礦床水文地質(zhì)學(xué)講義引言課件

吉林大學(xué)專門水文地質(zhì)學(xué)第十一章

礦床水文地質(zhì)

主講教師：蘇小四引言

礦床水文地質(zhì)研究意義

與主要研究?jī)?nèi)容2023/7/24第3頁主要內(nèi)容礦業(yè)發(fā)展與水文地質(zhì)工作我國礦床水文地質(zhì)工作概述礦床水文地質(zhì)的研究?jī)?nèi)容2023/7/24第4頁一、礦業(yè)發(fā)展與水文地質(zhì)工作2023/7/24第5頁

礦業(yè)是人類從事生產(chǎn)勞動(dòng)最古老的領(lǐng)域之一.

礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用、礦業(yè)的發(fā)展與擴(kuò)大，對(duì)人類社會(huì)文明的發(fā)展與進(jìn)步產(chǎn)生了巨大的促進(jìn)作用。2023/7/24第6頁舊石器時(shí)代新石器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代人類歷史時(shí)代的劃分，都是以當(dāng)時(shí)人們開發(fā)利用的主要礦產(chǎn)種類為特征。2023/7/24第7頁

新中國成立50年來，開展了大規(guī)模礦產(chǎn)地質(zhì)勘察工作，取得了巨大成就，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有168種，探明有一定數(shù)量的礦產(chǎn)有153種，其中能源礦產(chǎn)8種，金屬礦產(chǎn)54種，非金屬礦產(chǎn)88種。

探明礦產(chǎn)儲(chǔ)量潛在價(jià)值僅次于美國和原蘇聯(lián)，居世界第三位，是世界上礦產(chǎn)資源最豐富、礦種齊全配套的少數(shù)幾個(gè)國家之一。

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主要能源礦產(chǎn)中，煤炭資源相當(dāng)豐富，地殼表層以下2000米范圍內(nèi)，預(yù)測(cè)煤炭資源遠(yuǎn)景總量達(dá)5萬億噸；1996年底，探明儲(chǔ)量的5345處礦區(qū)保有儲(chǔ)量總量1萬億噸，距世界第3位。

2005年國土資源部數(shù)據(jù)顯示：截至到2004年，我國煤炭可開采儲(chǔ)量3373.4億噸。

據(jù)1997年國家公布數(shù)據(jù)：石油資源剩余探明可采儲(chǔ)量22.41億噸，居世界第11位。2023/7/24第9頁2023/7/24第10頁

經(jīng)國家統(tǒng)計(jì)局修正，2004年我國GDP為16萬億元，其中第二產(chǎn)業(yè)（主要包括采礦業(yè)、工業(yè)和建筑業(yè)等）占我國國民生產(chǎn)總值52.9％，作為第二產(chǎn)業(yè)重要組成部分的采礦業(yè)占國民生產(chǎn)總值的很大比例。

2023/7/24第11頁京津冀規(guī)劃區(qū)含北京、天津、河北3省市華東規(guī)劃區(qū)含上海、江蘇、浙江、安徽、山東、福建、江西7省

中南規(guī)劃區(qū)含河南、湖北、湖南、廣西、廣東、海南6省西南規(guī)劃區(qū)含四川、貴州、云南和西藏自治區(qū)新甘寧青規(guī)劃區(qū)含新疆、甘肅、寧夏、青海4省區(qū)晉陜蒙規(guī)劃區(qū)包括山西、陜西及內(nèi)蒙古自治區(qū)的西部東北規(guī)劃區(qū)含遼寧、吉林、黑龍江3省及內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部

我國煤炭規(guī)劃區(qū)劃分：西部煤炭后備區(qū)帶中部煤炭供給區(qū)帶東部煤炭調(diào)入?yún)^(qū)帶

2023/7/24第12頁2023/7/24第13頁

1、礦產(chǎn)的短缺，決定了礦業(yè)高速發(fā)展，促進(jìn)礦床水文地質(zhì)的發(fā)展。

2、礦產(chǎn)的開發(fā)向地殼深度、地表廣度等擴(kuò)展對(duì)礦床水文地質(zhì)提出了更高的要求。

3、采礦安全、水資源緊張、環(huán)境問題使礦床水文地質(zhì)研究越來越趨近綜合性。

4、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步礦區(qū)與礦業(yè)的生產(chǎn)、生活條件得到了極大的改善，為礦床水文地質(zhì)工作提供了有力的支持和保障。

礦業(yè)的發(fā)展給礦床水文地質(zhì)事業(yè)帶來了空前的機(jī)遇與挑戰(zhàn)2023/7/24第14頁二、我國礦床水文地質(zhì)工作概述2023/7/24第15頁

