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徽县天子坪矿山水文地质特征及地质问题防治论文

发布时间:2022-11-24 11:03:28 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):
 
  摘要:随着社会的发展与工业的进步,矿产资源的需求越来越大,对矿山的开采要求也越来越高。在矿产资源的开采中,矿山的持续开发造成了许多矿山地质问题,这些矿山地质问题日益严重,逐渐成为阻碍采矿业可持续发展的主要因素。为此,本文以徽县天子坪矿山为背景,对其矿山水文地质特征及地质问题防治进行阐述与探讨,希望能为矿山地质问题防治工作提供一些借鉴。
 
  关键词:矿山环境;水文地质;地质问题;防治对策
 
  甘肃是我国的一个资源大省,拥有的资源种类多,蕴藏量大。但矿业开发在带来巨大经济效益的同时也产生了诸多地质问题,特别是由于技术上或者思想上的忽视,对本地区矿区和周边生态环境造成了较大影响和破坏。同时,矿山作为一个脆弱的自然环境,在开采的过程中若不加防护,就更容易引发地质灾害,造成严重的生产安全问题,阻碍当地矿业开发工作的顺利推进。
 
  1一般水文地质条件
 
  研究区位于西秦岭山系中南麓接合部位,属中高山区,山势陡峻,总体地势北高南低,海拔1400m~2075m,相对高差近700m,地貌类型为剥蚀构造中高山区和河(沟)谷侵蚀堆积区。该区水系较为发育,主要有位于勘查区南部麻沿河及其一级支流316国道沟谷、前干沟、后干沟、刘家沟、大松树沟等,均属长江水系。多年平均降水量773.0mm,且年内降水量分配极不均匀,降水量主要集中在8月份~10月份,多以大雨、暴雨形式出现,历时短、高强度的降雨,极易发生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发生。根据地下水埋藏条件及赋水特征,区内地下水可划分松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐类岩溶裂隙水、基岩裂隙水四大类。
 
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  2矿区水文地质特征
 
  2.1含(隔)水岩组特征
 
  根据含水介质类型分为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两大类,四个含水岩组。
 
  2.1.1残坡积物含水岩组
 
  梁峁斜坡潜水:主要分布在缓形山坡、粱峁地带中的坡积土和残坡积物覆盖层中,坡积土和残坡积物厚度3m~7m不等,分布特点为梁峁顶部、坡度较缓的坡脚地段、掌形地及残台地较厚,坡度较大的斜坡地段覆盖较薄。潜水的赋存与第四系覆盖层厚度和地表形态有关,一般在冲沟沟脑、掌形地及地形低洼处以第四系下降泉出露,但泉流量极小,单泉流量1.142L/s。潜水接受大气降水补给,沿地表入渗和径流,第四系潜水往往与基岩强风化地层裂隙水构成统一的含水层,受季节性变化,枯季基本干枯,潜水水位埋深一般在1.0m~3.5m。枯季地下水径流模数小于1L/s·ķm2,属富水性较弱。
 
  2.1.2砂砾卵石含水岩组
 
  呈条带状分布于麻沿河的一、二级支流的漫滩、阶(台)地范围内,沟谷的含水层岩性为冲洪积相砂砾卵石、砂砾块石中,水位埋深变化较大,近河床及漫滩部位水位埋深1.0m~3.0m,阶(台)地部位水位埋深5.0m~8.0m,含水层厚度自河床向两侧阶台地逐渐变薄,受地形控制河(沟)谷区浅层松散岩类含水层薄厚不一,河漫滩相对较厚一些,单井涌水量小于1000m3/d,地下水径流模数1L/s·ķm2~3L/s·ķm2,属于中等富水性。河床两侧后缘较平,富水性较差,单井涌水量100m3/d~500m3/d之间,矿区周围的大松树沟、小松树沟、刘家沟、李家沟等沟谷潜水含水层厚度较薄,一般为3.0m~5.0m左右,沟口一带含水层较厚,富水性较弱,沟谷中部地带含水层小于3.0m,向沟谷中上部逐渐变薄,富水性属于贫乏的,单井涌水量在100m3/d~300m3/d,地下水径流模数小于1L/s·ķm2,地下水富水性弱。
 
