资源描述：
矿山地质工作是矿山开采中不可缺少的基础技术工作，是指在矿床开采过程中，根据矿山工作的需要。对矿床生产地段或矿区进行的直接为生产服务的地质工作。矿山地质工作以地质学为基础，以矿山采掘活动为对象，是矿山采掘生产经营活动的技术基础与依据。采掘活动必须随采掘作业的推进而迁移，没有固定的工作空间和场所，工作环境条件受工程地质和水文地质状况的影响较大。因此，为了保证采矿活动的顺利进行，必须了解矿山地质构造、水文地质以及岩石的性质等对矿山开采安全的影响。 第一节 矿床的基本撅念 一、矿床、矿体和围岩 （1）矿床 地壳内部或表面富集的有用矿物或组分，在质和量上达到工业利用的要求，并在现有技术经济条件下能够被开采利用的部位称为矿床。矿床的空间范围包括矿体和围岩。 （2）矿体 构成床体的基本单位，是达到工业要求的含矿部分，又是开采的直接对象。矿体具有一定的大小、形状和产状。一个矿床可以由一个或多个矿体组成。 （3）矿石 指含有有用矿物或组分并组成矿体的矿物集合体。矿石中通常包括矿石矿物和脉石矿物两部分。矿石矿物指矿石中能提供有用元素或本身可以被直接利用的矿物，如铜矿石、石棉矿石等。脉石矿物指矿石中没有用处的那些矿物，如铜矿石中的石英。矿石的品位是指单位矿石中所含有用元素、组分或矿物的含量（以质量百分比、g／t、g／m3、g/L表示）。 （4）围岩 指围绕在矿体周围无经济价值的岩石。矿体和围岩两者界限有的清楚，有的为渐变无明显界限。一般在矿床中，将可以达到最低工业平均品位的部分当作矿体，达不到的作为围岩。随着工艺技术的提高，最低工业品位可以降低，这样圈定矿体的范围也是可以扩大的。 二、成矿作用和矿床的成因分类 成矿作用是把地壳中的有用成分（元素或化合物）和其余成分分离开来，在局部集中富集形成矿床的地质作用。这个局部富集的过程是极为复杂的，因而成矿作用也是多种多样的。从成矿地质作用和成矿物质的来源考虑，成矿作用可分为三大类 （1）内生成矿作用 这种成矿作用是由内动力地质作用所引起的，直接或间接与岩浆活动有关。由内生成矿作用在高温高压下所形成的矿床称为内生矿床。内生矿床主要是在 岩浆活动过程中成矿物质得到局部富集而形成的。 （2）外生成矿作用 这种成矿物作用发生在地球表面，是由外动力地质作用所引起 的，由外生成矿作用在地表常温常压下所形成的矿床称为外生矿床。外生矿床的成矿物质 主要来源于地表的岩石或原生矿床，是在风化、搬运和沉积过程中得到局部富集而形成的。 （3）变质成矿作用 变质成矿作用发生在地壳的内部，多数是由内动力地质作用中的 区域变质作用所引起的。由变质成矿作用使原内生和外生矿床在地表深处，受到温度、压 力、气体和热液等新物化条件作用，使其成分、结构发生变化而形成新的矿床叫变质矿床。 三、矿体的形状与产状 矿体的形状与产状是由多种因素决定的，其中最主要的因素是矿床的成因，其次是构造条件及围岩的性质。 （－）矿体的形状 1．根据矿体的倾斜角度，矿体分类见表4–1。 2．根据矿体的厚度，矿体分类见表4–2。 （二）矿体的产状 矿体的产状包括以下几个方面。 （1）矿体的产状要素 主要用来确定板状矿体的空间位置，表示方法与一般岩层的表示方法相同，即用走向、倾向、倾角来表示。但对于柱状矿体、透镜状矿体等，还要测量它们的倒伏角和倾伏角。 （2）矿体与围岩的关系 指矿体产于哪种岩石之中；矿体是平行于围岩的层理或片理产出的，还是截穿它们产生的。 （3）矿体与侵入岩体的空间位置关系 是指矿体是产于岩体的内部的，还是产于围岩与侵人岩石的接触带中，或是产生在距离接触带有一定距离的围岩中。 （4）矿体埋藏情况 指矿体空间位置是出露在地表或是隐伏在地下的盲矿体，以及矿体的埋藏深度等。 （5）矿体的排列方向 指一系列有成因联系的矿体的排列方向和规律。 第二节 矿岩的性质及其与矿山安全生产的关系 一、岩石的物理力学性质 岩石的物理力学性质与采矿工作有密切的联系，它影响着采矿方法的选择，采矿工程的部署和爆破工作。其中，有些性质往往与采掘工作安全有关。岩石的物理力学性质主要有岩石的弹性、塑性、脆性、硬度、韧性、强度、容重、比重、碎胀性和特征阻抗等。 1．