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地下水位模型在铜街曼家寨露天矿山中的运用与研究论文

发布时间:2022-01-13 15:05:24 文章来源:SCI论文网 我要评论














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 摘  要 :铜街曼家寨露天矿山位于云南省文山州都龙镇,矿区是以锌、锡为主的多金属共生矿体,其中,稀贵金属铟资源丰富, 锡是我国继云南个旧之后的第三大锡资源基地,锌是云南省第三大锌资源基地,具有很高的开发利用价值。随着采矿扩建工程 的推进,目前矿区面临一系列的工程地质、水文地质问题,以采区西帮、东帮边坡稳定性问题尤为突出,对矿山安全生产造成严 重影响。影响边坡稳定性的因素复杂多样,其中,地下水在边坡破坏过程中起着多重作用,是边坡失稳的关键性因素之一。本文 通过生产数据,利用 3DMine 软件建立矿区地下水位模型,结合以往的科研资料,进一步分析矿区地下水分布特征,进而预测地 下水动态演变规律,以及分析地下水对边坡岩体的影响等,为后期边坡治理、矿山生产提供科学参考依据,确保露天矿山正常 安全运行 [1]。

关键词 :露天矿山 ;边坡稳定 ;地下水 ;地下水位模型

1  矿区概况

        铜街曼家寨露天矿区地处滇东南岩溶高原南部边缘,属六 诏山系南缘。地貌的形成和发展受岩性、构造影响十分明显,尤 其主干断裂对地形的控制作用更为重要, 主要山脉、河流的延展 受构造线控制。矿区以构造侵蚀地貌为主, 高原面受到强烈破坏 残存无几。区内峰峦起伏,沟谷纵横,水系发育,地势北东高、 南西低。北东端最高峰老君山,标高2579m ;南西端的南加河河 床最低处,标高 534m,相对高差为2045m,属深切割区。河谷呈 “V”字型峡谷, 地形坡度最陡37°,最缓 12°,属中山高原地貌。

        矿区属中亚热带潮湿气候类型,据近期气象资料,马关县 城年平均气温 16.8 ℃, 年平均 降水量1329.4mm, 每年 4-10 月 的雨季降水量(1175.6mm)约占全年的 88%。一日最大降水量 124.1mm, 矿区降水丰富。

        铜街-曼家寨矿段采场主要分布在南加河左岸斜坡地带, 呈南北向展布,地势北高南低。矿床东侧、北边为F0 隔水断层, 其下盘为富水性弱的∈ 2t1 片麻岩,故F0 断层为隔水边界,西侧 分布∈ 2t5 隔水层,为西侧隔水边界,东西宽约2000m 左右,铜 街 - 曼家寨矿段为一南北向展布、向南撒开的独立水文地质单 元。与隔水边界位置近一致,地表东、西各有一条呈南北向展布 分水岭环绕, 中间有多条东西向次级分水岭 [2]。

2  地下水对露天边坡的影响

        结合生产,露天边坡的破坏并不是瞬间完成的,它是一个缓 慢的变形过程。影响边坡失稳的因素错综复杂, 其主要因素有边 坡岩体性质、构造、生产爆破震动、采剥活动、地下水位变化等 五个方面。通过以往地质科研资料表明, 地下水以多种方式对边 坡稳定性产生不利的影响,它是评价边坡稳定时需要重点考虑 的因素。

从边坡稳定性分析,地下水的作用最终通过两种方式降低 边坡稳定性 :

(1)等效的增加滑坡体的重量, 使下滑力增大。

(2)润滑潜在滑面, 降低滑面的物理力学参数, 减小抗滑力。

从边坡围岩稳定性影响分析,地下水对岩体的影响分为 : 物理的、化学的和力学的影响 [3]。

2.1  物理作用

         地下水对岩体有润滑作用,在裂隙面上,水使裂隙面之间的 摩擦系数减小,增加滑坡体下移趋势 ;地下水具有软化和泥化 岩体作用, 岩体结构面内某些物质与水结合后会变软成泥, 减小 了结构面之间的粘聚力和摩擦力, 降低岩体间抵抗滑动的阻力。

2.2  化学作用

       地下水与边坡接触产生的化学作用主要有溶蚀作用、水 化作用等, 会不断改变岩土体的性质和强度特性, 影响边坡稳 定性。

       溶蚀作用 :铜曼矿区西帮边坡岩性主要以大理岩为主,地 下水中的酸性物质对岩石中的碳酸盐等成分产生溶蚀作用,使 岩体产生裂隙和溶洞, 增加了岩体的渗透性能。

       水化作用 :水渗透到岩体的矿物结晶格架中,使岩体的结 构发生微观及宏观的改变,减小了岩体的内聚 力,膨胀岩体与 水结合,使起岩体内部产生膨胀力。进一步改变岩体构造,影响 边坡稳定性。

