矿区水文地质工程地质.ppt

1、矿山水文地质工程地质勘探,环境与土木工程学院 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室 地下水科学研究与开发中心,吴 勇 博士、教授,成都理工大学,2019/11/15,1、矿区水文地质工程地质相关标准、规范技工作的重要性 2、矿区水文地质工程地质勘探类型划分，工作程度总体要求 3、矿区水文地质工程地质测绘及环境地质调查、评价内容及要求 4、区域和矿区水文地质测绘的目的、任务、工作阶段 5、矿区水文地质工程地质钻探 6、水文地质钻探观测、编录及技术要求；水文地质钻孔的布置原则,2019/11/15,7、矿坑涌水量预测和防治 8、水文地质工程地质取样及实验技术要求 9、矿区地表水和地下水动态观测

2、、防治方案技术措施及水资源综合利 10、矿区水文地质工程地质资料整理及报告编写技术要点 11、矿区水文地质、工程地质、环境地质图编制要求及常见问题 12、矿区水文地质工程地质勘查新技术、新方法和新理论,2019/11/15,1、矿区水文地质工程地质相关标准、规范 及工作的重要性,近年来，随着我国矿业快速发展，矿产开发对矿山及其周围环境造成较为严重的污染，并诱发多种地质灾害，对生态环境造成了较严重的破坏，越来越突出的环境问题、安全问题威胁到矿区人民生命财产安全。仅2015年上半年，煤矿事故发生十多起。,2019/11/15,2019/11/15,矿区水文地质工程地质工作是地质找矿、地质勘查、矿床

3、开采时对矿床自然条件进行综合研究的组成部分。 在地质勘查的各个阶段，都要进行相应的水文地质工程地质工作，在审批矿产资源储量时，要求提供足够的水文地质工程地质资料，以满足编制开采设计的要求。,2019/11/15,1、矿区水文地质工程地质工作的重要性,地质工程地质资料，以满足编制开采设计的要求。 如果水文地质工程地质资料不符合要求，则储量不能批准，或降级批准。 当矿区水文地质条件及工程地质条件复杂，造成开采技术上的极大困难，或经济不合算，则储量被列为表外，不能作为投资依据。 详查或勘探地质报告必须有“开采技术条件”一章，普查地质报告必须有“开采技术条件”一节，否则报告不能通过。,2019/11/

4、15,根据矿床主要充水含水层的容水空间特征，将充水矿床分为三类： 第一类以孔隙含水层充水为主的矿床，简称孔隙充水矿床； 第二类裂隙充水矿床；第三类岩溶充水矿床。 第三类可按岩溶形态划分为三个亚类：第一亚类以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床；第二亚类以溶洞为主的岩溶充水矿床；第三亚类以暗河为主的岩溶充水矿床。,2、矿区水文地质工程地质勘探类型划分， 工作程度总体要求,矿区水文地质勘探类型划分,2019/11/15,1）直接充水的矿床：矿床主要充水含水层（含冒落带和底板破坏厚度）与矿体直接接触，地下水直接进入矿坑。 2）顶板间接充水的矿床：矿床主要充水含水层位于矿层冒落带之上，矿层与主要充水含水层之间有

5、隔水层(注)或弱透水层，地下水通过构造破碎带、导水裂隙带或弱透水层进入矿坑。 3）底板间接充水的矿床：矿床主要充水含水层位于矿层之下，矿层与主要充水含水层之间有隔水层或弱透水层。承压水通过底板薄弱地段、构造破碎带、弱透水层或导水的岩溶陷落柱进入矿坊。,2019/11/15,各类充水矿床按矿体（或层，下同）与主要充水含水层的空间关系，充水方式分为：,第一型 水文地质条件简单的矿床：主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有利于自然排水，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性弱至中等，或主要矿体虽位于当地侵蚀基准面以下，但附近无地表水体，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性弱，地下水补给条件差，很少或无

6、第四系覆盖，水文地质边界简单。,2019/11/15,根据主要矿体与当地侵蚀基准面的关系，地下水的补给条件，地表水与主要充水含水层水力联系密切程度，主要充水含水层和构造破碎带的富水性、导水性、第四系覆盖情况以及水文地质边界的复杂程度，将各类充水矿床勘探的复杂程度划分为三型：,第二型 水文地质条件中等的矿床，主要矿体位于当地侵蚀基准面以上，地形有自然排水条件，主要充水含水层和构造破碎带富水性中等至强，地下水补给条件好；或主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，但附近地表水不构成矿床的主要充水因素，主要充水含水层、构造破碎带富水性中等，地下水补给条件差，第四系覆盖面积小且薄，疏干排水可能产生少量塌陷，水文

7、地质边界较复杂。,2019/11/15,第三型 水文地质条件复杂的矿床：主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，主要充水含水层富水性强，补给条件好，并具较高水压；构造破碎带发育，导水性强且沟通区域强含水层或地表水体；第四系厚度大、分布广，疏干排水有产生大面积塌陷、沉降的可能，水文地质边界复杂。,一般要求 1、研究区域水文地质条件，确定矿区所处水文地质单元的位置，详细查明矿区地下水的补给、径流、排泄条件，区域地下水对矿区的补给关系，主要进水通道及其渗透性。2、详细查明矿区含(隔)水层的岩性、厚度、产状，分布范围、埋藏条件，含水层的富水性，矿床顶底板隔水层的稳定性。着重查明矿床主要充水含水层的富水性、渗透

