【矿业实务】顾士东 教材精讲班教案06-第一篇-第1章-1.2.3-地质构造及其对矿山工程的影响-1.2.4-矿山工程水文地质条件分析与应用

1.2.3地质构造及其对矿山工程的影响知识点一地质构造形式及岩层产状要素1）地质构造形式构造变动在岩层和岩体中遗留下来的各种变形变位形迹称为地质构造。地质构造的规模有大有小，大的如构造带，可以覆盖整个矿区，小的则如岩石片理等。2）岩层产状要素：倾斜岩层的产状可用岩层面的走向、倾向和倾角三个产状要素来表示。走向是倾斜岩层面与水平面的交线，构成岩层走向线方向。倾向通常指岩层倾斜向下且与走向正交的方向，用其在水平面上投影所指的方向表示。倾角是岩层层面与水平面的交角。知识点二褶皱构造及其对矿山工程的影响：新增较多1）基本形式及要素是岩层弯曲而未丧失其连续性的构造，褶曲是组成褶皱的基本单元，褶曲有背斜和向斜两种基本形式。组成褶曲各个部分的单元称为褶曲要素，主要包括核部、翼部、轴面、枢纽、轴线、脊线、槽线。2）褶皱构造对矿山工程的影响（1）褶皱核部的工程地质评价褶皱核部是岩层受构造应力最为强烈、最为集中的部位。背斜的核部不易存留地下水，向斜的核部更易存留地下水。矿山工程在褶皱核部容易遇到的工程地质问题主要是岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题，容易产生冒顶及涌水现象。矿山井巷工程施工通过褶皱核部岩层时，应加强支护，防止顶板岩层的冒落、涌水甚至突水事故的发生。（2）褶皱翼部的工程地质评价井巷工程从褶皱的翼部通过一般是比较有利的。如果中间有软弱岩层或软弱结构面时，则在顺倾向一侧的巷道帮部，会导致巷道局部坍塌。因此，在褶皱翼部掘进巷道时，应重点观察岩层的倾角及大小变化、是否存在软弱夹层等现象，及时加强支护对于较为平缓的褶皱，虽然其工程性质随褶皱部位的不同而不同，但总的来说，不会出现大的工程地质问题知识点三断裂构造及其对矿山工程的影响断裂构造：岩层或矿体受力后产生断裂，失去连续性的构造。根据断裂后两侧岩块沿断裂面有无明显的相对位移，又分为裂隙和断层两种类型断裂面两侧岩块没有明显位移的叫裂隙，又称节理断裂面两侧岩块发生显著位移的叫断层。1）裂隙（节理）对矿山工程的影响（1）裂隙破坏岩石的完整性，并加快岩石风化速度。（2）裂隙降低了岩石强度、地基承载力、稳定性。（3）裂隙的存在有利于挖方采石，发育程度直接关系到石材矿山的荒料率。（4）裂隙会影响爆破作用的效果。（5）裂隙增强了岩体的透水性，在井巷施工中造成涌水。裂隙发育的岩层是良好的供水水源点。2）断层对矿山工程的影响（1）断层应力集中、围岩破碎，破坏岩层稳定性，容易引起顶板冒落、围岩严重变形甚至垮塌，给支护造成严重困难（2）断层截断岩层，可能会改变矿层位置，甚至使原有的岩层失落，给矿层开采、巷道布设及其运输、施工等工作带来许多困难。大断层往往成为井田或者采区、盘区边界。（3）断层严重改变岩层的透水条件，容易引起大涌水甚至出现突水危害。（4）断层可能活动，诱发断层地震知识点四矿图及其应用1）矿图的概念及绘制（1）矿图的概念：是在矿井设计施工和生产管理工作中绘制的一系列图纸的统称。矿图包括矿山测量图和矿井地质图，矿山测量图是根据地面和井下实际情况测绘而成的图纸，而矿井地质图是根据矿井地质勘探资料和采掘过程中揭露的地质信息而绘制的图纸。矿图是矿山企业最重要的一种技术资料。（2）矿图的编绘矿图投影基本原理:矿图绘制采用正投影和标高投影方法。矿图网格间距一般为10cm，矿图常用的比例为1:10000，1:5000，1:2000，1:50。2）矿图的种类及其用途按用途和性质不同，矿图可分为基本矿图、专门矿图、日常生产用图和生产交换图四类。（1）基本矿图及其用途井田地形地质图、工业场地平面图、井底车场平面图、采掘工程平面图：（矿井生产建设中最基本最重要的图纸，作为编绘其他生产用图的基础）、主要巷道平面图、井上下对照图、井筒断面图、主要保护矿柱图。（2）常用地质图的特点和用途钻孔柱状图、地质剖面图、底板等高线图、矿井充水性图、矿井综合水文地质柱状图、矿井水文地质剖面图、矿井含水层等水位（压）线图、矿区岩溶图。注：原“矿图识读”删除习题演练模拟题：有关断层对矿业工程造成影响的表述，说法正确的有（）。A.断层截断岩层，可能会改变矿层位置B.断层给支护造成困难C.断层不会改变岩层的透水条件D.断层容易引起大涌水E.大断层影响巷道布置，增加巷道施工量答案：ABDE1.2.4矿山工程水文地质条件分析与应用知识点一地下水的分类在岩石中的存在形式主要是结合水和自由水，地下水根据其埋藏条件和含水层性质进行分类的情况见表1.2-4了解知识点二矿井涌水的主要来源1）大气降水2）地表水3）含水层（带）水：通常是矿井最重要的充水水源。