礦山水文地質(zhì)的有關(guān)的理論

礦山水文地質(zhì)是研究地下水與礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)有關(guān)的理論、方法及其應(yīng)用的科學(xué)。它是在研究地下水埋藏分布特征和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究在礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如何有效地防治地下水對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的危害，如何合理地利用地下水資源。―、礦山水文地質(zhì)的基本任務(wù)礦山水文地質(zhì)的基本任務(wù)是研究和解決地下水對(duì)礦山生產(chǎn)的危害及預(yù)防治理方法、 礦區(qū)地下水資源的綜合開(kāi)發(fā)利用與水資源保護(hù)等。1.礦山水害的防治我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富， 自然地理?xiàng)l件和水文地質(zhì)條件復(fù)雜。 以開(kāi)發(fā)在一定程度上影響了煤250在一定程度上影響了煤250億t，炭資源的開(kāi)發(fā)。目前，全國(guó)煤礦遭受水害威脅的儲(chǔ)量高達(dá)主要分布在約占全國(guó)產(chǎn)量50%的華北地區(qū)石炭二疊紀(jì)煤田。,增加噸煤成本，重,增加噸煤成本，重地下水的威脅更18萬(wàn)m3/d,平均每1984年6月2日21h地下水進(jìn)人礦井中，輕則惡化生產(chǎn)勞動(dòng)環(huán)境則危害礦井安全 ,甚至淹沒(méi)井巷、途成人身和財(cái)產(chǎn)的重大損失。對(duì)于位于巖溶水位以下煤層， 在煤炭資源的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為嚴(yán)重。如湖南煤炭壩礦區(qū) 1975年礦井排水量達(dá)采It煤就需排水 133m3;又如河北開(kāi)灤范各莊煤礦由于采掘過(guò)程中揭露了導(dǎo)水陷落柱將奧陶系巖溶水引人礦井，僅就淹沒(méi)了整個(gè)礦井，而后涌水滲人相鄰礦井，迫使鄰礦停產(chǎn)，同時(shí)還接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)40億元，影響產(chǎn)煤近1000萬(wàn)t。對(duì)于以地下開(kāi)采礦產(chǎn)資源為主的礦區(qū)，一個(gè)重要的礦山安全問(wèn)題就是礦井突水危害。以煤礦為例，一方面我國(guó)許多煤田的水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，深部奧灰含水層富水性強(qiáng)、水壓高;另一方面煤田淺部,在煤層開(kāi)煤層開(kāi)采后遺留了大量采空積水區(qū)，隨著礦井向深部延伸采過(guò)程中不可避免地受到上、下含水體的威脅。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自,在煤層開(kāi)1956年至1994年，我國(guó)北方開(kāi)采山西組與太原組煤層，來(lái)自煤層夾層灰?guī)r和基底奧灰?guī)r巖溶水的底板突水就有1300次，其中淹井層灰?guī)r和基底奧灰?guī)r巖溶水的底板突水就有1300次，其中淹井200余次，造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾十億元;2000余次，造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾十億元;2000年以來(lái)全國(guó)煤礦發(fā)生的重大水害事故則開(kāi)始表現(xiàn)為采空積水透水事故多發(fā)的特點(diǎn)。礦產(chǎn)資源開(kāi)采過(guò)程中的大量疏排水，一方面引起區(qū)域地下水位大幅度下降，造成礦區(qū)供水水源地的破壞，另一方面引起大面積地面沉礦產(chǎn)資源開(kāi)采過(guò)程中的大量疏排水，一方面引起區(qū)域地下水位大幅度下降，造成礦區(qū)供水水源地的破壞，另一方面引起大面積地面沉降、開(kāi)裂和塌陷。因此，研究和解決地下水對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的威脅，防止地表塌正確估算威脅礦井安全的地下水疏降的經(jīng)濟(jì)性和合理性，陷,合理處理礦并水排放，避免和減少對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，是礦山水文地質(zhì)的基本任務(wù)。防止地表塌2.地下水資的利用與保護(hù)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)必須首先査清礦區(qū)地下水源的類(lèi)型，然后對(duì)地下水資源作出評(píng)價(jià)。一方面要合理利用礦區(qū)地下水作為供水水源，另一方面應(yīng)把礦區(qū)排水與供水結(jié)合起來(lái),達(dá)到既能排除礦井水害威脅、又能合理利用地下水資源的目的,改變采礦怕水、礦區(qū)供水盼水的局面。保護(hù)地下水資源，防止礦山地質(zhì)環(huán)境破壞，也是礦山水文地質(zhì)的基本任務(wù)。