8、性、水位、水质、水温、动态变化以及地下水迳流场的基本特征，确定矿区水文地质边界。,矿区水文地质勘探程度要求,2019/11/15,3、详细查明对矿坑充水有较大影响的构造破碎带的位置、规模、性质、产状、充填与胶结程度、风化及溶蚀特征、富水性和导水性及其变化、沟通各含水层以及地表水的程度，分析构造破碎带可能引起突水的地段，提出开采中防治水的建议。4、详细查明对矿床开采有影响的地表水的汇水面积、分布范围、水位、流量、流速及其动态变化、历史上出现的最高洪水位、洪峰流量及淹没范围。详细查明地表水对井巷充水的方式、地段，并分析论证其对矿床开采的影响，提出地表水防治的建议。,2019/11/15,矿区水文地

9、质勘探程度要求（续）,5、矿层与含(隔)水层多层相间的矿床，应详细查明开采矿层顶、底板主要充水含水层的水文地质特征和隔水层的岩性、厚度、稳定性和隔水性，断裂发育程度、导水性以及沟通各含水层的情况，分析采矿对隔水层的可能破坏情况。当深部有强含水层时，应查明主要充水含水层从底部获得补给的途径和部位。6、调查老窿的分布范围、深度、积水和塌陷情况，大致圈定采空区，估算积水量，提出开采中对老窿水的防治建议。,2019/11/15,矿区水文地质勘探程度要求（续）,7、对有热水、气(有害气体，下同)的矿床，应基本查明热水，气的分布、压力、温度、梯度、流量，大致查明热水、气的来源及其控制因素，有害气体成分及其

10、浓度，地热盖层的厚度，热异常区的范围、温度及热水、气对矿床开采的影响。8、冻土地区矿床，应详细查明冻土的类型、分布、厚度、层上水、层间水、层下水的空间分布、富水性及其对矿床开采的影响。9、水溶法开采的盐类矿床，应详细查明岩、矿层的空间分布，矿层顶底板岩石的物理力学性质和水理性质(指可塑性、膨胀性、收缩性、崩解性、透水性等)，地质构造发育程度及分布规律，各含水层与矿层的空间关系及其水力联系情况。,2019/11/15,10、扩大延深勘探矿区，应充分研究已有勘探和矿山生产的资料，评价矿区的水文地质条件，扩大勘探的矿区，应详细查明主要充水含水层，断裂破碎带及矿区水文地质边界在扩大范围内的变化，当水文

11、地质条件变化不大时，可用比拟法预测矿坑涌水量，否则应按新矿区的要求进行勘探。延深勘探矿区，应详细查明主要充水含水层的富水性，断裂破碎带向深部的变化，若水文地质条件变化不大，可用比拟法预测矿坑涌水量：当深部发现新的充水含水层和导水构造破碎带时，应按第2条和第3条执行，并可根据实际条件结合已有的矿山巷道进行放水试验，查明深部含水层富水性变化及地下水径流场特征，预测矿坑涌水量。水量，否则应按新矿区的要求进行勘探。,2019/11/15,各类充水矿床应着重查明的问题 1、孔隙充水矿床：应着重查明含水层的成因类型，分布、岩性、厚度、结构、粒度、磨圆度、分选性胶结程度、富水性、渗透性及其变化；查明流砂层的

12、空间分布和特征，含(隔)水层的组合关系，各含水层之间，含水层与弱透水层以及与地表水之间的水力联系，评价流砂层的疏干条件及降水和地表水对矿床开采的影响。 2、裂隙充水矿床：应着重查明裂隙含水层的裂隙性质、规模、发育程度、分布规律、充填情况及其富水性；岩石风化带的深度和风化程度；构造破碎带的性质、形态、规模、及其与各含水层和地表水的水力联系；裂隙含水层与其相对隔水层的组合特征。,矿区水文地质勘探程度要求（续）,2019/11/15,3、岩溶充水矿床：应着重查明岩溶发育与岩性、构造等因素的关系，岩溶在空间的分布规律、充填深度和程度、富水性及其变化，地下水主要径流带的分布。 以溶隙、溶洞为主的岩溶充水

13、矿床，应查明上覆松散层的岩性、结构、厚度，或上覆岩石风化层厚度、风化程度及其物理力学性质，分析在疏干排水条件下产生突水、突泥、地面塌陷的可能性，塌陷的程度与分布范围以及对矿坑充水的影响。对层状发育的岩溶充水矿床，还应查明相对隔水层和弱含水层的分布。 以暗河为主的岩溶充水矿床：应着重查明岩溶洼地、漏斗、落水洞等的位置及其与暗河之间的联系；暗河发育与岩性、构造等因素的关系；暗河的补给来源、补给范围、补给量、补给方式及其与地表水的转化关系；暗河入口处的高程、流量及其变化；暗河水系与矿体之间的相互关系及其对矿床开采的影响。,2019/11/15,不同充水方式的矿床应着重查明的问题 1、直接充水的矿床：

