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对固体矿产勘查规范开采技术条件部分的解读
(教授级高级工程师 矿产储量评估师 钱学溥)
固体矿产的开采技术条件,包括水文地质、工程地质、环境地质部分,依据的主要国家标准有:GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》、GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》、GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》、SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则(试行)》、GB 18306-2001《中国地震动参数区划图》等。现将执行上述规范存在的一些问题,解读说明如下。其中部分解读和说明,是个人的体会和认识,仅供参考:
1.区域水文地质图
1.1奥陶系石灰岩岩溶水,往往对采矿构成威胁;奥陶系石灰岩岩溶水,又往往是矿山供水的方向。因此,矿山位于奥陶系石灰岩分布地区,应提交以泉域为单元的区域水文地质图或插图,面积一般有几百平方千米到几千平方千米,如山西省潞安煤矿,需要编制王曲岩溶大泉泉域水文地质图。图面上应表明岩溶大泉的流量和标高、奥陶系岩溶水水源地及其开采量、区内主要管井的出水量、奥陶系岩溶水等水位线、排水矿山的位置和排水量等。
1.2在奥陶系石灰岩隐伏区,上覆新生界地层一般厚达200~500m。奥陶系石灰岩被大断层切割,构成封闭-半封闭的水文地质单元,面积也有几百平方千米到几千平方千米。报告应附有包括完整水文地质单元的附图或是插图。图面上应表示出控制水文地质单元和次一级单元的断层、奥陶系石灰岩在补给区出露的位置、排水煤矿的位置和排水量、奥陶系岩溶水下降漏斗等水位线等内容。报告文字应说明奥陶系岩溶水的水质、岩溶水水位的下降速率等。
1.3在我国毛乌素沙漠的边缘,广泛分布有上更新统萨拉乌苏组河湖相潜水含水层,厚度可达150m,对其下伏侏罗系煤层的开采,具有充水溃沙的威胁。在这一地区进行煤田地质勘查,也应提交以泉域为单元的区域水文地质图或插图,面积一般有几十到几百平方千米。如陕西省陕北侏罗纪煤田榆神矿区锦界煤矿,位于青草界沟泉水泉域范围以内。该泉域面积92km2,泉水流量2.14万m3/d。
上述泉域的划分,可以根据第三系和基岩的出露、萨拉乌苏组河湖相潜水含水层等水位线以及萨拉乌苏组出露的泉水确定。
1.4位于山间断陷盆地中的井田,则应附有全盆地的区域水文地质图或是插图。
2.水文地质图及水文地质剖面图
2.1水文地质图应包括水文地质平面图、柱状图和1~2张水文地质剖面图。
2.2水文地质剖面图尽可能通过抽水水文地质孔。图面上应表示出地层、岩性、地层产状、断层、隔水层、含水层的水位以及水位抽降、出水量、水质等内容。
3.消除井损计算渗透系数
3.1对承压水含水层进行抽水试验,关系曲线应该是一条直线,即。如果关系曲线呈现抛物线关系,利用3次抽降数据,计算3个渗透系数,求其平均值,则其计算结果偏小,并且也不合理。因为对于某一点的含水层来说,渗透系数是一个常数,它不随水位抽降的改变而改变。
3.2对承压水含水层进行抽水试验,关系曲线,若呈现抛物线关系,即,说明有井管水流摩阻损失的存在,则应按GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》8.2.1条款,进行消除井损渗透系数的计算。
3.3具体的计算方法是:变换坐标,以为纵坐标,以为横坐标,通过作图法求纵坐标上的截距,将值代入裘布依公式 ,计算渗透系数。也可以利用2次抽降、3次或3次以上抽降数据,采用最小二乘法计算值(参考钱学溥,消除井损计算渗透系数的公式,《工程勘察》1984第6期,中国建筑工业出版社)。
图3-1 作图法求值
3.4利用2次抽降,采用最小二乘法计算值:
利用3次或3次以上抽降数据,采用最小二乘法计算值:
4.利用恢复水位观测资料计算渗透系数
4.1以分钟为单位,当恢复水位观测时间超过1000分钟,也就是说,观测时间超过3个对数周期(1、10、100、1000分钟),则应该利用恢复水位的观测数据,采用非稳定流理论两点法、直线斜率法、选择法等方法,计算承压水渗透系数(参考《供水水文地质手册》第二册,地质出版社1977,第95~103页)。
4.2两点法:
式中:——导水系数(m2/d)
——抽水稳定流量(m3/d)
——恢复时间(min或h)时的钻孔水位降深(m)
——恢复时间(min或h)时的钻孔水位降深(m)
——渗透系数(m/d)
——承压含水层的厚度(m)
4.3直线斜率法:
式中:——从开始抽水算起的时间(min或h)
——从抽水到停抽的时间(min或h)
——停抽后某时刻井中的剩余降深(m)
——导水系数(m2/d)
——抽水稳定流量(m3/d)
——渗透系数(m/d)
——承压含水层的厚度(m)
5.矿井涌水量与水文地质勘查
矿井涌水量大,要求计算的矿井涌水量精度就比较高,也就需要投入比较多的水文地质勘查研究工作。表5-1,可以作为部署水文地质工作的参考。
表5-1 矿井涌水量与水文地质勘查
矿山类型
多年生产的矿山
特大涌水矿山
疏干开采矿山
大水矿山
中水矿山
小水矿山
矿井涌水量
(m3/d)
具有10年以上观测资料
大于50000
5000~50000
500~5000
小于500
抽水试验的
类型和数量
不需要进行抽水试验
多孔抽水试验1~5组,群孔抽水试验1组
多孔抽水试验1~5组
单孔抽水试验1~5孔
不一定需要进行抽水试验
涌水量的主要计算方法
作图法
数理统计
数值法
数理统计
比拟法、解析法加水均衡计算
作图法
比拟法
解析法
作图法
比拟法、地下水径流模数法、泉水流量统计法
勘探或核实报告矿井涌水量需要提交的精度
A
B
B、C
B、C、D
D 、E
注:多年生产的矿山是指:开采水平不变、开采面积基本不变的多年生产的矿山,如即将闭坑或是即将破产的矿山,即是这种多年生产的矿山。多孔抽水试验,是指带观测孔的一个抽水主孔的抽水试验,持续抽水几天。群孔抽水试验是指带观测孔的多个抽水主孔的抽水试验,其抽水总量,一般要达到计算矿井涌水量的1/3~3/4,持续抽水几十天。利用地下水动力学计算公式,计算矿井涌水量,就属于解析法的范畴。大井法、集水廊道法就是常用的解析法。数理统计包括一元线性回归、多元线性回归、逐步回归、系统理论分析、频率计算等(参考钱学溥,娘子关泉水流量几种回归分析的比较,《工程勘察》1983第4期,中国建筑工业出版社)。数值法也就是计算机模拟,是通过利用计算机模拟地下水流场的变化,计算矿井涌水量的一种方法。常用的大井法、集水廊道法等解析法计算矿井涌水量,只考虑了含水层的导水性,没有考虑地下水的补给。因此,只有进行了解析法和水均衡的计算,用地下水的补给量验证解析法计算的结果,计算的矿井涌水量的精度才能达到C级。
6.对计算的矿井涌水量进行评述的内容
GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》4.5.4款,要求对计算的矿井涌水量进行详细的评述。详细评述的内容应包括:应用的参数,是实测的参数、半实测的参数还是经验的参数,可靠程度如何。矿井涌水量计算的公式是理论公式,还是经验公式。不常见的公式,要说明它的出处。当地的水文地质条件,是否适合报告使用的矿井涌水量计算公式。计算的结果可能偏大还是可能偏小,理由是甚麽。参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》,报告计算的矿井涌水量的精度属于哪个级别,它的误差有多少以及误差的计算方法。计算的矿井涌水量考虑了哪些充水因素,没有考虑哪些充水因素。报告提交的矿井涌水量精度,是否可以满足矿山设计的要求。
7.稳定流、非稳定流公式应用的主要条件