水是人類(lèi)賴(lài)以生存不可缺少的寶貴資源，地下水水質(zhì)良好，分布廣泛，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定及便于利用，對(duì)人民生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。地下水作為一種寶貴的資源為人類(lèi)所用，這是其有利的一面,但地下水同時(shí)還是影響礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)安全以及使礦山生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化的不利因素。在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了保證礦井生產(chǎn)安全，避免礦井突水事故的發(fā)生，要進(jìn)行礦井疏排水工作。而礦井疏排水的結(jié)果，往往引起礦區(qū)及其附近地下水、地表水的疏干，從而破壞礦區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的天然平衡狀態(tài)，造成礦區(qū)范圍內(nèi)耕地破壞、植被退化及土地沙化特別是過(guò)量疏排中、深部地下水 ,又造成礦區(qū)地面沉降、巖溶塌陷、環(huán)境惡化現(xiàn)象，給礦區(qū)及附近工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活造成嚴(yán)重影響。如四川省眉山芒硝礦大洪山礦區(qū)， 1995年3月22日在413巷道打炮眼，打穿上部含水層，造成礦井涌水，同時(shí)附近的陶家灣風(fēng)井也因穿過(guò)該含水層而突水。通過(guò)礦井疏排水，雖維持了礦井生產(chǎn)，但卻使礦區(qū)及附迨一定范圍內(nèi)的地表水和地下水遭到疏干， 嚴(yán)重影響了礦區(qū)及附近居民的生產(chǎn)及生活用水，惡化了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。二、礦山水文地質(zhì)研究的內(nèi)容礦山水文地質(zhì)研究的內(nèi)容與礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的可持續(xù)性相適應(yīng)。 目前，礦山水文地質(zhì)研究的內(nèi)容主要有以下幾方面：研究礦山水文地質(zhì)基礎(chǔ)理論水文地地下水是在多種自然因素和人為因素綜合作用下形成的。

水文地質(zhì)的基礎(chǔ)理論研究地下水在周?chē)h(huán)境(巖石圈、大氣圈、水圈以及人質(zhì)的基礎(chǔ)理論研究地下水在周?chē)h(huán)境(巖石圈、大氣圈、水圈以及人類(lèi)活動(dòng) )影響下 ,數(shù)量和質(zhì)量在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律、 地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。研究礦區(qū)水文地質(zhì)勘探手段及礦井水文地質(zhì)工作方法礦區(qū)水文地質(zhì)條件不同，表現(xiàn)出的水文地質(zhì)主要問(wèn)題也不相同，因此，水文地質(zhì)勘探時(shí)所采用的勘探手段和方法也應(yīng)有所側(cè)重。 在各勘探階段通過(guò)不同的水文地質(zhì)測(cè)繪、 勘探和試驗(yàn)等工作手段， 查明含水層的特征、分布范圍、厚度大小、埋藏條件、富水性、地下水補(bǔ)徑排特征等，為礦區(qū)的總體規(guī)劃或礦井設(shè)計(jì)、 建設(shè)和生產(chǎn)提供水文地質(zhì)依據(jù)。在系統(tǒng)整理、綜合分析礦區(qū)水文地質(zhì)勘探成果和礦井建設(shè)、生產(chǎn)各階段所獲得的水文地質(zhì)資料和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上， 研究保證礦井安全生產(chǎn)的水文地質(zhì)工作方法及手段。研究礦井涌水量預(yù)計(jì)方法預(yù)計(jì)礦井涌水量是礦井建設(shè)和生產(chǎn)中一項(xiàng)非常重要的工作。 礦井直接或間接充水含水層的性質(zhì)及滲透通道特征是決定礦井涌水量的根本因素， 開(kāi)采方式和方法對(duì)礦井涌水量有重要的控制作用。 査明自然條件下礦區(qū)水文地質(zhì)單元的特征， 根據(jù)礦床的開(kāi)采方案概化礦井內(nèi)外邊界條件、 充水因素和開(kāi)采時(shí)的水動(dòng)力特征， 研究建立礦井水文地質(zhì)模型及數(shù)學(xué)模型， 分析開(kāi)采過(guò)程中井巷涌水量的變化趨勢(shì)， 解算數(shù)學(xué)模型 ,給出涌水量預(yù)計(jì)結(jié)果，為礦井防排水設(shè)計(jì)提供依據(jù)。研究礦井充水條件、礦井突水的預(yù)測(cè)方法及礦井水的防治方礦山水文地質(zhì)不僅研究礦井充水條件及采礦活動(dòng)對(duì)礦井充水條件改變的影響，還研究在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，礦井突水的可能性、件改變的影響，還研究在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，礦井突水的可能性、突水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法以及礦井水的防治方法。