武鋼某鐵礦西區(qū)疏干地表巖溶塌陷預(yù)測(cè)與防治

PAGE1PAGE40武鋼XX鐵礦西區(qū)疏干地表巖溶塌陷預(yù)測(cè)與防治研究1前言XX鐵礦為武鋼的重要礦石基地。XX鐵礦東區(qū)于1969年建成投產(chǎn)，目前開(kāi)采規(guī)模為200萬(wàn)t/a。XX鐵礦西區(qū)開(kāi)采是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，西區(qū)一期建設(shè)工程采、選聯(lián)合生產(chǎn)能力80萬(wàn)t/a，總投資5.2億元。西區(qū)礦體的頂板圍巖為強(qiáng)含水的大理巖，強(qiáng)含水帶的底板賦存標(biāo)高為-220m左右。由于礦床開(kāi)采采用無(wú)底柱分段崩落法，破壞了上部的弱隔水帶，造成采空區(qū)與整個(gè)含水單元內(nèi)的含水體連為一體，惡化了礦床開(kāi)采的技術(shù)條件。為了保證采礦生產(chǎn)的安全正常運(yùn)行，必須采用井下放水疏干的治水方法。這樣，根據(jù)東區(qū)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在整個(gè)西區(qū)疏干漏斗影響范圍內(nèi)，將不可必免地產(chǎn)生一系列地表巖溶疏干塌陷變形區(qū)，對(duì)部分地表建筑物和農(nóng)田造成破壞。2礦區(qū)水文地質(zhì)條件2.1自然地理?xiàng)l件礦區(qū)地形為低丘陵地貌，殘坡積層發(fā)育，沖溝多成U字型，山與山之間為起伏不大的山間洼地，山脊的延伸方向基本與地質(zhì)構(gòu)造的走向一致（NWW～SEE）。地表標(biāo)高多在30～100m之間，相對(duì)高差為50～100m。礦區(qū)東自細(xì)王沖起，西至塔橋廟止，東西全長(zhǎng)3km，南北寬1.5km，全區(qū)面積4.5km2。北部花崗巖組成構(gòu)造剝蝕低山丘陵，南部三疊系砂頁(yè)巖形成剝蝕低山，中部大理巖、閃長(zhǎng)巖組成山間洼地和殘丘。礦區(qū)西部為低山丘陵分水嶺形成的一個(gè)扇狀盆地，匯水面積6.3km2,礦體埋藏于扇狀盆地的東側(cè)邊緣。礦區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均降水量為1312.4mm，一次最大暴雨量為574.6mm，實(shí)測(cè)最大24小時(shí)降雨量為273.3mm，多年平均最大24小時(shí)降雨量為120.0mm。最長(zhǎng)連續(xù)降雨天數(shù)為11天，多年平均蒸發(fā)量1515.8mm。礦區(qū)范圍內(nèi)的地表水體多以塘和溪的形式出現(xiàn)，XX溪發(fā)源于東部低山丘陵區(qū)，自東向西注入距礦區(qū)4km的梁子湖。零星分布于礦區(qū)范圍內(nèi)的水塘容積約為14.2萬(wàn)m3。2.2地質(zhì)條件礦區(qū)內(nèi)出露的地層較少，構(gòu)造比較復(fù)雜，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，變質(zhì)作用和圍巖蝕變現(xiàn)象顯著。2.2.1礦區(qū)地層礦區(qū)內(nèi)出露的基巖地層為三疊系和侏羅系下統(tǒng)。三疊系地層巖性以大理巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖為主；侏羅系地層巖性以石英砂巖、粉砂巖為主。均分布于礦區(qū)的南部。第四系主要分布于洼地、沖溝、山坡和山麓地帶，系殘坡積物和沖洪積物。巖性為黃褐色、黃灰色亞粘土和亞砂土，夾有巖石碎塊。該層不整合覆蓋于中更新統(tǒng)和其它巖石之上，厚度0～15m。2.2.2礦區(qū)構(gòu)造礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜，既有淮陽(yáng)山字型構(gòu)造成分，又有新華夏構(gòu)造形跡，表現(xiàn)形式以斷裂為主，褶皺極不發(fā)育。2.2.3巖漿活動(dòng)本區(qū)巖漿活動(dòng)較為頻繁，活動(dòng)時(shí)期屬燕山晚期。⑴花崗巖花崗巖是礦區(qū)內(nèi)的主要巖體，位于礦區(qū)北部，與圍巖呈突變式侵入接觸，長(zhǎng)約14km，寬1～6km。⑵閃長(zhǎng)巖閃長(zhǎng)巖位于礦區(qū)中部，出露寬度多在100～150m，35線(xiàn)附近由于花崗巖向南超覆其上而未出露。47線(xiàn)以東該巖體延伸較大，一般至-600m標(biāo)高左右消失，以西延伸較小，多至-300m標(biāo)高左右尖滅。閃長(zhǎng)巖體北與大冶群灰?guī)r接觸（局部與花崗巖接觸），南和蒲圻群砂頁(yè)巖接觸，接觸面起伏較大。巖體在平面上呈狹長(zhǎng)的帶狀，橫剖面上呈上大下小不規(guī)則的楔形，整體而言，是一個(gè)受斷裂控制、與圍巖斜交的巖墻。巖體走向N70°W，傾向SW，傾角東陡西緩。2.3水文地質(zhì)條件2.3.1含水單元礦區(qū)及其西側(cè)外圍是一個(gè)補(bǔ)給不足、徑流不暢的封閉式自流斜地。含水單元北側(cè)為花崗巖，南側(cè)為大致順層產(chǎn)出的閃長(zhǎng)巖和角頁(yè)巖，中部是大理巖和接觸帶組成的綜合含水帶，其間因斷裂和巖漿的侵入穿插而形成若干個(gè)獨(dú)立的中小型含水構(gòu)造單元。從剖面圖上可以看出，含水帶在剖面上呈囊狀分布，平面上則呈條帶狀分布，走向NWW，傾向SSW，東起細(xì)王沖，西至呂十八，東西長(zhǎng)約4km，南北寬60～80m。在23～37勘探線(xiàn)之間有巨大的閃長(zhǎng)巖墻自西向東傾伏插入深部，地表大理巖在此地段收斂，北側(cè)的花崗巖體與南側(cè)的角頁(yè)巖直接接觸，形成東西區(qū)兩個(gè)含水體的分界線(xiàn)，使之形成各自獨(dú)立的次一級(jí)小型封閉含水單元帶，二者的分界線(xiàn)為33勘探線(xiàn)?？碧劫Y料表明，礦區(qū)及其西端由東至西可分為細(xì)王沖、XX村、鷂子山和塔橋廟四個(gè)含水帶，其主要特征見(jiàn)表2—1。XX礦區(qū)含水單元特征表表2—1含水單元細(xì)王沖XX村鷂子山塔橋廟位置東礦西礦F15東盤(pán)北部F15西盤(pán)南部出露面積0.13(kmm2)0.03(kmm2)0.1（km22)0.28(kmm2)規(guī)模中小型中型小型中型含水層情況埋藏淺厚度小埋藏深厚度大變化很大埋藏淺厚度大阻水條件花崗巖與角頁(yè)巖巖相接花崗巖與閃長(zhǎng)巖巖相接花崗巖與閃長(zhǎng)巖巖相接，西西為F15東為F15，向西開(kāi)口口邊界類(lèi)型封閉封閉封閉半封閉巖溶特征中至大型溶洞，溶溶隙率3..4%小至中型溶洞，溶溶隙率1.3%巖溶裂隙地下水位已被疏干-20m左右35m左右25m左右徑流方向采場(chǎng)采場(chǎng)巷道向西向南富水性分級(jí)弱弱～中等弱中等0.02～1.1151.790.181.11地下水儲(chǔ)量已疏干有限,150萬(wàn)m33有限較豐富XX鐵礦東區(qū)位于細(xì)王沖含水單元，該含水帶在細(xì)王沖以東，北側(cè)的花崗巖體與南側(cè)的閃長(zhǎng)巖直接接觸，構(gòu)成其東部的隔水邊界；西區(qū)則處于XX村含水單元中，該含水帶西部與鷂子山含水單元相鄰，在呂十八附近經(jīng)F15斷層與塔橋廟含水單元相鄰，F(xiàn)15斷層則構(gòu)成二者西部隔水邊界。綜上所述，西區(qū)為一個(gè)四周由隔水巖層（體）所組成的封閉含水單元，其內(nèi)的含水巖層主要為大理巖及節(jié)理風(fēng)化裂隙發(fā)育的閃長(zhǎng)巖。2.3.2巖層含水性⑴大理巖大理巖是裂隙巖溶強(qiáng)含水帶的主要組成部分，是礦體的主要頂?shù)装鍑鷰r，也是礦床開(kāi)采的主要充水水源。根據(jù)裂隙、溶洞發(fā)育的不同特征及其含水性的差異，在垂直方向上可劃分三個(gè)帶：A．充填隔水帶（Ⅰ帶）一般位于０m標(biāo)高以上，厚度約40m。通過(guò)對(duì)鉆孔所揭露的裂隙、溶洞進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì)，0m標(biāo)高以上，東區(qū)巖溶率為4.08%，西區(qū)巖溶率為2.33%。東區(qū)此帶以風(fēng)化大理巖為主，裂隙、溶洞發(fā)育，巖心風(fēng)化強(qiáng)烈。裂隙、溶洞多為亞粘土和亞砂土所充填。鉆孔通過(guò)此帶一般無(wú)沖洗液漏失，透水性很差。西區(qū)除風(fēng)化大理巖外，角頁(yè)巖、閃長(zhǎng)巖與花崗巖呈超覆接觸，角頁(yè)巖、閃長(zhǎng)巖巖層風(fēng)化裂隙發(fā)育，但均被亞粘土、亞砂土及褐鐵礦簿膜充填，構(gòu)成了下部大理巖的隔水頂板。35線(xiàn)至55線(xiàn)地勢(shì)低洼的地方，鉆孔穿過(guò)此帶時(shí)，往往出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，地下水具有承壓性質(zhì)，水位高出地表1.17～1.94m。無(wú)論東區(qū)或西區(qū)，0m標(biāo)高以上，巖石裂隙、溶洞發(fā)育，但多被充填，透水性差，富水性弱，為相對(duì)隔水層。B．裂隙溶洞強(qiáng)含水帶（Ⅱ帶）一般分布在0～-180m標(biāo)高范圍，主要分布在０～-150m標(biāo)高。垂直厚度平均為130m。