我國是世界上礦產(chǎn)資源最為豐富的國家，多種礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量均為世界首位。同時(shí)，我國礦產(chǎn)開發(fā)史也最為悠久，在處理礦井地下水的經(jīng)驗(yàn)中，我國也是起步較早的國家之一。2023/7/24第16頁

距今3100多年西周至東漢時(shí)期的銅綠山古銅礦冶遺址（湖北大冶），是連續(xù)采掘13個(gè)世紀(jì)的重要古礦冶遺址。

我國古代“礦床水文地質(zhì)事業(yè)”

2023/7/24第17頁

我國古代勞動(dòng)人民創(chuàng)造了各種提水和排水方法，如孔明車、木制絞車、轆轤帶動(dòng)提升水桶和排水車，以及利用水槽將礦坑水排出地表，是我們祖先的偉大貢獻(xiàn)。提升水桶用的轆轤復(fù)原模型當(dāng)年采礦用的工具--木撮瓢2023/7/24第18頁

解放前，我國尚未建立礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)這門科學(xué)，更沒有專門從事礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)的技術(shù)人員。

在礦產(chǎn)普查勘探和礦山開發(fā)過程中，幾乎不進(jìn)行礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件的研究，因而礦井突水淹井事故和礦山工程地質(zhì)事故常有發(fā)生。我國近代“礦床水文地質(zhì)事業(yè)”

2023/7/24第19頁建國初期60年代～文革后

改革開放以來

建國以來我國礦床水文地質(zhì)事業(yè)2023/7/24第20頁建國初期主要學(xué)習(xí)蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行全國范圍的礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探工作。

內(nèi)蒙古白云鄂博鐵礦進(jìn)行礦區(qū)水文地質(zhì)勘探，1958年提交《內(nèi)蒙古白云鄂博鐵礦勘探報(bào)告》，是全國礦產(chǎn)儲(chǔ)備委員會(huì)審批的第一個(gè)礦產(chǎn)勘探報(bào)告。

1959年，地質(zhì)部“水文地質(zhì)工程地質(zhì)局”和“水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所”出版《中國固體礦床水文地質(zhì)分類》，煤炭部編制出版1：1200萬《全國煤田水文地質(zhì)類型圖》。2023/7/24第21頁60年代～文革后

60年代，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、自力更生，解決廣東凡口鉛鋅礦、吉林舒蘭煤礦等水文地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶充水礦區(qū)的突水問題。

10年浩劫，礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)工作造成巨大損失。75年，地質(zhì)部“礦坑涌水量預(yù)測(cè)方法培訓(xùn)班”普及推廣了地下水穩(wěn)定流理論、解析法和電子計(jì)算機(jī)在礦坑涌水量計(jì)算中的應(yīng)用。

77－78年，由22個(gè)省、自治區(qū)地質(zhì)局、30個(gè)勘探隊(duì)、6個(gè)地質(zhì)院校及水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所等單位，開展了全國55個(gè)重點(diǎn)巖溶充水礦山水文地質(zhì)工程地質(zhì)回訪調(diào)查工作。2023/7/24第22頁改革開放以來

十一屆三中全會(huì)及改革開放以后，我國礦床水文地質(zhì)工作突飛猛進(jìn)，進(jìn)行了大型重點(diǎn)礦區(qū)的專門水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。系統(tǒng)總結(jié)建國以來礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，1982年地質(zhì)礦產(chǎn)部頒發(fā)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)普查勘探規(guī)范》。目前，礦坑涌水量預(yù)測(cè)在采用數(shù)值模擬和物理模擬的方法上有所提高，隨即模型、系統(tǒng)理論、信息論等已應(yīng)用于建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算機(jī)得到廣泛應(yīng)用。2023/7/24第23頁礦床水文地質(zhì)工作發(fā)展：1、研究范圍的擴(kuò)大。單礦井、單水平礦坑涌水量預(yù)測(cè)到礦區(qū)水資源評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)以及到區(qū)域水資源的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。含水層—地下水系統(tǒng)---流域---社會(huì)與自然?？碧健_采—閉坑—恢復(fù)。

2、研究目的的變化。從以安全生產(chǎn)—安全環(huán)境--可持續(xù)發(fā)展（和諧社會(huì)）。

3、研究?jī)?nèi)容的拓寬。涌水量—巖體穩(wěn)定—區(qū)域水資源—環(huán)境與生態(tài)。

4、觀念的改變.。保礦—供排結(jié)合—生活環(huán)境優(yōu)先三、礦床水文地質(zhì)研究?jī)?nèi)容2023/7/24第25頁基本概念：