14、应着重查明直接充水含水层的富水性、，渗透性，地下水的补给来源、补给边界、补给途径和地段：直接充水含水层与其他含水层、地表水、导水断裂的关系。当直接充水含水层裸露时，还应查明地表汇水面积及大气降水的入渗补给强度。 2、顶板间接充水的矿床：应着重查明直接顶板隔水层或弱透水层的分布、岩性、厚度及其稳定性、岩石的物理力学性质和水理性质、裂隙发育情况、受断裂构造破坏程度，研究和估算导水裂隙带高度，分析主要充水含水层地下水进入矿坑的地段。 3、底板间接进水的矿床：应着重查明承压含水层径流场特征，直接底板的岩性、厚度及其变化，岩石的物理力学性质和水理性质，以及断裂构造对底板完整性的破坏程度，分析论证可能产生

15、的底鼓，突水的地段。,矿区水文地质勘探程度要求,2019/11/15,依据矿体及围岩工程地质特征，主要工程地质问题出现层位，将矿区工程地质勘探分为四类： 第一类 松散、软弱岩类：以第四系砂、砂砾石及粘性土，或第三系弱胶结的砂质、粘土质岩石为主的岩类。岩体稳定性取决于岩性、岩层结构和饱水情况，稳定性差。勘探中应着重查明岩(土)的岩性、结构及其物理力学特征。 第二类 块状岩类：以火成岩、结晶变质岩为主的岩类。块状结构，岩体稳定性取决于构造破碎带、蚀变带及风化带的发育程度，一般岩体稳定性好。勘探中应着重查明、级结构面的分布、产状、延伸情况、充填物、粗糙度及其组合关系；蚀变带的宽度、破碎程度；风化带深

16、度及风华程度。,矿区工程地质勘探类型划分,2019/11/15,第三类 层状岩类：以碎屑岩、沉积变质岩、火山沉积岩为主的岩类。层状结构，岩体各向异性，强度变化大。岩体稳定性主要取决于层间软弱面、软弱夹层、构造破碎及岩体风化程度。勘探中应着重查明岩层组合特征；软弱夹层分布位置、数量、粘土矿物成分、厚度及其水理、物理力学性质。 第四类 可溶盐岩类：以碳酸盐岩为主，次为硫酸盐岩、盐岩等岩类。工程地质条件一般较复杂。勘探中应着重查明岩溶和蚀变带在空间的分布和发育程度，可溶岩的溶解性，第四系松散层和软弱层的分布、厚度、岩性、结构和物理力学性质。,2019/11/15,根据地形、地貌、地层岩性、地质构造、

17、岩体风化及岩溶发育程度、第四系覆盖厚度、地下水静水压力等因素，将工程地质勘探的复杂程度划分为三型： 简单型：地形地貌条件简单，地形有利于自然排水：地层岩性单一，地质构造简单，岩溶不发育，岩体结构以整块或厚层状结构为主，岩石强度高，稳定性好，不易发生矿山工程地质问题。 中等型：地层岩性较复杂，地质构造发育，风化及岩溶作用中等或有软弱夹层及局部破碎带和饱水砂层影响岩体稳定，局部地段易发生矿山工程地质问题。 复杂型：地层岩性复杂，岩石风化、岩溶作用强，构造破碎带发育，岩石破碎，新构造活动强烈或松散软弱层厚、含水砂层多、分布广，地下水具较大的静水压力，矿山工程地质问题发生的比较普遍和经常。,2019/

18、11/15,一般要求 1、在研究矿区地层岩性、厚度及分布规律的基础上，划分岩(土)体的工程地质岩组，查明对矿床开采不利的软弱岩组的性质、产状与分布。 2、详细查明矿区所处构造部位，主要构造线方向，各级结构面的分布、产状、规模及充填、充水情况，确定结构面的级别(附录D)及主要不良优势结构面，指出其对矿床开采的影响。 3、详细查明矿体及围岩的岩体结构、岩体质量，对岩体质量及其稳定性作出评价。,矿区工程地质勘探程度要求,2019/11/15,4、可溶岩类矿床，应详细查明岩溶发育主要层位、深度、发育程度和主要特征、充水、充填情况及表部覆盖层的厚度、岩性、结构特征。 5、详细查明岩体的风化程度、强弱风化

19、带界面及标高、强风化带的物理力学性质。对强蚀变矿区，应确定主要蚀变作用，圈定蚀变范围。 6、系统、完整地测定露采和井采影响范围内各种岩石(土)的物理力学参数。 7、矿层及其围岩含粘土的矿区，应查明粘土的成分、分布、厚度及其变化。,2019/11/15,8、多年冻土区还需查明冻土类型、分布范围、温度(地温)、含冰率，测定多年冻土最大融化深度，季融层及覆盖层剥离后多年冻土融化速度，冻土层的上、下限。 9、船采砂矿区，还应查明松散层砾卵石的粒级、含量及分布、底板纵向和横向坡度、岩石硬度、岸坡的岩石组成及坡度，测量砂层水上、水下安息角。 10、扩大延深勘探矿区，应详细调查矿床开采中己发生的各种工程地质

