡的稳定，造成崩塌或滑坡；）破坏露采边坡的稳定，造成崩塌或滑坡；（5 5）地下开采时如遇突然性大量涌水，要造成井筒、坑道及）地下开采时如遇突然性大量涌水，要造成井筒、坑道及采场的淹没，工人伤亡、设备损坏。采场的淹没，工人伤亡、设备损坏。1 1、矿坑水对矿山生产和建设的影响、矿坑水对矿山生产和建设的影响2 2、学习矿床水文地质的目的和任务、学习矿床水文地质的目的和任务1 1、根据地下水的形成和运动规律，分析矿坑充水因素，预测、根据地下水的形成和运动规律，分析矿坑充水因素，预测矿坑涌水量；矿坑涌水量；2 2、掌握矿坑防治水的一般方法、掌握矿坑防治水的一般方法1 矿坑充

3、水因素分析一、一、矿坑充水水源分析矿坑充水水源分析二、二、矿坑充水通道的分析矿坑充水通道的分析三、三、影响矿坑充水量大小的其他因素影响矿坑充水量大小的其他因素1 1、地下水：、地下水：2 2、地表水、地表水：3 3 大气降水大气降水：4 4、废弃矿坑水、废弃矿坑水一、矿坑充水水源分析一、矿坑充水水源分析按空隙性质分：孔隙、裂隙或岩溶含水层中的地下水。按空隙性质分：孔隙、裂隙或岩溶含水层中的地下水。按埋藏条件分：潜水或承压含水层中的地下水。按埋藏条件分：潜水或承压含水层中的地下水。主要为河、湖、海、水库、水塘等。主要为河、湖、海、水库、水塘等。主要指降雨和融雪。主要指降雨和融雪。 1 1、渗入性

4、通道、渗入性通道：多为孔隙通道和细小分散的裂隙：多为孔隙通道和细小分散的裂隙通道。通道。 2 2、溃入性通道、溃入性通道 (1)(1)裂隙发育，而又未充填的裂隙通道裂隙发育，而又未充填的裂隙通道 (2)(2)岩溶岩溶( (溶隙溶隙) )通道通道 (3)(3)透水断裂带透水断裂带 (4)(4)勘探钻孔造成的通道勘探钻孔造成的通道 (5)(5)采矿造成的涌水通道采矿造成的涌水通道 (6)(6)矿坑排水造成的涌水通道矿坑排水造成的涌水通道（图）二、矿坑充水通道的分析二、矿坑充水通道的分析岩溶地面塌陷过程示意图1、覆盖层：矿床上部有弱透水或隔水层时，可阻挡水的下渗。2、地形条件：地形直接影响矿坑水的汇

5、集和排泄。3、矿坑相对于当地侵蚀基准面的位置：当矿坑位于当地侵蚀基准面以下时，水文地质条件复杂。4、含水构造：当矿坑与大型含水构造相通时，往往涌水量大而稳定，不易疏干。4、采矿方法：崩落法采矿容易造成采空区上部大量的人为裂隙，提高渗透性，促使矿坑涌水量增大。充填法采矿不致造成上覆岩层渗透性的显著改变，可保持矿坑涌水量不变。三、影响矿坑充水量大小的其他因素三、影响矿坑充水量大小的其他因素2 矿坑涌水量预测矿坑涌水量预测1 1、坑道系统的水动力学法（大井法）坑道系统的水动力学法（大井法）2 2、水均衡法水均衡法3 3、水文地质比拟法水文地质比拟法 1 1、坑道系统的水动力学法（大井法）、坑道系统的

6、水动力学法（大井法） 把坑道系统所占面积理想为一圆形的大井（把坑道系统所占面积理想为一圆形的大井（要求长宽要求长宽比小于比小于1010），然后应用地下水向井运动的公式预测坑），然后应用地下水向井运动的公式预测坑道系统的涌水量。以潜水完整井为例：道系统的涌水量。以潜水完整井为例：Q井的涌水量，井的涌水量，m3/d ；K潜水含水层的渗透系数，潜水含水层的渗透系数，m/d； H潜水含水层的厚潜水含水层的厚度；度； S井中稳定的水位降井中稳定的水位降深；深；r0大井半径，大井半径，m；R0=R+ r0，其中，其中R为影响半为影响半径。径。 r0 的计算据课本表的计算据课本表12-100(2)1.366