  2.1.3砂质板岩含水岩组
 
  区内地层基本均接受了长期的区域地质变质作用的影响,区内主要隔水岩组为泥盆系的舒家坝组,西汉水群的第二、三、四岩性段,岩性主要为板岩、泥质板岩、粉砂质板岩中,岩石较完整,裂隙不发育,具有较好的阻水隔水能力。含水层岩性为粉砂质板岩、砂质板岩、泥质板岩、长石石英砂岩夹粉砂质板岩岩组层间节理裂隙及风化裂隙和构造裂隙、断层破碎带之中;区域内主要含水构造位于工作区北部及南部,主要表现为韧脆性断裂构造带及脆性断裂带。较大的含水构造有两组,一组为舒家坝—娘娘坝韧脆性断裂带,另一组为礼县—高桥脆性断裂。

        2.1.4构造断裂带含水岩组
 
  矿区断层及断裂破碎带规模十分发育,以近东西向、北西向、北东向为主,其中主断裂F3东西横穿勘查区,其它次级断裂与主断裂大致平行产出。
 
  矿区断层及断裂破碎带、小型褶皱构造规模十分发育,褶皱构造受后期构造挤压作用,形变而复杂化,所以断层及断裂破碎带、褶皱构造翼部破碎带中多为含水层。
 
  2.2地下水的补径排条件及动态特征
 
  2.2.1地下水流场分析
 
  因地下水类型不同,没有统一的径流方向,但总体上是从山区高处向低处沟谷径流,最终汇集于麻沿河。由于矿区内受区域构造影响,基岩结构较破碎、节理裂隙发育,岩石的完整性较差,基岩风化程度中等,矿区基岩为粉砂质板岩、砂质板岩、泥质板岩、石英砂岩等,受构造影响的断层及断层破碎带局部出现滴水和断续的线性滴水现象,局部接受降水和残坡积物中潜水入渗补给,残坡积物中和风化基岩裂隙水依地形由高处向低处径流,因此矿区侵蚀面以上地段地下水分水岭与地表水分水岭基本一致,较地表水缓慢一些。矿区沟谷坡降多数在10‰~30‰之间,地表水排泄能力较缓慢,入渗补给能力较强。
 
  2.2.2地下水补、径、排条件及动态特征
 
  矿体分布的中低山地带,第四系松散岩类孔隙水季节性变化大,一般没有稳定的地下水位。基岩裂隙水主要赋存于风化裂隙及断裂破碎带中,并沿断裂带构造裂隙运移和储存,具有带状、脉状富水的特点。由于矿区大部分地段被残坡积物覆盖,矿区区域植被发育,涵养水源能力较好,但该地层的透水性很好,径流途径流畅,因此在分水岭地段的富水性极弱或者不含水。矿区断裂规模相对较多,在勘查区出露地表F3区域主断层破碎带,以及产生的次级破碎带多以断层角砾、碎石填充,透水性较好。断层破碎带基本分布在山体中上部地带,坡降基本在25‰~30‰之间,降水径流较慢,途径长短不一。破碎带以东西向展布,接受大气降水及汛期沟谷地表水和上部的覆盖层的潜水入渗补给,由地势较高处向低处径流,在矿区受断裂规模和走向的控制,地下水流向往往发生改变,其流场较为复杂,在丰水年或每年的汛期,随着地下水位的抬升,断裂穿过地段的深切沟谷中有基岩泉出露,枯水期则干枯,因此,可近似地将矿区沟谷看作为断裂带脉状水的排泄区。
 
  2.3含水层、隔水层的特征与富水性
 
  根据矿区地下水类型及其含水性,将矿区范围内岩层划分为一个隔水、阻水不含水岩组和二个含水岩组。
 
  2.3.1松散岩类含水岩组特征
 
  透水、含水层厚度较薄岩组:该套岩组主要由第四系松散岩类组成,该套地层分布受沟谷流水侵蚀切割而分散,呈片状分布成独立的地貌单元,面积较小,径流途径短,含水层相对较薄,枯季含水性较差,地下水沿该层顺坡向下运移,遇下伏完整基岩时,地下水运移受阻从而以泉形式出露于地表,富水性较弱,渗流特征为面状流动,无统一的出水点,泉水流量均小于1.142/s。大气降水为其唯一补给来源,补给主要集中在此8~10月份雨季期间,降雨强度小,持续时间长,利于大气降水的下渗。
 
