礦床疏干與排供結合

1、2024/4/1,第1頁,礦床水文地質調查的核心任務，就是預測礦井涌水量，探討開采前后礦床水文地質條件的變化規(guī)律，為礦床疏干設計、預測突水和保護礦區(qū)環(huán)境提供資料，在實際工作中，三者是同時進行的(綜合評價、設計和施工）。 為了采礦安全、提高工效和降低成本，采用經(jīng)濟和技術上合理的各種工程措施，對涌人井巷或威脅安全的各種水源進行排除或控制等科學管理的工作，也就是礦床疏干工作。礦床疏干會破壞供水水源，惡化環(huán)境。因此，礦床疏干措施的制定

2、，從經(jīng)濟、技術與社會效應出發(fā)，兼顧采礦、供水、環(huán)境保護等諸多利益。,礦床疏干與排供結合,2024/4/1,第2頁,為了采礦安全、提高工效和降低成本，采用經(jīng)濟和技術上合理的各種工程措施，對涌人井巷或威脅安全的各種水源進行排除或控制等科學管理的工作，統(tǒng)稱為礦床疏干。,一、礦床疏干的主要方法,2024/4/1,第3頁,礦床疏干是一項具有引發(fā)矛盾性質的工作。 采礦上為防止礦井突水，總是希望最徹底或盡量多地排除可能進入井巷和威脅采礦的各種水源

3、，結果必將破壞當?shù)靥烊凰Y源平衡，減少供水量和惡化環(huán)境。 從供水和保護環(huán)境出發(fā)，則渴望盡可能地提供更多的地水資源和保護天然地質環(huán)境不惡化。因此，合理地進行礦床疏干是兼顧采礦、供水和保護地質環(huán)境、合理利用礦井水的統(tǒng)疇性工作。 疏干防治水的各種方法，按其主要作用分為防水法、 疏水法和防滲法。,2024/4/1,第4頁,指防治降水、地表水與潛水流入礦區(qū)的方法，其主要目的在于減少礦井涌水量。 (1)匯集與排除礦區(qū)范圍內降水形

4、成的地表徑流。方法有： ①填堵井下進水通道，匯集礦區(qū)內原分布的水體，并排； ②修筑邊緣排水溝等地表防、排水工程，以攔截外圍流來的降水漫流、地表水和淺部潛水，并引出礦區(qū)之外。 (2）礦區(qū)內地表水體的處理?？刹捎茫?①隔離水體，如修筑水體防滲層、敷設排水管道等； ②不允許水體存在時，則采用移河措施。,1、防水法,2024/4/1,第5頁,指對充水水源進行疏干或降壓．以確保安全采礦的

5、方法。此法包括預先疏干、并行疏干和探放水。 (1)預先疏干，多用于水文地質條件復雜的大水礦床。分為兩種情況： 第一種，當開挖井巷須臨時通過強含水層或受高壓水威脅的地段時，可從地表打深孔預先疏干局部含水層或降低高壓水頭至安全值以下。當井巷挖通，并封閉該含水層后，停止疏干，允許原含水層恢復充水或原水壓。,2、疏水法,2024/4/1,第6頁,第二種，當開采礦床的直接頂?shù)装搴蛑苯禹數(shù)装咫m有一定厚度的隔

6、水層，但間接充水層水壓過高，有突水危險時，可采用從地表進行預先疏干或降壓的方法，達到在安全條件下采礦的目的，且不允許被疏干的地下水位或降低的水壓恢復。隨開采范圍擴大，仍可用原地表疏干方式，不斷外擴預先疏干范圍，或停止原地表預先疏干，改在井巷內布置各種疏干措施，繼續(xù)進行預先疏干。,2、疏水法,2024/4/1,第7頁,并行疏干是利用采礦工程或專門疏干工程，在采礦同時進行疏干工作，其完成疏干的時間應提前于采礦工作。可分為：

