水工环讲稿.doc

一、矿区水工环地质工作方法（一）矿区水文地质工作方法1、水文地质测绘（1）区域水文地质测绘（编制区域水文地质图）a、测绘范围：应包括一个完整的水文地质单元。一般以地表流域进行划分。b、测绘比例尺：1：100001：50000。c、工作要求：在全面收集已有地质、区域水文地质资料的基础上结合地面调查进行，以查明区域地下水的补径排条件为重点。（2）矿区水文地质测绘（编制矿区水文地质图）a、测绘范围：应包括矿床疏干可能影响的范围及补给（隔水）边界。b、测绘比例尺：1：20001：10000。c：工作要求：以查明矿床充水因素（水源、途径、强度）及矿区水文地质边界（补给、隔水）为重点。详细调查矿区地形地貌、泉点水井、地表水体、老窿、现有生产矿井涌水量、岩层节理裂隙与岩溶发育情况、含隔水层分布、矿区水文地质边界等。以填写表格形式进行调查。2、钻孔简易水文地质观测与编录：（1）观测和详细记录钻进中涌（漏）水、掉块、塌孔、缩径、涌砂、掉钻等发生的层位和深度，测量涌（漏）水量，必要时应测量分层稳定静止水位并进行简易放（注）水试验（求Q、K参数）。（2）描述岩芯的岩性、裂隙性质、密度、岩石的风化程度和深度以及岩溶形态、大小、充填程度、发育深度，统计裂隙率、岩溶率。（3）单一含水层的钻孔应测定钻孔终孔稳定水位。3、水文地质钻探（抽水试验孔与水位观测孔）（1）抽水试验孔的布置：宜布置于先期开采地段（或第一开采水平）的主要充水含水层或强径流带上。观测孔应尺量利用地质勘探孔、泉井。（2）钻孔控制深度：以揭穿主要目的层为原则，重点控制第一开采水平。对底板直接或间接充水的矿床，应按勘探剖面控制，其深度以揭穿底板含水层的裂隙、岩溶发育带为原则。（3）钻孔孔径：抽水试验孔试验段孔径以满足设计的抽水量和安装抽水设备为原则，一般不小于91mm；水位观测孔观测段孔径应满足止水和水位观测的要求。（4）岩芯采取率：岩石大于70%，破碎带大于60%，粘土大于70%，砂和砂砾层大于50%。（5）钻孔孔斜：应满足选用抽水设备和水位观测仪器的工艺要求。（6）钻孔施工：宜采用清水钻进，当地层破碎不能用清水钻井时，应在主要含水层或试验段用清水钻进，若必须采用泥浆钻进时，应采取有效的洗井措施。4、抽水试验（放水试验、注水试验）（取得Q、q、K等参数）（分单孔、多孔、群孔、稳定流与非稳定流抽水试验，按抽水设备可分为提桶抽水、水泵抽水、空气压缩机抽水）（1）稳定流抽水试验要求（Q、S均达稳定）a、抽水前静止水位的观测：每小时测定一次，三次所测数字相同或4小时内水位相差不超过2cm，即为静止水位。b、水位降深：应尺设备能力作一次最大降深，其值宜不小于10m；当采用涌水量与降深相关方程预测矿坑涌水量时，应进行三次水位降低，S1=1/3S3，S2=2/3S3，S3=（1/31/2）H。c、稳定时段延续时间：单孔抽水试验最低不小于8小时，潜水层抽水、带观测孔抽水必须适当延长。d、稳定时段内钻孔水位水量稳定程度：水位波动相对误差：抽水孔不大于1%；观测孔不大于2cm。涌水量波动相对误差：当q0.1L/sm时，不大于平均值的3%；当q0.1L/sm时，不大于平均值的5%。e、抽水试验过程中水位流量连续观测时间要求：抽水开始后的第5、10、15、20、25、30min各测一次，以后每隔30min或60min测一次。注意水位与流量要同时观测。f、恢复水位连续观测时间要求：停抽后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、30min各测一次，以后每隔30min测一次。若连续3小时水位不变；或水位呈单向变化，连续4小时内，每小时水位变化不大于1cm；或水位升降与自然水位变化一致时，即可停止观测。