7、lglgHS SQKRr（见课本（见课本223页，页，公式公式12-4）r0RR0HS矿体矿体降落漏斗降落漏斗潜水面潜水面地表地表巷道范围巷道范围降落漏斗降落漏斗 2 2、水均衡法、水均衡法 水均衡法是在详细分析矿区地下水来源的基础上，水均衡法是在详细分析矿区地下水来源的基础上，分别计算出不同补给来源所决定的矿坑涌水量，各分别计算出不同补给来源所决定的矿坑涌水量，各部分涌水量的总和将是未来矿坑的可能总涌水量。部分涌水量的总和将是未来矿坑的可能总涌水量。天然条件：天然条件：Q补补=Q排泄排泄Q降降=（AF1 +AF）/tF1FQ静静= V漏斗漏斗开采条件下：开采条件下：Q排泄排泄=0Q=Q补补+

8、Q静静 =（Q降降+Q地表地表+Q侧侧）+Q静静潜水面潜水面矿体矿体Q补补Q排排Q静静地表地表3 3、水文地质比拟法、水文地质比拟法根据单位涌水量换算矿坑涌水量根据单位涌水量换算矿坑涌水量生产矿坑单位面积或单位体积上的单位涌水量：生产矿坑单位面积或单位体积上的单位涌水量：0000QqF S式中式中q0 生产矿坑单位面积、单位降深的涌水量，生产矿坑单位面积、单位降深的涌水量，m3/d; Q0生产矿坑总涌水量，生产矿坑总涌水量， m3/d F0生产矿坑的开采面积，生产矿坑的开采面积， m2 S0生产矿坑的水位降低值，生产矿坑的水位降低值，m地质、水文地质条件相似的新设计的矿坑总涌水量为：地质、水文

9、地质条件相似的新设计的矿坑总涌水量为： Q Q设设= =q q0 0F F设设S S设设式中式中 F F设设新设计的矿坑的设计开采面积，新设计的矿坑的设计开采面积， m m2 2 S S设设新设计的矿坑的平均水位降低值，新设计的矿坑的平均水位降低值，m m3 矿坑水防治矿坑水防治一、一、矿坑突水的预计矿坑突水的预计二、矿山一般防治水措施二、矿山一般防治水措施1 1、正确选择采矿方法和合理布置坑道系统、正确选择采矿方法和合理布置坑道系统 2 2、矿区地面防水措施、矿区地面防水措施 （1 1）截水沟截水沟( (防洪沟、排水沟防洪沟、排水沟) )；（；（2 2）河流改道河流改道；（；（3 3）整铺河

10、床整铺河床；（；（4 4）水库拦洪水库拦洪；（；（5 5）修防洪堤。）修防洪堤。3 3、露天矿坑防治水、露天矿坑防治水 （1 1）分段拦截、分段排出；）分段拦截、分段排出；（2 2）超前疏干地下水。）超前疏干地下水。 4 4、矿井防治水措施、矿井防治水措施 矿井防治水可归纳为矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截查、探、放、排、堵、截”六六字诀。字诀。三、三、矿区地下水疏干矿区地下水疏干 矿坑突水的预计，可在全矿区和具体地段的地质与水文地质条件的基础上，估计出可能突水的地段和部位，可能突水的水源和水量，然后制定技术上可能，经济上合理的防治方案。一、矿坑突水的预计 排排( (截截) )洪沟布

11、置示意图洪沟布置示意图1 1地形等高线，地形等高线，2 2排洪沟；排洪沟；3 3矿体矿体 1 1、截水沟、截水沟( (防防洪沟、排水沟洪沟、排水沟) ) 为防止坡面为防止坡面降雨汇水涌入降雨汇水涌入露天采场、地露天采场、地下开采崩落区下开采崩落区和排水影响所和排水影响所造成的塌陷区，造成的塌陷区，在这些地区外在这些地区外围应建立截水围应建立截水沟。在有利的沟。在有利的地形条件下，地形条件下，内涝积水区也内涝积水区也可使用排水沟可使用排水沟将积水导出矿将积水导出矿区。区。 2 2 河流改道河流改道2)河流穿越露天境界或坑内开采崩落区，或排水影响的塌陷区；3)河流虽位于上述范围之外，但因河水大量渗

12、入采区，对边坡或开采有严重不良影响而又不利于采用防渗措施。当采掘工作遇到下列情况之一时，应考虑河流改道： 1）河流直接在矿体上方流过，对地下开采的矿床，采用保留矿柱或充填法采矿仍不能保证安全或经济上不合理；3 3、整铺河床、整铺河床 整铺河道示意图整铺河道示意图1矿体；2灰岩，3页岩； 4整铺后的人工河床当河流(或渠道、冲沟等)通过矿区并沿河床或沟底的裂缝渗入矿坑时，可用粘土、料石或水泥铺砌不透水的人工河床，以制止或减少河水漏失。 4 4 水库拦洪水库拦洪 当露天采场、境内开采崩落区或抽水塌陷区横断小型河流时，在地形、地质条件不宜采用河道移设或采用时技术经济不合理的情况下，可考虑采用水库调洪措