7、 第一種，是在預先疏干任務完成后，停止原地表預先疏干(需要時，亦可不停止)，代之以在井巷或露天礦場內設置的各種排水設施，與采礦同時進行疏干。這些設施有垂直的降水孔(井)、吸水孔及各種過濾器，以及水平的排水孔、疏水溝、疏水平巷等。 第二種，是在水文地質條件簡單的礦區(qū)，從采礦開始到終止只進行并行硫干。 疏干時，應對預測的強水源或有突水危險地段，進行超前探水與放水，以保安全。開始到終止只進行并行硫干。,(2)并行疏干,2

8、024/4/1,第8頁,指堵截涌水水源于礦區(qū)或井巷之外的方法。用以保證安全采礦，同時達到保護供水水源和保護地質環(huán)境的目的。留設安全礦柱和建設防水閘(墻)等措施也屬于此類。 防滲法主要用于恢復已掩井巷及涌水量過大或有突水威脅，又有適合條件的大水礦區(qū)。對這類礦區(qū)，如采用疏水法，則多會發(fā)生破壞地下水資源、引起地面塌陷和增大排水費用等問題。 防滲法的實質是使用注漿工程，在地下筑成不透水體，切斷井巷進水通道，用

9、以隔絕涌水水源或大量減少礦井涌水量。 此類工程雖投資多、工程量大和周期長，但只要水文地質條件適合，則會收到阻水顯著、長期經(jīng)濟收益好的效果，國內外均有成功實例可予借鑒。,3、防滲法,2024/4/1,第9頁,青山泉礦二、三號井田屬同一單斜構造，分布有11層太原組灰?guī)r含水層(與開采有關的主要為淺部巖溶發(fā)臺的9、10兩層)，各層厚0.5—12m不等，構成統(tǒng)一的含水組。地表被3-10m厚的第四系所覆蓋。9層灰?guī)r厚2．6m，距17

10、層煤頂板5—8m。10層灰?guī)r厚3.5m，為20層煤的直接頂板。,徐州青山泉煤礦截流,2024/4/1,第10頁,徐州青山泉煤礦截流,三號井田枯季涌水量僅為0.65m3／min左右，雨季一般為5-6m3／min，最大達7.9—16m3／min，主要為降水滲入補給。二號井田涌水量較大，枯季為13m3／min，雨季最高達95m3／min。后因突水淹沒，導致其水位不斷上升，地下水通過9、10層灰?guī)r巖溶通道流入三號礦井，使三號礦井涌水量亦越來越大

11、。1964年雨季，三號井因受水威脅而被迫停產(chǎn)。于是決定用注漿帷幕來切斷二號井水對三號井水的補給,2024/4/1,第11頁,截流方向垂直地下水流向，位置理應選在二、三號井田分界處。但因分界處已有數(shù)處采通，邊界煤柱已遭破壞，故截流位置選在三號井主井西的煤柱中央。自10層灰?guī)r露頭起至9、10層灰?guī)r巖溶不發(fā)育帶止，帳幕深達130m，全長565m，用63個孔注漿。,徐州青山泉煤礦截流,2024/4/1,第12頁,通過1964—1966年兩期施工

12、，筑起了帷幕，基本上切斷了二號井水及地下水流入三號井的通道。注漿后，全年總涌水量減少200萬方左右，三年左右即可收回全部投資。,徐州青山泉煤礦截流,2024/4/1,第13頁,我國大水礦床的主要充水含水層，大多也是當?shù)刂饕┧?，尤其是在我國北方地區(qū)。面對國家對礦產(chǎn)資源需求的不斷增長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人民生活水平提高對供水要求的增長，未來大水礦床的疏干必然要在保證礦山生產(chǎn)安全的前提下，走礦水并舉、排供結合的統(tǒng)籌道路。,二、礦床疏干與排供結合