20、问题，查明其产生的条件和原因，并针对扩大延深可能产生的工程地质问题进行相应的工作。 11 、 在构造活动强烈的高地应力地区，有条件时，应专门进行地应力测量，确定最大主应力方向及大小。,2019/11/15,边坡勘探应重点查明的问题 1、松散岩(土)类边坡：查明岩(土)层的岩性、结构；粘土岩的矿物成分、含量、分布范围、物理力学性质(特别是抗剪切)和水理性质，含水层的水压、透水性和岩石力学强度差异明显的岩层界面位置及特征。 2、层状岩类边坡：查明软弱夹层的层位、岩性、厚度、产状、分布；粘土矿物成分、含量、物理力学和水理性质：各类结构面的发育程度和组合关系，含水层的水压等。 3、块状岩类边坡：查明边

21、坡与各类结构面的产状、组合关系、结构面的发育程度、充填物成分、分布及物理力学性质。,矿区工程地质勘探程度要求,2019/11/15,剥离物强度勘探 1、对适宜建设特大型露天开采的矿床，应着重查明岩(矿)石强度的空间分布规律，为能否采用轮斗开采提供岩(矿)石的力学强度基础资料。 2、运用地质方法、物探测井配合岩石物理力学试验进行岩(矿)层对比，着重查明剖面上岩(矿)层层序、岩性、厚度、结构；强度变化；裂隙发育程度、规模、密度、产状、充填胶结情况，建立完整的地质柱状及其对比剖面。尤其应查明硬岩“的层位、岩性、厚度、分布及其在剥离物中的比例。,2019/11/15,4、可溶岩类矿床，应详细查明岩溶发

22、育主要层位、深度、发育程度和主要特征、充水、充填情况及表部覆盖层的厚度、岩性、结构特征。 5、详细查明岩体的风化程度、强弱风化带界面及标高、强风化带的物理力学性质。对强蚀变矿区，应确定主要蚀变作用，圈定蚀变范围。 6、系统、完整地测定露采和井采影响范围内各种岩石(土)的物理力学参数。 7、矿层及其围岩含粘土的矿区，应查明粘土的成分、分布、厚度及其变化。,2019/11/15,3.1 水文地质测绘内容及要求 水文地质测绘一般在地质测绘的基础上进行，应全面搜集和充分利用航(卫)片解释、区域水文地质普查和相邻矿区的资料。 水文地质测绘应全面收集矿区及相邻地区历年的水文、气象资料；详细调查矿区地形地貌

23、、地下水的天然和人工露头及其水化学特征、岩溶发育情况、第四系松散层的形成与分布、地下水的补给、径流、排泄条件，圈定矿区水文地质边界；调查矿山老窿的分布：对现有生产矿井或勘探坑道进行水文地质编录，系统收集生产矿井(或露天采矿场)的水文地质资料。,3、矿区水文地质工程地质测绘及环境地质调查、评价内容及要求,2019/11/15,3.2工程地质测绘内容及要求 1、测绘范围以达到采矿工程可能影响的边界外200300m，比例尺1:100001:2000。 2、测绘内容 a划分工程地质岩组，详细调查软弱岩组的性质、产状、分布及其工程地质特征。 b.调查矿区内软弱夹层及各类结构面的分布、物质组成、胶结程度、

24、结构面的特征及组合关系，按附录D进行分级。 c按岩组和不同构造部位进行节理裂隙统计，测量其产状、宽度及延伸长度，编制玫瑰花图或级射赤平投影图，确定优势节理裂隙发育方向，参照附录H划分岩体结构类型。,2019/11/15,d对矿体主要围岩的风化特征进行研究，可参照附录I划分岩体的强弱风化带。 e对自然斜坡和人工边坡进行实地测定，研究边坡坡高、坡面形态与岩体结构的关系；调查各种物理地质现象。在多年冻土区应着重调查融区的分布、成因以及胀丘、冰锥、地下冰层、融冻泥石流堆积、热融滑塌、沉陷、沼泽湿地等的特征与分布。对含连续性冻土的矿床，还应测量冻层下限深度，并绘制冻层底板等高线及冻层等厚线图。,2019

25、/11/15,f对矿区工程地质条件有影响的地下水露头点、含水岩层与隔水层接触界面特征、构造破碎带的水理性质进行重点调查研究。 g详细调查生产矿井及相邻矿山的各类工程地质问题；调查露采边坡变形特征、变形类型、形成条件和影响因素，井巷变形破坏特征、支护情况，变形破坏与软弱层、破碎带、节理裂隙发育带等结构面的关系。,2019/11/15,3.3环境地质调查内容及评价要求 3.3.1环境地质调查内容 1、区域稳定性调查，收集矿区附近历史地震资料，调查新构造活动情况，分析其是否有活动性断裂的存在。 2、调查矿区所处社会环境(建筑物的类型、密度)和自然地理环境(旅游区、文物保护区、自然保护区等)。,201