礦井充水水源和通道是礦井水形成的必備條件。礦井的充水水源礦井充水水源和通道是礦井水形成的必備條件。礦井的充水水源不同、充水通道和充水程度的差異，決定了礦井水的涌入方式、水量大小和動(dòng)態(tài)變化特征。在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，影響礦井充水的因大小和動(dòng)態(tài)變化特征。在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，影響礦井充水的因素多、控制礦井充水的條件復(fù)雜。當(dāng)井巷、工作面與強(qiáng)含水體接近或溝通時(shí)可能發(fā)生礦井突水事故。礦井突水的發(fā)生除決定于突水點(diǎn)附近溝通時(shí)可能發(fā)生礦井突水事故。礦井突水的發(fā)生除決定于突水點(diǎn)附近的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件外，還與采掘活動(dòng)對(duì)井巷圍巖的破壞有關(guān)。礦的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件外，還與采掘活動(dòng)對(duì)井巷圍巖的破壞有關(guān)。礦井水的防治工作是在分析研究礦井充水條件和礦井涌水量預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)充水水源、通道和水量大小的不同，分別采取不同的針對(duì)性防治措施。礦井水的防治方法主要有地面防水、井下防水、疏干降壓、礦井排水和注漿堵水等。礦區(qū)供水及礦區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)井水的防治工作是在分析研究礦井充水條件和礦井涌水量預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)充水水源、通道和水量大小的不同，分別采取不同的針對(duì)性防治措施。礦井水的防治方法主要有地面防水、井下防水、疏干降壓、礦井排水和注漿堵水等。礦區(qū)供水及礦區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)隨著礦山建設(shè)和生產(chǎn)的迅速發(fā)展，礦區(qū)生產(chǎn)和生活用水量日益增長(zhǎng)。在地下水開(kāi)采過(guò)程中，只有開(kāi)采量和補(bǔ)給量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，才能實(shí)現(xiàn)資源的“補(bǔ)償”。如果開(kāi)發(fā)利用方案或手段不符合客觀實(shí)際，造成地下水過(guò)量“開(kāi)采” ，發(fā)展下去就會(huì)造成地下水資源的破壞,從而影響礦區(qū)的正常生產(chǎn)、生活。礦區(qū)地下水資源管理的關(guān)鍵是提高礦區(qū)水資源利用率，實(shí)現(xiàn)礦井水的資源化,保證礦山建設(shè)的正常發(fā)展。地下水具有環(huán)境要素的性質(zhì)。各種污物的介人、 降水對(duì)礦山廢棄物的淋濾，可能引起礦區(qū)地下水的污染;礦區(qū)長(zhǎng)期高強(qiáng)度的疏降、排長(zhǎng)。在地下水開(kāi)采過(guò)程中，只有開(kāi)采量和補(bǔ)給量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，才能實(shí)現(xiàn)資源的“補(bǔ)償”。如果開(kāi)發(fā)利用方案或手段不符合客觀實(shí)際，造成地下水過(guò)量“開(kāi)采” ，發(fā)展下去就會(huì)造成地下水資源的破壞,從而影響礦區(qū)的正常生產(chǎn)、生活。礦區(qū)地下水資源管理的關(guān)鍵是提高礦區(qū)水資源利用率，實(shí)現(xiàn)礦井水的資源化,保證礦山建設(shè)的正常發(fā)展。地下水具有環(huán)境要素的性質(zhì)。各種污物的介人、 降水對(duì)礦山廢棄物的淋濾，可能引起礦區(qū)地下水的污染;礦區(qū)長(zhǎng)期高強(qiáng)度的疏降、排造成水源枯竭、引起地面沉降、巖溶地表塌陷等礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。保護(hù)地下水資源、保護(hù)環(huán)境是礦區(qū)環(huán)境水文地質(zhì)工作的重要研究?jī)?nèi)容。三、礦山水文地質(zhì)工作的發(fā)展隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，礦山水文地質(zhì)研究的內(nèi)容越來(lái)隱蔽越廣泛。我國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)正向著水文地質(zhì)條件復(fù)雜的大水區(qū)、隱蔽區(qū)和干旱缺水區(qū)發(fā)展。礦山水文地質(zhì)研究解決被大水包圍的呆滯資源儲(chǔ)量的問(wèn)題。礦山水文地質(zhì)條件越復(fù)雜礦山水文地質(zhì)研究的內(nèi)容就越豐富，一步發(fā)展和提高。