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中国孔隙水类型矿床的水文地质特征-《水文地质勘察》成果简介

2023-09-18 理论教育 版权反馈
【摘要】：这种现象主要存在于细粒的孔隙含水层中,在孔隙充水矿床中相当普遍。

11.4.1.1 中国孔隙水类型矿床的特征及分布

中国孔隙水类型矿床的特征及分布,见表11-5。

表11-5　中国孔隙水类型矿床的特征分类简表

续表

11.4.1.2 矿坑涌水特征

1.矿坑水动态与降水密切相关

孔隙充水矿床矿坑涌水量受降水的影响十分明显,旱季矿坑涌水量较小,雨季时矿坑涌水量明显增加。如广东茂名露天油页岩矿在干旱季节时坑底排水量很小,但在最大暴雨日时,坑底排水量猛增到824757m3/d[5]。

2.地表水对矿坑涌水往往有直接影响

孔隙充水矿床一般分布在位置较低,附近常有地表水体的区域(如河谷、盆地及山前倾斜平原等)。有的矿床位于当地侵蚀基准面以下,甚至直接埋藏于地表水体以下,地表水往往成为这类矿床的主要充水水源之一。

3.矿坑涌水量与地下含水层的储水量有关

第三系矿床矿体以上一般覆盖厚度巨大的砂、泥质岩层,其内地下水的储量较为稳定。巷道揭露含水层或巷道溃水后,开始时涌水量较大,以后水量逐渐减少,最后涌水消失或稳定到一个较小的流量。如丰广煤矿三井右二路反石门1967年发生溃水,最大涌水量为1560m3/h(3.96万m3/d),两天后涌水量迅速减小,10d以后降至100m3/h(2400m3/d)左右,20d后减少到6m3/h(144m3/d)[12],如图11-5所示。

图11-5　丰广煤矿三井-170m反石门流砂冲溃涌水量曲线(据　王少然,1980)

4.山区河谷地带及冲积扇顶部的孔隙充水矿床往往水量极大

山区河谷地带及冲积扇顶部的孔隙含水层一般由砾石、卵石、砂层组成,透水性好,且常由地表河流补给。孔隙充水矿床的矿坑涌水量往往极大,甚至达到难以开采的地步。

如内蒙古元宝山露天煤矿就是山区河谷地带孔隙充水矿床的一个典型。元宝山煤田位于老哈河与英金河冲积、洪积形成的山间河谷长条形平原之下[12],如图11-6所示。矿坑涌水来源主要有第四系孔隙潜水、英金河河水、老哈河河水、降水直接补给等。预计矿坑涌水量可达33万～34万m3/d,露天范围内要疏干的第四系含水层储存量达2.7亿m3。

图11-6　元宝山煤田地质剖面示意图(据　曹剑峰等,2006)

1,2,3,4—煤层

5.矿坑涌水较为均匀

孔隙充水矿床含水介质较为均一,除了井下开采因流砂层溃水或砂层水头过高造成溃水,在溃水口周围形成集中水流外,一般矿坑涌水较为均匀。地下水沿揭露面渗出,无集中水流或涌水量的急剧变化。

11.4.1.3 矿床开采时的主要水文地质问题

孔隙充水矿床开采时出现的水文地质问题主要有流砂冲溃、塌陷、地面沉降以及残余水头等,这些问题在其他类型的充水矿床比较少见。

1.流砂冲溃及塌陷

流砂冲溃是发生在孔隙矿床的特殊的水文地质工程地质问题。当井筒、巷道和回采工作面揭穿或接近含水细粒砂层时,易引发突水。水流速度快,含砂量高,瞬时埋没巷道,冲毁设施,造成停产和伤亡事故。如吉林舒兰煤田丰广三井+170m水平施工中,因揭露第13层煤底板细砂岩而发生溃水,瞬时涌水量达3.96万m3/d,含砂率高达50%。砂随水进入巷道,总溃砂量为8万m3,造成停产[12]。流砂冲溃的特征如下:

(1)流砂冲溃时,一般在溃砂前出现少量的涌水,而后水量突然增加,水流速度很大。以后逐渐减少,最后稳定到较小的流量,或者断流。

(2)流砂冲溃具有间歇性和反复性。流砂冲溃后,水头降低,此后砂层又获得地下水补给,再次充水饱和,水头抬高,发生溃水溃砂。

(3)因流砂冲溃引起塌陷。因流砂冲溃而产生的塌陷,有的发生在地下,有的发生在地面,与采空区的位置和规模没有明显的关系,并且多出现在河谷地带,其规模一般较小,直径多在10m以下,深度仅数米[56]。

如吉林舒兰煤矿的四井+116m水平二层运输巷道1977年钻孔出水,引起溃水溃砂,之后在二层煤顶板砂岩露头处,产生直径5m、深2m的塌陷坑。该矿二井+167m水平一层煤底板砂岩1967年发生溃水溃砂,65天后地面产中塌陷,塌陷坑直径15m、深4m。又如丰广煤矿三井+170m掘进时底板砂岩溃水溃砂,在该层砂岩露头带产生多个塌陷坑,形成沿露头带塌陷区,如图11-7所示。

图11-7　丰广煤矿三井+170m反石门流砂冲溃地面塌陷平面图(据　王少然,1980)

1—地面裂隙;2—沉陷区;3—塌陷坑

2.残余水头及其引起的工程地质问题

残余水头是指矿区疏干排水后,疏干地层中仍然保留一定高度的水柱的现象。这种现象主要存在于细粒的孔隙含水层中,在孔隙充水矿床中相当普遍。

残余水头在矿床开采中是经常可以遇到的,但是,并非所有矿区都因残余水头引发严重的工程地质问题,只有在露天矿的土质边坡、半坚硬岩和强风化基岩边坡,残余水头才对边坡的稳定性产生较大的影响。归纳起来,因残余水头的存在引起的工程地质问题如下:

(1)流砂。因含水砂层疏干后有残余水头,残余水头所在的砂层部分处于饱水状态,工程施工遇到这部分砂层即产生流砂。

(2)滑动。基坑开挖后,由于残余水头的影响,残余水头以下的黏性土等软弱层保持较高的含水量或处于饱水状态,在上覆地层自重压力下,边坡土体沿黏性土层或沿砂层和黏性土的接触面发生滑动。

(3)崩塌。残余水头引起的崩塌规模较小,主要发生在土质边坡。含水层在残余水头以下部分,地下水仍然产生渗流,水对砂层的潜蚀作用和机械振动引起的砂层液化,使砂层掏空,造成上覆地层垮落。

3.地面沉降

孔隙充水矿床,如从第四系含水层或者从基岩含水层中排水,就会引起第四系含水层的疏干,往往使地面产生下沉,形成以排水点为中心的地面沉降漏斗。如姑山铁矿露天釆场,利用疏干巷道对第四系含水层进行疏干,在疏干过程中,采场周围地面发生下沉,采场中心下沉量为30～60cm,形成以矿坑为中心的地面沉降漏斗,影响半径达2km[5]。

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