此帶以風(fēng)化大理巖為主，其次為破碎的閃長(zhǎng)巖。大理巖風(fēng)化強(qiáng)烈，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，有的巖心呈蜂窩狀，局部巖心風(fēng)化成土狀。鉆孔通過(guò)此帶多發(fā)生泥漿沖洗液的大量漏失。井內(nèi)坍塌，掉塊事故亦較多。鉆孔中遇到的大理巖溶洞一般高度為1～3m，最大可達(dá)7.83m（CK231孔）。根據(jù)鉆孔裂隙溶洞分段統(tǒng)計(jì)，東區(qū)巖溶主要分布在０～-150m標(biāo)高之間，巖溶率平均為3.40%；西區(qū)巖溶也主要分布在０～-150m標(biāo)高之間，但最深可達(dá)-250m標(biāo)高，巖溶率平均為1.30%。深部的大理巖一般巖性新鮮完整，溶洞不發(fā)育，裂隙也很少見(jiàn)。裂隙溶洞在橫向的分布，主要沿大理巖與花崗巖接觸帶附近發(fā)育。西區(qū)閃長(zhǎng)巖體與東區(qū)的相比較薄，閃長(zhǎng)巖與大理巖接觸的部位普遍破碎，裂隙發(fā)育。CK351孔井深165.86m以上為閃長(zhǎng)巖，在井深162.23～-163.45m處見(jiàn)有一開(kāi)口寬度1.22m的大裂隙；CK555孔井深161.76m以上為閃長(zhǎng)巖，在井深43.07m處出現(xiàn)涌水，涌水量為21.8m3/h。大理巖與破碎閃長(zhǎng)巖組成的裂隙溶洞強(qiáng)含水帶，剖面上的形態(tài)為：東區(qū)呈四邊形陡立，埋深較淺，鉆孔所見(jiàn)厚度平均為100m；西區(qū)呈倒立楔形，上窄下寬，傾向南，傾角為40°～85°，鉆孔所見(jiàn)厚度平均為130m。裂隙溶洞強(qiáng)含水帶的富水性：東區(qū)單位涌水量為1.154L/s·m，滲透系數(shù)為5.82m/d；西區(qū)單位涌水量為1.786L/s·m，滲透系數(shù)為9.31m/d。C．構(gòu)造裂隙弱含水帶（Ⅲ帶）此帶由深部大理巖、磁鐵礦體、矽卡巖及巖脈組成，埋藏于－150m標(biāo)高以下。此帶中大理巖巖石完整新鮮，深蝕不發(fā)育。由于巖脈的侵入穿插，沿接觸帶部位裂隙發(fā)育，但多被綠泥石、石膏和方解石充填，地下水活動(dòng)欠通暢。根據(jù)CK474號(hào)孔水文測(cè)井資料，越往深部構(gòu)造裂隙帶的含水性越弱。鉆孔抽水試驗(yàn)資料表明，東區(qū)單位涌水量為1.3×10-2～7.4×10-2L/s·m，滲透系數(shù)為1.2×10-2～0.2m/d；西區(qū)單位涌水量為0.1L/s·m，滲透系數(shù)為0.144m/d，為富水性較弱的含水巖層。⑵其它巖石沿?cái)嗔褞В╔X—李村逆斷層帶）北側(cè)分布的花崗巖體，淺部風(fēng)化裂隙發(fā)育，風(fēng)化深度多為10～40m，含風(fēng)化裂隙水，泉水流量一般為0.01～0.25m3/h，屬含水微弱的巖體；深部巖性一般較完整，為相對(duì)隔水巖體。沿?cái)嗔褞蟼?cè)分布的閃長(zhǎng)巖和角巖，地表很少有泉出露，亦屬含水微弱的巖層。2.3.3主要構(gòu)造的水文地質(zhì)特征礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造形跡主要以斷裂為主，褶皺不發(fā)育。NWW向的山字型構(gòu)造是礦區(qū)的主干構(gòu)造，控制著區(qū)內(nèi)地層的展布、巖體的產(chǎn)狀、礦體的分布；新華夏構(gòu)造則復(fù)合在山字型構(gòu)造之上，并對(duì)其壓性結(jié)構(gòu)面進(jìn)行張性改造。根據(jù)東區(qū)坑內(nèi)各水平巷道實(shí)際揭露資料，礦區(qū)內(nèi)次級(jí)小構(gòu)造也非常發(fā)育，但規(guī)模都很小。它們分別歸屬于上述兩大構(gòu)造體系，性質(zhì)以壓性或壓扭性為主。這些小斷層本身均為非富水?dāng)鄬?，但破碎帶的?dǎo)水性有些是很強(qiáng)的，如東區(qū)F65斷層，在-220m水平17穿、18穿巷道掘進(jìn)過(guò)程中都發(fā)生了較大的突水，涌水量最大可達(dá)1512m3/d。礦區(qū)內(nèi)對(duì)地下水運(yùn)移活動(dòng)起控制作用的斷層主要是Ｆ１5斷層，斷層性質(zhì)為壓扭性斷裂，屬新華夏構(gòu)造形跡。該斷層北段花崗巖與大理巖接觸；中段花崗巖與閃長(zhǎng)巖和角頁(yè)巖接觸；南段則是大理巖與角頁(yè)巖直接接觸。經(jīng)群孔抽水試驗(yàn)證實(shí)，該斷層具有良好的阻水性質(zhì)，是礦區(qū)含水單元的西部隔水邊界。2.3.4地下水的運(yùn)移特征礦區(qū)范圍內(nèi)無(wú)大的地表水體，地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水。因各主要含水帶四周被隔水體所包圍，故地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄情況都很差。自然狀態(tài)下地下水總的流向是由北向南，在低洼處排出地表。礦床開(kāi)采后，地下水的徑流排泄條件發(fā)生了改變，礦坑成了地下水新的集中排泄點(diǎn)。⑴XX村含水單元與細(xì)王沖含水單元之間水力聯(lián)系XX村含水單元（西區(qū)）與細(xì)王沖含水單元（東區(qū)）之間，是兩個(gè)相互獨(dú)立的含水體，二者之間沒(méi)有水力聯(lián)系。東區(qū)從1958年開(kāi)始基建，至今已經(jīng)四十多年，地下水水位已經(jīng)降到了含水層的底板（東區(qū)目前-360m中段開(kāi)拓工程已經(jīng)完成）。西區(qū)CK352孔自1976～1987年的長(zhǎng)觀(guān)資料表明，其地下水水位一直保持在16m左右。東區(qū)地下水水位下降到-220m標(biāo)高時(shí)，西區(qū)地下水水位仍保持著自然狀態(tài)，這表明，23～37勘探線(xiàn)之間巨大的閃長(zhǎng)巖墻，阻水效果非常明顯，它使東西區(qū)成為兩個(gè)相互獨(dú)立的含水單元。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，其分水嶺以33勘探線(xiàn)為界，33線(xiàn)以東稱(chēng)為東區(qū)，33線(xiàn)以西稱(chēng)為西區(qū)。應(yīng)該指出的是，水文地質(zhì)上的東西區(qū)概念和采礦上的東西區(qū)概念不同，采礦上的東西區(qū)分界線(xiàn)以15勘探線(xiàn)為界。⑵XX村含水單元與鷂子山含水單元之間水力聯(lián)系鷂子山含水帶規(guī)模很小，地表上略呈三角形，東西長(zhǎng)約500m，南北寬0～400m。西端被Ｆ１5斷層切斷與花崗巖相接，北倚花崗巖基底，南為閃長(zhǎng)巖覆蓋。從GC6孔、GC7孔、ZK0—1孔、ZK3—2孔、SK9孔、SK1孔以及新施工的GX2孔、GX3孔所揭露的水文地質(zhì)資料可以看出，職工醫(yī)院附近，由于基底花崗巖的隆起和巖漿的不斷穿插作用,致使其東端與XX村含水帶之間的水力聯(lián)系極差。XX鐵礦觀(guān)測(cè)孔地下水水位觀(guān)測(cè)資料表2—2含水單元觀(guān)測(cè)孔號(hào)原始水位（m）現(xiàn)在水位（m）水位降深（m）觀(guān)測(cè)時(shí)間程潮村含水單元GC143.93-11.2055.131999.111.08GC242.14-15.6157.752000.033.29GC337.3829.198.191999.044.08GC437.57-15.5253.092000.033.29GC534.11-3.9338.042000.033.29CK55541.50-15.5757.072000.033.29CK35240.50-16.4756.972000.033.29鷂子山含水單元GC639.7540.78(承承壓)高出地表1.0032000.033.29GC737.0839.08(承承壓)高出地表2.0002000.033.29SK624.3123.540.771999.055.31SK933.8439.93(承承壓)高出地表6.0091999.088.28上述數(shù)據(jù)清楚地表明，鷂子山含水單元與XX村含水單元之間，由于基底花崗巖的隆起和巖漿的不斷穿插作用,XX村含水單元與鷂子山含水單元之間的水力聯(lián)系極其微弱。二者之間的分界線(xiàn)，位于職工醫(yī)院附近、地表大理巖尖滅處。⑶鷂子山含水單元與塔橋廟含水單元之間水力聯(lián)系這兩個(gè)含水單元以F15斷層為分界線(xiàn)，F(xiàn)15斷層以東為鷂子山含水單元，以西為塔橋廟含水單元。塔橋廟含水單元規(guī)模較大，地表上略呈矩形，多為第四系松散堆積物所覆蓋，屬中型半封閉式自流斜地含水構(gòu)造。SK5孔位于該含水構(gòu)造內(nèi)，鉆孔揭露的大理巖在-58.58m標(biāo)高以上巖溶裂隙較發(fā)育，地下水水位一般在25m標(biāo)高左右，水力坡度平緩。SK5孔抽水時(shí)，影響半徑在400m以外，最大水位降深19.8m，抽水時(shí)間485小時(shí)（20天），停抽后水位恢復(fù)較快，于423小時(shí)（17.5天）達(dá)到天然水位。這說(shuō)明該含水單元地下水儲(chǔ)量較為豐富，屬中等富水性。這次抽水鷂子山含水帶內(nèi)的各鉆孔水位沒(méi)有變化，而位于鷂子山含水帶內(nèi)的SK1孔抽水時(shí)，塔橋廟含水帶內(nèi)的觀(guān)測(cè)孔水位也沒(méi)有變化，由此可見(jiàn)這兩個(gè)含水單元之間沒(méi)有水力聯(lián)系。