仍以煤礦為例，我國(guó)重要的煤產(chǎn)地中約有儲(chǔ)量的問(wèn)題。礦山水文地質(zhì)條件越復(fù)雜礦山水文地質(zhì)研究的內(nèi)容就越豐富，一步發(fā)展和提高。仍以煤礦為例，我國(guó)重要的煤產(chǎn)地中約有,需要解決的新問(wèn)題就越多從而使礦山水文地質(zhì)理論得到進(jìn)60%的煤礦不同程度地受到底板巖溶承壓水的威脅，受水害的面積和嚴(yán)重程度均居世界各主受到底板巖溶承壓水的威脅，受水害的面積和嚴(yán)重程度均居世界各主要產(chǎn)煤國(guó)的首位。 特別是我國(guó)華北型煤田的煤層底板突水問(wèn)題更為嚴(yán)重。目前，不少礦井已進(jìn)人深部開(kāi)采，有些礦井下組煤的開(kāi)采標(biāo)高已6.5MPa。超過(guò)T000m,煤層底板承受奧灰?guī)r溶水水壓值已達(dá)到 6.5MPa。此外，下組煤層與其下伏的奧灰?guī)r溶含水層之間的隔水層厚度在有些礦區(qū)只有 10m~20m,突水機(jī)率大增，對(duì)礦井開(kāi)采構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。為了適應(yīng)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的需要， 我國(guó)礦山科技工作者及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)不懈地努力， 在煤層底板突水的機(jī)理及突水預(yù)測(cè)研究方20世紀(jì)20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)了峰峰、焦作、淄博和井陘等礦區(qū)與突水密切相20世紀(jì)20世紀(jì)70年代中后期，人們發(fā)現(xiàn)利用突水系數(shù)進(jìn)行突水預(yù)測(cè)結(jié)果不理想。究其原因，是由于突水系數(shù)中未考慮一個(gè)根本性的問(wèn)題——礦壓對(duì)底究其原因，板的破壞深度。為此，煤炭科學(xué)研究總院西安分院水文所考慮了礦壓破壞因素,又提出了修正的突水系數(shù)公式。20世紀(jì)80年代初期我國(guó)礦山科技工作者及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)人員結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，板的破壞深度。為此，煤炭科學(xué)研究總院西安分院水文所考慮了礦壓破壞因素,又提出了修正的突水系數(shù)公式。20世紀(jì)80年代初期我國(guó)礦山科技工作者及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)人員結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，又提出了“下三帶”的觀點(diǎn)，后經(jīng)過(guò)幾年的綜合觀測(cè)，并結(jié)合相似材料模擬有限元分析等研究工作，最終上升到理論髙度，即“下三帶”理論?！跋氯龓А崩碚摫容^符合煤層采動(dòng)條件下底板破壞突水的規(guī)律，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了較為最終上升到理論髙度，即“下三帶”理論?！跋氯龓А崩碚摫容^符合煤層采動(dòng)條件下底板破壞突水的規(guī)律，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了較為廣泛的應(yīng)用。北京煤炭科學(xué)研究總院、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、煤炭科學(xué)研究總院西安分院等科研人員還結(jié)合斷裂力學(xué)、巖體原位測(cè)試技術(shù)等理論及技術(shù)方法，提出了采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)與承壓水運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的“耦合作用效應(yīng)理總院西安分院等科研人員還結(jié)合斷裂力學(xué)、巖體原位測(cè)試技術(shù)等理論及技術(shù)方法，提出了采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)與承壓水運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的“耦合作用效應(yīng)理論”，底板巖體移動(dòng)的“零位破壞”“原位張裂”等理論，并結(jié)合現(xiàn)代論”，底板巖體移動(dòng)的“零位破壞”“原位張裂”等理論，并結(jié)合現(xiàn)代,并取得了力學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)礦山頂?shù)装逋凰畽C(jī)理及預(yù)測(cè)進(jìn)行研究,并取得了一定的成果。 此外，在礦山水文地質(zhì)工作者和科研人員的共同努力下，礦井水的疏、排、 堵技術(shù)，高壓注漿加固底板及帷幕技術(shù)也有了一定的突破和發(fā)展。 這些研究成果和實(shí)用技術(shù)的發(fā)展， 對(duì)減少礦山水害事故的發(fā)生， 改善礦山開(kāi)采安全狀況、 發(fā)展礦山水文地