岩石的弹性、塑性、脆性 弹性是指受到外力作用的岩石，在除去外力后恢复原来的形状和体积的性质。弹性大 的岩石，在凿岩爆破时不易破碎。塑性是指岩石在解除外力后发生变形而不被破碎的性质。如含水的黏土或泥质灰岩等，在爆破时易使炮眼扩大，爆破效果差。脆性是指岩石受力后变形很小就发生碎裂的性质。岩石的脆性愈大，愈容易被爆破所破碎。 2．岩石的硬度和韧性 岩石的硬度是指岩石抵抗外物侵人的能力。硬度大的岩石往往比较脆，所以易于爆 破。韧性又叫动力硬度，是指岩石抵抗外力保持整体状态的属性。它的大小与岩石的组织 和构造有关，韧性大的岩石，凿岩爆破就比较困难。 3．岩石的强度 岩石的强度是完整的岩石开始被破坏时的极限应力值。在爆破工程中，岩石以承受 冲击荷载为主，强度只是用来说明岩石坚固性的一个方面。由于受力性质不同，岩石的强度分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度三种。常见岩石的抗压强度在200～300kg／cm2到2000～30000kg／crn2之间。岩石的抗拉强度为抗压强度的 1／10～l／50，抗剪强度为抗压强度的1／8～l／12。因此，岩石怕拉不怕压。在巷道或采场中，以及当露天边坡过陡或形成伞岩时，岩体处于拉伸或剪切状态，容易发生冒顶片帮和岩体坍塌事故。 4．岩石的比重和容重 岩石的比重是指单位体积的致密岩石（除去孔隙）的质量，容重是单位体积原岩（包 括孔隙）的质量。岩石容重的大小与岩石的组成成分、密度、空隙大小和含水量有关。岩石的容重对爆破、特别是抛掷爆破的影响比较大，容重越大，所需炸药越多。 5．岩石的孔隙度 岩石的孔隙度是指岩体中空孔隙的体积与岩石体积之比，常用百分数来表示。孔隙度 大的岩层，往往含水较多，因此要注意防排水工作。 6．岩石的碎胀性 碎胀性是指岩石破碎后，其体积比原岩石体积增大的性质。碎胀程度的大小常用碎胀 系数（或松散系数）K来表示 KV2／V1 式中 V1破碎前原岩的体积，m3； V2破碎后岩石的体积，m3。 通常，坚硬而致密的岩石的碎胀系数比松软的岩石的碎胀系数要大。几种岩石的碎胀 系数如表4–3所示。 在掘进和采矿工作中，要充分考虑岩石的碎胀性。例如，为了容纳破碎后体积增大的岩石，需留出足够的空间；相反，为了提高爆破效果，可适当减小爆破空间，形成挤压爆破。 7．岩石的特征阻抗 岩石的密度与纵波在岩石中传播速度的乘积叫做岩石的特征阻抗。特征阻抗的大小反映了岩体对波的传播阻力大小，所以又叫波阻抗。实验表明，炸药的特征阻抗与岩石的特征阻抗愈接近，则炸药爆炸时传给岩石的能量愈多，爆破效果越好。空气的特征阻抗比岩石和炸药的特征阻抗都要小得多，所以，当炸药能量从炸药传给空气再传给岩石时，能量损失极为严重，这就要求在选择炸药结构时加以弥补。 二、矿岩的坚固性和稳固性 1．岩石的坚固性 岩石的坚固性是岩石抵抗各种物理力学能力的综合表现。不同的岩石具有不同的坚固性。同一种岩石由于其结构、构造和风化程度不同，其坚固性也有所不同。目前常采用普氏分级法表示岩石的坚固性，用f表示岩石的坚固性系数。常见的岩石坚固性系数介于0.3～20之间，共分为十级，见表4–4。 岩石的坚固性系数越大，其强度和硬度也较大，岩石越坚固。所以凿岩速度慢，炸药消耗量大。 2．矿岩的稳固性 稳固性是指矿石或岩石的空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。影响矿石稳固性的因素十分复杂，它不仅与矿石的成分、结构、构造、节理状况、风化程度以及水文地质条件有关，还与开采过程所形成的实际状况有关（如巷道的方向及其形状、开采深度等）。稳固性和坚固性既有联系又有区别，一般在节理发育、构造破碎地带，岩石的破碎性虽好，但其稳定性却大为下降。确定岩石的稳定性，首先要考虑岩体的结构。岩体结构有整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构和松散结构等几种类型 矿岩按稳固性分成极稳定，稳定，中等稳定，不够稳定，不稳定五级 （1）极不稳固 是指掘进巷道或开辟采场时，不允许有暴露面积，否则可能产生冒顶片帮现象。在巷道掘进时，须超前支护进行维护。 （2）不稳固 在这类矿岩石中，允许有较小的不支护的暴露空间，一般允许的暴露面积在50m2以内。 （3）中等稳固 是指不支护的暴露面积为50～200m2。 （4）稳固是指不支护的暴露面积为2O0～800m2。 （5）极稳固是指不支护的暴露面积800m2以上。 矿岩的稳固性对采矿工程中正确选择采矿方法、合理确定矿山工程的支护、维护以及施工设计有重要意义。矿体围岩的稳固程度与矿山安全生产的关系极为密切。采场顶板的 稳固程度主要取决于岩性和岩层压力两个因素。当顶板的岩性较松软，岩层压力较大时，就容易发生冒顶片帮事故。如果围岩较稳固，岩层压力也不大，则不易破裂冒落。因此，在矿山井巷开采和工作面掘进前，既要查清围岩的稳固性，又要摸清岩层压力大小，以便为矿山安全生产提供依据。在巷道掘进时，遇到岩石松软，节理发育，断层裂隙较多，有破碎带时，必须及时加以支护，以防冒顶片帮事故。 三、矿岩的物理化学性质 （1）放射性 地球内部放射性元素含量很少，但分布很广，且多聚集在地壳上部的花岗岩中，向地心则逐渐减少。地球所含放射性元素主要是铀、针、镭，此外，钾、铆、锣 等也具有放射性同位素，氡及其子体，当剂量超过允许值时，也会影响人体健康。 （2）氧化性和自燃性 矿石的氧化性是指硫化矿石在水和空气的作用下，发生氧化还原反应．变为氧化矿石的性质。高硫矿石的含硫率在18％～20％以上时，即具有自燃性， 在地面或地下贮存时间过长就会被氧化。硫化矿石在空气中氧化，并放出热量，如果散热不良，经过一定时间后，矿石温度将升高，发生自燃，引起内因火灾。 （3）有害物质 在矿山开采过程中常产生粉尘并浮游在空气中，其中有些粉尘对人体危害很大。粉尘对人体的危害不仅取决于其化学成分，还与粉尘的矿物组成、颗粒形状及 粒度等有关。如引起尘肺病的粉尘，不仅取决于其中硅的含量，更主要的是取决于硅是游离的二氧化硅（石英等），还是其他硅酸盐矿物，引起矽肺病的主要是游离的二氧化硅。砷、汞等金属能引起人员中毒。在矿山开采过程中还可能逸出一些对人体有毒有害的气体，如氡及其子体、SO2、CO、CH4、H2S等。 在矿山生产过程中，应对上述有害物质进行调查，以便采取适当的防护措施，保护工人的身体健康。 第三节 地质构造及其与矿山安全生产的关系 地质构造是指地质体（岩层、岩体、矿体等）存在的空间形式、状态及相互关系，是地质作用（地壳运动等）所造成的岩层（或矿体）发生变形、变位等现象，主要包括褶皱、断层、裂隙等。 一、岩层的产状及其测定 1．水平岩层和倾斜岩层 沉积物在大区域内沉积时都是近于水平的层状分布。一般把倾角小于5岩层称为水平岩层，倾角大于5的岩层称为倾斜岩层。如果岩层向一个方向倾斜，而倾角又近于相等，则称之为单斜岩层。 2．岩层的厚度和出露宽度 岩层的厚度分为真厚度和铅直厚度。岩层顶面和底面之间的垂直距离称为真厚度。岩层顶面和底面之间的铅直距离，称为铅直厚度。岩层的出露宽度是指岩层露出地表的水平投影的宽度。 3．岩层的产状及产状要素 岩层的产状是指岩层在空间产出的状态。确定一个岩层的产状有三个要素走向、倾向和倾角。岩层面与水平面的交线叫该岩层的走向线，即同一岩层面上等高的两点的连线。走向线的方向叫走向，表示岩层在空间的延伸方向。走向线的两头各指一方，例如一头指东，一头则指西，该岩层的走向就是东西向。 在岩层面上垂直岩层走向线叫岩层的倾斜线，倾斜线在水平面上的投影，叫倾向线，倾向线所指的方向就是岩层的倾向。岩层的走向和倾向相差90。倾斜线和倾向线的夹角，称为岩层的倾角。 4．岩层产状的测定及表示方法 测定岩层产状用地质罗盘。测量岩层倾向时，将罗盘后端（南端）靠在岩层面上，移动到使圆形水准气泡居中为止（即使罗盘保持水平状态），读北针所指方位角刻度盘度数就是岩层的倾向，测量岩层倾角时，使罗盘底面直立，罗盘长边紧贴岩层面，使之平行岩层倾斜线，然后拨动罗盘背后的“半圆形”铁片，使柱状水准气泡居中，读倾角指示器中间线所指的刻度数就是岩层的倾角。 在地质图上，岩层产状常用符号┬30表示，长线表示走向，短线表示倾向，数字代表倾角。在文字记录中，岩层产状有方位角法和象限角法两种表示方法。 方位角法规定正北为0，正东、正南、正西分别为90、180、270，再转至北为360。