7.1一般报告采用的解析解大井法、集水廊道法,是基于稳定流理论推导的地下水动力学计算公式。它要求地下水有比较充分的补给条件,要求在该水平开采的几年到几十年内,矿井排水地下水影响半径边界上的水头高度,永远稳定在勘探阶段计算的高度上。
7.2基于非稳定流理论推导的地下水动力学计算公式,恰恰相反,它的使用条件是地下水没有补给,含水层分布无限,地下水影响半径不断向外扩大。
7.3由于采用大井法、集水廊道法,一般都没有考虑地下水的补给问题,因此,计算的结果可能有较大的误差,它的精度一般只有D级。
8.经验公式计算的影响半径
8.1计算影响半径的经验公式有很多,它们计算的结果有相当大的误差。如常用的对于裂隙水来说,计算的值一般偏小2~5倍。对承压水含水层可以作近似的计算,但计算的结果一般偏小(参考《供水水文地质手册》第二册,地质出版社1977,第268页)。
8.2影响半径,处在矿井涌水量计算公式分母的位置。因此,计算的影响半径偏小,就会导致计算的矿井涌水量偏大。
8.3利用经验公式计算的承压水影响半径一般偏小,从而计算的矿井涌水量偏大。因此,最好是利用实测的影响半径,或是利用大井法、集水廊道法公式反求的影响半径,预算矿井涌水量。长期开采条件下,承压水影响半径一般有3000m~5000m~7000m。
8.4据甘肃省安新煤田大柳井田勘探报告,该井田开采侏罗系煤层。经实测,相距4000m的新周煤矿建井,水位已影响到大柳煤矿的井筒。估计影响半径可能有5000m。
8.5内蒙古自治区东胜煤田王家坡煤矿距宏景塔一矿2km。王家坡煤矿利用实测的资料,采用大井法公式,可以反求影响半径:
王家坡煤矿实测矿井涌水量=50m3/d,承压水头高度=64.82m,巷道系统面积=1800000m2, 承压含水层厚度=9.09m, 砂岩承压含水层渗透系数=0.0276m/d。巷道系统引用半径757m,大井引用半径,地下水承压转无压裘布衣公式。将上述数据代入公式, , ,=3.7062,=5084m,4327m。
利用反求的影响半径4327m,采用大井法公式,可以预算宏景塔一矿的矿井涌水量(154m3/d)。
8.6内蒙古贺兰山煤田天荣五号煤矿,煤层较陡,采用水平巷道开采。井巷涌水量=400m3/d,水头高度=199.55m,巷道长度=2100m,砂岩厚度=56.5m,渗透系数=0.1275m/d,坑道内水层高度=0m。将上述数据,代入水平巷道单边进水承压转无压的公式,求得影响半径=6479m。
9.矿井涌水量精度的级别
9.1根据1998年,国务院“三定方案”的规定,地下水由水利部门统一管理。水利部2005年发布了技术文件SL/Z 322-2005《建设项目水资源论证导则(试行)》。该技术文件6.7款规定,矿山排水也属于地下水资源。6.1.2款规定,计算的地下水可开采量要认定它的精度级别。
9.2 地下水可开采量和矿井涌水量,都是地下水资源。参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》、GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》以及GB/T 17766-1999《固体矿产资源/储量分类》,地下水可开采量和矿井涌水量按勘查研究精度,分为以下5级。地下水资源量与固体矿产资源量不同的是,由于地下水资源具有可以恢复、可以再生的特点,因此,地下水资源量多了一级验证过的资源量:
A级——验证过的地下水可开采量、验证过的矿井涌水量
B级——探明的地下水可开采量、探明的矿井涌水量
C级——控制的地下水可开采量、控制的矿井涌水量
D级——推断的地下水可开采量、推断的矿井涌水量
E级——预测的地下水可开采量、预测的矿井涌水量
9.3参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》,不同的勘查研究程度、不同的计算方法求得的矿井涌水量,可以认定为不同的精度级别。常见的实例如下:
A级——开采水平或开采中段不变,开采面积基本不变,经过多年开采实践,利用多年观测的矿井涌水量,预测未来几年的矿井涌水量,属于A级的精度。如即将闭坑或是即将倒闭的矿山预测的矿井涌水量。
B级——具有3个以上开采水平或开采中段的矿山,利用2个或2个以上开采水平或开采中段涌水量观测数据,采用数理统计、相关分析的方法或是采用作图延长曲线的方法,计算的下一个开采水平或开采中段的矿井涌水量,属于B级的精度。
C级——利用第一开采水平或是第一开采中段实测的矿井涌水量,采用水文地质比拟的方法,计算的第二开采水平或是第二开采中段的矿井涌水量;利用临近水文地质条件近似矿山的矿井涌水量,采用水文地质比拟的方法,计算的矿井涌水量,属于C级的精度。
D级——利用单孔抽水试验求取渗透系数,采用大井法或是集水廊道法计算的矿井涌水量,属于D级的精度。
E级——根据水文地质和气象等条件、根据地下水径流模数、泉水流量,由有经验的水文地质技术人员估计、估算的矿井涌水量,属于E级的精度。
10.矿井涌水量的允许误差
10.1计算的地下水可开采量的精度和计算的矿井涌水量的精度,都分为A、B、C、D、E五级,但同一级别,地下水可开采量允许误差,小于矿井涌水量允许误差,其差值大体有20%。这是因为:供水对可开采量的保证程度要求较高,一般农业用水要求保证率为75%,生活用水和工业用水要求保证率为90%,火力发电厂用水要求保证率为97%。而矿井排水量的保证程度要求较低。计算地下水可开采量,对水位抽降不作严格的限定,而矿井排水则有确定的水位抽降。供水管井井径有限,井内安装水泵,抽水量和水位抽降受到严格的约束;矿井排水,地下空间较大,利用高压水泵扬水,排水的设计和调整,都比较方便和经济。因此,同一勘查阶段,提交矿井涌水量精度的级别,一般也低于地下水可开采量的级别。
10.2参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》、GB 50027-2001《供水水文地质勘察规范》以及GB/T 17766-1999《固体矿产资源/储量分类》,计算的地下水可开采量的允许误差:
A——10%;
B——20%;
C——35%;
D——50%;
E——80%
计算的矿井涌水量的允许误差:
A——10~20%;
B——20~40%;
C——40~60%;
D——60~80%;
E——80~90%
10.3允许误差计算的方法,都是以计算值和实测值的差值作分子,计算值和实测值中的大值作分母,再乘以100%。如计算的地下水可开采量或矿井涌水量为3700m3/d,实测的地下水可开采量或是矿井涌水量为2400m3/d,则误差为×100%=35%。
10.4考虑计算参数误差的大小、当地水文地质条件与计算公式的适用程度等因素,报告计算的矿井涌水量的允许误差,可以认定在一定的范围以内,如D级的精度,其误差可以认定为60%、70%或80%。
10.5上述的“允许误差”与固体矿产的“精度”互为补数,即若 “允许误差”为30%,“精度”即为70%。“精度”的计算是以计算的固体矿产储量和实际的固体矿产储量中的大值作分母,以计算的固体矿产储量和实际的固体矿产储量中的小值作分子,再乘以100%(参考GB/T 13908-2002《固体矿产地质勘查规范总则》C2款)。
10.6认定计算的矿井涌水量的级别和允许误差,不仅是水利部门要求编写《建设项目水资源论证》的需要,而且有利于设计部门的使用。在发生经济纠纷的情况下,也有利于报告提交单位和报告评审单位,为自己进行客观的辩护。
11.直接降落在露天采坑中的降水量()的计算
11.1根据年一日最大降水量,通过理论频率的计算,计算直接降落在露天采坑
中、不同概率的降水量,见表11-1、11-2、11-3及图11-1。
表11-1 一日最大降水量计算
次序
m
年份
(mm)
频率
1
1995
97.5
2.381
1.381
1.907
4.2
2
1984
72.1
1.761
0.761
0.579
8.3
3
1993
60.0
1.465
0.465
0.216
12.5
4
1998
56.5
1.380
0.380