（2）非稳定流抽水试验要求（仅Q或S达稳定）a、水位流量要求：宜采用定流量或阶梯定流量抽水。b、抽水孔水位流量波动误差要求：同稳定流抽水试验。c、抽水孔水位流量累计观测时间要求：抽水开始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120min各观测一次，以后可每隔30min观测一次。d、抽水延续时间要求：应按水位下降与时间s（h2）lgt关系曲线确定。当s（h2）lgt关系曲线有拐点时：则延续时间宜在拐点后的线段趋于水平。当s（h2）lgt关系曲线没有拐点时：则延续时间宜在出现固定斜率的渐近线后延一个对数周期。e、恢复水位连续观测时间要求：同稳定流抽水试验。5、地表水地下水动态长期观测：（1）矿区进入详查阶段即应选择代表性井、泉、钻孔、生产矿井或勘探坑道、暗河出（入）口、地表水等进行动态观测，勘探阶段应进一步充实完善。观测内容包括：水位、水量、水温和水质。（2）水位、水量、水质观测要求：一般每隔5-10天观测一次，雨季或急剧变化时段加密。水质一般按丰、枯季取样。连续观测时间不少于一个水文年，当勘探周期不足一年的中、小型矿床或水文地质条件简单的矿区可视矿区条件酌定。（3）地下水动态观测设施应采取有效措施予以保护。6、水样采集与水质分析：（1）水化学分析：选择代表性水点，以控制地表水、地下水水化学类型为原则。一般作简分析：包括物理性质、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、NH4+、HCO3-、CI-、SO42-、游离CO2、PH、碱度、总硬度、总固形物等。（2）细菌与有毒元素分析：选择可作为水源地的井、泉、地表水点采样，分析细菌总数、大肠杆菌、Cu、Pb、As、F、Hg。7、连通试验：一般对暗河水系进行。8、钻孔水文物探测井：一般对水文孔进行。主要划分含隔水层（段）。9、气象观测资料收集：一般在矿区附近县城气象站收集近几年来的气象资料。10、矿坑涌水量计算方法（1）矿坑涌水量计算方法A、水动力学法：包括大井法（稳定流与非稳定流）、辐射流法、廊道法、数值法（有限差分法与有限单元法）。B、数理统计法：包括QS曲线方程法、水文地质比拟法、相关分析法、水均衡法。C、模型模拟法：包括砂槽模拟、水电模拟等。矿坑涌水量主要计算方法计算方法适用条件主要计算公式水动力学法大井法含水层均质各向同性；一维、二维流；满足裘布依假设条件；矿坑长宽比小于10Q=1.366K(2h-S)S/(lgR0-lgr0) (无界潜水)Q=2.732KMS/(lgR0-lgr0) (无界承压水)Q=1.366K(2HM-M2-hw2)/（lgR0-lgr0）(无界承压转无压)辐射流法矿坑充水含水层各向透水性差别很大，划为扇形分段计算Q=Ki（B1i-B2i）（h1i2-h2i2）/（lnB1i-lnB2i）2Li（潜水）Q=KiMi（B1i-B2i）（H1i-H2i）/（lnB1i-lnB2i）Li（承压水）廊道法矿坑长宽比大于10Q=K（h2-hw2）c/（2L） （潜水）Q=KM（H-Hw）c/L （承压水）数值法数理统计法QS曲线法需三个以上的稳定阶梯流量和降深资料，建立经验方程式直线型： Q=qnS；qn=Q/S （外推1.51.75Smax）抛物线型：S=aQ+bQ2；（外推1.752Smax）指数型： Q=nS1/m；（外推1.752Smax）对数型: Q=a+blgS；（外推1.752Smax） 比拟法用已知水文地质条件相似的生产矿井的水文地质资料（1个水文年）预测勘探矿区的矿坑涌水量富水系数法： Q=KpP；Kp =Qc/Pc，P设计原煤产量（一元相关） Q=qFF；qF=Qc/Fc，F设计开采面积 