马路坪矿矿山涌水水源构成分析及治理.pdf

中图分类号 里] 圣U D C硕士学位论文学校代码密级1 0 5 3 3马路坪矿矿山涌水水源构成分析及治理A n a l y s i so ft h ew a t e r s o u r c ec o m p o s i t i o na n dr e n o v a t i o ni nM a l u p i n gM i n eW a t e rI n r u s h作者姓名学科专业研究方向学院 系、所 指导教师刘银朋采矿工程采矿工艺资源与安全工程学院刘爱华中南大学2 0 1 4 年5 月 万方数据 原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名耸雌日期旦年』卫日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 万方数据 中南大学硕士学位论文摘要摘要矿山涌水是矿山生产过程中的重要自然灾害，准确的判定矿山涌水的水源构成是解决矿山涌水的重要条件，本文以马路坪矿为样本进行涌水水源构成分析，在对矿山地质、水文资料和涌水条件调查分析的基础上，分析矿山涌水的水化学特性；在对矿山进行水化学分析基础上，根据多元矩阵模型和模糊综合评判的数学原理，构建矿山涌水多元矩阵和模糊综合评判模型，利用两种方法分别对矿山涌水水样进行水源构成判别；在了解马路坪矿涌水水源构成的基础上，参考国内外矿山涌水治理的方案，对马路坪矿的涌水治理问题进行分析，提出了治理矿山涌水的相关建议。取得具体成果如下 1 矿山的主要涌水水源为大气降水、地下水和工业用水；矿山存在的主要涌水通道为采空区上方的冒落裂隙带、构造断裂带和地面塌陷带。 2 多元矩阵模型作为一种新的矿山涌水分析理论，它能对地下矿山涌水混合比进行有效的计算。 3 马路坪矿井下主要涌水源为地下水，随着矿山开采深度的增加，矿山涌水中地下水所占的比例逐渐增大，受地表水的影响逐渐降低。 4 根据马路坪矿涌水现状，为马路坪矿涌水治理提出了如下建议在地下涌水治理中提出了几个备选疏干方案；在地表治理方案中，提出了修建截水沟、回填塌洞、修筑防水堤坝的治理措施。关键词涌水条件；水化学分析；多元矩阵模型；模糊综合评判；矿山涌水治理 万方数据 中南大学硕士学位论文A B D T R A C TA B S T R A C TM i n ew a t e ri n r u s hi sa ni m p o r t a n tn a t u r a ld i s a s t e rd u r i n gm i n i n g ．T oj u d g et h ec o m p o s i t i o no fm i n ew a t e ri n r u s ha c c u r a t e l yp l a y sas i g n i f i c a n c er o l ei ns o l v i n gt h i si s s u e ．T h i sa r t i c l et a k e sM a l u p i n gm i n ea sa ne x a m p l et oa n a l y z et h ec o m p o s i t i o no fw a t e rm i n ei n r u s h ，a n da n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i co fi t sh y d r o c h e m i s t r yb a s e do ni n v e s t i g a t i o ni nm i n eg e o l o g y ，h y d r o l o g i c a ld a t aa n dw a t e ri n r u s hc o n d i t i o n s ．O nt h eb a s i so ft h er e s u l to fh y d r o - c h e m i c a la n a l y s i s ，w ee s t a b l i s h e dm u l t i m i x t u r ea n df u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o na n a l y t i c a lm o d e lr e s p e c t i v e l y ．A tt h es a m et i m e ，w et a k ea d v a n t a g eo ft w om e t h o d st oj u d g et h ec o m p o s i t i o no fm i n ew a t e ri n r u s h ．