0.144
16.7
5
1989
54.8
1.338
0.338
0.114
20.8
6
1991
51.0
1.245
0.245
0.060
25.0
7
1990
46.0
1.123
0.123
0.015
29.2
8
1996
44.2
1.079
0.079
0.006
33.3
9
1983
42.2
1.031
0.031
0.001
37.5
10
1988
37.3
0.911
-0.089
0.008
41.7
11
1987
37.0
0.904
-0.096
0.009
45.8
12
2002
37.0
0.904
-0.096
0.009
50.0
13
1992
35.0
0.855
-0.145
0.021
54.2
14
1997
33.5
0.818
-0.182
0.033
58.3
15
1999
32.8
0.801
-0.199
0.040
62.5
16
2003
32.1
0.784
-0.216
0.047
66.7
17
1985
31.9
0.779
-0.221
0.049
70.8
18
2005
30.7
0.750
-0.250
0.063
75.0
19
2000
26.7
0.652
-0.348
0.121
79.2
20
1994
24.0
0.586
-0.414
0.171
83.3
21
2001
22.9
0.559
-0.441
0.194
87.5
22
1986
22.7
0.554
-0.446
0.199
91.7
23
2004
14.0
0.342
-0.658
0.433
95.8
总和
941.9
4.439
注:根据满洲里市气象局1983~2005年,连续23年观测的每年一日最大降水量。
设,查皮尔逊III型频率曲线φ值表,计算不同频率的一日最大降水量如表11-2。
表11-2 不同频率的一日最大降水量计算
频率
1
5
10
20
50
80
90
95
99
100年一遇
20年一遇
10年一遇
5年
一遇
2年
一遇
5年
一遇
10年一遇
20年一遇
100年
一遇
3.24
1.93
1.34
0.72
-0.22
-0.83
-1.05
-1.18
-1.35
1.46
0.87
0.60
0.32
-0.10
-0.37
-0.47
-0.53
-0.61
2.46
1.87
1.60
1.32
0.90
0.63
0.53
0.47
0.39
(mm)
100.74
76.58
65.52
54.05
36.86
25.80
21.70
19.25
15.97
注:频率为50%的一日最大降水量,相当2年一遇的一日最大降水量,也就是多年平均的一日最大降水量。频率为80%的一日最大降水量,相当5年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为90%的一日最大降水量,相当10年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为95%的一日最大降水量,相当20年一遇的枯水年的一日最大降水量。频率为99%的一日最大降水量,相当100年一遇的枯水年的一日最大降水量。
图11-1 一日最大降水量频率曲线
根据不同频率的一日最大降水量,计算直接降落在露天采坑中的降水量如表11-3。
表11-3 直接降落在露天采坑中的降水量()
频率
1
5
10
20
50
80
90
95
99
100年一遇
20年一遇
10年一遇
5年
一遇
2年
一遇
5年
一遇
10年一遇
20年一遇
100年
一遇
一日最大降水量
(mm)
100.74
76.58
65.52
54.05
36.86
25.80
21.70
19.25
15.97
采坑涌水量
(104 m3/d)
19.04
14.47
12.38
10.22
6.97
4.88
4.10
3.64
3.02