Q=qLL；qL=Qc/Lc，L设计开拓主巷长度 Q=qSS；qS=Qc/Sc，S设计矿坑水位降低值单位涌水量法：Q=Q0SF/（S0F0）， （ Q与S、F的关系）（多元相关） Q=Q0F/F0（S/S0）1/2， Q=Q0S/S0（F/F0）1/2， Q=Q0（S/S0F/F0）1/2， Q=Q0S/S0（F/F0）1/21/2，相关分析法 统计涌水量与降水、降深、开采水平、开采面积、井巷长度、矿石产量的关系 建立回归方程： 一元线性回归方程一元非线性回归方程多元线性回归方程多元非线性回归方程水均衡法均衡区均衡期地下水收入项与支出项关系Q排=（Q径+Q越+Q河+Q入+Q雨）-（Q径+Q越+Q河+Q蒸+Q开）（h/t）F模型法砂槽水电（2）选择大井法（解析法）计算公式中应注意的一些问题A、含水层的类型：潜水含水层、承压含水层、承压转无压含水层。据此选择潜水、承压水或承压转无压水计算公式。B、含水层的边界条件：包括侧向边界和顶底边界。（a）侧向边界：分为无界含水层与有界含水层（1、补给边界：如河流、湖泊等地表水体；2、隔水边界：如隔水断层、含水层与隔水层接触带、含水层自然露头等）。据此选择有界或无界含水层计算公式。有界含水层计算公式由映射原理推导得出。（b）顶底边界：分为有越流补给含水层与无越流补给含水层。根据有无水从相邻的上覆或下伏含水层通过顶底板弱透水层越流补给本含水层。据此选择有越流或无越流计算公式。C、井的结构：分为完整井与非完整井。完整井：指井揭露含水层的全部厚度、并在全部厚度范围内进水。非完整井：指井仅揭露部分含水层、或虽揭露含水层的全部厚度但仅从部分含水层厚度进水（井壁进水、井底进水、井壁与井底同时进水）。据此选择完整井或非完整计算公式。非完整井为三维流，地下水向非完整井中运动时要产生附加水流阻力，需考虑水流阻力系数值（查表）。举例:Q=43.14KMS/2ln(R/r0) (无界承压含水层完整井)Q=43.14KMS/2ln(R/r0)+0) (无界承压含水层非完整井)Q=43.14KMS/2lnR2/(2dr0) (直线隔水边界承压含水层完整井)Q=43.14KMS/2lnR2/(2dr0)+ 0+ (直线隔水边界承压含水层非完整井)Q=43.14KMS/2ln(2d/r0) (直线供水边界承压含水层完整井)Q=43.14KMS/2ln(2d/r0) + 0- (直线供水边界承压含水层非完整井)（3）计算公式中渗透系数K的求取A、根据稳定流抽水试验（单孔、多孔）直接用公式计算确定。B、根据非稳定流抽水试验（单孔、多孔）确定（包括配线法、直线图解法）。C、根据水位恢复资料确定（a）停止抽水前若动水位已稳定：K=2.3Q/(43.14Mmier/B)；（有1个观测孔）式中 r观测孔至抽水孔的距离（m）； mislg（1+tk/tT）曲线上拐点处的斜率； B越流参数，根据er/BK0r/B=2.3si/mi，从函数表中查出r/B值再算出B值。（b）停止抽水前若动水位没有稳定，仍呈直线下降：承压水完整孔：K=Q/（43.14Ms）ln（1+tk/tT）潜水完整孔： K=Q/23.14（H2-h2）ln（1+tk/tT）式中 tk抽水开始到停抽的时间（min）； TT抽水停止时算起的恢复时间（min）；S水位恢复时的剩余下降值（m）；H自然情况下潜水含水层的厚度（m）；h水位恢复时的潜水含水层厚度（m）；M承压含水层厚度（m）。（c）利用水位恢复速度近似计算K=1.57r0(h2-h1)/t(s1+s2)（二）矿区工程地质工作方法1、矿区工程地质测绘（1）测绘范围：达到采矿工程可能影响的边界外200300m。（2）测绘比例尺：1：20001：10000。