13、,2024/4/1,第14頁,1.利用礦坑水的排供結合模式 早期在勘探與礦山設計中常未考慮排供結合問題。由于井水受到不同程度的污染和排水量不夠穩(wěn)定等缺點，使目前大水礦床井水的利用率很低。據(jù)北方大水礦床的不完全統(tǒng)計，煤礦礦井水利用率僅30%，鐵礦為54%。 可以將礦坑水用于水質要求不高的農(nóng)業(yè)灌溉（無毒條件下）和與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用有關的洗礦、發(fā)電、煉焦等行業(yè)；如用于居民生活或食品醫(yī)藥等工業(yè)，需考慮凈化處理。

14、,2024/4/1,第15頁,2.預先疏干的排供結合模式 在諸多疏干方法中，地表深井排水的預先疏干是理想的礦水并舉模式，既減少了礦坑涌水量，又建成了供水水源地，如廣東石錄銅礦。此外，根據(jù)礦山開采規(guī)模的發(fā)展，漸進式的優(yōu)化深井排水量，使疏干流場處于緩變狀態(tài)（與突水相比較），可減弱疏干對環(huán)境的負面影響，如地面巖溶塌陷的規(guī)模，同時也可減少水中泥沙含量，保護水質（如湖南水口鉛鋅礦與斗笠山煤礦）。,2024/4/1,第16頁,

15、3.利用含水層雙層結構的排供結合模式 如山東金嶺鐵礦，在水文地質調查中發(fā)現(xiàn)，頂板充水圍巖中奧陶灰?guī)r是上強下弱的雙層含水結構，中間有相對隔水層，但具有統(tǒng)一地下水位。經(jīng)排水試驗，驗證了中間相對隔水層的穩(wěn)定性。據(jù)此，有關部門改變了原設計在井下按開采水平各設疏干坑道的全面疏干方案，采用隔水層上部含水段供水，下部弱含水段疏干的排供方案。開采表明，至第五開采水平時，已出現(xiàn)明顯上下分離的兩個降落漏斗。,2024/4/1,第17

16、頁,4.暗河引流的排供結合模式 如湖南香花嶺多金屬礦，為暗河管道充水礦床，境內分布12條地下暗河，在查明暗河分布的基礎上，用探洞確定暗河引流段的空間坐標，開掘引流處于坑道上游的暗河水，灌溉農(nóng)田3100多畝，解決4000農(nóng)民生活飲水，同時減少礦坑涌水量98.85%。5.截流帷幕的排供結合 由于帷幕注漿的投入大，技術難度高，既要充分考慮供水的需求程度，也要考慮礦山的經(jīng)濟效益，特別是水文地質條件的可行性。,202

17、4/4/1,第18頁,在水資源的日趨短缺和以人為本的國情下，今后礦床疏干雖仍以保障采礦安全為前提，但必須將礦區(qū)所處水文地質單元的納入水資源管理的軌道，即將礦床排水量作為水資源的組成部分實行統(tǒng)一管理，其地下水的總開采量（疏干量與供水量）不得超過多年平均補給量。 礦床疏干、礦坑水防治與綜合利用是一項的復雜的系統(tǒng)工程，需研究解決諸多技術問題，如研究最佳排供結合水資源管理模型，預測和預防礦坑突水、地面巖溶塌陷、礦坑水污染和

18、其它環(huán)境地質問題，并制定礦坑水的復用標準等等。,2024/4/1,第19頁,主要內容,第一節(jié)、礦床類型與礦床開采 第二節(jié)、礦床充水條件第三節(jié)、礦床水文地質類型第四節(jié)、礦坑涌水量預測第五節(jié)、礦床疏干與排供結合第六節(jié)、礦床水文地質工作特點第七節(jié)、礦區(qū)環(huán)境地質,2024/4/1,第20頁,礦床水文地質是地下水的重要研究領域之一，它服務于礦床的勘探與開采。其工作內容因勘探與開采的不同階段而異，可分為礦區(qū)水文地質勘探和礦山水文地質工作