F15斷層構(gòu)成鷂子山含水單元的西部邊界。3東區(qū)疏干排水地表變形總結(jié)3.1主要構(gòu)造的水文地質(zhì)特征XX南、北斷層是東區(qū)礦體開(kāi)采范圍內(nèi)最主要的斷層，其導(dǎo)水性表現(xiàn)形式有如下特點(diǎn)：①巷道在下盤(pán)花崗巖中掘進(jìn)時(shí)，有少量的滴水現(xiàn)象，局部地段有構(gòu)造裂隙水涌出，涌水量一般多為20～30m3/h，歷時(shí)一個(gè)月左右，最后轉(zhuǎn)為滴水。②巷道由礦體下盤(pán)進(jìn)入礦體前5m，遇到矽卡巖時(shí)，一般巖性破碎，涌水量多為5～10m3/h，局部地段可達(dá)20m3/h，涌水10天左右轉(zhuǎn)為滴水。③巷道由下盤(pán)直接進(jìn)入礦體，涌水量一般為40～50m3/h，持續(xù)20天左右轉(zhuǎn)為滴水，特殊地段涌水可持續(xù)幾年之久。東區(qū)次一級(jí)的小構(gòu)造非常發(fā)育。通過(guò)對(duì)-150m水平、-220m水平和-290m水平的裂隙調(diào)查統(tǒng)計(jì)，共見(jiàn)到次級(jí)小斷層67條，多以壓性和壓扭性為主，分屬于不同的構(gòu)造體系。這些小斷層本身均為非富水?dāng)鄬?，但斷層兩?cè)的破碎帶又大多具有導(dǎo)水性。這些小斷層的導(dǎo)水性對(duì)采場(chǎng)涌水的影響也比較明顯，如F65斷層，在-220m水平17穿、18穿巷道掘進(jìn)過(guò)程中都發(fā)生了較大的突水，涌水量最大可達(dá)1512m3/d。-290m水平17穿巷道掘進(jìn)過(guò)程中也發(fā)生了較大的涌水，從大理巖垂直分帶規(guī)律上看，這些涌水點(diǎn)所處的標(biāo)高已經(jīng)低于裂隙巖溶含水帶的下限，其產(chǎn)生較大涌水的原因，就是因?yàn)镕65斷層兩側(cè)破碎帶具有較好的導(dǎo)水性，直接溝通了上部大理巖強(qiáng)含水帶。3.2巖溶發(fā)育規(guī)律從鉆孔和巷道所揭露的資料上看，大理巖與花崗巖接觸帶附近裂隙發(fā)育，巖性破碎，巖溶發(fā)育。大理巖的巖溶一般分布在距花崗巖體120m以?xún)?nèi)，主要發(fā)育在-150m標(biāo)高以上。而距花崗巖體100m、標(biāo)高-50m以上溶蝕現(xiàn)象尤為發(fā)育，所見(jiàn)溶洞個(gè)數(shù)占總數(shù)的60%以上。0m標(biāo)高以上的溶洞多被粘土和亞粘土所充填，含水性和透水性很差，-150m標(biāo)高以下巖溶已不發(fā)育。大理巖巖溶的空間分布、巖溶發(fā)育程度，決定了巖溶裂隙綜合含水帶具有非均質(zhì)、各向異性的性質(zhì)。如前所述，平面上靠近北側(cè)花崗巖接觸帶附近，巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，愈往南愈弱；剖面上淺部的溶蝕程度較深部強(qiáng)，-150m標(biāo)高以下溶蝕程度顯著減弱。3.3東區(qū)疏干地表變形總結(jié)3.3.1地表變形的規(guī)模和范圍1958年9月東區(qū)開(kāi)始基建，1960年建成主井、副井及25、-10、-80、-150米水平運(yùn)輸巷和部分穿脈，1962年2月停建，1965年4月恢復(fù)建設(shè)，1969年11月正式建成投產(chǎn)。在礦山建設(shè)和開(kāi)采過(guò)程中，隨著采礦工程對(duì)含水帶的不斷揭露，地下水水位持續(xù)下降，由此產(chǎn)生一系列的疏干地表塌陷變形。按其塌陷時(shí)間、塌陷特征可大致劃分為三個(gè)時(shí)期：⑴1961～1967.9，此時(shí)地表塌陷的特點(diǎn)是塌陷過(guò)程長(zhǎng)，塌坑少，規(guī)模小。究其原因是地下水涌水點(diǎn)不集中，突水量小，此期塌坑占塌坑總數(shù)38.4％。⑵1967～1968.2，此期由于地下水突水量大，地下水位急劇下降，所形成的塌坑具有突發(fā)性，塌陷歷時(shí)短，塌點(diǎn)多規(guī)模大，塌坑占總數(shù)46.2％。1967年9月，-150m水平16號(hào)穿脈（7勘探線(xiàn)附近）掘進(jìn)到大理巖中時(shí)，幾條沿接觸帶方向延伸的大開(kāi)口裂隙（約20cm寬），突然發(fā)生涌水，突水前坑道正常排水量為1130m3/d，突水后排水量猛增到5700m3/d。此時(shí)CK193號(hào)孔地下水水位從14.5m突降至-54.47m（降幅68.97m），同時(shí)，地表大理巖分布地帶，東起細(xì)王沖，西至楊家進(jìn)1700m長(zhǎng)的范圍內(nèi)，發(fā)生塌坑11個(gè)和3處閉合開(kāi)裂（見(jiàn)表3—2）。塌坑在平面上呈圓形或橢圓形，剖面上呈漏斗狀、碟狀，直徑最大的35m，一般7～12m，深2～8m。塌坑周邊普遍出現(xiàn)弧型開(kāi)裂，隙寬5～10cm。原楊家進(jìn)民房及609隊(duì)巖心庫(kù)位于環(huán)行開(kāi)裂所包圍的沉降區(qū)內(nèi)，房屋普遍下沉10cm左右。⑶1968.3～1969.7，此期間塌坑的塌陷速度、規(guī)模、點(diǎn)數(shù)均較上述兩個(gè)階段顯著減弱，究其原因?yàn)椋凰c(diǎn)多被堵死，突水量減小，地下水位下降緩慢所至，塌坑數(shù)占總數(shù)的15.4％。3.3.2塌陷規(guī)律根據(jù)東區(qū)疏干地表塌陷變形的實(shí)際資料，可以看出巖溶疏干塌陷變形有以下幾方面規(guī)律：⑴疏干型塌陷的分布呈條帶狀，與大理巖強(qiáng)含水帶的分布一致。大理巖內(nèi)巖溶裂隙發(fā)育，地下水沿大理巖帶的順層活動(dòng)通暢，1967年-150m水平16號(hào)穿脈巷道掘進(jìn)突水時(shí)，很短時(shí)間內(nèi)大理巖帶中都有地面塌坑產(chǎn)生，東邊細(xì)王沖距坑道突水中心1250m，產(chǎn)生一個(gè)直徑20m的塌坑；西邊楊家進(jìn)23～35線(xiàn)距突水中心較近，有房屋下沉、地表開(kāi)裂現(xiàn)象發(fā)生。東區(qū)地表疏干塌陷坑及裂隙環(huán)形變形區(qū)均發(fā)生在大理巖與花崗巖接觸帶靠大理巖一側(cè)，且不同時(shí)期的塌坑連線(xiàn)與大理巖走向一致，呈NWW向。⑵疏干型塌陷的分布具有不均勻性疏干型巖溶塌陷主要受大理巖巖溶發(fā)育程度、埋藏深度和地下水位下降速度有關(guān)。0～11線(xiàn)、23～25線(xiàn)大理巖集中發(fā)育，分布較淺，距疏干中心近，地面上塌坑就成群產(chǎn)生，且規(guī)模也很大，其它地段地表塌陷就很少。大理巖與花崗巖接觸帶附近，位于山嶺斜坡向溝谷過(guò)渡的邊緣，是松散層孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水的下滲補(bǔ)給帶，因此大理巖被劇烈溶蝕，所以近接觸帶一側(cè)塌陷產(chǎn)生多，遠(yuǎn)離接觸帶塌坑出現(xiàn)小。XX鐵礦東區(qū)疏干地表塌坑，均發(fā)生在大理巖被第四系直接覆蓋且第四系地層較薄、地勢(shì)低洼、地下水位埋深淺并全部位于第四系地層內(nèi)的地段。塌坑全部位于坑內(nèi)排水所形成的地下水降落漏斗范圍內(nèi)。當(dāng)巷道地下水突水量較大時(shí)，地表形成塌陷范圍廣、歷時(shí)短、數(shù)量多，反之當(dāng)突水量較小時(shí)，產(chǎn)生塌陷的范圍小，歷時(shí)長(zhǎng)，數(shù)量少。⑶疏干型塌陷形成時(shí)間具有可預(yù)測(cè)性大多數(shù)塌坑形成于坑道突水后的短時(shí)間內(nèi)，最長(zhǎng)不過(guò)數(shù)天。3.3.3疏干塌陷機(jī)理決定疏干后地表是否產(chǎn)生塌陷變形的因素，主要有以下幾個(gè)方面：⑴取決于第四系松散層和大理巖的空間相互關(guān)系所有地表產(chǎn)生塌陷變形的位置，地層結(jié)構(gòu)上全部為強(qiáng)含水帶上直接覆蓋厚度不大的第四系松散層和軟弱基巖層。第四系松散覆蓋層以下具有含水層，特別是具有含水豐富、滲透性良好，逕流活動(dòng)通暢的強(qiáng)含水帶存在，是產(chǎn)生疏干地表塌陷變形的先決條件。其中大理巖淺部巖溶裂隙的發(fā)育程度、埋藏深度和充填情況是最重要的客觀(guān)條件。⑵取決于第四系松散層的巖性、厚度及組合結(jié)構(gòu)特征：巖溶塌陷多沿著花崗巖與大理巖接觸帶出現(xiàn)，這于該段特殊的地質(zhì)條件密切相關(guān)。該段地貌上多為坡麓地段，因此第四系厚度很薄，巖性多為洪積粉土或粉質(zhì)粘土以及殘坡積碎石、砂層所組成的雙層或多層結(jié)構(gòu)。上層多由透水性差的粉土組成，厚３～７m；下層為厚度３～７m的中粗砂夾碎石層及基巖風(fēng)化碎屑等組成，結(jié)構(gòu)松散容易流失。當(dāng)?shù)谒南档貙酉路拇罄韼r溶洞內(nèi)，地下水逕流過(guò)程中，由于水流流速的不斷潛蝕搬運(yùn)作用，掏空了溶洞內(nèi)的充填物，進(jìn)而使松散的覆蓋層沿被掏空的溶洞流失，當(dāng)上層粉土（粉質(zhì)粘土）厚度較薄而不能形成自然拱時(shí)，則向下塌落引起地表塌陷。