岩溶充水岩层富水性强，具有承压性，对矿井安全威胁较大、防治困难。4）老窑水：特点：来势猛、破坏大；含有硫酸根离子，腐蚀；无联系时易疏干知识点三矿井主要充水通道1）岩石的孔隙与岩层的裂隙2）断裂构造带通常断层是矿井充水的主要通道之一，有时是唯一的通道；但并非所有断层都导水，一般情况下逆断层的透水性差，正断层的透水性强。断层的交叉切割处是最容易发生矿井突水3）导水陷落柱4）岩溶塌陷及“天窗”5）人为因素产生的矿井通水通道：如钻孔知识点四矿井水文地质观测1）钻孔水位观测：一般采用铅制测水盅或电测水位计。水位的观测资料可用于解决下列生产问题。（1）利用水位观测预报透水事故的发生。（2）利用水位观测了解断层的导水性。（3）利用水位观测了解突水水源层位。（4）利用水位观测孔了解地下水与地表水的补给关系。2）矿井涌水量的观测：常用的方法有浮标法、堰测法、容积法和观测水仓水位法。3）矿井涌水量的预测方法（1）地下水动力学法：又称大井法（2）水文地质比拟法：利用已生产矿井涌水量的资料对新设计井巷的涌水量进行预测。（3）涌水量与水位降深曲线法：根据三次抽（或放）水试验资料来推测相似水文地质条件地段井巷的涌水量知识点五矿井水文地质类型划分根据《煤矿防治水细则》，井工煤矿水文地质类型分为简单、中等、复杂、极复杂四种类型。矿井水文地质类型应当每三年进行重新确定。当发生重大突水事故后，矿井应当在恢复生产前重新确定本单位的水文地质类型。水文地质条件复杂、极复杂矿井应当每月至少开展一次水害隐患排查，其他矿井应当每季度至少开展一次。矿井应当对主要含水层进行长期水位、水质动态观测知识点六矿井水文地质工作的基本任务：主要包括：了解1）井筒施工、巷道掘进、回采的水文地质观测工作；2）对矿井突水、涌水量的预测；3）提供矿井防水、探水及疏水方案和措施的有关水文地质资料；4）水文地质长期观测工作；5）研究和解决矿区（井）供水水源及矿井水的综合利用。习题演练往年真题：矿井建设与生产过程中，矿井水文地质工作的基本任务有（）。A.落实矿井水文地质勘探，为矿井设计提供依据B.查明矿井充水因素，预测矿井涌水量C.提供矿井防治水措施和水文地质资料D.实施井巷及采掘工作面水文地质观测E.研究矿井水的综合利用答案：BCDE1.2矿业工程地质和水文地质小结1.岩石分类及其主要特性岩石按其形成原因可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。1）沉积岩:通常以层状形式分布，具有明显的层理性。主要构造是层理构造、层面构造；2）岩浆岩:通常具有均质且各向同性的特性（除部分喷出类岩石），力学性能指标通常也比较高，其中以深成岩的强度和抗风化能力最高，然后依次是浅成岩、火山喷出岩。3）变质岩：结构主要有变余结构、变晶结构、碎裂结构。石英岩：强度很高，抵抗风化的能力很强，是良好的建筑石料，但硬度很高，开采加工困难。2.特殊土的工程地质（1）黄土与湿陷性黄土：具有孔隙比大、天然含水量低、具有一定的结构强度、欠压密性和湿陷性等工程地质特性。（2）膨胀土：强度较高，压缩性低，自由膨胀量一般大于或等于40%。（2）红黏土：具有高塑性、天然含水量高、孔隙比大等特性。一般呈现较高的强度和较低的压缩性，不具湿陷性。红黏土强度一般随深度增加而大幅降低。3.地应力对岩体力学性质的影响自重应力与地层深度成正比，可以有计算值。构造应力一般可分析其应力大致方向，但目前还不能确定其大小。（1）地应力影响岩体的承载能力。对岩体形成的围压越大，其承载能力越大。井巷越深，承受的压力就越大，围岩破碎的情况也越严重。构造应力一般以水平应力为主。4.岩溶：能造成岩溶的岩石可分为三大组：碳酸岩类岩石，如石灰岩、白云岩和泥灰岩；硫酸盐类岩石，如石膏和硬石膏；卤素岩，如岩盐。三组岩石中以碳酸岩类岩石的溶解度最低岩溶对建（构）筑物及井巷工程稳定性和安全性有很大影响，施工时应制定截流、防渗、堵漏或疏排措施。对于井巷工程需要穿过溶洞，因埋藏较深，应加强巷道支护，提前做好探放水工作，宜采用注浆法处理。5.褶皱核部及翼部褶皱核部是岩层受构造应力最为强烈、最为集中的部位。背斜的核部不易存留地下水，向斜的核部更易存留地下水。矿山工程在褶皱核部容易遇到的工程地质问题主要是岩体稳定问题和向斜核部地下水的问题，容易产生冒顶及涌水现象。矿山井巷工程施工通过褶皱核部岩层时，应加强支护，防止顶板岩层的冒落、涌水甚至突水事故的发生。井巷工程从褶皱的翼部通过一般是比较有利的。如果中间有软弱岩层或软弱结构面时，则在顺倾向