19、兩大類。前者是礦產(chǎn)地質勘探的組成部分，以滿足勘探要求與礦山設計為目的的，這部分工作是從事地下水研究者的主要工作，后者是礦山企業(yè)為保障生產(chǎn)安全，提高效益、降低成本為目的。,2024/4/1,第21頁,1.礦區(qū)水文地質工作是與地質勘探密切配合的。 由于礦區(qū)水文地質工作是礦產(chǎn)地質勘探的一個組成部分，它必須在礦產(chǎn)地質勘探的總體框架內作為一個整體開展工作，并全面融入其設計中，才能充分利用地質勘探的多種勘探成果獲取水文地質信息，

20、以發(fā)揮最大技術經(jīng)濟效益。因此，必須了解地質勘探的特點與過程。 2.礦床水文地質評價是與采礦條件相結合的。 由于采礦活動對礦區(qū)水文地質條件影響極大，無論是充水因素分析，還是礦坑涌水量預測，都需要考慮礦床的開采條件。因此，了解礦床與采礦的基本知識是做好礦區(qū)水文地質工作的需要。,2024/4/1,第22頁,3.礦床水文地質與供水水文地質的工作目標是既相互對立又相互統(tǒng)一的。 因為礦床水文地質以疏干為目的，以最

21、小礦坑涌水量獲得最大水位降為其工作目標，以豐水年雨季峰期最大水位降的安全生產(chǎn)保障程度為其安全觀，而供水水文地質則以供水為目的，以最小水位降條件下的最大開采量為其工作目標，以枯水年安全開采量的保證率為其安全觀。 因此，兩者的工作重點、思維方式與對水文地質條件的評價各異。礦區(qū)水文地質把工作重點放在雨季峰期的充水通道過水能力和強度上，而供水水文地質則以枯季補給與儲水構造的調蓄能力為其工作重點。因此，兩者是對立的。,2024/4/1,第

22、23頁,因為礦區(qū)疏干與供水是維系礦山生存與安全的兩大基本要素，當疏干與供水作用于同一水源時，就出現(xiàn)了排供矛盾，它成為礦區(qū)水文地質工作的一大難點與特點。,2024/4/1,第24頁,主要內容,第一節(jié)、礦床類型與礦床開采 第二節(jié)、礦床充水條件第三節(jié)、礦床水文地質類型第四節(jié)、礦坑涌水量預測第五節(jié)、礦床疏干與排供結合第六節(jié)、礦床水文地質工作特點第七節(jié)、礦區(qū)環(huán)境地質,2024/4/1,第25頁,礦業(yè)、礦區(qū)和礦業(yè)城市對人類的工業(yè)發(fā)展和現(xiàn)

23、代化進程起著極為重要的作用，可以說礦業(yè)發(fā)展的過程就是人類工業(yè)發(fā)展的過程。但是，從現(xiàn)代礦業(yè)形成起，伴隨著與采礦有關的資源枯竭與礦區(qū)環(huán)境問題就一直是制約著國家或地區(qū)的社會經(jīng)濟和諧與可持續(xù)發(fā)展。,2024/4/1,第26頁,中國是一個礦業(yè)大國、資源消耗大國和最大的發(fā)展中國家，特別是近些年來我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，對能源與礦產(chǎn)的需求量越來越大，隨之而來的礦區(qū)環(huán)境問題的規(guī)模與危害程度達到了空前的地步?！叭V”問題（礦工、礦業(yè)、礦業(yè)城市）與“三農(nóng)”問

24、題（農(nóng)民、農(nóng)業(yè)、農(nóng)村）一樣是我國當前重要的社會問題，產(chǎn)生“三礦”問題的一個極為重要的原因是礦區(qū)十分嚴重的礦區(qū)環(huán)境問題。,2024/4/1,第27頁,當前，國家高度重視解決“三礦”問題，因此如何研究、治理礦區(qū)環(huán)境問題是一項十分重要的課題。礦區(qū)環(huán)境地質問題涉及的范圍很廣，至今尚無統(tǒng)一的認識和缺乏全面論述。 在諸多問題中許多是屬于環(huán)境水文地質范疇，有些是屬于有地下水參與的工程地質范疇。有的環(huán)境工程地質問題，產(chǎn)生時雖無地下水參加，

