礦床地質構造、水文地質及其對礦山安全生產的影響

1、礦床地質構造、水文地質及其對礦山安全生產的影響 一、礦床地質構造 (一)地質構造 地質構造，是指承受地殼運動的巖層或巖體，在地應力的作用下發(fā)生形變的結果。地應力的方式和結果有三類： (1)壓應力使巖石發(fā)生擠壓作用，形成壓性構造。 (2)張應力使巖石發(fā)生拉伸作用，形成張性構造。 (3)扭應力使巖石發(fā)生扭曲作用，形成扭性構造。 巖石的形變，除與應力的大小、方向、性質和作用時間的長短有關外，還與巖石本身的理化表現(xiàn)有關，基本的構造類型有：水平構造、傾斜構造、褶皺構造和斷層構造等，其規(guī)模有大有小，形態(tài)亦多種多樣。 l水平構造 原始巖層一般是水平的，它在地殼垂直運動影響下未經褶皺變動而仍保持水平或近似水平

2、的產狀者，稱為水平構造。 2傾斜構造 傾斜構造是指巖層經構造變動后巖層層面與水平面間具有一定的夾角。傾斜巖層常是褶曲的翼，斷層的一盤，或者由不均勻的升降運動引起的。 3褶皺構造 巖層在側方壓應力作用下發(fā)生的彎曲叫褶曲。褶曲又指巖層的單個彎曲，而巖層的連續(xù)彎曲則稱為褶皺。褶皺的形態(tài)可用褶曲要素表示。 4斷層構造 斷層構造是指巖石受應力作用而發(fā)生變形，當應力超過一定強度時，巖石便發(fā)生破裂，甚至沿破裂面發(fā)生錯動，使巖層的連續(xù)性、完整性受到破壞而形成的構造。按斷層的規(guī)模和破裂程度，可分為劈理、節(jié)理、斷層等基本類型。 (二)礦床地質構造 礦床地質構造，是指埋藏在地殼里的礦體與各種巖石單體所自然形成的礦床

3、。采礦工作中常見礦床的成因類型為石灰?guī)r、砂巖、各種板巖、石英巖、矽卡巖、混合巖、閃長巖、花崗巖等。礦床地質構造的地應力作用的方式、基本的構造類型，與其地質構造相同。 巖石是礦物結晶顆粒的集合體。由于顆粒大小不同，顆粒間聯(lián)結方式不同，巖石具有不同的結構與構造。巖石結構是指：巖石的組成部分(顆粒)的大小、形狀、表面特征、顆粒相互關系、膠結類型特征等。而巖石的構造是指：巖石組成部分在空間排列的情況。如巖石的層面構造、層理構造等。 構成礦物的各種化學元素的原子(離子)在空間按一定規(guī)律重復排列，使其具有規(guī)則的幾何形狀的固體稱為晶體。 二、礦山水文地質 水文地質是指自然界中地下水的各種變化和運動的現(xiàn)象。礦

4、山企業(yè)自建設之日起，必須開展礦山水文地質基礎工作。工作的重點是礦坑水文地質和礦區(qū)地表、地下水動態(tài)長期觀測。其具體工作要求如下：    (一)礦坑水文地質調查 工作開始前，應匯集坑道地質圖和有關剖面圖，坑道透水資料，礦坑排水系統(tǒng)，坑道“冒頂”資料，巖溶現(xiàn)象資料。    1.出水點的調查 調查出水點、時間、層位、標高、水溫以及出水量的大小變化情況。對于出水原因、補給來源等做詳細記錄。 2斷層破碎帶的調查    調查的主要內容是：斷層的規(guī)模、產狀、性質、充填物；含水性、導水性及隔水性；出水方式、部位和出水情況；

5、水的理化性質等。 3巷道水文地質調查 巷道通常都揭露多層含水層和隔水層，是從井下直接觀測水文地質現(xiàn)象的好場所。應著重調查：含水層、隔水層的巖性、厚度、巖石名稱、成分、產狀、層次；容測巖溶形狀、尺寸；巖溶含水層或其他含水層的裂隙發(fā)育狀況及其充填物；中段涌水總量。 4廢坑及老窿的調查    調查的內容有：建井、停采時間和原因，坑道新揭露的地層、巖性、地質構造特征、礦種和硐口標高，礦坑排水及對其他出水點的影響。災害性透水原因、時間、部位、水量、目前礦坑總涌水量及含水系數(shù)。 5工程地質現(xiàn)象編錄 在井巷和采掘區(qū)的水文地質編錄中，應詳細記錄軟弱夾層，井巷底面、冒落、片幫、流沙