某个方位与正北方向的夹角即为该方位的方位角。野外工作中，常用方位角来记录岩层的产状，如 NE85∠70，表示倾向为北东 85，倾角为 70。象限角法由东南西北四个方向组成四个夹角各为90的象限角，规定南北向为0，东、西两向各为90。如象限角S75E下表示南75东。 二、褶皱与断裂构造 1．褶皱构造 层状的岩石经过变形后形成波浪起伏的弯曲形态，但其连续性和完整性没有受到破坏，这种构造叫褶皱构造。 褶曲是褶皱中的一个弯曲，是褶皱的基本单位。褶曲有背斜和向斜两种基本形态。背斜是两翼岩层倾向相背，形态上是岩层向上弯曲的褶曲，其核部岩层较老，两翼岩层较新。向斜是两翼岩层倾向相向，形态上是岩层向下弯曲的褶曲，其核部岩层较新，两翼岩层较老。 2．断裂构造 岩石受力后发生变形并达到一定程度，使岩石的连续完整性受到破坏，产生各种大小不一的断裂和错动，这种构造称为断裂构造。岩石发生断裂时，沿断面没有显著位移的断裂构造称为节理（或称裂隙），有显著位移的称为断层。 （1）节理 节理就是岩石中的裂隙，断裂面成为节理面。节理面可以是平坦的，也可以是不平坦的，甚至是弯曲的。岩层中节理主要表现为长短不等、疏密不定、或相互平行、或纵横交错的裂隙。节理按形成的力学性质不同可分为张节理和剪节理两类。 （2）断层 断层是岩石在构造应力作用下，发生了断裂和构造，并有显著位移的断裂构造。断层的规模大小不一，小的断层延长只有几米，相对位移只有几厘米，大的断层可延续几 百至上千公里。 断层的要素包括断层面、断层线、断盘和断距，如图4–1所示。根据断层两盘在空间的相对运动情况，断层可分为正断层、逆断层、平移断层、旋转断层四种类型。 三、地质构造与矿山采掘工作的关系 地质构造控制着矿体的空间分布和形态，因此对矿山安全生产影响很大。 1．褶皱与矿山采掘工作的关系 （1）成矿前形成的褶曲对矿床的形成、矿体的分布、空间形态、产状等起着控制作用，因此，褶皱的形状决定了矿体的产状和赋存条件，也直接影响着矿床的开拓和采矿方法的选择。 （2）成矿后形成的褶曲，常使矿体形态复杂化，使勘探和采矿工作变得复杂。褶皱可 以使同一矿层的位置抬高，或反复出露地表，易于发现，便于开采。当矿层受到褶曲作用 后．可使矿量分布相对集中，一般在矿层鞍部或核部厚度相对变大，可以减少巷道的总长度，便于开采。 （3）在背斜核部顶压一般较小，对采掘工程一般有利，但背斜核部的顶部岩石裂隙发育，比较破碎，还可能导致涌水增加，在生产过程中易发生冒顶片帮和透水等事故。在向斜核部，顶压一般较大，也易出现冒顶片帮事故。 （4）褶曲可使矿层的产状发生变化，有时可利用重力搬运，对矿内运输有利。 2．节理与矿山采掘工作的关系 （1）在节理发育的岩石中打炮眼时，不要沿节理面打眼，尤其是张节理面，以避免卡钎。沿节理面布置炮眼时，由于裂隙易漏气，使炸药能量散失，影响爆破效果。因此，爆破时要注意节理的走向、发育情况及延伸情况。 （2）在露天矿山开采时，如果节理发育，特别是受爆破和地下水与地表水的影响，往往影响边坡的稳定性，容易发生滑坡和坍塌事故，所以要注意边坡角的选择。 （3）节理面的方向有时会影响巷道掘进的方向。这是由于在有节理的情况下，按正规情况布置炮眼时，爆破效果受节理影响，使巷道偏离中线方向，所以应适当改变炮眼排列，使其稍微偏斜。 （4）节理影响采矿方法的选择。节理特别是张节理很发育的地段，不应采用空场法和房柱法；在某些壁式崩落法采场，应适当缩小放顶距离。 （5）掘进中，如果节理的走向与掘进方向平行，岩石的大部分压力将集中在支架上，容易造成顶板冒落。工作面若平行于主要节理面，不仅容易冒顶，还容易发生片帮。所以在布置掘进巷道和回采工作面时．最好与主要节理面垂直或成锐角。 （6）在节理发育地段进行采掘作业时，容易发生冒顶片帮事故，必须加强支护和顶板管理。支护时应根据节理的密度和方向，选择适当的支护方式。对顶板节理发育的巷道，工作面支架不能用顶柱，而要用棚子，且支架要密，顶柱不能平行与节理的主要方向安置。 （7）节理是地下水的良好通道，规模大的张节理若与采矿巷道贯通，有发生突水的危险。在采掘过程中涌水量增加时，应加强突水预兆的观察和防排水工作。 3．