礦床水文地質(zhì)以研究和處理礦床水文地質(zhì)條件和礦床開采的關(guān)系為主要內(nèi)容，即研究礦床開采所引起的與地下水有關(guān)的一系列問題，以及調(diào)查、預(yù)測(cè)、解決這些問題的方法。水文地質(zhì)

工程地質(zhì)

環(huán)境地質(zhì)

災(zāi)害地質(zhì)2023/7/24第26頁環(huán)境地質(zhì)學(xué)工程地質(zhì)學(xué)水文地質(zhì)學(xué)其他相關(guān)學(xué)科礦床學(xué)采礦學(xué)礦床水文地質(zhì)2023/7/24第27頁

礦床水文地質(zhì)學(xué)是水文地質(zhì)學(xué)的一個(gè)重要分支，是礦區(qū)地質(zhì)勘查工作的重要組成部分，屬于水文地質(zhì)研究和礦區(qū)地質(zhì)勘查研究的交叉學(xué)科，其研究對(duì)象就是賦存在礦體和圍巖中的地下水。2023/7/24第28頁自然狀態(tài)下礦床和

圍巖中賦存的水礦床充水開采時(shí)進(jìn)入井巷形成礦井涌水充水水源礦井涌水充水通道影響充水的其他因素礦床充水條件2023/7/24第29頁2023/7/24第30頁礦床水文地質(zhì)研究基本內(nèi)容：礦山投產(chǎn)及開采前期的地質(zhì)勘察工作中，查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件和充水因素，預(yù)測(cè)礦井涌水量

礦山開采期間，制定、采取措施，減少或避免礦床充水生產(chǎn)的影響和危害防治采礦等人為因素產(chǎn)生的水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)問題或?yàn)?zāi)害礦井水資源的合理開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)供、排水的科學(xué)結(jié)合2023/7/24第31頁當(dāng)前礦床水文地質(zhì)學(xué)研究的核心內(nèi)容礦床充水與安全生產(chǎn)的關(guān)系疏干排水與區(qū)域水資源的關(guān)系疏干排水與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系2023/7/24第32頁礦床充水與安全生產(chǎn)的關(guān)系2023/7/24第33頁

我國各類礦床的水文地質(zhì)條件，在世界上也是最為復(fù)雜的，礦山水害嚴(yán)重，淹井事故之多、水量之大，可謂世界之最。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，解放以來至1988年，北方煤礦井災(zāi)害性突水事故130次，淹井60次，局部淹井70次，直接經(jīng)濟(jì)損失30億元以上。我國南方地區(qū)，巖溶地面塌陷、潰水、突泥、淹井事故也相當(dāng)嚴(yán)重。2023/7/24第34頁

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年我國礦難113起，死亡人數(shù)1952人，失蹤人數(shù)74人，煤礦死亡人數(shù)1891人；其中突水礦難死亡人數(shù)376人，煤礦突水事故死亡人數(shù)373人。2005年7月14日，廣東省梅州市興寧市福勝煤礦發(fā)生透水事故，16名礦工遇難；同年8月7日，與福勝煤礦相鄰的王槐鎮(zhèn)大興煤礦又發(fā)生特大透水事故，123名礦工無一生還。2023/7/24第35頁2023/7/24第36頁2023/7/24第37頁時(shí)間事故地點(diǎn)、單位性質(zhì)死亡人數(shù)失蹤人數(shù)05.1.14內(nèi)蒙古錫林郭勒盟阿拉坦合力蘇木煤礦透水505.1.21甘肅窯街煤電公司煤礦水害505.3.31內(nèi)蒙古赤峰礦井金峰螢石礦透水805.4.22湖南郴州桂陽太婆頭煤礦煤水突水205.4.24吉林省吉林市蛟河奶子山騰達(dá)煤礦透水29105.5.28福建龍巖赤坑煤礦透水1005.6.18山西高平煤礦透水205.7.7江西上栗縣永勝煤礦透水1505.7.14廣東興寧福盛煤礦透水162005年我國礦床突水事故一覽表

2023/7/24第38頁時(shí)間事故地點(diǎn)、單位性質(zhì)死亡人數(shù)失蹤人數(shù)05.7.17河南新安煤礦透水405.8.1四川大竹縣田壩煤礦透水505.8.7廣東省梅州市興寧市王槐鎮(zhèn)大興煤礦透水12305.8.19吉林省舒蘭礦務(wù)局豐廣煤礦透水1605.9.10貴州天柱煤礦透水1005.10.4四川省廣安市龍灘煤礦透水事故151305.11.19河北邢臺(tái)市內(nèi)丘縣遠(yuǎn)大煤礦透水1405.11.24河北武安市高村煤礦透水1805.12.2河南新安煤礦透水35705.12.3河南新安縣石寺鎮(zhèn)寺溝煤礦透水4205.12.28山西省左云縣店灣鎮(zhèn)范家寺煤礦透水710總數(shù)376312005年我國礦床突水事故一覽表（續(xù)）2023/7/24第39頁