A f t e rt h a t ，w ec o m b i n ed o m e s t i ca n do v e r s e a ss o l u t i o n sa sar e f e r e n c et oa n a l y z eM a l u p i n gM i n e ’Sw a t e ri n r u s hp r o b l e m ，p u R i n gf o r w a r dr e l e v a n ts u g g e s t i o n s ，t h es p e c i f i cr e s u l t sw eo b t a i n e da r ea sf o l l o w s 1 T h es o u r c eo fw a t e ri n r u s hi sa t m o s p h e r i cp r e c i p i t a t i o n ，u n d e r g r o u n dw a t e ra n di n d u s t r i a lc o n s u m p t i o n ．T h em a i n l yc h a n n e l sf o rw a t e ri n r u s ha r ef a u l t s ，s e a m sa n ds u b s i d e n c e ． 2 M u l t i m i x t u r em o d e la san e w l ym e t h o dc a nc a l c u l a t ew a t e ri n r u s hm i x i n gr a t i oe f f e c t i v e l y ． 3 T h em a i ns o u r c eo fw a t e ri n r u s ho fM a l u p i n gM i n ei su n d e r g r o u n dw a t e r ．T h em o r ea d v a n c eo fm i n i n gd e p t h ，t h el a r g e rp r o p o r t i o no fu n d e r g r o u n dw a t e ri nm i n ew a t e ri n r u s h ，w h i l et h es u r f a c ew a t e ra f f e c t sd e c r e a s e d ． 4 B a s e do nt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fM a l u p i n gm i n ew a t e ri n r u s h ，w ea d v i s e dt h ef o l l o w i n gm e t h o d s s e t u ps e v e r a lu n w a t e r i n gs c h e m e si nc o p i n gw i t hw a t e ri n r u s h ．砀em e a s u r e so fc o n s t r u c t i o no fc a t c h w a t e rd r a i n s ，b a c kf i l lc o l l a p s e dh o l e sa n db u i l dd a m sa r ep u tf o r w a r dt os o l v es u r f a c ei s s u e s ．K e yw o r d s W a t e ri n r u s hc o n d i t i o n ，H y d r o c h e m i c a la n a l y s i s ，M u l t i - m i x t u r em o d e l ，F u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ，M i n ew a t e ri n r u s hi m p r o v e m e n tⅡ 万方数据 中南大学硕士学位论文目录目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．工A B S T R A C T ．．．．．．⋯．⋯．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．I I目录．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 ．1 选题依据及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21 ．2 ．1 涌水水源构成国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21 ．2 ．