  河(沟)谷冲洪积含水岩组:该套含水岩组分布于矿区周围,多以南北向径流,含水层岩性主要为河流冲积砂砾石层,块石、漂石层,其次为局部沟谷口冲洪积形成的角砾层。厚度一般2m~12.0m,水位埋深介于3m~8.0m之间。

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  2.3.2基岩裂隙含水岩组特征
 
  (1)板岩含水岩组。主要接受大气降水和地表水覆盖层中潜水的渗入补给,补给通道以风化壳、风化裂隙为主,构造裂隙次之。含水岩组为板岩、斑状板岩、砂质板岩夹石英砂岩、粉砂质板岩夹石英砂岩、泥质板岩表层中风化裂隙,构造裂隙,该类水径流途径受构造控制及岩层走向控制,径流途径不统一,一般由地形高处向低处径流、汇集,于地形低洼处以泉的形式排泄,局部地段以潜流的形式排泄补给沟谷地下水。
 
  (2)断裂破碎带基岩裂隙含水岩组。矿区内基岩大面积分布,含水层岩性为板岩、斑状板岩、砂质板岩夹石英砂岩、粉砂质板岩夹石英砂岩、泥质板岩等,主要赋存于矿体接触带及含水的层间裂隙、断裂破碎带中,由于矿区应力比较集中,断层破碎带相互贯通,集中、富水性较好。
 
  2.3.3隔水、阻水不含水岩组
 
  区内地层基本均接受了长期的区域地质变质作用,区内主要隔水岩组为泥盆系的舒家坝组,西汉水群的第二、三、四岩性段,岩性主要为板岩、泥质板岩、砂质板岩、粉砂质板岩中,岩石较完整,裂隙不发育,具有较好的阻水隔水能力。
 
  2.4老窿水对矿床充水的影响
 
  老窿零散分布于调查区,老窿多分布于海拔高程1560m以上,在调查期间老窿内天然排泄通道畅通,在老窿LD6中汇聚水体,储水量较小,多以断层破碎带、洞口基岩风化裂隙中排泄径流。其它老窿水水量极小,甚至不含水,对矿床充水产生影响较小,因此老窿水对矿床充水的影响不明显。
 
  3矿坑涌水量预测

       3.1矿床充水影响因素
 
  3.1.1构造破碎带、风化裂隙对矿床充水的影响
 
  勘查区内断裂构造、小型褶皱构造局部破碎发育,地表出露西东向的断裂破碎带,其中F3为主断裂,断裂构造规模最大,是断层发育较宽的破碎带,次级断裂破碎带发育多条,走向一致,断裂长度和规模比F3断层破碎带规模较小,都位于主断裂破碎带南侧,破碎带内岩石破碎较强烈,地下水将通过断层破碎带裂隙进入矿床。
 
  裸露于地表岩层受构造作用和风化剥蚀作用,岩层表面节理、裂隙发育,大气降水将沿表层节理、裂隙及深部构造裂隙入渗进入矿床。
 
  因此构造裂隙破碎带、风化裂隙是大气降水、相邻含水层中的地下水进入矿床的主要通道,也是矿坑涌水的主要因素,但由于构造裂隙发育较好、断层角砾及蚀变充填程度低,对矿坑充水影响较大。
 
  3.1.2地表水对矿床充水的影响
 
  勘查区内各矿体控制底板高程一般在1161m~1674m,根据野外实地调查,地表水水位高程一般在1400m~1600m之间,旱季和枯季多数沟谷干涸,沟谷坡降在15‰~30‰之间,径流较缓慢,局部径流途径较长,地表水体外围沟谷岩性在断层破碎带、矿区内节理裂隙发育,地层完整性较差,局部入渗较好,在构造外围地层岩性较为完整,节理裂隙发育较弱,入渗量较小。
 
  3.1.3老窿水对矿床充水的影响
 
  老窿零散分布于矿带周围调查区,老窿多分布于海拔高程1560m以上,在调查期间老窿内水天然排泄通道畅通,老窿中多未汇聚水体。在LD6矿洞中汇聚有少量水体,只有LD6老窿水对矿床充水产生一定的影响。
 