（3）测绘内容： a、划分工程地质岩组。（硬质、软质、松散岩组） b、调查矿区内软弱夹层及各类结构面。对结构面进行分级（共分五级）。 c、按岩组和不同构造部位进行节理裂隙统计。划分岩体结构类型（整体块状、层状、碎裂状、散体状结构）。 d、对矿体和主要围岩的风化特征进行调查研究。划分岩体强弱风化带。 e、对自然斜坡和人工边坡进行调查，研究坡高、坡面形态与岩体结构的关系。调查各种物理地质现象。 f、详细调查生产矿井及相邻矿山的各类工程地质问题；调查露采边坡变形特征、变形类型、形成条件和影响因素，井巷变形破坏特征、支护情况，变形破坏与较弱层、破碎带、节理裂隙发育带等结构面的关系。2、钻孔工程地质编录（1）统计节理裂隙，确定破碎带、裂隙密集带、风化带与较弱夹层、岩溶发育带、蚀变带的位置和深度。（2）按钻进回次测定岩石质量指标（RQD），确定不同岩组RQD值的范围和平均值。RQD=Lp/Lt100%式中：Lp某岩组大于10cm完整岩芯长度之和，m； Lt某岩组钻探总进尺，m。 注：若钻头内径小于54.1mm时，RQD值按经验降低20%-50%。（3）根据RQD值划分岩石质量等级（共分五级）。岩石质量等级RQD（%）岩石质量描述岩体完整性评价90100极好的岩体完整7590好的岩体较完整5075中等的岩体中等完整2550劣的岩体完整性差25极劣的岩体破碎3、坑道工程地质编录（1）划分工程地质岩组。（2）观察描述软弱夹层、风化带、构造破碎带、岩溶发育带的特征、产状、分布及溶蚀现象。（3）统计节理裂隙。（4）系统采取矿体与围岩的物理力学试验样。（5）详细描述地下水活动对井巷围岩稳固性的影响及工程地质问题发生的位置，不稳定地段掘进与支护方法。4、工程地质钻探（1）钻探深度：露采矿区宜控制到最终坡脚或坑底以下3050m；井下开采矿区控制到矿床主要储量标高以下3050m。（2）钻探孔径：以满足采取岩、土物理力学试验样规格为准。一般以直径5cm、高为10cm的圆柱体为标准试样，坑道采样常为长方体，但高径（宽）比应为2：1。（3）要求全部取芯钻进。岩芯采取率可根据不同的目的确定。5、岩（土）样采集（1）井采矿区对一期开拓水平以上矿体及其围岩按不同岩石分别采样；露采矿区应在边坡地段自上而下分组采样。（2）块状、层状岩类按不同岩石采样；松散软弱岩类，若岩性较均一，厚度大于10m时，每10m采一组样；岩性不均一时，根据岩性结构特征分层采样。（3）块状、层状岩类可直接从岩芯采样；松散软弱岩类应利用坑道或山地工程采样。（4）采样规格与数量可根据实验室的具体要求确定。6、工程地质测试（1）勘探矿区应选取代表性岩、土样进行室内物理力学测试。（2）岩石样室内主要测试项目：容重、单轴抗压强度（干、湿）、抗剪强度（干、湿）、抗拉强度等。每项测试数据不少于6个，以便于进行数理统计。（三）矿区环境地质工作方法1、区域稳定性调查：收集矿区历史地震资料，调查新构造活动情况，分析是否有活动性断裂存在。2、自然地理及社会环境调查：村寨、河流、水库大坝、公路、旅游区、文物保护区、自然保护区等。3、地表水地下水污染现状调查：调查、收集地表水、地下水的环境背景值（污染起始值）或对照值。对地表水地下水的污染现状进行调查。4、物理地质现象调查：对矿区开发影响范围的滑坡、崩塌、山洪泥石流等物理地质现象进行野外调查。5、有毒有害物质调查：调查地质体中可能成为污染源的有毒有害物质的赋存状态、含量及分布规律。（Cu、Pb、Zn、Cd、As、F、Hg），煤矿瓦斯、煤尘爆炸性、煤的自燃性等。6、热（气）水调查：当调查区有热（气）水时，应查明其分布、控制因素、水温、流量，水中气体及化学成分，了解热气水补径排条件。