2 涌水水源治理国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21 ．3 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．71 ．3 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8第二章自然地理及地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92 ．1 自然地理概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92 ．1 ．1 地形地貌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．92 ．1 ．2 气象、水文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92 ．2 地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 12 ．2 ．1 区域地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l l2 ．2 ．2 地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 42 ．2 ．3 构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5第三章区域水文地质条件及水化学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 13 ．1 矿坑涌水构成条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 13 ．2 矿坑涌水水源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 23 ．2 ．1 大气降水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 23 ．2 ．2 地下水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 23 ．2 ．3 工业用水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 43 ．2 ．4 地表水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 43 ．2 ．5 老窖水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 53 ．3 矿坑涌水通道⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 53 ．3 ．1 构造断裂带⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 53 ．3 ．2 采空区上方冒落裂隙带⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 73 ．3 ．3 地面塌陷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 83 ．3 ．4 底板突破⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 83 。3 ．5 隔水顶板尖灭所形成的天窗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 93 ．3 ．6 充水含水层的露头区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9T T T 万方数据 中南大学硕士学位论文目录3 ．3 ．7 已经封密的不良钻孔⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 03 ．4 水化学特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 03 ．4 ．1 水样采集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 03 ．4 ．2 水化学测试成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 13 ．4 ．3 矿区水样水化学特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 23 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5第四章矿井涌水水源构成比例分析计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 64 ．1 用多元矩阵模型分析矿山各涌水点涌水水源构成比例⋯⋯⋯⋯．．3 64 ．1 ．1 多元矩阵模型原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 64 ．1 ．2 多元矩阵模型的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 74 ．2 用模糊数学分析矿山涌水水源构成比例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 14 ．2 ．1 模糊综合评判法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 14 ．2 ．2 模糊综合评判法的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 24 ．3 各中段及全矿区涌水水源比例构成⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．5 54 ．3 ．1 由多元矩阵模型分析结果进行计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 54 ．3 ．2 由模糊综合评判分析结果进行计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 84 ．4 计算结果对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 94 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9第五章矿山涌水治理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 05 ．1 涌水治理方法概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 05 ．1 ．1 主动式治水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 05 ．1 ．2 被动式治水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 15 ．2 涌水治理过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 15 ．2 ．1 主动式治水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 15 ．2 ．2 被动式治水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 35 ．3 马路坪矿涌水治理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 45 ．3 ．1 马路坪矿涌水现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 45 ．3 ．2 马路坪矿涌水治理方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 65 ．3 ．3 地表治理方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 85 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1第六章结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 26 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 26 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 4致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯7 8攻读硕士学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9I V 万方数据 中南大学硕士学位论文第一章绪论1 ．1 选题依据及意义第一章绪论矿产资源不仅是人类社会赖以生存并发展的重要物质，而且它也是国家安全与经济发展的重要保障，随着社会的日益快速发展，人们对矿产资源的需求量也日渐加剧。