  3.2矿坑涌水量预测
 
  勘查区各矿体最低控制高程大多位于地表水水体最低侵蚀基准面以下,该矿床为断层构造控制型矿床,断层破碎带裂隙发育程度随深度增加而减弱,矿床底部为粉砂质板岩、砂质板岩,是隔水、阻水不含水岩层,矿床地下水的储存量以断层破碎带裂隙发育控制规模,裂隙发育裂隙率,地下水多以断层破碎带控制水流的形式向矿井充水,矿坑涌水量一般较大,该矿矿体较为集中,因此选择最大的、富水性最强的水文地质单元作为矿区涌水量预测基准,结合LD6硐25m~47m、61m~62.50m、74m~75.50m段枯水期和丰水期硐壁出现滴水的实际情况和观测硐口流水的实际情况,按照取大安全的原则,推荐矿坑涌水量为596.87m3/d,可供矿井建设时参考使用。
 
  4水文地质问题及预防措施
 
  通过对勘查区内1400m~1700m下不同标高中的坑道进行水文地质调查工作。经调查发现:标高1600m以上矿硐基本无水,矿体以及矿体顶部有微弱渗水,标高1600m以下在坑道其含矿裂隙附近接触带有渗水现象,顶部局部有断层破碎带裂隙渗水现象。勘查区是以大气降水为补给水源,通过断层破碎带、风化裂隙破碎带、第四系松散岩类导水,属水文地质条件简单的断层裂隙充水矿床类型。
 
  勘查区在开采生产过程中可能发生的水文地质问题是:矿坑突水,基本发生在出露于地表断层破碎带,接受降水强度较高,但随着挖掘距离的增加,风化强度变弱,风化裂隙由发育到不发育,导水能力随深度的增加呈减弱趋势。
 
  应对可能发生水文地质问题的措施:准确合理安排安全工作面长度、高度、加强井下支护,时刻观察采空区及地面塌陷区;按照《金属非金属矿山安全规程》制定防治水方案,坚持“有异必探,先探后掘,先探后采”的原则,划分危险区域,重点加强防护;及时检查和处理废旧矿坑积水;矿井要设置安全通道,确保安全畅通,并使员工熟悉安全出口,做到防患于未然。
 
  5工程地质问题及防治措施
 
  受地质条件和矿床开采条件的影响,区内可能存在的工程地质问题有:边坡失稳、水土流失和开采空硐围岩坍塌、老硐突水进入矿硐等。
 
  对于矿床开采遇到的工程地质问题,针对各自特点,采用不同的防治措施:滑坡、崩塌、泥石流采用避让及工程防护措施,如挡土墙,锚固,衬砌边坡;对废渣堆积区,合理设计或矿山矿硐开采时废渣、废料堆放场合理堆放,矿山恢复治理进行废渣矿硐回填等;修排洪槽,防止洪水冲毁勘查区道路;遏制水土流失,禁止乱砍、乱伐林木,破坏植被;对于老硐积水应及时采取抽水、放水措施;矿体围岩多为板岩、石英砂岩,稳定性相对较好,岩层完整性较差,局部顺层临空面有掉块、坍塌现象,硐采时局部必须采取支护措施;对选矿形成的尾矿,要建立尾矿库,合理处置。
 
  6环境地质问题及防治措施
 
  矿区发育的地质灾害主要有泥石流,3处泥石流沟,规模为小~中型,易发性属中易发,同时矿山建设对地形地貌景观和土地资源造成较大影响,采空区地面塌陷对矿山地质环境影响程度相对较轻,矿山开采对地下水含水层的破坏较严重,未来矿山工程产生的主要污染物为粉尘、废气、废水、固体废弃物和噪声等。
 
  针对这些环境地质问题应采取如下措施:采矿过程中应加以支护、绕避或工程治理,并加强监测,防止顶板塌陷灾害。对矿坑涌水量动态长期观测,预防突水事故发生,减轻因采坑大量排水对地表水的污染程度。做土地复垦工作,减少水土流失,保护生态环境,对各类废水通过净化处理达到综合利用目的,以节约水资源,有效预防水污染、坍塌、塌陷、滑坡、泥石流及崩塌等地质灾害的发生。
 
  7结论
 
  当前正处于社会经济高速发展的阶段,对各种矿产资源的需求量很大。但是,我们一定要认识到经济的发展绝对不能以生态环境的牺牲为代价。在合理的开发利用矿产资源的同时,我们应当加强矿山地质环境保护工作,尽可能快速地修复已造成的污染破坏,进而使矿产开采工业又好又快地发展,为我国的社会主义工业化建设奉献一份力量。
 
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