⑶取決于上覆蓋層與下伏含水層之間的水力聯(lián)系⑷取決于地下水動(dòng)動(dòng)力條件是是否發(fā)生變變化東區(qū)原始地下水水位較淺，其其埋深處于于第四系覆覆蓋層以?xún)?nèi)內(nèi)。自然條條件下地下下水位動(dòng)態(tài)態(tài)變幅在３３m左右，變變化于大理理巖和第四四系覆蓋層層接觸面附附近。由于于地下水位位自然動(dòng)態(tài)態(tài)變化的垂垂直波動(dòng)，對(duì)對(duì)第四系產(chǎn)產(chǎn)生一定的的潛蝕，致致使在接觸觸面附近蓋蓋層中形成成小規(guī)模的的空洞，為為地下水疏疏干的產(chǎn)生生塌陷創(chuàng)造造了有利條條件。隨著采礦活動(dòng)對(duì)對(duì)地下水的的不斷疏干干，致使礦礦區(qū)地下水水位急劇下下降，形成成水力坡度度很陡的降降落漏斗，加加大了地下下水的徑流流速度。當(dāng)當(dāng)?shù)叵滤晃患眲∠陆到档降谒南迪瞪w層以下下時(shí)，加強(qiáng)強(qiáng)了對(duì)巖溶溶裂隙充填填物的機(jī)械械搬運(yùn)和潛潛蝕能力，再再則，由于于地下水位位下降，使使第四系的的液化流失失作用得到到加強(qiáng)，水水的浮托力力突然消失失而使上覆覆土層的平平衡狀態(tài)得得到破壞，產(chǎn)產(chǎn)生地表塌塌陷?？傊?，當(dāng)?shù)叵滤韪伤俣榷仍娇鞎r(shí)，上上述三種作作用的某一一種或其綜綜合作用就就愈強(qiáng)，地地表塌陷開(kāi)開(kāi)縫就愈劇劇，否則反反之。4西區(qū)礦床疏干地地下水滲流流場(chǎng)模擬計(jì)計(jì)算4.1西區(qū)水文地質(zhì)條條件綜合分分析⑴第四系地層的水水文地質(zhì)性性質(zhì)區(qū)內(nèi)第四系地層層主要分布布于洼地、沖沖溝、山坡坡和山麓等等地帶，其其成因類(lèi)型型有殘積、坡坡積和沖洪洪積。巖性性多為棕黃黃色～褐黃黃色粘土、粉粉質(zhì)粘土，其其間不同程程度地夾有有各類(lèi)巖石石碎塊和礫礫石。局部部地段第四四系下部為為砂礫石層層，呈透鏡鏡狀分布，規(guī)規(guī)模不大。第四系地層不整整合于各類(lèi)類(lèi)巖石之上上，厚度分分布不均，一一般為5～12m，局部可可達(dá)15～20m，選廠(chǎng)等等工業(yè)場(chǎng)地地范圍內(nèi)，地地表普遍有有一層人工工填土，巖巖性較為雜雜亂，厚度度1～7m不等。⑵風(fēng)化巖層的水文文地質(zhì)性質(zhì)質(zhì)礦區(qū)范圍內(nèi)，巖巖石表面普普遍有不同同程度風(fēng)化化，致使巖巖體的完整整性受到破破壞，分解解成碎塊、碎碎片或進(jìn)一一步分解成成細(xì)碎的砂砂粒、粉粒粒，甚至呈呈粘粒狀。①全風(fēng)化帶帶內(nèi)巖石的最大大特征是有有明顯的褐褐色現(xiàn)象及及絕大部分分已成土狀狀，由此也也改變了巖巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)，大大降降低了巖石石的物理力力學(xué)性質(zhì)。該層浸水后易膨膨脹崩解，具具可塑性，滲滲透性能很很差，局部部變?yōu)檩^好好的隔水層層。發(fā)育厚厚度由于巖巖性不同變變化較大，花花崗巖全風(fēng)風(fēng)化深度一一般在1～3m；大理巖25～35m，個(gè)別地地段可達(dá)40m；閃長(zhǎng)巖5～8m；砂頁(yè)巖3～8m；含礦矽矽卡巖為25～35m。②半風(fēng)化帶位于全風(fēng)化帶下下部，一般般厚度10～15m，局部可可達(dá)20m。巖石的的結(jié)構(gòu)、性性質(zhì)稍有改改變，巖石石中裂隙發(fā)發(fā)育，多被被粉質(zhì)粘土土和砂充填填，其富水水性和滲透透性仍然較較弱，巖石石物理力學(xué)學(xué)性質(zhì)明顯顯改變，強(qiáng)強(qiáng)度降低。⑶淺部大理巖的水水文地質(zhì)性性質(zhì)根據(jù)地質(zhì)資料，大大理巖的風(fēng)風(fēng)化程度以以⑩勘探線(xiàn)為為界，西側(cè)側(cè)風(fēng)化程度度較弱，屬屬半風(fēng)化狀狀態(tài)，巖石石雖然破碎碎，但仍然然保持大理理巖原狀，風(fēng)風(fēng)化厚度在在15～25m之間間。抽水試試驗(yàn)資料表表明，單位位涌水量q=0.1299L/s.m，滲滲透系數(shù)k=0.52mm/d。⑩勘探線(xiàn)以東，大大理巖風(fēng)化化強(qiáng)烈但厚厚度較小，全全風(fēng)化層厚厚度一般多多為5m以?xún)?nèi)，巖巖心大部分分呈泥狀或或砂狀。鉆鉆進(jìn)過(guò)程中中沖洗液漏漏失微弱。經(jīng)K1404號(hào)孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量q=0.119L/s.m，滲透系數(shù)k=0.36m/d。由于該段巖石結(jié)構(gòu)已被改變，再加上溶洞裂隙充填率高達(dá)100%，致使地下水徑流活動(dòng)受到阻礙。這一點(diǎn)對(duì)巖溶塌陷工程地質(zhì)條件來(lái)說(shuō)是非常有利的，它的存在可以保證，在礦區(qū)疏干放水、地下水水位下降時(shí)，第四系土層物質(zhì)不易被潛蝕，地表不易產(chǎn)生塌陷。0m標(biāo)高以上大理巖巖溶洞率為為9.7%，洞高多多在1～2m之間，最最大6.15m。巖溶沿沿層面發(fā)育育，絕大部部分被粉土土或粉質(zhì)粘粘土所充填填，充填率率可達(dá)95%以上。由由于巖溶充充填率很高高，造成了了區(qū)內(nèi)0m標(biāo)高以上上地下水不不豐富，徑徑流循環(huán)條條件差。這這給礦區(qū)的的疏干排水水創(chuàng)造了有有利的條件件。根據(jù)地下水溫度度示蹤法和和同位素示示蹤法測(cè)定定，自然狀狀態(tài)下地下下水流向?yàn)闉镹WW流向SEE，以順層層運(yùn)動(dòng)為主主。⑷閃長(zhǎng)巖風(fēng)化帶的的水文地質(zhì)質(zhì)性質(zhì)礦區(qū)范圍內(nèi)，閃閃長(zhǎng)巖超覆覆于大理巖巖之上，巖巖體中的裂裂隙一般不不含水或含含少量的水水，可視為為相對(duì)隔水水層。選礦礦廠(chǎng)附近（760隊(duì)的重點(diǎn)點(diǎn)勘察區(qū)），閃閃長(zhǎng)巖淺部部剝蝕強(qiáng)烈烈，風(fēng)化裂裂隙發(fā)育，厚厚度較小，其其所含的風(fēng)風(fēng)化裂隙水水與大理巖巖的溶隙水水有直接的的水力聯(lián)系系，屬同一一含水體。當(dāng)當(dāng)?shù)V床疏干干時(shí)，其上上覆的第四四系土層，將將因水壓力力的減小而而產(chǎn)生壓縮縮變形現(xiàn)象象。⑸花崗巖風(fēng)化帶的的水文地質(zhì)質(zhì)性質(zhì)花崗巖體，位于于工作區(qū)北北側(cè)，分布布在大理巖巖下盤(pán)。淺淺部含有微微弱的風(fēng)化化裂隙水，與與大理巖中中的地下水水無(wú)直接的的水力聯(lián)系系。⑹西區(qū)地下水流場(chǎng)場(chǎng)現(xiàn)狀根據(jù)地質(zhì)資料，自自然狀態(tài)下下礦區(qū)地下下水水位標(biāo)標(biāo)高一般多多在41m左右，總總的趨勢(shì)是是北高南低低，與地形形高低走向向一致。地地下水流向向從北西西西到南東東東，多具有有承壓性質(zhì)質(zhì)。1996年111月15日掘進(jìn)西西區(qū)-360沿脈巷道道時(shí)，掌子子面發(fā)生突突然涌水，涌涌水量為47m3/h（11288m3/d）。1998年3月26日掘進(jìn)至23線(xiàn)22號(hào)硐室時(shí)時(shí)，再次發(fā)發(fā)生涌水，涌涌水量為13.6m3/h（326.4m3/d）?？觾?nèi)這些出水點(diǎn)點(diǎn)皆位于隔隔水層中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)離礦體上上部強(qiáng)含水水帶，主要要是一些溝溝通上部含含水帶的斷斷裂裂隙，其其過(guò)水能力力受裂隙發(fā)發(fā)育規(guī)模的的限制相對(duì)對(duì)較弱。三三年多的巷巷道涌水，致致使XX村含水水帶內(nèi)的地地下水水位位下降了近近60m。原原始的地下下水徑流條條件發(fā)生了了變化，形形成一個(gè)以以采場(chǎng)巷道道為中心的的降落漏斗斗。當(dāng)?shù)V床床疏干開(kāi)始始后，地下下水的徑流流排泄條件件將進(jìn)一步步發(fā)生了變變化，采礦礦場(chǎng)成為其其主要的排排泄場(chǎng)所。各各觀(guān)測(cè)孔的的水位情況況如表4—1所示。西區(qū)地下下水水位一一覽表表4—1觀(guān)測(cè)孔號(hào)原始水位標(biāo)高（m）1998.088.18標(biāo)標(biāo)高（m）1999.088.10標(biāo)標(biāo)高（m）2000.077.25標(biāo)標(biāo)高（m）備注GC143.935.90-9.11/選廠(chǎng)大井以東GC242.145.32-9.05-18.40選廠(chǎng)大井以東GC337.3832.1329.19(44月)/選廠(chǎng)大井以東GC437.576.42-9.01-18.36選廠(chǎng)大井以東GC534.1117.313.13-7.16選廠(chǎng)大井以西GC639.7541.6441.8140.79鷂子山含水帶GC737.0839.0840.3239.48鷂子山含水帶CK55541.82/-9.11-18.35選廠(chǎng)大井以東CK35241.62/-9.71-19.77選廠(chǎng)大井以東SK624.18/24.8223.78塔橋廟含水帶SK936.65/39.92(承承壓)/鷂子山含水帶注：GC1～GGC7的原始水水位觀(guān)測(cè)時(shí)時(shí)間為1995年，CK3552、CK5555、sk6、SK9原始水位位的觀(guān)測(cè)時(shí)時(shí)間為1982年。