注:南区采坑面积120×104m2,北区采坑面积150×104m2,合计采坑面积F=270×104m2。参考地质出版社《水文地质手册》,暴雨地表径流系数值选用0.7。一日最大降水形成的采坑涌水量 。
根据上述计算的结果,一日最大降水直接降落在采坑中的水量:100年一遇的是19.0万m3/d;20年一遇的是14.5万m3/d;10年一遇的是12.4万m3/d;5年一遇的是10.2万m3/d;多年平均值是7.0万m3/d。
考虑一日最大降水量的观测序列()长达23年;但暴雨地表径流系数值选用0.7有较大的误差。参照GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》,报告计算的一日最大降水直接降落在采坑中的水量(),其精度相当C级,最大误差大体在50%以内。
11.2露天开采,应计算地下水涌入采坑的水量和一日最大降水直接降落在采坑中的水量。二者相比,前者水量很小,一般只有后者的1/10~1/100。
11.3露天开采,涌入采坑的地下水量和一日最大降水直接降落在采坑中的水量,都是可能被利用的地下水资源。因此,对上述计算的水量,都应认定它们的精度级别和误差。
11.4选用的暴雨地表径流系数值,具有较大的误差。最好是根据实测的一日最大降水量和实测的采坑或邻近采坑的积水量,反求暴雨地表径流系数值。
12.公式和参数的书写
报告文字中的公式和参数,必须用“公式编辑器”书写。把OFFICE安装盘中“的公式编辑器3.0”拷贝到WORD“插入”、“对象”里,再把它放到菜单栏中,用起来十分方便。用“公式编辑器3.0”书写公式和参数,标准、快捷、美观。
13.水文地质参数和水资源量的有效数字
13.1地下水流量的计量误差有1~3%,因此,以地下水流量为基础,计算的水文地质参数和地下水资源量的有效数字,就不能超过2~3位。根据GB 8170《数值修约规则》和GB 15218-94《地下水资源分类分级标准》3.10款的规定,计算的水文地质参数和地下水资源量,修约成2位或3位有效位数。
13.2由于计算的矿井涌水量误差较大,因此,计算的矿井涌水量一般应该修约成2位有效数字。如计算的矿井涌水量是18349.76m3/d,则应修约成1.8×104 m3/d(科学计数),或不甚严格通俗地写成18000m3/d。
14.作图法求矿井的涌水量
可以利用作图法求矿井涌水量。金属矿床一般具有较大的倾角,开采时,往往有几个甚至几十个不同深度的开采中段。当煤层的倾角较大时,如新疆的准南煤田、内蒙古的贺兰山煤田,也具有较多的开采水平。在这种情况下,可以利用多层实测的开采中段或开采水平的矿井涌水量,采用作图的方法,预测下一个开采中段或开采水平的矿井涌水量。以湖南省沃溪矿区金锑钨矿为例,该矿1~7中段年矿井涌水量41.7万m3/a, 8~16中段年矿井涌水量38.9万m3/a,17~20中段年矿井涌水量36.4万m3/a,21~36中段年矿井涌水量30.2万m3/a,全矿1~36中段年矿井总涌水量为147.2万m3/a。通过作图法,可以预测37~42中段的年矿井涌水量为25.2万m3/a,它的精度大体相当B级(参阅图25-1)。
图25-1 作图法求B级矿井涌水量
15.含水层突水量的计算
对岩溶含水层的突水量,可以进行粗略的计算。以安徽省涡阳县耿皇煤矿为例,计算石炭系太原统石灰岩的突水量——根据淮北各煤矿的实践,工作面突水面积一般采用工作面的长度a=30m,宽b=15m,坑道系统的大井引用半径m。利用公式, ,以及,计算太原统石灰岩地下水的可能突水量为740m3/h。实际上,这种计算的方法,是把太原统石灰岩的突水,看作是一个半径为11.97m的承压水大井。突水面积采用工作面的长度a=30m,宽b=15m,是具有地方性的经验数字。由于计算采用的突水面积误差很大,参照GB 15218《地下水资源分类分级标准》,上述报告计算的涌水量,其精度相当D级,误差大体在80%以内。
16.水文地质勘查类型、工程地质勘查类型和环境地质质量的类别