断层与矿山采掘工作的关系 （1）成矿后的断层常把矿体切割成几部分，使矿体的分布、形状和产状复杂化，增加了探矿工作量和施工难度。 （2）断层影响矿床开拓系统的布置。断层往往使开拓复杂化，增加开拓巷道的数量和总长度，并造成掘进施工困难，加大巷道支护和维护工作量。因此，在开拓系统设计中应弄清较大断层的情况，使开拓井巷尽量避开断层破碎带，尤其是避开与巷道平行的和成小交角斜交的破碎带，不要沿着断层而掘进。 （3）断层影响采场设计及回采工作。断层使矿体形态复杂化，或使采矿容易发生冒顶片帮，因而造成回采过程工作的复杂化，并增加矿石的损失与贫化。所以，在采场设计中一定要充分弄清楚采场内的断层情况，如遇断距较大的断层，应尽可能把它作为划分采场的边界，以减少对回采工作的影响。在回采过程中新发现的断层要及时处理，以免造成大的危害。 （4）在巷道掘进中遇到较大的断层破碎带，必须加强支护，或采取特殊措施才能通过断层。 （5）断层容易引起矿坑涌水。断层破碎带是地下水的良好通道，尤其是断层通过透水性较强的岩石或地下水源相连通且多溶洞时，矿坑滴水、淋水加大，涌水的危险性更大，甚至造成突水事故。因此，在过断层或在断层附近采矿时，要制定防水措施，以防透水事故。 （6）对露天矿山，断裂构造影响边坡的稳定性。对地下矿山，断裂构造是井下发生冒顶片帮事故的重要原因，在选择采矿方法时应加以充分考虑，某些采矿方法如空场法、长壁采矿法不能应用，必须采用充填法和房柱法。 第四节 矿床水文地质 自然界中的水存在于大气、地壳表面和地壳里。大气中的水叫大气水，地壳表面的水叫地表水，地壳里的水叫地下水。专门研究地下水的起因、分布、埋藏和运动的规律，物理、化学性质，与岩石的相互关系的科学叫水文地质学。专门研究矿床地下水的规律及在矿床开发过程中治理地下水的科学叫矿床水文地质学。研究矿床水文地质的目的是为了充分而合理地利用地下水资源，以及有效的预防地下水对矿山生产建设的影响，确保矿产资源开采的安全。 一、矿坑水及其对矿山生产的危害 矿山建设和生产时期，地下水、地表水以及大气降水通过岩石的空隙，以滴水、淋水、涌水和突然涌水等方式流人露天矿坑和地下巷道中，这种水叫矿坑水。矿坑水除了增大建设投资和生产成本外，还给矿山安全生产造成危害，主要有 （1）在建井时期，当涌水量过大时，需要采取治理措施，增加投资，妨碍施工进度， 影响建井质量； （2）具有侵蚀性的矿坑水能腐蚀露天矿坑和井巷中的各种金属设备（如轨道、支架和 各种采掘机械），污染作业环境。 （3）矿坑水降低坑道的顶板、底板和边帮的稳固性，增加支护和维护的难度； （4）在露天矿山，地下水往往破坏边坡的稳定，造成边坡坍塌和滑坡事故，影响正常 生产，甚至被迫停产； （5）当地质情况不清，突然遇到大量涌水时，会造成井下采场、巷道淹没事故，造成大量人员伤亡和设备毁坏。据统计分析，井下透水事故是我国地下矿山危害较严重的事故之一。如 2001年 7月 17日广西南丹县大厂矿区拉甲坡矿特大透水事故一次死亡81人。 二、矿坑充水因素分析 矿坑充水的因素主要包括水的来源、涌水的通道和影响水量大小的因素等，它们是 计算涌水量。预测突水、矿床疏干和矿井排水设计的重要依据。 （一）矿坑充水的水源 矿坑充水的水源包括地下水、地表水、大气降水和废旧矿坑积水。 1．地下水 某些矿床、矿体本身就含有较大的空隙，其中充满了地下水，这些水在开采时直接流人矿坑，成为涌水的水源。某些矿体的围岩具有较大的空隙，饱含地下水，当它们与矿坑连通时，也成为矿坑的水源。根据含水空隙的性质，地下水可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。 （1）孔隙水 是松散沉积岩层中所含的水，以及岩石孔隙中所含的水。这种水源的水量一般比较小。在开采松散沉积层中或接近松散沉积层内的矿产时，常遇到这种水源。 （2）裂隙水 是埋藏于坚硬岩石裂隙中的地下水。坑道揭露含有裂隙水的矿体和围岩一时，裂隙水便会涌入坑道，形成矿坑涌水。如果裂隙水和其他水源无联系时，矿坑的涌水量逐渐减少，甚至干涸；当有联系时，则会造成淹井事故。裂隙水和岩溶水相比，涌水量较小，但水压可以很高。我国大部分金属矿床都分布有层状及脉状裂隙水。 （3）岩溶水 是埋藏于岩溶性溶洞中的水。岩溶水一般埋藏深、水量大、水压高、来势猛、涌水量稳定、不易排于，突水规律受岩溶发育状况控制。我国岩溶水分布较普遍。 2．地表水 开采位于海、河、湖泊和水库等地表水体影响范围内的矿产时，在一定的条件下，这些水便能流人坑道，成为矿坑充水甚至淹井的水源。我国很多矿床周边常有中、小河流、湖泊和水库分布，它们多流经和存在于透水性良好的砂砾岩层上，为地表水下渗提供有利条件。多数季节性河流，在旱季地表虽断流，但河床地下水依然大量流动，仍可起到不断补给地下水的作用。在研究地表水对矿坑充水的影响时，要注意研究地表水与坑道之间的地层和构造的关系，以及所采用的采矿方法。地表水对采矿的威胁较大，在勘探及采矿时，要对地表水体加以足够重视。 3．大气降水 大气降水的渗入是多数矿区矿坑充水的经常性补充水源之一，开采处于低地且埋藏较浅的矿床，在无其他水源的情况下，大气降水将是矿坑充水的主要来源；开采高于河谷地段的矿床，大气降水将是矿坑充水的惟一水源。大气降水有明显的季节性，夏天雨季，山区可能形成洪水，威胁矿山生产安全。 4．废旧矿坑积水 废旧矿坑和巷道由于长期停止排水，其中积满了水，这种水叫废旧矿坑积水，也叫老窿水、老窑水。当生产坑道接近它的时候，这些水便成为突水的水源。这类水源突水的特点是短时涌水量大，来势猛，具有很大的破坏性，容易造成淹井事故。同时，水的酸性强，具有腐蚀性，常伴随有毒有害气体涌出，对安全生产的危害性很大。 （二）矿坑充水的原因分析 矿坑充水的原因是很复杂的，既受充水水源的影响，同时还受岩性、矿区地表地形和地质构造以及人为等因素的影响。 1．地质构造及岩性对矿坑充水的影响 （1）地下水流入坑道与矿坑揭露的围岩的性质有关。如所揭露的岩石为流砂层、疏松碎屑状，当有固定的补给水源时，则涌水量特别大，可造成流砂冲溃。黏土质不透水层则是隔绝临近含水层的有利岩层。当岩性一致时，岩石孔隙的大小是均匀的，因此坑道穿过时，其涌水也是均匀的。孔隙度越大，透水性越强。 （2）岩层的各种裂隙往往是地下水集中的地方，对地下水的径流起到控制作用。裂隙与其他水源相连时，是矿坑充水的重要因素。构造裂隙包括各种节理、裂隙和巨大的裂隙，有时是矿坑充水的主要通道。节理尤其是张节理是矿坑充水最为有利的通道。节理型裂隙分布细小、均匀，水渗透缓慢。一般在相同条件下，脆性岩石较柔性岩石的节理发育，且有更多的张节理，裂隙的宽度也大。 （3）断层分为隔水断层和透水断层。隔水断层主要由压力及部分扭力或后期被充填。胶结而形成，本身不带水，还可切断某些断水层，对分区疏干可起到有利作用。透水断层与其他水源有水力联系时，造成的矿坑突水水量较大而且稳定，不易恢复。当与其他水源无联系时，断层内水储量一般有限，突水开始水量很大，以后逐渐减小，甚至干涸。巨大的断裂往往含水量很大，危害极大。 （4）岩溶溶洞可以是细小的溶孔到巨大的溶洞，可以彼此连通，形成巨大的地下河， 可贮存大量的地下水或沟通其他水源，当采掘工作接近或揭露它们时，易造成灾难性突水。 （5）一般地，随着岩层深度的增加，岩石的裂隙逐渐减少，涌水量也逐渐减少；但是，由于地下岩层压力或地下水的静水压力的作用，或者它们联合作用的结果，可促使坑道底板产生裂隙，沟通底板下部的含水层、含水断层带或溶洞水，使矿坑水增加或造成突水事故。 2．大气降水和地表水体对矿坑充水的影响 （1）受矿区地形、矿体埋藏深度及透水基岩出露程度和隔水层厚度的影响，一般沼泽。低洼地区容易汇水，该场所的矿坑有大气降水和地表水引起的涌水也较多。露天矿坑和采用崩落法采矿的地下矿坑，露天坑和地表陷落区的大气降水的汇水面积直接决定了矿坑的大气降水渗入量。 （2）地下开采的矿坑，大气降水和地表水渗入量随开采深度的增加而逐渐减少。矿坑 涌水量的大小取决于透水基岩出露程度和能使含矿层与地表水隔绝的亚粘土质和粘土质覆盖层的厚度。若覆盖层的稳定厚度超过5m，地下水几乎不能向下渗透。如有巨大通道，如断裂、流沙层时，则易发生灾难性的突水。 （3）地表水体距矿坑（矿体）越近，充水越严重，矿坑涌水越严重。当常年存在的地 表水体为涌水水源时，水体越大，矿坑涌水量越大且稳定，当淹井时，不易恢复；季节性水体为涌水水源时，对矿坑涌水量的影响程度随季节变化。 （4）矿坑涌水量随季节变化以及区域降水量的影响明显，雨季坑道涌水量较平均涌水 量大20％～40％，有时甚至大二、三倍；降水量大、长时间降小雨对渗入有利； （5）随开采深度增加，大气降水对深处矿坑涌水的影响幅度减小，涌水量高峰的出现 后延。 3．人为因素对矿坑充水的影响 （1）不适当的开采方式，如采用崩落法，造成地表裂隙、坍塌，使地下水、地表水及大气降水涌入矿坑，造成突水。 （2）勘探钻孔如不封闭或封闭不严，也会成为沟通矿坑顶、底板含水层或地表水的通道。 第五节 矿山地质环境与地质灾害 环境地质问题是指由于人类从事技术经济活动或自然因素所产生的地质灾害。人类在开发利用矿产资源过程中所带来的环境地质问题日益明显，日趋严重。目前，人类每年开采利用的矿产资源总量超过 1．0 1011t，其中 50％～60％的煤、85％的铁、85％～90的金属矿藏、50％的化学矿山原料、100％的非金属和建筑材料，都是露天开采，造成极其巨大的矿山剥离量。随着地表矿产资源的锐减，矿产资源开采深度越来越大，对环境的影响和破坏的深度和广度不断增大。由于巨大的采矿工程活动，引起各种各样的环境地质问题，如水土流失、滑坡、崩塌、地面沉降塌陷、矿井热害、诱发地震、污染水体和空气等，给人们生命财产造成巨大损失。 一、采矿引起的地表环境地质问题 （1）地貌景观破坏、耕地面积减少 无论是露天还是地下采矿，采掘工程活动对地貌景观的破坏都十分显著。大片的土地被占用，林木被砍伐，植被、土壤被破坏，岩石大面积裸露，水土大量流失，河流改道。随着尾矿库面积的不断扩大和尾矿堆的逐渐干涸，土地沙漠化程度也不断增加。我国金属矿山约90％是露天开采，每年剥离岩土约2．2～2．6亿吨，是造成水土流失、植被破坏，乃至沙漠化灾害的重要因素之一。 （2）废矿、矸石堆积引起灾害事故 地下或露天采掘出的废矿、矸石和尾矿堆积量日益增加，已达到恶化地质环境的程度。目前，我国煤矿每年排出矸石量近2亿吨，加上历年积存的十多亿吨，数量相当大，占用大片土地农田。废矿、矸石长期弃置，引起风化、自燃，温度可达数百度，产生大量有害气体，如H2S、SO2、CO2和粉尘，污染空气。大气降水渗人废石堆，溶解某些有害化学物质，然后排人地表水体和渗人土壤地下水中，使水体受到污染，地下水矿化、硬度增加，土壤盐分升高，导致烟碱化，致使农作物生长发育严重受阻，矿区部分土地弃耕。我国金属矿山每年排出尾矿约2亿吨，为了少占土地，解决日益紧张的用地矛盾，尾矿坝构筑高度不断增加，每逢雨季或暴雨，溃坝成为矿山一大隐患。此外，地表废矿、矸石堆积还可引起崩塌、滑坡和泥石流等危害环境的灾害。 二、露天开采引起的环境地质问题 随着露天开采深度的增加，边坡的规模也不断扩大，既严重破坏了地应力的自然平衡，又导致了人工边坡的变形、破坏和滑移。其破坏形式主要是崩塌和滑坡。 （1）崩塌 崩塌是斜坡岩体在重力作用下快速移动，突然崩落，堆积在边坡脚下的一种破坏形式。它可发生在露天采场的边坡上，也可发生在山体陡坡处。例如，我国鄂西盐池河磷矿发生巨型山崩，其堆积体厚约20m，最厚达38rn，堆积土石方达I06m3，造成了巨大人员伤亡和财产损失。 （2）滑坡 滑坡是边坡局部岩体沿某一平面或曲面整体滑动的另一种破坏形式。影响露天边坡失稳的因素除边坡岩体结构条件和所处地质环境（如大气降水、风化作用和地震作用）外，主要是人为诱发因素。例如，不合理的剥采比引起滑坡。剥采比越低，边坡角越大，一个大型露天矿的总边坡角增加l，可减少剥岩量数千万吨，节省费用数千万元。然而边坡角过陡，往往会使边坡产生蠕滑变形，导致重大滑坡事故。露天爆破震动既增加了边坡的滑动，又破坏了边坡岩体，降低了岩体的强度，使雨水、地下水易于沿爆破裂隙渗透，加速岩体风化，从而降低了边坡的稳定性。 三、地下开采引起的环境地质问题 地下开采引起的环境地质问题主要是采空区塌陷和地热危害。 （1）采空区塌陷 地下矿体大面积采空后由于其上部岩层失去支撑，平衡被破坏，因 而产生弯曲、塌落，以致发展到地表下沉变形和塌陷。如湖南锡矿山是开采上百年的地下矿山，开采深度达300～400m，曾多次发生井下冒顶事故，1971年发生的大面积地压活动，空区容积达 227．