6、，黏塑性巖土流變、管涌以及支柱變形破壞。 對于露天礦采區(qū)的邊坡形態(tài)，開裂、滑坡、坍塌等現(xiàn)象，地面塌陷、沉降和由此引起的地面建筑物的變形、開裂和破壞影響程度，都應做好專門記錄。 (二)地表、地下水動態(tài)的觀測 (1)對礦區(qū)地表、地下水進行長期動態(tài)觀測，是為了掌握地下水動態(tài)特征，從而判斷其與大氣降水、地表水體以及各含水層之間的聯(lián)系。分析地下水的疏干狀況與礦開采面積、深度的關系，為預防水害和利用地下水資源服務。 (2)地下水動態(tài)觀測孔的布置，一般要求是：組成礦區(qū)觀測網的觀測剖面呈放射狀布置；根據觀測目的，測網剖面不少于兩條；每條剖面上的觀測孔(井)要有三個1)xjz，剖面上觀測孔可分為：采礦邊緣孔(距

7、開采邊界50m以內)，中圈孔(勘探或設計所預測的疏干漏斗水力坡度發(fā)生轉折的地段)，外圈孑l(補給邊界和影響邊界附近)，安全監(jiān)測孔(阻水構造、塌陷區(qū)、隔水邊界)四類。 (3)地下水長期觀測內容有：地下水位、坑內水壓，地下水涌水流量，地下水溫度、水質、含水量，以及與地下水活動有關的工程地質現(xiàn)象。 (4)地下水位的觀測方法和儀器設備有：鐘響法、浮漂式水位計、儀表式水位計、燈顯示水位計、自記水位儀等。地下水動態(tài)觀測點一般應每隔57天觀測一次水位、流量。雨季要加密觀測。 三、水文地質對礦山安全生產的影響 由于水文地質的影響，巖石的產狀和褶皺、斷層等構造對地下水的靜貯量、地表與地下水間的水力聯(lián)系影響很大。

8、水平巖層不利于地下水的匯集，而單斜構造就有利于地下水的運動和聚集。褶曲緊密的背斜構造頂部，一般裂隙比較發(fā)育，因而在山區(qū)，背斜構造就不利于匯集地下水，卻常常成為地下水的補給區(qū)。向斜構造尤其是軸部最利于地下水的聚集和貯存。因此，埋藏在向斜盆地構造區(qū)里的礦床，地下水的天然貯量(靜貯量)就會較大。含水較少的礦床，由于斷層或其他破碎帶的影響而與含水豐富的巖層溝通，會增加礦床的含水量。 斷層破碎帶是地下水的導水通路，也經常是礦山涌水的渠道。因水文地質多方面因素對礦床構造的影響，使礦山地下積水、涌水，將給礦山生產、安全造成如下主要影響： (1)降低設備效率和使用壽命。如挖掘機在有水的工作面上作業(yè)時，其工作時

9、間利用系數(shù)一般只達正常挖掘機的1213。對于汽車和機車不僅降低生產效率，而且嚴重威脅行車安全。    (2)降低礦山工程下降速度。采場底部匯水受淹時掘溝，會降低掘溝速度，給新水平的準備造成很大困難。 (3)破壞邊坡的穩(wěn)定性。水是促使滑坡的一個主要因素，它能使巖體的內摩擦角和黏聚力等物理性能指標降低，從而削弱了邊坡巖體的抗剪強度。大面積的滑坡會切斷采場內的運輸線路并掩埋作業(yè)區(qū)，使生產中斷，或導致發(fā)生人身傷亡事故。 (4)引起事故、災害，直至淹沒礦井。如山東省張家洼鐵礦南風井施工時，在井深427m處遇到突然涌水。最大涌水量達256m3h，致使井筒施工設備全部淹沒在井中，造成停工一年之久，嚴重影響了礦井建設周期。又如1989年遼寧省金州石棉礦豎井施工中，由于地下水的溶浸和沖刷，使溶洞泥涌人井內，造成當場死亡10人的重大事故。 (5)惡化礦山環(huán)境，形成公害。在巖溶充水礦床地區(qū)，由于長期排水，大量細顆粒泥沙從溶洞內流失，破壞洞內原有的力學平衡，使第四紀沖擊層失去支撐力而塌陷，地表水、雨水又通過塌洞灌人礦井導致礦井淹沒。如1986年湖南常寧水口山鉛鋅礦一次地表水通過塌洞向礦內灌人150萬m3，致使該礦井停產1個月。 (6)軟化圍巖，降低礦山巷道、采場頂板的穩(wěn)定性。巖石、特別是軟巖，受水浸濕后會改變其物理形態(tài)，內部顆粒間的表面能，導