13、施调洪水库应设排洪平洞或排洪渠道泄洪，以达到保护矿坑安全的目的。采用调洪水库来防治地表水的矿山，应加强气象观测与预报，正作以便淮确安排防洪计划。三、矿区地下水预先疏干三、矿区地下水预先疏干（一）疏干原则（一）疏干原则 1 1、一般原则：地下水影响采掘工作正常与安全进行，、一般原则：地下水影响采掘工作正常与安全进行，或有突然涌水、涌砂的危险。或有突然涌水、涌砂的危险。 2、疏干方法的选择原则是：选定的方法应能适应矿疏干方法的选择原则是：选定的方法应能适应矿区水文地质条件和采掘生产的要求；有效地降低采区水文地质条件和采掘生产的要求；有效地降低采矿场的地下水位，形成稳定的疏干降水漏斗并显著矿场的地下

14、水位，形成稳定的疏干降水漏斗并显著改善矿山作业条件；施工条件好，建设投资少，周改善矿山作业条件；施工条件好，建设投资少，周期短，经营管理安全方便，费用低。期短，经营管理安全方便，费用低。（二）矿区常用的地下水疏干方法（二）矿区常用的地下水疏干方法矿区常用方法有矿区常用方法有地表群孔疏干地表群孔疏干、地下巷道疏干法地下巷道疏干法、明、明沟疏干法和联合疏干法。沟疏干法和联合疏干法。 地表群孔疏干地表群孔疏干石录铜矿矿区水文地质简图石录铜矿矿区水文地质简图 C C2 2hn-hn-灰岩；灰岩；C C1 1ds-ds-灰岩；灰岩；C C1 1dc-dc-砂页砂页岩；岩；C C1 1ym-ym-灰岩；灰

15、岩；D D3 3m-m-砂页砂页岩；岩；ryry- -火成岩；火成岩；矿体采场矿体采场；2-深井深井降水孔；降水孔；3-断层；断层；4-地层界地层界线；线；5-等等水位线；水位线；6-补给流补给流向向 地下巷道疏干法地下巷道疏干法 是直接利用专门的巷道辅以坑下放水孔，拦截涌向矿是直接利用专门的巷道辅以坑下放水孔，拦截涌向矿坑的地下水流，或预先降低矿坑地下水的疏干方法。坑的地下水流，或预先降低矿坑地下水的疏干方法。 按疏干巷道与含水层的位置关系可分为巷道直接钻进按疏干巷道与含水层的位置关系可分为巷道直接钻进在含水层中；巷道嵌在含水层与隔水层的接触面和巷在含水层中；巷道嵌在含水层与隔水层的接触面和

16、巷道设在隔水层中，通过放水孔对含水层疏干等三种形道设在隔水层中，通过放水孔对含水层疏干等三种形式式 。6 矿区或矿床水文地质图一 矿区（矿床）地质图的概念及主要内容二 矿区矿床水文地质图的阅读一 矿区（矿床）地质图的概念及主要内容 矿区综合水文地质图是一张全面反映矿区水文地质条件的综合性图纸，是分析矿区充水因素，研究矿区防治水工作的主要依据。它反映下列主要内容： （1）地层（突出矿层、顶底板隔水层和主要含水层）的埋藏及其水文地质特征、含蓄水构造；地下水类型及其补给、径流和排泄情况。 （2）控制矿区地下水形成和运动的各种断裂构造形迹及其透水与富水特征；有关的自然地理(地形地貌及地表水体）和构造地

17、质现象，岩溶发育规律及其含水情况。（3）开采后可能或已发生的与矿床地下水有关的问题（如河水漏失或河道衬砌地段，供淹及排水的范围等）；动态观测点的位置及其特征；坍陷范围的预测。（4）矿坑充水预测分区。如依据主要充水因素、极限涌水量、可能突水地段及防治措施等进行划分。（5）必要的探、防水与疏干措施的建议。如为生产矿区，还要表示出主要坑道的分布，突（涌）水点及水量、疏干范围、崩落及地表坍陷、水质变化、老窿充水情况等。（6）某些必要的化学成分资料。如总矿化度、各种微量元素的含量及分布等。（7）一定量的实际资料：揭露含水层的地点、标高及面积、出水点的位置、水量、水温、水质和出水特征、水闸门的位置，排水设施的分布情况、数量及排水能力；水的流动路线、涌水量观测站的位置，曾发生突水的