26、9/11/15,3、勘探矿区调查内容 1）调查、收集地表水、地下水的环境背景值(污染起始值)或对照值。 2）对矿区开发影响范围的滑坡、崩塌、山洪泥石流等物理地质现象进行野外调查。 3）调查地质体中可能成为污染源的物质的赋存状态、含量及分布规律。 4）当调查区有热(气)水时，应查明其分布、控制因素、水温、流量，水中气体及化学组分，了解热(气)水补给、径流、排泄条件。,2019/11/15,5）当矿体埋深较大(垂深500m)应在不同构造部位选择代表性钻孔进行地温测量，确恒温带深度、温度及地温梯度。 6）矿区放射性调查a矿区发现有放射性元素，但确认无工业价值时，应对其影响安全生产和环境污染作出评价。

27、b. 在铀矿区应对有水钻孔和地下水露头取样，测试水中放射性元素含量，同位素比值和化学组分，水文地球化学指标，研究其在水平与垂向的分布规律。,2019/11/15,4、扩大延深勘探矿区调查内容 1）调查由于矿坑排水而引起的区域地下水位下降,井、泉枯竭对当地用水的影响和地下水补给、径流、排泄条件的变化。 2）地表水污染调查，包括污染位置及废水、废渣中排出的主要污染物的浓度、年排放量、排放方式、排放途径和去向、处理和综合利用状况。 3）矿坑水污染调查，着重调查硫化矿床(如黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等)、高硫煤矿床、放射性、汞、砷等矿床中对人体有害有毒元素的矿坑排水及废弃的尾矿和废石堆在降水淋滤作用下对水

28、体的污染。调查矿坑排放的高悬浮物(大于400mgL)和高矿化水的排放浓度、分布范围以及对环境的危害程度。,2019/11/15,4）调查矿山开采中引起的岩溶塌陷、山体失稳、崩落、地裂、沉降等对地质环境的破坏范围、破坏程度。 5）收集矿山不同开采中段(水平)。的井巷温度，确定其地温梯度。 6）调查尾矿和废石堆放场的稳定性，根据地形、地貌、水文、气象等因素，分析形成山洪泥石流的可能性以及复垦还田的情况。,2019/11/15,3.3.2矿区环境地质评价 1、确定矿区地质环境类型：可根据地质环境现状及矿床开采引起的变化分为三类： 第一类 矿区地质环境质量良好，矿区附近无污染源，地表、地下水水质良好(

29、、)，矿石和废石不易分解出有害组分。 第二类 矿区地质环境质量中等：采矿可产生局部地表变形，但对地质环境破坏不大；区内无重大的污染源，无热害，地表水、地下水水质较好(不低于类)，矿坑排水对附近水体有一定污染；矿石和废石化学成分基本稳定，无其他环境地质隐患。 第三类 矿区地质环境质量不良：矿区水文地质工程地质条件复杂，因采矿可带来严重的环境地质问题，如地面塌陷、山体开裂失稳、井泉干涸，有热害或矿坑排水以及矿石、废石有害组分的分解易造成对附近水体的污染，水体水质超过类标准。,2019/11/15,2、区域稳定性评价：在全国地震烈度分区的基础上，根据断裂的活动性及工程地质条件，初步阐明区域稳定性及对

30、工程建筑物的影响。 3、矿区水环境质量评价：在查明矿区地表水、地下水的物理性质、化学成分及其变化、卫生防护条件的基础上，按GB3838进行评价。 4、勘探矿区环境地质评价：指出可能影响矿区安全的滑坡、崩塌、山洪泥石流等物理地质现象的危害，河流洪水危害及放射性和其它有害物质的分布及其对人身安全的影响。 5、扩大延深勘探矿区环境地质评价：当开采矿区已产生环境地质问题，如水体污染、塌陷、滑坡、地面开裂、泥石流、山体失稳等，应在查明其形成条件的基础上，对现状进行评价，预测其发展趋势，提出防治意见,2019/11/15,区域水文地质测绘范围应包括一个完整的水文地质单元，以查明区域地下水的补给，径流、排泄

31、条件为重点，水文地质条件简单的矿区，可不进行区域水文地质测绘； 矿区水文地质测绘应包括矿床疏干可能影响的范围及补给边界，以查明矿床充水因素及矿区水文地质边界条件为重点。一般在地质测绘的基础上进行，采用相同比例尺，范围相同或适当扩大。,4、区域和矿区水文地质测绘的目的、任务、工作阶段,2019/11/15,5、矿区水文地质工程地质钻探,1、水文地质钻探工作的重要性 水文地质钻探（按国家标准，水文地质钻探称为水文钻探）是直接探明地下水的一种最重要、最可靠的勘探手段，是进行各种水文地质试验的必备工程，也是对水文地质测绘、水文地质物探成果所作地质结论的检验方法。随着水文地质调查阶段的深入，水文地质钻探