2.3  力学作用

       地下水会使边坡岩土体结构面上受到静水压力的作用,会降 低滑体重量产生的反向应力,降低抗滑阻力。如果地下水在边坡 中排泄受到阻碍, 会使岩土体的重量变大, 增加坡体的下滑力。

3  地下水位模型

3.1  地下水位模型的概念

       通过收集以往地质勘查资料,或矿山生产中穿孔爆破数据, 利用钻孔或炮孔中水位数据,通过 3DMine软件详细建立矿区地 下水位数据库,并通过各个区域地下水位点建立矿区地下水位 三维模型。通过地下水位三维模型三维空间展布,可直观分析 矿区地下水分布特征,预测地下水动态演变规律。结合矿区岩 性及构造模型,依据《矿区水文地质工程地质勘察规范(GB/T 12719—91)》中的地层富水性划分标准,可进一步对铜曼矿区地 层进行富水性分级。

       通过生产勘探钻孔数据、穿孔爆破炮孔水位变化数据,及时 更新地下水位数据以及地下水位模型, 可分析矿区充水水源, 以 及对矿坑涌水量进行预测 [2]。
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3.2  地下水位模型的建立

3.2.1  水位数据库建立

      地下水位数据库是水位模型建立的基础,也是一个矿区地 下水数据的综合管理台账。数据库由定位表、测斜表、静水位表 组成, 详见下表 1。
 
定位表 :反应钻孔或炮孔空间位置信息。
测斜表 :反应钻孔或炮孔空间的位置变化信息。
静水位表 :反应钻孔或炮孔的地下水位的空间位置信息。 3.2.2  地下水位模型
通过建立的地下水位数据库,利用 3DMine软件可快速生成 地下水位点, 通过地下水位点, 可生成水位模型。详见下图 1。
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        通过建立的地下水位模型,可任意分析矿区各区块地下水 位深度 ;进一步查明矿区水文地质条件, 地下水的运动规律, 分 析矿床的充水因素, 并预测矿坑涌水量, 预测矿床开采后水文地 质条件变化的趋势 ;并通过矿区岩性特征,进一步分析地下水 对边坡岩体的作用, 并对岩体质量及其稳固性作出评价, 预测可 能出现的工程地质问题 ;对矿区地质环境现状进行分析评价 [2]。

4  地下水位模型的运用与研究

4.1  地下水位线

       通过建立的地下水位模型,能快速圈定地下水位线图,可进 一步分析出矿区有无统一的地下水位 ;水位随地形起伏情况 ; 地下水坡降与地形坡降情况 ;地下水分水岭与地表分水岭情况 ; 地下水流动情况等, 详见图2。
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4.2  地下水位剖面

       在工程地质研究分析方面,可通过建立的地下水位模型, 快速切割研究区工程地质剖面,通过剖面分析不良工程地质区 地下水分布特征, 赋存空间, 储存条件, 以及预测地下水动态演 变规律,进一步分析地下水对不良工程地质体的影响等,详见 下图 3。

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5  结语

       铜街曼家寨露天矿山边坡稳定性问题严重制约生产,地下 水的溶蚀、润滑等作用对岩体及边坡稳定造成较大影响。通过日 常生产收集的地下水位数据, 建立的地下水位数据库, 可完善工 程地质管理台账机制 ;通过 3DMine软件建立的地下水位模型, 可任意分析矿区各区块地下水位深度,进一步查明矿区水文地 质条件,地下水的运动规律,分析矿床的充水因素,并通过矿区 岩性特征, 分析地下水对边坡岩体的作用, 预测可能出现的工程 地质问题, 可及时准确做出矿区地质环境现状分析评价。为后期 边坡治理、矿山生产提供科学参考依据, 确保露天矿山正常安全 运行 [1]。
 
 参考文献


[1]  王浩 . 淮河流域地下水超采区治理与保护措施研究 [J]. 水文.2013.33(6):77 - 80.
[2]  黄晓燕 , 冯志祥 , 李朗 , 等 . 江苏省地下水超采区划分方法对比研究 [J]. 水文地 质工程地质 .2014.41(6):26 - 31.
[3]  黄晓燕 , 冯志祥 , 李朗 , 等 . 江苏省地下水超采区变化趋势分析 [J]. 地下 水 .2014.36(4):53 - 54.
[4]  施小清 , 冯志祥 , 姚炳奎 , 等 . 江苏省地下水水位控制红线划定研究 [J]. 中国水 利 .2015.2015. 1:46 - 49.
[5]  高永军 . 江辽宁省地下水超采区治理保护措施探析 [J]. 地下水 .2016. 38(2):39 - 40.


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