7、地温测量：当矿体埋深较大（垂深大于500m）应在不同构造部位选择代表性钻孔进行地温测量，确定恒温带深度、温度及地温梯度。8、矿区放射性调查：（1）矿区发现有放射性元素，但确认无工业价值时，应对其影响安全生产和环境污染作出评价。（2）在铀矿区应对有水钻孔和地下水露头取样，测试水中放射性元素含量。二、矿区水工环地质工作勘查阶段划分及目的任务要求矿区水工环地质工作是矿产勘查工作的重要组成部分，为矿床开采设计提供开采技术条件资料。与矿产勘查阶段相对应分为普查、详查和勘探三个阶段。矿区水工环地质勘查阶段划分是制定矿区水工环地质勘查目的任务、工作程度要求、勘查工作量的重要依据。矿区水工环工作各勘查阶段的目的任务要求矿产水工环目的任务要求投入的主要工作方法预查无要求一般不开展水工环地质工作普查普查大致了解工作区水工环地质条件，为矿产开发概略研究及工作区详查设计提供依据主要收集区域水文地质普查资料，适当开展水文地质工程地质调查工作详查详查基本查明矿区水工环地质条件，为矿床开发预可行性研究、矿山总体建设规划和矿区勘探设计提供依据1：100001：50000水工环地质测绘；钻孔（坑道）简易水文地质工程地质观测与编录；水文地质钻探及抽水（放水、注水）试验（单孔、多孔）；水文地质孔物探测井；水动态长期观测；水化学样、细菌检验样、岩土样采集测试；收集气象资料；必要时初步估算矿坑涌水量。勘探勘探详细查明矿区水工地质条件，评价地质环境，为矿山建设设计和可行性研究提供依据1：20001：10000水工环地质测绘；钻孔（坑道）简易水文地质工程地质观测与编录；水文地质工程地质钻探及抽水（放水、注水）试验（单孔、多孔、群孔）；水文地质孔物探测井；水动态长期观测；水化学样、细菌检验样、岩土样采集测试；收集气象资料；计算首采区（第一开采水平）的正常和最大涌水量。三、矿区水文地质工程地质勘探类型划分（一）矿区水文地质勘探类型划分1、按矿床主要充水含水层的性质分为：（1）孔隙充水矿床以孔隙含水层充水为主的矿床（2）裂隙充水矿床以裂隙含水层充水为主的矿床（3）岩溶充水矿床以岩溶含水层充水为主的矿床 据岩溶形态细分为：以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床以溶洞为主的岩溶充水矿床以暗河为主的岩溶充水矿床2、按矿床主要充水含水层对矿体的充水方式分为：（1）直接充水的矿床：矿床主要充水含水层（含冒落带和底板破坏厚度）与矿体直接接触，地下水直接进入矿坑。（2）顶板间接充水的矿床：矿床主要充水含水层位于矿层冒落带之上，矿层与主要充水含水层之间有隔水层或弱透水层，地下水通过构造破碎带、导水裂隙带或弱透水层进入矿坑。（3）底板间接充水的矿床：矿床主要充水含水层位于矿层底板采动破坏带之下，矿层与主要充水含水层之间有隔水层或弱透水层，承压水通过底板薄弱地段、构造破碎带、弱透水层或导水的岩溶陷落柱进入矿坑。3、矿床水文地质条件复杂程度的划分：（1）水文地质条件简单的矿床：A、主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有利于自然排水，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性弱至中等；B、或主要矿体虽位于当地侵蚀基准面以下，但附近无地表水体，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性弱，地下水补给条件差，很少或无第四系覆盖，水文地质边界简单。