在矿产资源的开采过程中，可能会发生各种各样的自然及人为灾害，而由矿山涌水造成的水灾更是多不胜数。所谓矿山涌水，它是指在矿井建设和矿山生产过程中，大气降水、地表水、地下水、老窑积水和工业用水通过各种形式涌入巷道、井简和工作面的现象，而当这些涌水超过了矿井的最大排水能力时，矿山就会出现井水泛滥成灾的现象，这被称为矿山水灾。其主要危害有严重威胁矿工的生命安全及身体健康；降低了矿山生产效率；增加了矿山的排水费用，提高了矿山的开采成本；部分的酸性地下水会对井下机械设备造成腐蚀，缩短矿山机械的寿命；影响矿石回采率，降低矿石品位等；导致巷道积水，影响井下的运输；破坏巷道顶板的稳定性，加大矿山的支护工作量等【l ’5 J 。同时矿山一旦发生涌水事故，不但会严重影响矿山的正常生产，甚至会造成人员伤亡，产生的危害十分严重。例如，在2 0 1 0 年的3 月份，位于山西省临汾市的王家岭矿发生了严重涌水事故，造成了1 5 3 人被困，虽经全力抢险，救获了1 1 5 人，但是仍有3 0 名矿工遇难，直接经济损失达4 9 3 7 万元；在2 0 0 6 年的5月份，位于山西省左云县的新井矿发生重大透水事故，死亡人数达5 6 人，造成直接经济损失达5 3 1 2 万元1 6 J ；又如山东省某铁矿，矿山的主要含水层是中奥陶统马家沟灰岩含水层，其含水丰富，因矿山所做地质工作不足，片面的认为矿区充水条件简单、矿坑的涌水量不大，并以此为依据进行矿山相应的设计和基建，最终导致了矿山只参照一般矿山对排水措施进行设计，在矿山基建费用已花费2 0 0 0 万元后，发生了淹井事故，矿山的基建工作被迫停止，造成大量资源的严重浪费，最终矿山不得不进行了相应的补充勘探，并对矿山的疏干方案进行相应修改。一例例的矿山事故多不胜数，给我们的安全生产敲响了警钟，为了保障矿山的生产安全，涌水处理工作就成为了一个必须解决的难题，而对矿山涌水水源及涌水量预测的准确与否将会对矿山设计部门对井下排水方案的设计及防治水措施的制定造成直接影响，由于矿山涌水本就是矿山生产中一个相当复杂的地质难题，如果再把人们采矿活动带来的影响加入其中，那么原本就相当复杂的地质问题久将变得更加难以认识并了解。同时也因各个矿山的岩石性质及地质条件具有1 万方数据 中南大学硕士学位论文第一章绪论不同的特性，导致了各个矿山存在的涌水条件也具有不同的特性，因此，若需解决矿山涌水对矿山安全生产的重大威胁，必须先查明矿山的涌水条件，进而采取经济、合理、安全的采矿方法及相应治水措施，为矿山的安全生产提供保障。开磷集团自矿山建立以来，由于矿山特定的地形及地质条件，矿山的生产工作一直存在于当地地表平面以上。但随着矿山浅表矿产资源的不断开采，矿山生产活动已经逐渐开始转向地表平面以下，地下涌水也逐渐成为影响今后矿山安全生产的主要因素之一。为了适应矿山以后的开采需要，地下水运动规律、矿段水文地质特征、地下充水条件和各项地质水文参数就成为了矿山必须要了解的难题。此背景下，本课题应运而生，根据中南大学资源与安全工程学院与开磷集团领导安排，针对马路坪矿的开采现在，对矿山涌水水源和井下疏干方案进行立项研究，为今后矿山的疏干排水提供参考依据。1 ．2 国内外研究现状1 ．2 ．1 涌水水源构成国内外研究现状长久以来，矿山涌水一直是一个困扰矿山安全生产的不可避免的难题。矿山涌水及涌水水源判别的准确与否对于保障矿山的安全生产具有重大意义。回顾矿井涌水判别的发展历史，在当时勘探和技术条件下，各种数学模型所分析的矿山涌水对那些矿山的安全生产起到了一定的指导保障作用，但随着矿山开采的逐渐加深以及水文地质勘探技术的进步，一些较为久远的数学模型就逐渐的表现出一些不足，难以真实全面的对矿山提供的水文地质特征进行分析，就渐渐的被一些后继建立的数学模型所替代。如此反复，经过数学模型一次次不断的更新，也使得矿山涌水的分析也越来越合理。在十九世纪，达西 1 8 5 6 通过长期的大量实验发现了著名的达西定律【_ 7 1 ，这是人们第一次开始定量认识地下水运动，即使到了今天，它也仍然作为理论基础存在于地下水运动研究中。接着，J ．D u p u i t 18 6 3 对一维稳定流动和向水井的二维稳定运动进行了研究【8 J ，之后P ．F o r c h h e i m e r 等人研究了一些更加复杂的渗流问题，从而为地下水稳定流理论奠定了基础【9 J 。在1 9 3 5 年，C ．V ．T h e i s [ 1 0 ] 在此理论的基础上提出了地下水流向承压水井的非稳定流公式，在此后时间内，解决非稳定流的解析法获得了较大发展，如M u s k a t 首次利用解析法分析出了地下水流问题的一系列解析解，后来又由H a n t u s h 及J a c o b 扩展了解析法的概念【1 1 l ，再后来P o l u ．b a r i n o v a - K o c h i n a 1 9 6 2 和H a n t u s h 1 9 6 4 等人也都分别在自己的论著中阐述了该方法【1 2 】。