從上表的觀(guān)測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)可以清清楚地看出出，由于巖巖溶發(fā)育的的非均質(zhì)各各向異性，西西區(qū)地下水水滲流場(chǎng)明明顯的分為為三個(gè)性質(zhì)質(zhì)不同的含含水帶，各各帶的地下下水徑流條條件因巖溶溶透水性的的強(qiáng)弱有很很大的不同同。職工醫(yī)院附近的的鷂子山含含水帶，地地下水水位位沒(méi)有變化化，這也進(jìn)進(jìn)一步證明明了鷂子山山含水帶與與XX村含水水帶之間的的水力聯(lián)系系極其微弱弱；選礦廠(chǎng)廠(chǎng)濃縮池以以東地段（59勘探線(xiàn)到35勘探線(xiàn)），巖巖層滲透性性強(qiáng)（k=9.3m/d），滲流流場(chǎng)水力坡坡度平緩（I=0.15‰），基本上屬于平盤(pán)等幅下降。地下水水位實(shí)際下降速度近兩年一直保持在4.5cm/d左右，滲流速度為0.14cm/d；選礦廠(chǎng)濃縮池以西到職工醫(yī)院這一段，含水層滲透性明顯減弱，滲流場(chǎng)水力坡度加大（I=41.8‰），地下水水位下降速度減緩，實(shí)際值在2.9cm/d左右，滲流速度則增加到3.2cm/d。4.3地下水滲滲流場(chǎng)模擬擬分析地下水滲流流場(chǎng)模擬分分析的目的的就是根據(jù)據(jù)礦區(qū)疏干干設(shè)計(jì)所確確定的原則則，預(yù)測(cè)在在放水過(guò)程程中疏干水水量、疏干干時(shí)間和地地下水水位位的時(shí)空變變化情況。從前面的礦區(qū)水水文地質(zhì)條條件分析資資料上可以以看出，XXX鐵礦西西區(qū)巖溶含含水層位于于一個(gè)四周周皆為隔水水邊界，并并且補(bǔ)給不不足、徑流流不暢的封封閉式含水水系統(tǒng)中。含含水層的非非均質(zhì)各向向異性特征征也比較突突出。采用用常規(guī)的數(shù)數(shù)學(xué)方法難難以準(zhǔn)確地地模擬礦區(qū)區(qū)地下水的的運(yùn)動(dòng)規(guī)律律，根據(jù)國(guó)國(guó)內(nèi)其它礦礦山巖溶水水文地質(zhì)計(jì)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，“BT”有限單元元法是解決決這類(lèi)水文文地質(zhì)問(wèn)題題的最有效效手段。有限單元法是以以能量守恒恒原理為其其物理基礎(chǔ)礎(chǔ)來(lái)求解地地下水非穩(wěn)穩(wěn)定流運(yùn)動(dòng)動(dòng)方程。根根據(jù)變分原原理，應(yīng)用用泛函求極極值與歐拉拉方程的等等價(jià)性，將將偏微分方方程的定解解問(wèn)題轉(zhuǎn)變變?yōu)榍蠓汉臉O值問(wèn)問(wèn)題，然后后對(duì)定解區(qū)區(qū)進(jìn)行剖分分和插值，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為常系系數(shù)線(xiàn)性常常微分方程程組的初值值問(wèn)題，并并用積分方方法將常微微分方程組組轉(zhuǎn)化為多多元線(xiàn)性代代數(shù)方程組組，最后迭迭代求解。4.3.1研研究區(qū)水文文地質(zhì)模型型研究區(qū)東起333勘探線(xiàn)西西至F15斷層，南南以閃長(zhǎng)巖巖為界，北北到花崗巖巖隔水體，總總面積0..53kmm2。計(jì)算區(qū)西部以FF15斷層為為隔水邊界界，北部花花崗巖和東東部33勘探線(xiàn)按按隔水邊界界處理，南南部閃長(zhǎng)巖巖和角頁(yè)巖巖按二類(lèi)弱弱透水邊界界考慮。底部邊界考慮到到-1500m水平（疏疏干工程所所在水平）。頂頂部邊界分分不同區(qū)域域，有“天窗”地段（第第四系砂礫礫石層與大大理巖直接接接觸）考考慮大氣降降雨的入滲滲補(bǔ)給，其其它地段按按越流補(bǔ)給給處理。計(jì)算區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)為非均質(zhì)質(zhì)各向同性性的潛水含含水層（初初始狀態(tài)為為承壓水），局局部可視為為均質(zhì)含水水層。4.3.2地下下水運(yùn)動(dòng)的的數(shù)學(xué)模型型及其解法法數(shù)值計(jì)算的最大大優(yōu)點(diǎn)就是是采用以坐坐標(biāo)數(shù)據(jù)表表示的與狀狀態(tài)空間有有關(guān)的分布布參數(shù)系統(tǒng)統(tǒng)來(lái)“逼真”復(fù)雜的實(shí)實(shí)際系統(tǒng)，用用求解近似似值逐漸逼逼近準(zhǔn)確值值，以克服服解析解在在處理實(shí)際際問(wèn)題時(shí)過(guò)過(guò)分的理想想化要求帶帶來(lái)的種種種“失真”。運(yùn)用有限單元法法模擬在疏疏干條件下下礦區(qū)地下下水系統(tǒng)的的運(yùn)動(dòng)規(guī)律律時(shí)，首先先是根據(jù)礦礦區(qū)的具體體水文地質(zhì)質(zhì)條件建立立適宜的數(shù)數(shù)學(xué)模型，并并根據(jù)礦區(qū)區(qū)的各種水水文地質(zhì)資資料（水位位觀(guān)測(cè)資料料、抽水試試驗(yàn)資料、降降雨資料等等）反演推推求各項(xiàng)水水文地質(zhì)參參數(shù)，然后后根據(jù)礦區(qū)區(qū)開(kāi)采條件件和疏干工工程的布置置及疏干方方案，推求求不同疏干干水量條件件下的水位位降深和疏疏干時(shí)間，模模擬出降落落漏斗的時(shí)時(shí)空發(fā)展過(guò)過(guò)程。巖溶地下水系統(tǒng)統(tǒng)具有賦存存狀態(tài)復(fù)雜雜（集中管管道狀或分分散網(wǎng)絡(luò)狀狀），徑流流通暢，流流態(tài)多變的的特點(diǎn)。地地下水在其其中運(yùn)動(dòng)的的規(guī)律是非非常復(fù)雜的的。根據(jù)5.4節(jié)的統(tǒng)計(jì)計(jì)資料，XXX西區(qū)強(qiáng)強(qiáng)含水帶的的巖溶含水水介質(zhì)空間間基本上以以溶隙網(wǎng)絡(luò)絡(luò)為主，因因此地下水水的運(yùn)動(dòng)規(guī)規(guī)律可以按按層流理論論進(jìn)行描述述。根據(jù)上節(jié)所述水水文地質(zhì)模模型，應(yīng)用用水均衡原原理,描述在非非均質(zhì)各向向異性介質(zhì)質(zhì)中運(yùn)移的的地下水二二維非穩(wěn)定定流方程如如下:利用變分原理把把上面的地地下水偏微微分方程的的定解問(wèn)題題轉(zhuǎn)變?yōu)榍笄笳麄€(gè)計(jì)算算區(qū)泛函J（H）的極小小值問(wèn)題。這里的泛函J（H）就是地地下水滲流流計(jì)算區(qū)的的總勢(shì)能，其其表達(dá)式為為：上述變分問(wèn)問(wèn)題的求解解，采用分分割近似原原理把滲流流計(jì)算區(qū)（Ω）剖分為為有限個(gè)三三角形，在在離散化的的每個(gè)單元元節(jié)點(diǎn)上構(gòu)構(gòu)成H（x,y）的的插值函數(shù)數(shù)。于是求求整個(gè)計(jì)算算區(qū)泛函J（H）極小值值問(wèn)題轉(zhuǎn)化化為求多元元函數(shù)J（H）=J（H1，H2，H3，……Hn）的極小小值問(wèn)題，最最終歸結(jié)為為解線(xiàn)性代代數(shù)方程組組。邊界上的水頭變變化值（u），采用用下面公式式計(jì)算：4.3.3計(jì)算算區(qū)邊界條條件的確定定邊界條件的的概化包括括邊界幾何何特征、邊邊界的水力力性質(zhì)及其其變化規(guī)律律。數(shù)值法法計(jì)算對(duì)邊邊界條件有有較強(qiáng)的刻刻畫(huà)能力，它它可以較真真實(shí)地模擬擬邊界復(fù)雜雜地幾何形形態(tài)，較好好地描述邊邊界的水力力特征。另另外，通過(guò)過(guò)采用“BT”法，可以以處理解析析法計(jì)算無(wú)無(wú)能為力的的不確定邊邊界問(wèn)題。對(duì)含水層空間形形態(tài)的刻畫(huà)畫(huà)，主要通通過(guò)編制含含水層頂?shù)椎装鍢?biāo)高等等值線(xiàn)圖，以以線(xiàn)性插值值方法給出出剖分后任任一節(jié)點(diǎn)（數(shù)數(shù)學(xué)模型的的離散點(diǎn)）空空間位置上上的含水層層厚度值，以以反映經(jīng)過(guò)過(guò)勘探控制制的含水層層厚度變化化規(guī)律。根據(jù)XX鐵礦西西區(qū)的基本本水文地質(zhì)質(zhì)條件，計(jì)計(jì)算區(qū)各邊邊界處理如如下：流場(chǎng)場(chǎng)模擬計(jì)算算時(shí)，鷂子子山含水單單元與XXX村含水單單元統(tǒng)一考考慮，其西西部以F15斷層為為隔水邊界界，北部花花崗巖和東東部33勘探線(xiàn)按按隔水邊界界處理，南南部閃長(zhǎng)巖巖處理成二二類(lèi)弱透水水邊界。