32、工作量在整个勘查工作中占有越来越重要的地位。 水文地质钻探，由于其设备复杂沉重、成本昂贵、施工技术复杂且工期长，对整个勘查的完成、勘查项目的投资均起决定作用。,2019/11/15,2、水文地质钻探的基本任务 （1）揭露含水层，探明含水层的埋藏深度、厚度、岩性和水头压力；查明含水层之间的水力联系。 （2）借助钻孔进行各种水文地质试验，以确定含水层富水性和各种水文地质参数。 （3）通过钻孔（或在钻进过程中）采集水样、岩土样，以确定含水层的水质、水温和测定岩土的物理力学和水理性质。 （4）利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为供水井。,2019/11/15,6、水文地质钻探观测、编录及技术要求及水文地

33、质钻孔的布置原则,为获得各种水文地质资料，除在终孔后进行物探测井和抽水试验外，核心的工作就是在钻进过程中进行水文地质观测。 在钻进过程中水文地质观测的主要项目： （1）观测冲洗液的消耗量及其颜色、稠度等特性的变化，记录其增减变化量及位置。 （2）钻孔中水位的变化。当发现含水层时，要测定初见水位和天然稳定水位。 （3）及时描述岩芯，统计岩芯采取率；测量其裂隙率或岩溶率。,6.1水文地质钻探观测,2019/11/15,（4）测量钻孔的水温变化值及其位置。 （5）观测和记录钻孔的涌水、涌砂、涌气现象、及其起止深度及数量。 （6）观测和记录钻进速度、孔底压力及钻具突然下落（掉钻）、孔壁坍塌、缩径等现象

34、和其深度。 （7）按钻孔设计书的要求及时采集水、气、岩、土样品。 （8）在钻进工作结束后，按要求进行综合性的水文地质物探测井工作。 对以上在钻进过程中观测到的水文地质观测数据和重要现象，均要求反映在终孔后编制的水文地质钻孔综合成果图表中。本图表还包括在该孔中完成的试（实）验、分析等资料。完成各项任务的水文钻孔，应严格按要求封闭之。,2019/11/15,钻孔水文地质、工程地质编录内容一般包括：除描述岩芯的岩性、结构、构 造外，应重点描述岩芯的块度、坚硬程度、风化程度、裂隙发育程度，岩石的风 化程度及发育深度。 1、岩心编录 岩心编录 1. 岩心编录程序： 2. 抄录班报表的回次进尺、施工方法(

35、钻探方法、扩孔孔径、变径及其深度)有 关的水文地质现象记载。 3. 校正回次位置及填写岩心标签。 4. 整理岩心，检查上下顺序，校正岩心长度。 5. 鉴定岩性，确定分层位置，填写分层标签，并分层取代表性鉴样及分析样品 (注明取样深度)。 6. 终孔后，在完成上述工作的基础上，将岩心按顺序装箱保存。,6.2水文地质钻探编录及技术,2019/11/15,2、岩心描述的顺序及内容 1）基岩的描述内容大致为：定名、颜色、结构、矿物成分、岩心破碎情况(岩心 形状)、岩心采取率、节理、裂隙和岩溶的发育程度、充填情况及充填物、断 层擦痕、断层泥及其充填物、风化程度、化石、层与层的相互关系及层理性 质、矿化特

36、征、蚀变现象、构造破碎情况及次生变化等。2）测量岩心标志面（层面、片理面、断裂面、接触界线等）与岩心轴夹角。 3）岩层、矿化、蚀变在小范围内有所变化时应丈量出具体深度并注明。 4）选择有地质意义且具有代表性的岩（矿）心，作大比例尺素描图并进行照象， 以增强文字的说服力。,2019/11/15,5）钻孔内岩性分层时应注明上下两层岩石的接触关系。 如渐变关系、 侵入关系等。 6）记录内容要求繁简适度，重点突出，针对性强。对矿心及顶底板，矿化蚀变带 和构造部位等应详细描述。 7）岩心块度的划分： 大于 20 厘米为长柱状； 10-20 厘米为短柱状； 小于 10 厘米为扁柱状； 大于 5 厘米为块状

37、； 2-5 厘米为碎块状； 小于 2 厘米为碎屑状、粉末状。 若为块状，需对块体形态做大致描述，如楔块状、菱块状、团块状等。8）松散岩层的描述内容大致为： 定名、 颜色、 湿度、 成分(粒度成分及百分含量)、 磨圆度、分选性、结核、包裹体、结构层的相互关系及层理特征、胶结程度及胶 结类型、化石等。,2019/11/15,3、岩（矿）心采取率的计算 （1）回次岩（矿）心采取率的计算 回次岩（矿）心采取率= 本回次提取的岩心总长 本回次进尺数 100 若回次岩心采取率超过 100，即岩心总长大于回次进尺时，一般皆为残留岩 心所引起。 （2）分层岩（矿）心采取率的计算 分层岩（矿）心采取率= 分层各

38、回次取出的岩心总长 分层下界孔深分 层上界孔深 100 岩心采取率全孔大于70，矿层及顶底板围岩 5 米。,2019/11/15,6.3水文地质钻探要求,钻孔天顶角、方位角测量及要求、 钻孔天顶角、方位角测量及要求、 钻孔天顶角 钻孔天顶角、方位角一般要求斜孔每钻进 50 米，直孔每钻进 100 米测量一 次钻孔天顶角和方位角（当天顶角弯曲超过 5 度时，测斜间距应按斜孔对待） 。 钻孔换径或见主矿体时，均应加测天顶角和方位角。天顶角弯曲每百米要求：直孔不超过 2 度，斜孔不超过 3 度。,2019/11/15,6.4水文地质钻孔的布置原则,水文地质人员在布置水文钻探时，必须持严肃、认真的态度