25、但其形成后，則對礦區(qū)水文地質條件和礦井水運動有較大的改變。按礦區(qū)環(huán)境地質問題的性質，主要有三種類型：,2024/4/1,第28頁,采礦本身要求把能進入井巷或威脅井巷的水有效地從采場周圍疏于，因而需排出大量的礦井水，使附近地下水位大面積、大幅度下降。而排出的水又多已被污染，不宜應用，結果造成礦區(qū)附近包括礦山企業(yè)本身淡水資源的供應緊張，使原有地下水環(huán)境轉化為無水環(huán)境，產(chǎn)生供、排水矛盾。排水疏干引起水環(huán)境惡化的問題是多方面的：,一、礦區(qū)供排矛

26、盾問題,2024/4/1,第29頁,（1）供水水源減少或枯竭。由于礦床疏干的水位降落漏斗遠遠超過其開采面積，除疏干范圍內的井泉出水量變小甚至枯干外，還可引起地面塌陷、裂縫和向井巷涌泥沙等環(huán)境地質問題。,（2）改變了水循環(huán)環(huán)境。開挖井巷或礦坑疏干，可溝通各含水層和不同的補給源，使水循環(huán)環(huán)境惡化。這可產(chǎn)生兩種后果：①可使礦井得到新補給源，在增加礦井涌水量的同時減少當?shù)毓┧こ痰某鏊?；②減少礦井涌水量的同時減少供水量或使之枯竭。,2024/

27、4/1,第30頁,（3）地表滲透條件的變化，改變或破壞了原地表水狀況，甚或導致突水事故。,（4）改變含水層的邊界條件。如原為不透水邊界可轉化成透水邊界；自然排泄區(qū)可轉化為補給區(qū)；地下分水嶺可外移，增加補給區(qū)面積；以及海水倒灌補給等。這些都可增加礦井涌水量，使水質變壞和減少淡水資源，導致水環(huán)境惡化。,2024/4/1,第31頁,無論是露天還是地下開采，不論大中小型礦山，隨采礦發(fā)展，無例外地會在不同程度上改變或破壞了礦區(qū)的地面形態(tài)和巖土體原

28、貌，使環(huán)境地質條件惡化。 因地下開采造成的礦區(qū)巖土體破壞所導致的環(huán)境地質問題主要有：,二、礦區(qū)巖土體破壞問題,2024/4/1,第32頁,1.礦區(qū)地面塌陷、裂縫和沉陷 地面塌陷、裂縫和沉陷是巖溶充水礦區(qū)產(chǎn)生的主要環(huán)境水文地質問題。在巖溶充水礦區(qū)，隨疏干常引起地面突然產(chǎn)生塌陷，有的礦區(qū)還伴生有地面裂縫。須指出，地面塌陷等不僅形成在礦區(qū)，在過量抽取地下水的非礦區(qū)，也會大量的形成。,2024/4/1,第3

29、3頁,2.礦區(qū)的山巖開裂及巖石崩坍 礦區(qū)山巖開裂與崩坍，多發(fā)生在被開采礦層上部的地層中，主要受剝蝕卸荷作用控制，地形上多為臨空高聳的懸崖峭壁、突出山咀和孤峰。 由于在峭壁下開挖，形成大面積采空區(qū)，使巖體自然應力平衡受到破壞，卸荷作用促使采空區(qū)頂板下沉變形，向上傳遞，促使巖體向外傾斜，產(chǎn)生拉張力加扭力作用，形成了山巖開裂或局部伴有崩坍和陷落。,2024/4/1,第34頁,3.地面滑坡