4万立方米，井下冒落 16．9万立方米，使地表移动达 79．4万立方米。 由于人为采矿活动，破坏了坑道顶、底板岩石稳定性，降低了坑道围岩的强度，产生一系列的裂隙或薄弱带，为各种充水水流进人矿井提供了重要的途径和通道。当这些裂隙或通道与上覆含水层或地表水体沟通，或者由于强度降低的坑道顶、底板不能承受地表（或地下）水体压力时，就会导致矿井突然涌水，造成井下水灾。我国煤矿、金属矿矿井水灾时有发生，人员伤亡和经济损失十分严重，如广西南丹拉甲坡矿特大透水事故造成81人死亡。 （2）地热 地热是一种地质现象，其热源主要来自于放射性元素蜕变时析出的热和元 素化学反应放出的热。地表以下的岩层的温度分布为变温带、恒温带和增温带。变温带一般在20m以内，其温度受地表变化影响很大。恒温带距地表一般约20～30m，其温度的变化比当地年平均气温约高1～2℃。恒温带以下是增温带，岩层温度随深度的增加有规律的增加。地球上大部分地区从恒温带向下平均每加深100m。温度升高3℃左右。 对采矿工作而言，地热导致矿山井下环境温度升高，对矿山开采是不利的。特别是当开采工作进入深水平时，要充分考虑地热因素，及时调整通风系统，加强通风措施，改善劳动条件，并采取有效办法适当利用热能。 四、矿山开采诱发的地震活动 矿山开采诱发的地震活动（亦称矿震）是一种危害较大的地下型人工诱发灾害。根据其成因。矿震可分为诱发构造型矿震、诱发塌陷型矿震及工作面上的岩爆、煤爆诱发矿震。 （1）诱发构造型矿震 诱发构造型矿震有两种，一是由于采矿使地下应力失去平衡诱发的地震。这种矿震的震中位于深采区，震源很浅，震级较低。二是采矿抽水诱发的地震。由于抽水前的水压作用，断裂面受水浸润，而一旦失去水压，沿断裂面发生卸压作用，形成偏差应力，当该应力大于断面的抗剪强度时，从而诱发地震。例如，湖南恩斗桥矿区抽水疏干后，相继发生了16次有感地震活动。 （2）诱发塌陷型矿震 矿区诱发地震大多属于这一类型，是由采空区或顶板垮落而引起的。我国山西大同煤矿1956～1980年间因顶板塌落而产生的有感地震达40余次。我国南方某些岩溶充水矿床开采时，由于大量抽水，排水疏干，引起坑道塌陷也曾发生过规模不大的矿震。 （3）工作面岩爆或煤爆诱发矿震 矿山采掘工作面上矿岩像炸弹爆炸一样突然飞出，并伴有巨响、气浪和震动，破坏井巷工程设施或造成人员伤亡事故，这种现象称为岩爆又称冲击地压。我国曾多次发生地下巷道岩爆，如四川绵竹矿在采掘中发生过多次岩爆，其中一次将20多吨煤抛出20m以外。 第六节 矿山开采对矿山地质工程的要求 地质资料是矿山设计、建设和生产的依据，其完备程度和可靠性与矿山企业的建设和生产有直接关系，并直接影响着矿山企业的经济效益和安全生产。如果没有可靠的地质资料和对矿床的完整性了解，盲目上马，将会造成巨大的经济损失和发生重大人身伤亡事故。因此，矿山设计时应有系统而完整的地质资料。根据技术经济和安全生产的需要，工程地质资料应包括以下内容。 1．矿区环境 包括矿区位置及主要交通情况，自然地理及气象特征，经济概况及动力来源等情况。 2．区域地质方面 包括区域地质构造特征，矿床在区域构造单元中的位置。 3．矿区地质构造及矿床特征方面 （1）矿区地层和岩石组成，褶曲和断裂构造的性质、分布及其对矿体产状的影响；较大断层、破碎带、滑坡、泥石流的性质和规模。 （2）矿体产状、规模及其埋藏条件，矿体厚度及其沿走向、倾向的变化情况，矿体倾角及其变化情况，矿体出露情况及其埋藏深度。 （3）上下盘围岩性质及其与矿体的接触关系，地表松散沉积物厚度及其覆盖情况。 （4）矿体内部构造、废石夹层和包裹体的存在情况及其种类、产状、厚度、分布及数量。 4．矿石质量特征方面 包括矿石的主要及次要矿物成分，矿石组织结构；矿石的工业品位及其空间的分布规律；矿石组合分析及其化学分析的鉴定，以及对矿物中有益或有害成分的评价和叙述；矿石以工业开采的经济价值。 5．矿石和围岩的物理力学性质及开采技术条件方面 建筑材料和石材矿山，应根据需要确定矿石及围岩的抗
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