目前西區(qū)10個(gè)個(gè)觀(guān)測(cè)孔所所取得的近近4年的水位位觀(guān)測(cè)資料料，展示出出礦區(qū)地下下水滲流場(chǎng)場(chǎng)的分布及及變化規(guī)律律，也是含含水系統(tǒng)各各種條件及及參數(shù)的綜綜合反映。利用前已述及的的數(shù)學(xué)模型型進(jìn)行參數(shù)數(shù)擬合。本本次求參以以1996年11月為始點(diǎn)點(diǎn)，其地下下水水位按按原始水位位處理，截截止時(shí)間為為2000年7月25，水位以以各觀(guān)測(cè)孔孔的觀(guān)測(cè)水水位為基準(zhǔn)準(zhǔn)。計(jì)算中中將邊界交交換量、垂垂向上降雨雨入滲量一一起參加調(diào)調(diào)試。計(jì)算的時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)開(kāi)始時(shí)取取0.255d，逐漸增增大，最大大步長(zhǎng)為5天，共計(jì)425個(gè)時(shí)段。巖溶含水介介質(zhì)非常重重要的一個(gè)個(gè)特點(diǎn)就是是水文地質(zhì)質(zhì)參數(shù)的非非均質(zhì)各向向異性。根根據(jù)各鉆孔孔所揭露的的地質(zhì)資料料及水文地地質(zhì)資料，平平面上將計(jì)計(jì)算區(qū)在滲滲透性上分分為4個(gè)亞區(qū)，即即Ⅰ區(qū)為礦床床開(kāi)采范圍圍；Ⅱ區(qū)主要為GC4孔附近的的弱透水帶帶；Ⅲ區(qū)為鷂子子山含水單單元與XXX村含水單單元的過(guò)渡渡段；Ⅳ區(qū)為鷂子子山含水單單元。在參參數(shù)模擬計(jì)計(jì)算中，每每個(gè)參數(shù)分分區(qū)都有觀(guān)觀(guān)測(cè)孔控制制，經(jīng)過(guò)反反復(fù)調(diào)試計(jì)計(jì)算，大部部分觀(guān)測(cè)孔孔的相對(duì)誤誤差均滿(mǎn)足足要求。滲透系數(shù)的初始始值以鉆孔孔抽水試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)基準(zhǔn)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)調(diào)調(diào)參擬合計(jì)計(jì)算后，各各亞區(qū)的滲滲透系數(shù)值值見(jiàn)表4—2。水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)區(qū)表表4—3參數(shù)分區(qū)位置滲透系數(shù)（m//d）彈性給水度給水度KxKyU*u第一區(qū)55～33勘探線(xiàn)10.457.640.0004880.065第二區(qū)GC4孔附近1.411.060.0001440.036第三區(qū)鷂子山～XX村村之間的過(guò)過(guò)渡段0.00540.00460.0000660.009第四區(qū)鷂子山含水單元元0.150.120.0001110.021初始狀態(tài)下計(jì)算算區(qū)含水層層的性質(zhì)為為承壓水含含水層。目目前中心區(qū)區(qū)的地下水水水位已經(jīng)經(jīng)下降到—20m左右，低低于含水層層的頂板標(biāo)標(biāo)高。因此此研究區(qū)內(nèi)內(nèi)，局部地地下水的性性質(zhì)已經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為潛水。關(guān)關(guān)于這一點(diǎn)點(diǎn)，在預(yù)測(cè)測(cè)過(guò)程中導(dǎo)導(dǎo)水系數(shù)按按如下方式式處理：當(dāng)當(dāng)節(jié)點(diǎn)水位位Hi高于含水水層頂板標(biāo)標(biāo)高M(jìn)Di時(shí)，導(dǎo)水水系數(shù)Ti不隨水位位的變動(dòng)而而變化；當(dāng)當(dāng)節(jié)點(diǎn)水位位Hi低于含水水層頂板標(biāo)標(biāo)高M(jìn)Di，地下水水處于無(wú)壓壓狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)導(dǎo)水系數(shù)Ti隨著水位位的變動(dòng)而而變化，即即：T==Ti/（MDi-MBi）·（Hi-Mbbi）式中MBi表示含水水層的底板板標(biāo)高。當(dāng)當(dāng)Hi≤MBi時(shí)，Ti值取零值值，表示該該節(jié)點(diǎn)的一一個(gè)小鄰域域已被疏干干。當(dāng)計(jì)算算水位Hi＞MDi時(shí)彈性給給水度取用用承壓水彈彈性給水度度，反之，則則取用無(wú)壓壓含水層的的導(dǎo)水系數(shù)數(shù)。各計(jì)算點(diǎn)含水層層的底板標(biāo)標(biāo)高最低取取至疏干水水平（—150m水平），頂頂板標(biāo)高則則從地質(zhì)剖剖面圖上插插值量取。初初始水位標(biāo)標(biāo)高從1995年以前的的礦區(qū)地下下水等水位位線(xiàn)上通過(guò)過(guò)插值取得得。流場(chǎng)模模擬計(jì)算過(guò)過(guò)程時(shí)，初初始地下水水水位資料料以20000年7月25日的各觀(guān)測(cè)測(cè)孔地下水水水位觀(guān)測(cè)測(cè)資料為基基準(zhǔn)，邊界界上的流量量的變化則則按反演求求參的計(jì)算算結(jié)果取值值。擬合計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)見(jiàn)表4—3。參數(shù)擬合合計(jì)算結(jié)果果表表4—3計(jì)算點(diǎn)鉆孔號(hào)計(jì)算水位標(biāo)高（m）實(shí)測(cè)水位標(biāo)高（m）計(jì)算誤差（m）144GC1-18.47-9.19/135GC2-18.29-18.40-0.11//6‰124GC322.9429.19/117GC4-18.44-18.360.8/4.33%113GC5-6.98-7.16-0.18/22.5%101GC640.6740.79-0.12/33‰88GC739.2639.48-0.22/66‰89SK940.4139.920.49/1..2%123CK555-18.44-18.350.09/5‰‰139CK352-20.21-19.770.44/2..2%從上面的計(jì)計(jì)算結(jié)果可可以看出，本本次擬合計(jì)計(jì)算所選用用的數(shù)學(xué)模模型對(duì)礦區(qū)區(qū)地下水系系統(tǒng)運(yùn)移規(guī)規(guī)律的模擬擬精度較高高，10個(gè)節(jié)點(diǎn)的的擬合計(jì)算算值與觀(guān)測(cè)測(cè)值之間的的誤差平均均為5%，因此所所選取的分分區(qū)參數(shù)和和數(shù)學(xué)模型型可以滿(mǎn)足足地下水滲滲流場(chǎng)疏干干預(yù)測(cè)的要要求。4.3.4不不同條件下下的疏干模模擬計(jì)算在有限單元元法模擬計(jì)計(jì)算過(guò)程中中，我們把把礦床開(kāi)采采界限范圍圍內(nèi)的地段段處理成帶帶面狀井的的三角形單單元，放水水孔的放水水量也就概概化成為面面狀井的涌涌水量。疏疏干最低標(biāo)標(biāo)高為-1500m水平，分分別按不同同的放水強(qiáng)強(qiáng)度進(jìn)行了了分析計(jì)算算，具體的的計(jì)算結(jié)果果見(jiàn)表4—4、表4—5。礦礦床疏干計(jì)計(jì)算結(jié)果表表4—4疏干時(shí)間1年1.5年2年備注注疏干水量(m33/d)613850794553計(jì)算時(shí)最大放水水能力按目目前已設(shè)計(jì)計(jì)的疏干工工程考慮。地下水的平均徑徑流速度(m/d))0.0170.0110.008水位平均下降速速度(m)0.360.230.18疏干-150m水平平水量計(jì)算算結(jié)果表表4—5南部閃長(zhǎng)巖邊界界側(cè)向補(bǔ)給給量(m3/d)鷂子山含水帶側(cè)側(cè)向動(dòng)流量量(m3/d)動(dòng)流量(m3//d)疏干影響范圍內(nèi)內(nèi)靜儲(chǔ)量(m3)984513296711575444從計(jì)算結(jié)果可以以看出，由由于職工醫(yī)醫(yī)院附近弱弱透水帶的的存在，鷂鷂子山含水水帶與XXX村含水帶帶之間的水水力聯(lián)系比比較弱。在在XX村含水水帶疏干的的條件下，從從鷂子山含含水帶進(jìn)入入XX村含水水帶的地下下水量最大大值為5113m33/d，與該含含水帶自然然條件下的的地下徑流流量相當(dāng)。未未來(lái)礦床疏疏干所產(chǎn)生生的降落漏漏斗，對(duì)鷂鷂子山含水水帶影響不不大。另外外，對(duì)比1年、1.5年和2年的疏干干結(jié)果可以以看出，由由于礦區(qū)地地下水位已已由原來(lái)的的40m降至至-20mm、地下水水動(dòng)流量不不大，不同同放水量對(duì)對(duì)地下水滲滲流場(chǎng)的徑徑流速度的的影響很小小。因此，疏疏干時(shí)間由由原來(lái)的2年減少為1年。5西區(qū)疏干放放水方案的的確定XX鐵礦西區(qū)采采用坑內(nèi)放放水孔超前前疏干方案案處理礦體體頂板巖溶溶水。疏干干工程布置置在強(qiáng)含水水帶的底板板-1500m水平，主主要由6個(gè)放水硐硐室構(gòu)成，每每個(gè)放水硐硐室布置4個(gè)放水孔孔。