但是，由于解析模型适用范围的局限性，而矿山的实际2 万方数据 万方数据 万方数据 中南大学硕士学位论文第一章绪论涌水水样的主要来源。1 ．2 ．2 涌水水源治理国内外研究现状在探明矿山涌水水源的基础上，开展对涌水水源的治理工作，国外对于富水矿床的涌水治理研究较早，技术相对成熟，且国外的矿床相比于国内矿床更加复杂，对于国内矿床的涌水治理有着很强的指导意义。这里以俄罗斯的岩溶富水矿床为例，说明国外富水矿床疏干研究现状。其主要的涌水治理方式可以分为预先疏干、开采疏干和联合疏干。 1 预先疏干的措施有江河道引到开采区以外，控制地表径流；地表水平排水垂直深部排水；吸水钻孔。 2 开采疏干主要采用以下方法进行正确地组织相当强大的力量排除流入坑道的矿坑水；开凿排水坑道平巷、井筒、降水井、天井等；在坑道的底板或者顶板中安设打入式过滤器；开凿直通式过滤孔，把矿层上面的水放出，然后让放出的水流入水仓；在被淹没的坑道内或水的静储量聚积德其他地区附近，留下防水矿柱；在地下坑道的底板或或露天矿场的底部留预防承压水的防水层；从坑道工作面打超前钻孔和放水钻孔；打吸水钻孔，将含矿层内的水导出；采用专门的针状过滤器装置。此外，在许多矿床必须针对侵蚀性及酸性的矿坑水采用防护措施。 3 在迸行联合疏干时，联合使用预先疏干和开采疏干的排水方式。在复杂的水文地质条件下建设矿井时，不管用那种疏干方法，通常都采用特殊的凿井法。以下是国外各矿山在疏千方面疏干措施及经验。表1 - 1 国外矿山疏干经验 万方数据 中南大学硕士学位论文第一章绪望2 0 世纪6 0 年代以前我国矿山矿井治水方法基本上是单一的矿床疏干法，直到目前也基本以此法为主。此法在理论、实践、工艺和设备上都能满足采矿生产过程对疏干的要求。在露天矿中采用地表疏千方式，其中包括地表降水孔疏干、明沟疏干，边坡水平孔疏千等。如石茶铜矿、茂名油页岩矿、钟山铁矿、新疆某稀有金属矿等都采用地表降水孔疏干。在地下开采中采用了疏干钻孔与疏干巷道相结合的方式，在富水岩溶矿床中大多采用布置在疏干硐室中的丛状放水孔与疏干巷道联合疏干，都取得较好的效果。目前，国内富水矿山常用的疏干方法可以分为巷道疏干、巷道 钻孔疏干、钻孔疏干、硐室 钻孔疏干等。下表为国内富水矿山的疏干经验。表1 - 2 国内矿山疏干经验6 万方数据 中南大学硕士学位论文笙二童缝垒矿山涌水事故的发生，给矿山带来巨大财产损失的同时，也给矿山的安全生产带来了严重的威胁，矿山涌水水源构成的分析是否准确合理，是保证下一步矿山涌水治理的重大前提，虽然前人也对矿山涌水的治理做了大量研究，但综合来说，更多的是在涌水总量和涌水水源类型进行的研究，对涌水总量中各种涌水水源构成比例的研究较为匮乏，因此，本文将在前人研究的基础上，欲建立一种合理的数学模型来分析矿山涌水水源构成比例，进而为下一步矿山涌水的治理提供准确的理论依据。1 ．3 研究内容及技术路线1 ．3 ．1 研究内容 1 水文地质参数是研究矿山涌水问题的重要数据，调查收集马路坪矿的相关水文地质资料，布置并利用矿山已有的地下涌水动态监测网，分析其涌水构成条件； 2 水化学分析是调查矿山涌水问题的主要依据，研究并分析马路坪矿地下涌水水样及涌水水源的水化学特征，通过构建多元混合模型来分析矿山涌水水源结构，之后和模糊综合评判方法相比较，分析马路坪矿涌水水源的构成比例； 3 矿山涌水问题的解决关键在于涌水治理，由数学模型分析出矿山涌水水源构成比例，结合国内外矿山涌水治理的经验，为马路坪矿提供治理矿山涌水的相关参考意见。 万方数据 中南大学硕士学位论文第一章绪论1 ．3 ．2 技术路线首先通过察看相关文献，了解并掌握国内外相关领域的发展现状；之后通过现场收集地质、水文资料，开展水文分析；然后利用数学模型分析出矿山涌水水源的构成比例情况；最终根据马路坪矿涌水状况及国内外矿山涌水治理的相关经验提出马路坪矿涌水治理相关参考意见。图1 - 2 本文技术路线图8 万方数据 中南大学硕士学位论文第二章自然地理及地质条件2 ．1 自然地理概况第二章自然地理及地质条件1 9 5 8 年成立的开阳磷矿隶属于贵州开磷 集团 有限责任公司，是从事磷矿石开采和磷煤化工生产的大型国有企业，是国家第二个五年计划期间投资建设的全国三大磷矿石生产基地之一，也是目前国内最大的磷矿石地下开采企业。开阳磷矿石资源总量为6 ．5 4 亿吨，已探明储量为4 ．1 3 亿吨，P 2 0 5 含量在3 2 ％以上的优质磷矿占全国总储量的7 8 ％，是目前国内唯一不经选矿就可直接用于生产高浓度磷复肥的基础原料。在2 0 1 2 年，开磷销售收入更是突破2 0 0 亿元，资产总额近3 0 4 亿元。开阳磷矿地处贵州省中部乌江流域，东至开阳县城约2 9 k m ，西至息峰县城约2 5 k m ，西南至贵阳市约8 8 k m ，行政上属贵阳市开阳县金钟镇和双流镇管辖。同时有简易公路通至矿段，矿段至修文县久长镇与2 1 0 国道线交接，运距1 2 K m ；至贵阳3 6 K i n 距离川黔铁路久长站1 3 K m ，交通便利，如图2 ．