（2）水文地质条件中等的矿床：A、主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有自然排水条件，主要充水含水层和构造破碎带富水性中等至强，地下水补给条件好；B、或主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，但附近地表水不构成矿床的主要充水因素，主要充水含水层和构造破碎带富水性中等，地下水补给条件差，第四系覆盖面积小且薄，疏干排水可能产生少量塌陷，水文地质边界较复杂。（3）水文地质条件复杂的矿床：A、主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，主要充水含水层富水性强，补给条件好，并具较高水压；B、或构造破碎带发育，导水性强且勾通区域强含水层或地表水体；C、或第四系厚度大分布广，疏干排水有产生大面积塌陷、沉降的可能，水文地质边界复杂。矿床水文地质勘探类型综合命名：充水方式+水文地质条件复杂程度+主要充水含水层类型例如：顶板间接充水和水文地质条件复杂的以溶洞为主的岩溶充水矿床。（二）矿区工程地质勘探类型划分（1）按矿体和围岩的工程地质特征分为：A、松散软弱岩类：以第四系砂、砂砾石、粘性土为主；B、块状岩类：以火成岩、结晶变质岩为主；C、层状岩类：以碎屑岩、沉积变质岩、火山沉积岩为主；D、可溶盐岩类：以碳酸盐岩为主，（2）矿区工程地质条件复杂程度的划分A、工程地质条件简单的矿床：地形地貌条件简单，地形有利于自然排水；地层岩性单一，地质构造简单，岩溶不发育，岩体结构以块状或厚层状为主，岩石强度高，稳定性好，不易发生矿山工程地质问题。B、工程地质条件中等的矿床：地层岩性较复杂，地质构造发育，风化及岩溶作用中等，或有软弱夹层及局部破碎带和饱水砂层影响岩体稳定，局部地段易发生矿山工程地质问题。C、工程地质条件复杂的矿床：地层岩性复杂，岩石风化、岩溶作用强，构造破碎带发育，岩石破碎，新构造运动强烈或松散软弱层厚、含水砂层多分布广，地下水具有较大的静水压力，矿山工程地质问题发生比较普遍。（3）矿区地质环境类型划分：按地质环境现状及矿床开采引起的变化分为：A、地质环境质量良好的矿区：矿区附近无污染源，地表、地下水水质良好（、类），矿石和废石不易分解出有害组分；无其他环境地质隐患。B、地质环境质量中等的矿区：采矿可产生局部地表变形，但对地质环境破坏不大；区内无重大污染源，无热害，地表水、地下水水质较好（不低于类），矿坑排水对附近水体有一定污染；矿石和废石化学成分基本稳定，无其他环境地质隐患。C、地质环境质量不良的矿区：矿区水文地质工程地质条件复杂，因采矿可带来严重的环境地质问题，如地面塌陷、山体开裂失稳、井泉干涸，有热害或矿坑排水以及矿石、废石有害组分的分解易造成对附近水体的污染，水体水质超过类标准。根据矿区勘查阶段要求和勘探类型布置勘探工程、确定勘探手段方法及工作量、明确需要着重查明的主要水工环地质问题。四、“矿床开采技术条件”编制提纲普查报告提纲：“普查区水文地质工程地质”1、水文地质（1）区域水文地质a、地形地貌b、水文气象c、区域含（隔）水岩层特征d、区域水文地质单元划分及其地下水补径排条件（2）矿区水文地质A、矿区水文地质特征a、含（隔）水层特征b、地表水分布特征c、构造破碎带水文地质特征d、老窿及生产矿井分布情况B、矿区水文地质勘探类型初步划分2、工程地质（1）工程地质岩组划分（2）工程地质勘探类型初步划分3、小结初步总结矿区勘探类型，指出可能出现的主要水文地质工程地质问题，并提出下一步工作的建议。详查勘探报告提纲：“矿床开采技术条件”1、水文地质（1）区域水文地质A、区域地形地貌、水文气象特征B、区域含（隔）水层特征C、水文地质分区及地下水补径排条件（2）矿区水文地质戴帽：简述矿区所处水文地质单元的位置；矿区地形地貌及地表水分布特征；矿床最低侵蚀基准面和矿井最低排泄面标高