目前疏疏干巷道和和放水硐室室已施工完完畢，放水水孔施工完完2個(gè)，單孔孔出水量為為60l/minn。1991年6月月，鞍山冶冶金設(shè)計(jì)研研究院做初初步設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)，所依據(jù)據(jù)的基礎(chǔ)水水文地質(zhì)資資料如下：：地下水水水位40m，滲透系系數(shù)k=9.33m/d，靜靜儲(chǔ)量27011868mm3。設(shè)計(jì)推推薦的疏干干時(shí)間為2年，相應(yīng)應(yīng)的疏干水水量為62899m3/d，折合成成單孔出水水量為262mm3/d。目前礦區(qū)基本水水文地質(zhì)條條件和當(dāng)初初設(shè)計(jì)時(shí)相相比，已發(fā)發(fā)生了很大大變化。大大理巖中的的地下水位位由當(dāng)初的的40m下降到-20m標(biāo)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第第四系底板板和大理巖巖的充填隔隔水帶底板板。隨著西區(qū)地下水水水位的大大幅度下降降，地下含含水系統(tǒng)的的基本水文文地質(zhì)條件件得到了充充分的暴露露。原地質(zhì)質(zhì)報(bào)告中所所懷疑的職職工醫(yī)院附附近的“阻水體”得到了進(jìn)進(jìn)一步的證證實(shí)。以新新施工的GX2孔為界，其其東面的XXX村含水水帶中地下下水水位大大幅下降，西西面鷂子山山含水帶中中的地下水水水位卻基基本上保持持不變，二二者之間的的水位差以以達(dá)59mm。5.1第四系地地下水與基基巖地下水水之間的相相互關(guān)系巖溶地區(qū)因疏干干而引起的的地表塌陷陷變形問(wèn)題題，主要與與第四系地地層的組合合情況及賦賦存于其中中的地下水水運(yùn)動(dòng)情況況有關(guān)。因因此研究第第四系地層層結(jié)構(gòu)和性性質(zhì)，以及及在疏干狀狀態(tài)下第四四系地下水水系統(tǒng)和基基巖地下水水系統(tǒng)的相相互關(guān)系，是是預(yù)測(cè)在疏疏干狀態(tài)下下地表能否否產(chǎn)生變形形的關(guān)鍵所所在。5.1.1第四系系地層的分分布情況區(qū)內(nèi)第四系地層層主要分布布于洼地、沖沖溝、山坡坡和山麓等等地帶，其其成因類(lèi)型型主要為殘殘積、坡積積和沖洪積積。5.1.2第四系系地層的水水文地質(zhì)性性質(zhì)第四系地層不整整合分布于于各類(lèi)巖石石之上。選選廠(chǎng)等工業(yè)業(yè)場(chǎng)地范圍圍內(nèi)，地表表普遍有一一層人工填填土，巖性性較為雜亂亂，厚度1～7m不等。巖溶地區(qū)的疏干干地表塌陷陷變形，主主要與地層層的組合情情況及地下下水運(yùn)動(dòng)情情況有關(guān)。XX礦區(qū)的第四系地層中普遍含有地下水。選廠(chǎng)公路北側(cè)以及XX大灣的北部(靠近公路附近)，第四系地層以粉質(zhì)粘土為主，其內(nèi)賦存的地下水為上層滯水，沒(méi)有統(tǒng)一的地下水水位，受大氣降水和選廠(chǎng)滲漏水補(bǔ)給。目前在選礦公路的東段有一下降泉，出露標(biāo)高為46.8m，泉流量0～0.5L/s,其動(dòng)態(tài)變化與大氣降水直接相關(guān)，旱季干涸。XX大灣南部的第四系地下水具有統(tǒng)一的地下水水位。本次研究工作期間，共在XX大灣調(diào)查了22口民井，全部含有地下水，井水位埋深在1～3m之間。5.1.3第四系系地下水與與基巖地下下水的相互互關(guān)系礦區(qū)基巖地下水水水位目前前已經(jīng)降到到-20mm以下，與與其上面的的第四系地地下水之間間存在近550m（0.5mmPa）的水位位差。另外外，從四年年來(lái)各觀(guān)測(cè)測(cè)孔的水位位分析資料料可以看出出，觀(guān)測(cè)孔孔中地下水水水位的動(dòng)動(dòng)態(tài)變化不不受大氣降降水的影響響，由此可可見(jiàn)，第四四系地下水水系統(tǒng)與基基巖地下水水系統(tǒng)之間間存在良好好的隔水體體，二者為為相對(duì)獨(dú)立立的含水系系統(tǒng)。未來(lái)來(lái)礦區(qū)疏干干過(guò)程中，第第四系地下下水系統(tǒng)不不會(huì)受到影影響。由于第四系地下下水系統(tǒng)與與基巖地下下水系統(tǒng)之之間存在良良好的隔水水體，未來(lái)來(lái)疏干過(guò)程程中，第四四系地層地地下水與基基巖地下水水之間不存存在垂直方方向上的水水力交換，這這就大大減減少了第四四系地層在在疏干過(guò)程程中產(chǎn)生地地表塌陷的的可能性。應(yīng)該指出的是，XX西區(qū)第四系地下水系統(tǒng)雖然不會(huì)受到礦床疏干的影響，但當(dāng)未來(lái)采礦塌陷區(qū)形成以后，第四系地下水將會(huì)通過(guò)這個(gè)新的排泄通道進(jìn)入采場(chǎng)，從而使西區(qū)第四系地下水被疏干，造成地表產(chǎn)生一定程度沉降。按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-94）中的粘性土及粉土計(jì)算公式計(jì)算，最大沉降量為63.5mm。5.2疏干方案案的確定從前面的分析計(jì)計(jì)算結(jié)果上上可以看到到，XX鐵礦西西區(qū)在采取取適當(dāng)?shù)陌舶踩婪洞氪胧┗A(chǔ)上上，可以進(jìn)進(jìn)行全面的的疏干放水水工作。放水過(guò)程中要密密切觀(guān)測(cè)各各觀(guān)測(cè)孔水水位的變化化，總結(jié)其其變化規(guī)律律，用以指指導(dǎo)放水工工作的順利利進(jìn)行。放放水的同時(shí)時(shí)，要嚴(yán)密密的監(jiān)測(cè)西西區(qū)地表沉沉降變形網(wǎng)網(wǎng)的變化，發(fā)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要要及時(shí)處理理，避免產(chǎn)產(chǎn)生意外。6疏干排水地表變變形預(yù)測(cè)分分析巖溶地區(qū)疏干地地表塌陷變變形，主要要與地層的的組合情況況及地下水水運(yùn)動(dòng)情況況有關(guān)。根根據(jù)前面研研究所得出出的結(jié)論，總總結(jié)東區(qū)地地表巖溶塌塌陷變形的的規(guī)律，結(jié)結(jié)合西區(qū)具具體的地質(zhì)質(zhì)構(gòu)造條件件和水文地地質(zhì)工程地地質(zhì)條件，把把與地表變變形有關(guān)的的諸如地層層物理力學(xué)學(xué)性質(zhì)、厚厚度、礦坑坑排水量、地地下水運(yùn)移移速度、地地表水及降降雨入滲強(qiáng)強(qiáng)度等因素素聯(lián)系在一一起綜合考考慮，研究究礦山在疏疏干條件下下，發(fā)生地地表變形的的位置及變變形程度。6.1影響巖溶溶塌陷的動(dòng)動(dòng)力因素礦坑排水所引起起的巖溶地地下水活動(dòng)動(dòng)，主要表表現(xiàn)為水位位的升降，流流速、流量量和水力坡坡度的變化化，它改變變了巖溶地地下水系統(tǒng)統(tǒng)原始的水水動(dòng)力條件件。對(duì)于巖巖溶塌陷的的發(fā)育，水水動(dòng)力條件件的變化，是是一種十分分敏感和活活躍的動(dòng)力力因素，其其作用主要要有以下幾幾種。6.1.1地下下水位下降降所引起的的“失托增重”作用地下水位的下降降，使其對(duì)對(duì)上覆蓋層層的浮托力力減小，從從另一方面面上來(lái)講又又相當(dāng)于使使土體自重重增加。這這個(gè)值的大大小主要取取決于水位位下降幅度度和土體容容重的變化化：△P=（γ-γ’）△h對(duì)于不透水的粘粘性土，水水位下降后后，在毛細(xì)細(xì)作用高度度范圍內(nèi)其其容重變化化很小。因因此浮托力力的減小值值約等于水水位變化值值，為其上上限極值，即即：△P=△h對(duì)于透水性良好好的砂性土土，水位下下降后土體體孔隙中的的水很快流流失，因此此浮托力的的減小值約約為：△P=（1-n）△h式中n為土體的孔隙率率。因此，浮托力的的減小值隨隨土體的巖巖性不同而而變化于（1-n）△h和△h之間?！笆性鲋亍弊饔檬股仙细采w層的的穩(wěn)定性降降低。XX鐵礦西區(qū)，經(jīng)經(jīng)過(guò)4年的長(zhǎng)時(shí)時(shí)間小流量量緩慢放水水，目前地地下水位已已由原來(lái)的的40m下降降到-200m。由于于基巖頂板板標(biāo)高平均均在30mm以上，因因此地下水水水位早已已脫離第四四系地層的的底板，二二者之間形形成的無(wú)水水帶已持續(xù)續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的的時(shí)間，也也就是說(shuō)這這種“失托增重”作用早已已發(fā)生并已已經(jīng)結(jié)束，目目前正處于于重新穩(wěn)定定平衡階段段。6.1.2滲透透潛蝕作用用疏干地下水水位位的下降，使使地下水的的坡降和流流速增大，動(dòng)動(dòng)水壓力增增強(qiáng)，從而而對(duì)巖溶洞洞穴通道中中的松散充充填物和覆覆蓋層產(chǎn)生生側(cè)向侵蝕蝕、沖刷和和掏空作用用。其結(jié)果果，巖溶洞洞穴充填物物被搬運(yùn)帶帶走，在覆覆蓋層底部部的洞穴開(kāi)開(kāi)口處產(chǎn)生生空洞，形形成土洞雛雛形。