39、，力求以最小的钻探工作量，取得最多和更好的地质、水文地质成果，就是说钻孔的布置必须有明确的目的性。 1布置钻孔时要考虑水文钻探的主要任务，应明确是查明区域水文地质条件，还是确定含水层水文地质参数、寻找基岩富水带、评价地下水资源或进行地下水动态观测；主要任务不同，钻孔布置方案必然有所区别。 2布置钻孔时要考虑“一孔多用”，如既是水文地质勘探孔，又可保留作为地下水动态观测孔；或者既是勘探孔，又可留用为开采井。 3无论是查明水文地质条件、求取水文地质参数，还是进行地下水动态观测，在确定其钻孔位置时，均应考虑其代表性和控制意义。,2019/11/15,4为分析、认识区域水文地质条件的变化规律，水文地质

40、钻孔应布置成勘探线的形式。 （1）为查明区域水文地质条件布置的钻孔，一般都布置成勘探线的形式。主要勘探线应沿着区域水文地质条件（含水层类型、岩性结构、埋藏条件、富水性、水化学特征等）变化最大的方向布置。 在山前冲洪积平原地区，主要的勘探线应沿着冲洪积扇的主轴方向布置；而辅助勘探线则垂直于冲洪扇的主轴方向布置； 在河谷地区和山间盆地，主要勘探线应垂直河谷和山间盆地布置； 在裂隙岩溶地区，主要勘探线应穿过裂隙岩溶水的补给、径流、排泄区和主要的富水带。,2019/11/15,（2）主要为地下水资源评价布置的勘探孔，其布置方案必须考虑拟采用的地下水资源评价方法。勘探孔所提供的资料应满足建立正确的水文地

41、质概念模型、进行含水层水文地质参数分区和控制地下水流场变化特征的要求。 当水源地主要依靠地下水的侧向径流补给时，主要勘探线必须沿着流量计算断面布置。对于傍河取水水源地，为计算河流侧向补给量，必须布置平行与垂直河流的勘探线。 当采用数值模拟方法评价地下水资源时，为正确地进行水文地质参数分区，正确给出预报时段的边界水位或流量值，勘探孔布置一般呈网状形式并能控制住边界上的水位或流量变化。 （3）以供水勘查为目的的勘探孔，按总原则布置钻孔时，应考虑勘探一开采结合，钻孔一般应布置在含水层（带）富水性最好、成井把握性最大的地段。,2019/11/15,7、矿坑涌水量预测和防治,1、坑道系统的水动力学法（大

42、井法） 把坑道系统所占面积理想为一圆形的大井（要求长宽比小于10），然后应用地下水向井运动的公式预测坑道系统的涌水量。以潜水完整井为例：Q井的涌水量，m3/d ；K潜水含水层的渗透系数，m/d； H潜水含水层的厚度； S井中稳定的水位降深；r0大井半径，m；R0=R+ r0，其中R为影响半径。,7.1 矿坑涌水量预测,2019/11/15,2019/11/15,2、水均衡法 水均衡法是在详细分析矿区地下水来源的基础上，分别计算出不同补给来源所决定的矿坑涌水量，各部分涌水量的总和将是未来矿坑的可能总涌水量。 天然条件： Q补=Q排泄 开采条件下： Q排泄=0 Q=Q补+Q静 =（Q降+Q地表 +

43、Q侧）+Q静,Q降=（AF1 + AF）/t,Q静= V漏斗,2019/11/15,3、水文地质比拟法 根据单位涌水量换算矿坑涌水量生产矿坑单位面积或单位体积上的单位涌水量：,式中：q0 生产矿坑单位面积、单位降深的涌水量，m3/d;Q0生产矿坑总涌水量， m3/d；F0生产矿坑的开采面积， m2；S0生产矿坑的水位降低值，m； 地质、水文地质条件相似的新设计的矿坑总涌水量为： Q设=q0F设S设 式中：F设新设计的矿坑的设计开采面积， m2S设新设计的矿坑的平均水位降低值，m,2019/11/15,1、矿坑突水预计 矿坑突水的预计，可在全矿区和具体地段的地质与水文地质条件的基础上，估计出可能

44、突水的地段和部位，可能突水的水源和水量，然后制定技术上可能，经济上合理的防治方案。,7.2矿坑水防治,2019/11/15,2、矿区一般防治水措施 a、正确选择采矿方法和合理布置坑道系统 b、矿区地面防水措施 （1）截水沟（防洪沟、排水沟）； 为防止坡面降雨汇水涌入露天采场、地下开采崩落区和排水影响所造成的塌陷区，在这些地区外围应建立截水沟。在有利的地形条件下，内涝积水区也可使用排水沟将积水导出矿区。,图7-1排(截)洪沟布置示意图 1地形等高线，2排洪沟；3矿体,2019/11/15,（2）河流改道 当采掘工作遇到下列情况之一时，应考虑河流改道： 1）河流直接在矿体上方流过， 对地下开采的矿