1 所示，地理坐标为东经1 0 6 。4 870 0 Ⅳ“ - 1 0 6 。5 073 7 ”，北纬2 7 。0 273 0 Ⅳ～2 7 。0 570 0 ”。2 ．1 ．1 地形地貌矿区地处云贵高原东部中、低山地带，如图2 ．2 所示，矿区呈N N E 向长垣状展分布，属中一低山地貌类型，区内地势陡峻，山脊和切割深谷纵横，冲沟及地表水系发育，地形复杂。其中部河谷标高一般为7 3 0 ．9 2 0 m ，两翼高山海拔达1 2 0 0 ．1 6 0 0 m ，相对高差达5 0 0 8 0 0 m 。矿体露头南高北低，一般标高9 0 0 ．1 3 0 0 m 。矿段最高点烈马山1 5 7 0 m ，最低侵蚀基准面9 4 0 m ，最大相对高差6 3 0 m 。2 ．1 ．2 气象、水文矿区属北温带气候与亚热带气候交汇处，夏季闷热，降雨多集中于晚上，冬季多雾。年平均气温1 0 ．6 , - - - 1 5 ．3 ℃，最高气温出现在7 、8 月，最高可达3 5 ．4 ℃，夏季平均气温2 1 ．1 ℃；最冷月为元月，最低气温为．1 0 ．1 ℃，冬季平均气温3 ．2 ℃。矿区在1 2 月至翌年3 月会出现凝冻；雨季主要集中在5 ～9 月，年平均降雨天数为1 1 0 ～1 7 0 天，年降雨量达1 2 0 0 - - - - 1 6 0 0 m m ，蒸发量在11 7 0 “ ～1 4 2 9 m m ，其最大最小年降雨量分别为1 6 5 6 ．4 m m 、8 6 9 ．8 m m ；最大月降雨量为3 8 3 ．5 m m ，最大日降雨量为3 0 0 m m ；夏季多为偏南风，冬季多为偏北风，平均风速为3 ．3 3 ～1 0 ．6 7 m ／s ，最大风速为2 2 m ／s 。9 万方数据 中南大学硕士学位论文第二章自然地理及地质条件矿区主要河流为洋水河和两岔河。河流在矿区北部汇合后注入息烽河，之后流入乌江。洋水河沿轴向纵贯矿区，形成了狭长的河谷地带。洋水河的两岸主要分布了现有工业和民用建筑。■r I ‘f铲I贵州省开阳磷矿洋水矿区牛赶j 中矿段交通位置图I 2 0 万04￡o 量b ] c 】 [ j _图2 一I 贵州省开阳磷矿交通位置图1 0 万方数据 中南大学硕士学位论文第二章自然地理及地质条件2 ．2 地质概况2 ．2 ．1 区域地质概况图2 - 2 矿区地形图中国南方晚震旦世陡山沱至灯影期海相沉积磷块岩，大部分集中产于扬子准地台鄂湘黔凹陷带中。黔中的息烽、开阳、瓮福等磷矿床分布于黔中古陆台地边缘沉积环境中 见图2 - 2 。磷矿层与其上、下接触地层中的频繁沉积间断现象说明，磷酸盐沉积是发生在浅水条件下。资料证实，从陡山沱至灯影期形成一个连续成磷期，如黔中一带磷块岩产于陡山沱组中上部，黔北松林磷块岩产于陡山沱组黑色页岩和硅质白云岩顶部，习水县桑木场磷块岩产于灯影组白云岩中部，川南磷块岩产于灯影组白云岩顶部。吕梁运动期间，扬子准地台逐步形成，震旦纪以后大量沉积物成其盖层，且产生明显差异的升降运动，鄂湘黔凹陷带中大量海底磷质随着黔中隆起上升到浅水陆台区，在适当压力、温度和化学条件下形成磷块岩矿床。由于地壳升降差异，沉积环境以及物质供应的不同，磷矿层的沉积厚度、品位及范围等不尽一致，如洋水、双山、瓮福、上塘矿床同属晚震旦世陡山沱期中上部，其矿床规模、矿层厚度、品位差别较大，有从西向东矿床优劣相间的分布规律。根据区域地质资料分析，三迭纪中期，鄂湘黔地区受近于东西向强大的挤 万方数据 中南大学硕士学位论文第二章自然地理及地质条件压力后形成一系列N N E 向构造带，按地质力学观点称新华夏构造体系，黔中至黔北普通产生N N E 向展布的褶皱带，伴随产生以走向逆断层为主的边幕状压性构造形迹。随后由于东西向应力的消失，南北向的挤压作用产生，改造了前期形成的基本构造格架，形成走向近于东西向的横跨褶皱及张扭性断层。因此，洋水、瓮昭、瓮福、上塘等背斜轴近于南北向，背斜互距3 5 K m 左右，近东西向排列 图2 - 3 ，各背斜中普遍发育着两期应力场作用的构造形迹。蛩器。检转遵义F 徽，。，恕j c弧∥融f 鹣出后酋分。一。．皆．．皿窜‘两地巍≮”是c 。翩清鏊参匀。丹毒。≯2 并彳阿疑≥鹘8黔湘莎启⋯名 一‘ 苎、撒。苣目￡三三三三餐远t 茸幸三三三三上 lf 己辩誉营差垂1 誓』兰三兰三三墨圭兰南三，- - - - 一- o J 一童兰兰三三兰兰 兰三三三三点三≤三茎』扁臬三三三兰三三三兰兰兰篓三弧三三三兰陵上篷坦霉望竣苴下睫蝰暑’”毒‘徒上瑚工l l 蓑矿毫露妥一～～一贵卅省陡山沱组及其磷嵌岩露头示意图松框蘸舢；㈣拍里祸言I 面图图2 - 3开阳磷矿马路坪矿位于扬子准地台鄂湘黔凹陷带黔中隆起北部洋水背斜上，属于洋水矿区牛敢冲矿段。按地质力学概念属新华夏体系第1 I I 隆起带南西部第二级构造单元。