30、 國內露天與地下采礦區(qū)，都發(fā)生過這類環(huán)境地質災害。撫順西露天礦南幫，曾發(fā)生過57次滑坡，是個突出的例子。產(chǎn)生原因是地下水將軟質凝灰?guī)r層軟化成可塑體，導致滑動。滑動面上多見有水，大多發(fā)生在雨季或雨季后，它破壞了采場內外的巖體穩(wěn)定。美國曾有一座240米多高的煤矸石堆場發(fā)生滑坡，使鄰近城區(qū)居民死亡800余人。,2024/4/1,第35頁,4.采礦誘發(fā)地震 采礦疏干、塌陷、礦山壓力和地應力釋放，都可誘發(fā)礦區(qū)地震。一般雖無

31、過大危害，但對礦區(qū)環(huán)境也會造成破壞。礦山排水或突水引起的淺源地震，在南方巖溶礦區(qū)多有發(fā)生，且與產(chǎn)生塌陷密切相關。,2024/4/1,第36頁,由于礦床的存在和開采，多使礦區(qū)附近的地下水與地表水水質惡化，其危害程度不次于前述各種問題。 1.礦區(qū)（床）地下水和地表水體的污染 天然污染：主要指礦床內存在的有害人類健康及危害其它生物生存的元素或成分，在自然條件下進入地下水或地表水之中，污染了天然水體。,三、采礦引起

32、水質惡化問題,2024/4/1,第37頁,采礦對水體的污染 主要通過：①勘探工程溝通礦體及含水層，造成污染； ②采礦揭露礦體，使有害元素直接進入礦井水中，造成污染； ③采礦使不同成分的水相混合，往往使原來優(yōu)質水污染，不能飲用；④采礦附屬工廠排放“三廢”造成的水質污染； ⑤廢礦渣淋濾水，會成為富含有害物的污染水；⑥采礦對大氣造成污染，酸雨又污染了礦區(qū)水體；⑦各種原因導致的微生物污染。這些作用嚴重地污染了礦井排出水和地下水與地

33、表水，危害了人體健康，惡化了礦區(qū)環(huán)境，其危害面積遠大于礦床分布或開采范圍。,2024/4/1,第38頁,2.采礦改變了地下水循環(huán)條件，同樣會使水質環(huán)境惡化 因采礦疏干形成新的地下水降落漏斗，加速了水循環(huán)或使原排泄區(qū)轉變?yōu)榈V井水的補給區(qū)，或直接使污染的地表水倒灌等原因，都會造成水質惡化。,2024/4/1,第39頁,3.采礦還能改變水文地球化學環(huán)境 隨采礦向深部發(fā)展，多使揭露的水文地球化學環(huán)境發(fā)生轉化，常常是采

34、礦活動使還原環(huán)境轉化為氧化環(huán)境，發(fā)生新的物理化學變化，使水質污染，對人體產(chǎn)生不良影響。4.熱污染 開采深部礦床有可能引導深部高熱量（能）至淺部，使淺部地層或井巷空間增溫，形成人為熱污染。這主要是指某些井巷延深揭露出熱水或在地熱異常區(qū)采礦，井下溫度超過安全規(guī)定，使作業(yè)環(huán)境惡化。,2024/4/1,第40頁,為了減少礦井涌水量，保障采礦安全，各礦區(qū)都對地表水體進行調整，結果破壞了原自然景觀。,四、礦區(qū)自然景觀被破壞問題,

35、2024/4/1,第41頁,礦區(qū)環(huán)境地質問題的產(chǎn)生與防治，對人民生活和國家建設都有著十分重要的意義。因此，生產(chǎn)礦區(qū)都亟待預測和預防會發(fā)生的環(huán)境地質問題；對已發(fā)生的環(huán)境地質災害要加以整治，使其向良性方向轉化。美、德、原蘇聯(lián)及加拿大等國的復墾率已達50%以上。我國對礦區(qū)環(huán)境（地質）的預測、預防，尤其是整治，尚未引起各方面的重視。完整的經(jīng)驗尚少見。 因此，應當規(guī)定，在礦床開采評價中須從量上評價環(huán)境的破壞程度，應嚴格執(zhí)行《環(huán)境