土洞形成后，一一方面繼續(xù)續(xù)受到地下下水水流的的側(cè)向潛蝕蝕沖刷作用用；另一方方面，覆蓋蓋層中的第第四系地下下水和通過(guò)過(guò)該層入滲滲的地表水水向著洞穴穴開(kāi)口處滲滲透和匯集集，對(duì)覆蓋蓋層產(chǎn)生垂垂向的滲透透侵蝕作用用。滲透侵侵蝕作用隨隨著地下水水水位的下下降和水頭頭差的增大大而得到加加強(qiáng)，當(dāng)水水位降至覆覆蓋層底板板時(shí)，達(dá)到到最大值。地下水水流的動(dòng)動(dòng)水壓力（滲滲透壓力）可可表達(dá)為：：式中I—水力力坡降；γγw—水的容重重。地下水側(cè)向滲流流所具有的的動(dòng)能可表表示為：根據(jù)達(dá)西定律：：，因此式中Ef—水水力坡降；；m—水的質(zhì)量量；K—滲透系數(shù)數(shù)；I—水力坡降降；N—土體孔隙隙率。對(duì)于非粘性土，實(shí)實(shí)際工作中中，經(jīng)常以以臨界水力力坡度(Ikp)來(lái)表征潛潛蝕起始的的臨界條件件。臨界水水力坡降是是指土顆粒粒在地下水水流作用下下從靜止變變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀狀態(tài)時(shí)的水水力坡降。此此時(shí)地下水水動(dòng)水壓力力與土的浮浮重相等，土土體處于極極限平衡狀狀態(tài)。臨界水力坡度可可由下式計(jì)計(jì)算（Terzaaghi,,19333）:IIkp=(GGs-1)((1-n))通過(guò)計(jì)算所得的的水力坡度度與臨界值值的比較可可以判定是是否有潛蝕蝕破壞發(fā)生生。從地質(zhì)質(zhì)勘探資料料上可以看看出，礦區(qū)區(qū)內(nèi)只有機(jī)機(jī)修車(chē)間和和選廠(chǎng)濃縮縮池一帶第第四系砂礫礫石層，經(jīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算，其其最小臨界界水力坡度度為56%。西區(qū)-1500m和-3600m巷道從96年開(kāi)始涌涌水，因其其流量較小?。ㄗ畲笏菜矔r(shí)流量為為47m33/h，19966.11..15），地下水水滲流場(chǎng)的的實(shí)際最大大水力坡度度為12%，小于臨臨界水力坡坡度，因此此在水位下下降到第四四系底板附附近時(shí)，這這種滲透潛潛蝕作用十十分微弱。西區(qū)基巖地下水水系統(tǒng)與第第四系地下下水系統(tǒng)之之間相互獨(dú)獨(dú)立，二者者之間存在在良好的隔隔水體，它它們之間不不存在垂向向上的水力力交換，隔隔水體中不不存在一般般意義上的的滲流場(chǎng)，潛潛蝕作用也也就不能在在隔水體內(nèi)內(nèi)部發(fā)生。另另外，從廣廣東760隊(duì)的勘探探資料上可可以看出，巖巖溶含水層層的溶洞充充填帶主要要發(fā)育在0m標(biāo)高附近近，目前水水位已在-20m以下，因因此現(xiàn)在西西區(qū)這種對(duì)對(duì)第四系地地層的滲透透潛蝕作用用已經(jīng)結(jié)束束。6.1.3負(fù)壓壓吸蝕作用用當(dāng)巖溶地下水水水位下降至至覆蓋層底底板以下，水水流狀態(tài)由由承壓轉(zhuǎn)無(wú)無(wú)壓時(shí)，賦賦存于巖溶溶空隙中的的水、氣形形成了負(fù)壓壓，對(duì)蓋層層產(chǎn)生了附附加吸力而而使其遭到到吸蝕剝落落并向下遷遷移。對(duì)于于上覆土層層中所含的的第四系潛潛水來(lái)說(shuō)，負(fù)負(fù)壓使其增增加了向下下滲透的附附加水頭，加加劇了水體體對(duì)覆蓋層層的侵蝕作作用。負(fù)壓的大小取決決于覆蓋層層的封閉程程度和水位位的下降速速度，在完完全封閉的的條件下，其其理論最大大值為一個(gè)個(gè)大氣壓。應(yīng)該指出的是，負(fù)負(fù)壓現(xiàn)象是是經(jīng)?？梢?jiàn)見(jiàn)的，無(wú)疑疑在塌陷的的形成過(guò)程程中起一定定的作用。但但是，針對(duì)對(duì)XX鐵礦西西區(qū)來(lái)說(shuō)，由由于礦區(qū)地地下水水位位已經(jīng)早就就脫離了覆覆蓋層的底底板，并且且在水位下下降過(guò)程中中速度非常常緩慢，再再加上礦區(qū)區(qū)內(nèi)各種勘勘探鉆孔星星羅棋布，因因此，負(fù)壓壓吸蝕作用用是非常有有限的。6.1.4地下下水位波動(dòng)動(dòng)的散解作作用疏干排水導(dǎo)致地地下水具有有比自然條條件下更大大的波動(dòng)性性。地下水水通過(guò)洞、隙隙開(kāi)口處的的反復(fù)升降降運(yùn)動(dòng)，對(duì)對(duì)覆蓋層產(chǎn)產(chǎn)生浮托力力的反復(fù)增增減，使之之反復(fù)飽和和失水，其其結(jié)果使覆覆蓋層底部部及沿裂隙隙的土體遭遭到崩解、散散體、剝落落而向下遷遷移，在覆覆蓋層中形形成土洞并并向上擴(kuò)展展。目前，XX鐵礦礦西區(qū)由于于地下水水水位已經(jīng)脫脫離第四系系地層底板板，二者之之間的距離離多達(dá)40多米，再再加上兩個(gè)個(gè)含水系統(tǒng)統(tǒng)之間沒(méi)有有垂向上的的水力交換換，因此已已不具備產(chǎn)產(chǎn)生這種“水位波動(dòng)動(dòng)散解作用用”的條件。6.1.5水擊擊作用巖溶通道中的地地下水水流流經(jīng)常處于于不穩(wěn)定狀狀態(tài)，通道道中充填物物的堵塞或或沖決，使使水流速度度產(chǎn)生劇烈烈變化，從從而產(chǎn)生水水擊波的水水擊作用，使使與巖溶通通道相通的的上方覆蓋蓋層被擊穿穿而塌陷，并并伴隨著有有地鳴、冒冒水、噴砂砂等現(xiàn)象。當(dāng)巖溶管道因跨跨塌堵塞，水水流受阻速速度驟減，可可產(chǎn)生正向向擊水作用用；巖溶管管道因堵體體沖決或井井下突水，水水流速度驟驟增，可產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)向擊擊水作用。計(jì)計(jì)算顯示，當(dāng)當(dāng)水流速度度每突變1m//s時(shí)，可產(chǎn)產(chǎn)生120～140m水頭的水水擊壓力。這種作用主要發(fā)發(fā)生在井下下突然涌水水的條件下下。XX鐵礦東東區(qū)生產(chǎn)過(guò)過(guò)程中的幾幾次突水所所導(dǎo)致的地地面塌陷，主主要與這種種作用有關(guān)關(guān)。在有控控制的疏干干放水條件件下，由于于地下水的的下降速度度、徑流條條件都在控控制的范圍圍內(nèi)，一般般不會(huì)產(chǎn)生生這種作用用。6.2巖溶塌陷的評(píng)價(jià)價(jià)預(yù)測(cè)巖溶塌陷預(yù)測(cè)是是指對(duì)巖溶溶塌陷發(fā)生生、發(fā)展趨趨勢(shì)的預(yù)測(cè)測(cè)，即預(yù)測(cè)測(cè)塌陷的可可能性及其其影響（包包括塌陷強(qiáng)強(qiáng)度、影響響范圍等）。由于巖溶塌陷發(fā)發(fā)育條件和和影響因素素的復(fù)雜性性、多變性性、突發(fā)性性和隱蔽性性，目前的的科學(xué)技術(shù)術(shù)發(fā)展水平平，還難以以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確確的定量預(yù)預(yù)測(cè)。實(shí)際際工作中一一般多以定定性分析為為基礎(chǔ)，結(jié)結(jié)合半定量量計(jì)算，綜綜合進(jìn)行預(yù)預(yù)測(cè)分析。6.2.1巖溶溶塌陷的定定性預(yù)測(cè)巖溶塌陷的定性性預(yù)測(cè)是在在基于巖溶溶塌陷發(fā)育育與分布規(guī)規(guī)律地質(zhì)分分析的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，分析析巖溶塌陷陷形成條件件的差異性性和各影響響因素與塌塌陷現(xiàn)狀之之間的相互互關(guān)系，確確定影響塌塌陷的主因因素與分級(jí)級(jí)指標(biāo)，概概括反映出出塌陷發(fā)育育特征和趨趨勢(shì)。⑴地質(zhì)分析法綜合前面的研究究成果，影影響XX鐵礦西西區(qū)巖溶疏疏干塌陷的的分布和發(fā)發(fā)育規(guī)律的的地質(zhì)因素素有以下幾幾條：①塌陷主要分布在在巖溶發(fā)育育強(qiáng)烈地帶帶，或沿其其與非可溶溶巖的接觸觸地帶，其其上多有軟軟土層分布布；②塌陷主要發(fā)育于于斷裂帶或或主要裂隙隙的交匯破破碎帶上；；③塌陷主要發(fā)育于于松散覆蓋蓋層較薄或或者覆蓋層層底部粘性性土層較薄薄甚至缺乏乏的“天窗”地段；④塌陷主要發(fā)生在在巖溶地下下水系統(tǒng)的的主（強(qiáng)）徑徑流帶上；；⑤塌陷主要發(fā)生在在具有潛水水和巖溶水水雙層含水水系統(tǒng)，并并且?guī)r溶水水位在基巖巖面附近上上下頻繁波波動(dòng)的地帶帶；⑥塌陷主要發(fā)生在在受疏干排排水影響強(qiáng)強(qiáng)烈的降落落漏斗中心心及附近地地段。根據(jù)上面這些規(guī)規(guī)律，首先先在XX西區(qū)疏疏干漏斗影影響范圍內(nèi)內(nèi)，按不同同的水文地地質(zhì)工程地地質(zhì)條件進(jìn)進(jìn)行危險(xiǎn)性性分區(qū)。⑵經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)預(yù)測(cè)法法根據(jù)巖溶塌陷的的形成條件件及主要影影響因素，選選取了6個(gè)因子，按按它們對(duì)塌塌陷的影響響大小分為為3～4