洋水背斜北至息烽县邱家营一带，南至开阳县白马洞，南北长2 5 K m ，东西宽4 ．5 K m ，轴向N E l 5 。，轴面偏西，倾角为8 0 。左右，西翼地层倾角一般4 0 。～6 0 。，东翼地层倾角3 0 。“ - - 5 09 ，为一东缓西陡的斜歪短轴背斜 见图2 4 。矿段背斜核部由元古界板溪群清水江组 P 。b n b q 页岩及变余粉砂岩组成，向两翼依次出露震旦系下统南沱组 Z a n 页岩及冰碛砾岩；上统陡山沱组 Z b d 砂岩及磷矿层 Z b p ，灯影组 Z b d n 白云岩；下寒武统牛蹄塘组 ∈。。 至金顶山组 ∈。。 碎屑岩，和清虚洞组 ∈。。 灰岩。背斜外围出露有寒武系中、下统 ∈一。 碳酸盐岩及二迭系、三迭系灰岩及页岩等，本区缺失奥陶系、志留系1 2萎荸荽婆参 万方数据 中南大学硕士学位论文第二章自然地理及地质条件及泥盆系地层。区内未发现岩浆活动和火成岩。洋水背斜南、北倾伏端断裂构造较为复杂，背斜两翼构造简单。矿区构造主要为纵向断层，斜交及横向断层次之。对矿层破坏较大的F 4 。纵向逆断层，北起沙坝土矿段，南至河沙坝矿段，长达1 3 K i n ，将下磷矿层切割逆推2 5 0 ～6 0 0 m ，造成矿层重复出露，增加了浅部磷矿石储量。区内出露两层含磷层位，即震旦系上统陡山沱组磷矿层，称下磷矿，厚度大，P O 。含量一般大于3 0 ％，且稳定，为规模巨大的沉积矿床，全矿区地质储量4 亿吨以上。上磷矿产于寒武系牛蹄塘组底部呈断续的透镜体产出，厚0 “ - 0 ．4 m ，品位不稳定。图2 4 洋水地区地质缩略图1 3 万方数据 中南大学硕士学位论文第二章自然地理及地质条件矿区其它矿产有含于磷矿石中的碘，其品位部分地段达综合利用品位和接近综合利用品位0 ．0 0 4 0 ％，在开采磷矿时可综合利用；还有寒武系牛蹄塘组底部的多金属层含钒、锡和钼等矿产；产于纵断层 如F 4 1 破碎带中的辰砂，铅锌矿等矿产都不具工业意义，但有一定的研究价值。2 ．2 ．2 地层矿段内出露地层由新至老有寒武系下统清虚洞组、金顶山组、明心寺组、牛蹄塘组；震旦系上统灯影组、陡山沱组；下统南沱组。另外在缓坡、沟谷中有第四系的残、坡积物。现将地层从新至老分述如下 1 寒武系下统 ∈，a 清虚洞组 ∈。。其具体表现为深灰色厚层、中厚层状细晶灰岩，泥灰岩及下部泥灰岩夹灰岩团块，团块直径达7 ～1 5 c m ，因矿段内出露不全，未见顶，故形成中低山溶蚀地貌。b 金顶山组 ∈，；其具体表现上部为灰绿和黄灰色钙质页岩夹薄层粉砂岩及团块状灰岩，灰岩团块轴长7 一- - 1 5 c m 中上部是一层灰色、深灰色生物灰岩，鲕状灰岩与泥晶块状灰岩互层，灰岩厚度为4 0 ～6 0 m ；中下部为灰绿色、灰色含云母细砂岩夹杂着深灰色、黄灰色粉砂质页岩；下部为灰绿色粉砂质页岩夹杂着薄层细砂岩及少量灰岩透镜体，含有较多的云母碎片，底部为深灰色，灰色薄层灰岩夹绿色页岩本层地形特征为陡坡或陡崖，因受断层破坏，出露不全，厚度大于2 0 3 ．1 0 m 。c 明心寺组 ∈。。其具体表现为灰绿、深灰色含粉砂质页岩，上部夹杂着不量薄层细砂岩或粉砂岩条带，下部偶夹鲕状灰岩透镜体。矿段因内受断层破坏，出露不全，厚度大于1 9 4 ．1 8 m ，故为缓坡侵蚀地形。d 牛蹄塘组 ∈。。其具体表现为黑色炭质页 泥 岩，底部为深灰色，黑灰色硅质磷块岩 称上磷矿 ，厚度为0 ～1 m ，呈透镜状断续分布，厚度与品位不稳定。因∈。。厚2 3 ．4 4 , - - - ,6 3 ．1 6 m ，故形成缓坡地形。 2 震旦系上统 Z b a 灯影组 Z b d n 属岩溶地貌，形成陡崖为灰色厚层、局部中厚层细晶白云岩，硅化白云岩，含较多藻体，受断层破坏，矿段内出露不全，出露厚度1 8 1 ．6 0 - - - - 2 7 2 ．1 l m ，本次勘探灯影组地层分为五个岩性段，因第一段和第二岩性段的分层标志在本矿段部份地方不明显，故将第 万方数据 中南大学硕士学位论文第二章自然地理及地质条件个岩性段，因第一段和第二岩性段的分层标志在本矿段部份地方不明显，故将第一、第二岩性合并作叙述，详述见下①第五岩性段 Z b d n 5 浅灰色、深灰色、黄灰色薄～中厚层状硅质白云岩，泥质白云岩及灰绿色页岩互层，上部夹燧石条带，厚5 ．7 2 一- ． 2 0 ．2 3 m 。②第四岩性段 Z b d n 4 浅灰色厚层状细晶白云岩，局部具层纹状针孔状构造，见少量迭层藻。上部含泥质较重。其分层标志层为底部有一层厚0 ．5 ～1 ．5 m的深灰色，灰色花斑状白云岩。本岩性段厚7 1 ．6 9 “ - 9 3 ．8 4 m 。③第三岩性段 Z b d n 3 灰色、局部深灰色中厚～厚层状细晶白云岩，本层有层纹状、碎花状、豆状、条带状、同生角砾状构造，下部见似谷壳状构造白云岩，并含有较多藻体。，其分层标志层为底部见1 ～2 层厚0 ．1 ～O ．3 m 的黄灰色谷壳状细晶白云岩。本岩性段厚2 0 ．0 9