在國外，如美國，其全國煤礦年均死亡人數(shù)約30人左右，澳大利亞甚至做到了2003年煤礦開采零死亡。

礦床突水所引起的突發(fā)性事故，不僅僅是經(jīng)濟(jì)上的損失，還有血淋淋的教訓(xùn)。2023/7/24第40頁由于受到突水淹礦的威脅使的我國大量的固體礦產(chǎn)資源得不到充分開發(fā)。僅就煤炭資源而言，目前我國北方主要的礦務(wù)局，有130余個(gè)礦井受水威脅，隨著向深部開采，水壓不斷增加，突水災(zāi)害威脅日趨嚴(yán)重。北方巖溶地區(qū)的煤炭礦床約有150多億噸儲(chǔ)量，鐵礦床約有8億多噸儲(chǔ)量，因受水的威脅而難于開采。由此可見，加強(qiáng)我國大水礦床充水機(jī)理與突水預(yù)測(cè)、突水防治研究，對(duì)增加我國固體礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)量，提高開發(fā)利用效益有著重要的意義。2023/7/24第41頁疏干排水與區(qū)域水資源的關(guān)系2023/7/24第42頁元寶山露天礦2023/7/24第43頁

采礦本身要求把能進(jìn)入井巷或威脅井巷的水進(jìn)行有效疏干，需要排出大量的礦井水，使附近地下水位大面積、大幅度下降。

而排出的水又已多被污染，不宜應(yīng)用，結(jié)果造成礦區(qū)包括礦山企業(yè)本身淡水資源的供應(yīng)緊張，使原有地下水環(huán)境轉(zhuǎn)化位無水環(huán)境，產(chǎn)生供、排水矛盾。2023/7/24第44頁我國礦井水的資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

目前我國礦井水的利用途徑大體上可分為：用于井下黃泥灌漿和鍋爐水力沖渣用水用于一般生產(chǎn)用水。主要用于選煤廠生產(chǎn)補(bǔ)充水、井下消防灑水、煤壁注水、地面防塵及綠化用水、生態(tài)用水等用于生活用水和有較高要求的生產(chǎn)用水。包括生活飲用水、浴室洗衣房用水、鍋爐用水等2023/7/24第45頁我國礦井水資源化利用狀況及發(fā)展趨勢(shì)就全國范圍內(nèi)來說，礦井水資源化的發(fā)展是不平衡礦井水資源化率有待于進(jìn)一步提高——90年代全國礦井水平均利用率約為22%左右——2003年全國礦井水平均利用率為30.1%——2005年全國礦井水平均利用率為43.85%老礦區(qū)礦井水平均利用率基本在30%以下，新礦區(qū)比較重視對(duì)礦井水的綜合利用，平均利用率能達(dá)到50—60%左右老礦區(qū)礦井水資源化率低于新礦區(qū)2023/7/24第46頁疏干排水與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系2023/7/24第47頁

地下開采造成巖層和土體破壞的直接惡果，使改變了區(qū)域的水文地質(zhì)條件，產(chǎn)生了許多災(zāi)害性環(huán)境地質(zhì)問題。如：地面塌陷和裂縫，地面沉降、滑坡，甚至采礦誘發(fā)地震等等2023/7/24第48頁地面

塌陷2023/7/24第49頁補(bǔ)連塔礦2211工作面沉陷初期形成的地表裂縫2023/7/24第50頁

在礦產(chǎn)資源勘察、礦山建設(shè)、開采生產(chǎn)之前，有必要查明其礦床水文地質(zhì)條件，進(jìn)行礦坑涌水量預(yù)測(cè)，提出解決方案。

投產(chǎn)后，隨開采深度和范圍增加，礦床水文地質(zhì)發(fā)生變化，在采礦防水安全、礦坑輸干排水礦水處理等方面，提出解決方案和措施。

由此可見，在礦山勘查和開采過程中，礦床水文地質(zhì)工作具有重要的意義。

2023/7/24第51頁我國采礦生產(chǎn)與地下水有關(guān)的環(huán)境問題特點(diǎn)1、農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)平原區(qū)以地面塌陷、沉降等巖