45、床，采用保留矿 柱或充填法采矿仍不能保证安全 或经济上不合理； 2)河流穿越露天境界或坑内开 采崩落区，或排水影响的塌陷区； 3)河流虽位于上述范围之外， 但因河水大量渗入采区，对边坡或 开采有严重不良影响而又不利于 采用防渗措施。,图7-2河流改道示意图 1-原河道；2-人工河道；3-拦河坝； 4-矿区界限,2019/11/15,（3）整铺河床； 当河流(或渠道、冲沟等)通过矿区并沿河床或沟底的裂缝渗入矿坑时，可用粘土、料石或水泥铺砌不透水的人工河床，以制止或减少河水漏失。,图7-3 整铺河道示意图 1矿体 2灰岩 3页岩 4整铺后的人工河床,2019/11/15,（4）水库拦洪 当露天采场

46、、境内开采崩落区或抽水塌陷区横断小型河流时，在地形、地质条件不宜采用河道移设或采用时技术经济不合理的情况下，可考虑采用水库调洪措施调洪水库应设排洪平洞或排洪渠道泄洪，以达到保护矿坑安全的目的。采用调洪水库来防治地表水的矿山，应加强气象观测与预报，正作以便淮确安排防洪计划。,c、露天矿坑防治水（1）分段拦截、分段排出；（2）超前疏干地下水； d、矿井防治水措施 矿井防治水可归纳为： “查、探、放、排、堵、截”六字诀。,2019/11/15,3、矿区地下水疏干 （一）疏干原则1、一般原则：地下水影响采掘工作正常与安全进行，或有突然涌水、涌砂的危险。2、疏干方法的选择原则是：选定的方法应能适应矿区水

47、文地质条件和采掘生产的要求；有效地降低采矿场的地下水位，形成稳定的疏干降水漏斗并显著改善矿山作业条件；施工条件好，建设投资少，周期短，经营管理安全方便，费用低。 （二）矿区常用的地下水疏干方法矿区常用方法有地表群孔疏干、地下巷道疏干法、明沟疏干法和联合疏干法。,2019/11/15,（1）地表群孔疏干,1-矿区 2-深井降水孔 3-断层 4-地层界线 5-等水位线 6-补给流向,2019/11/15,（2）地下巷道疏干法是直接利用专门的巷道辅以坑下放水孔，拦截涌向矿坑的地下水流，或预先降低矿坑地下水的疏干方法。按疏干巷道与含水层的位置关系可分为巷道直接钻进在含水层中；巷道嵌在含水层与隔水层的接

48、触面和巷道设在隔水层中，通过放水孔对含水层疏干等三种形式 。,2019/11/15,8、水文地质工程地质取样及试验要求,（1）水质简易分析（主要确定水化学类型） 分析项目宜包括： 颜色、透明度、嗅和味、沉淀、Ca2+、Mg、（Na+K）、HCO3、Cl、SO42-、pH值、总矿化度、总硬度等。 取样要求： 宜用玻璃瓶或塑料瓶，取样数量不少于500ml，取样器具应清洗洁净。 取样标识：取样编号、地点、取样水体、深度、加保护剂种类数量、取样日期。,8.1水质分析样品及试验项目,2019/11/15,（2）水质专项分析 按区域水质特点和分析目的明确。大部分试验要求现场加稳定剂，如：侵蚀性CO2加大理

49、石粉，其他项目按试验要求加硝酸、醋酸、氢氧化钠。 （3）特殊试验细菌总数、大肠杆菌等试验。取样器皿要求消毒，且取样后应在4小时内送实验室。 放射性试验。取样要求在10升以上，主要试验项目为总和总。,2019/11/15,（1）土样 原状岩土样采集时，平洞或竖井取得方块样要防止样品受到冲击，挤压等外界因素的影响，并要保持土的天然含水量（取样后及时密封）。 原状土样规格应不小于20*20*20cm或直径110*200mm。 扰动样：砂砾石样应保持原级配，取样数量视试验目睹而定。,8.2岩土室内试验,2019/11/15,（2）岩石样品 a）井采矿区对一起开拓水平以上矿体及其围岩按不同岩石分别采样；露采区应在边坡地段自上而下分组采样。 b）块状、层状岩类按不同岩石采样；松散软弱岩类，若岩性较均一，厚度大于10m时，每10m采一组样；岩性不均一时，根据岩性结构特征分层采样。 c）块状、层状岩类可直接从岩芯采样；松散软弱岩类应利用坑道或山地工程采样，如在钻孔中取样，则应采取专门取芯工具。 d）采样规格与数量根据实验室具体要求确定。,2019/11/15,（3）岩（土）物理 力学试验项目 室内岩（土）样试验项目，按开采方式、矿区实际情况选定。 岩石：抗压强度（干、湿）抗拉强度抗剪强度（干、湿）、相对密度、膨胀性（膨胀量、冻长量）。 土样：含水量、容重、比重、液塑限、抗剪、压缩。,