16.1对固体矿产和煤田地质来说,确定勘查类型十分重要,它决定了勘探的网度和资源储量的类别。对水文地质、工程地质、环境地质来说,它们的勘查类型和质量的类别同样十分重要。它决定了不同的勘查阶段,需要投入的勘查工作方法和工作量。
16.2根据GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》,矿区水文地质勘查分为三类三型;矿区工程地质勘查分为四类三型;矿区环境地质质量分为三种类别。
17.水文地质勘查类型的认定
17.1为了减少部署的勘查工作量和增加安全系数,报告认定的水文地质勘查类型往往偏低,而计算的矿井涌水量又往往偏大。对地下坑道开采的矿床来说, 位于地下水位以上的矿床;位于地下水位以下,但具有自流排水条件的矿床;只有弱孔隙或裂隙水充水的矿床,属于水文地质勘查类型简单的矿床。矿床只存在顶底板孔隙水、裂隙水、厚度不大的岩溶含水层,其地下水直接或间接充水的矿床,属于水文地质勘查类型简单或中等的矿床。矿床顶板以上存在可能突水的厚层孔隙水含水层、岩溶含水层,或是位于可能突水的滨湖湖下、滨海海下的矿床——即俗称头顶上顶着一盆水的矿床,应属于水文地质勘查类型中等的矿床。若矿床顶板以上存在可能突水的厚层孔隙水含水层,或是存在有可能突水的湖水,而矿床底板以下又存在可能突水的岩溶承压水含水层——即俗称头顶上顶着一盆水,脚底下又踩着一盆水的矿床,应属于水文地质勘查类型复杂的矿床。需要疏干开采矿床,也属于水文地质条件复杂的矿床。
17.2露天开采的矿床,与地下坑道开采的矿床有明显的不同。露天开采的矿床,由于排水条件优越,不会出现严重的突水事故,因此,一般均属于水文地质条件简单的矿床。需要疏干开采的露天开采矿床,则属于水文地质条件复杂的矿床。
18.陷落柱
18.1在我国的山西、陕西、内蒙、河北、河南、山东、安徽、江苏和北京市的煤田中,都发现有其它国家罕见的陷落柱。陷落柱的存在,不仅减少了煤炭的储量,影响了煤炭的机械化生产,并且可能构成导水的通道,造成严重的突水事故。其中,1984年,唐山范各庄煤矿9号陷落柱,最大突水量达12m3/s,3个月内累计突水量4600万立方米,是全世界矿山发生的最大的突水量,造成的直接经济损失达5亿元。
18.2关于陷落柱成因的学说,主要有两种。1944年,日本人小贯义南与志井田,在山西阳泉煤矿提出“奥陶系溶洞塌陷说”。1960年,钱学溥提出“奥陶系石膏岩溶说”(参考钱学溥,山西高原喀斯特发育特征,《水文地质工程地质》1960第8期,地质出版社。钱学溥,THE FORMATION OF GYPSUM KARST COLLAPSE-COLUMN,1988年,21届IAH国际会议论文集)。
18.3陷落柱成因的“奥陶系石膏岩溶说”认为:中奥陶系石灰岩中赋存有很厚的硬石膏(已被1976年,山西省沁水盆地石油普查钻探所证实)。地壳不断地上升,在地下水的作用下,硬石膏水化变成石膏(已被1960年,山西省阳泉市供水水文地质详查钻探所证实)。体积膨胀了64%的石膏,沿著破碎带的交线挤入上覆的岩层。这种柱状的石膏体不断被地下水溶蚀,上覆岩层塌陷充填形成了陷落柱。多年来,这种“奥陶系石膏岩溶说”逐渐被中外地质工作者所接受。从地文期的角度考虑,陷落柱形成的时代是从中新世直到近代,只有形成时代较新、约占总数百分之几、尚未固结的陷落柱,才具有导水的作用。
18.4根据“奥陶系石膏岩溶说”,陷落柱的分布具有区域性的特点。在我国,陷落柱大体是以山西太原、阳泉为中心,向四周的发育逐渐减弱。因此,在煤田的勘查阶段,必须调查研究附近煤矿陷落柱发育的情况。
18.5近年来的煤田地质勘查工作证实,通过三维地震、瞬变电磁等物探方法,可以初步探明煤田中隐伏的陷落柱。
19.矿山的开采方案与勘查工作的布置
在矿产资源的勘探阶段,必须结合矿山的开采方案,部署水文地质、工程地质勘查工作。勘探阶段水文地质、工程地质勘查工作,应主要部署在首采地段、运输大巷和井筒等分布的地段和位置。
20.钻孔和坑道的水文地质、工程地质编录
普查、详查阶段,投入的水文地质、工程地质勘查工作有限,钻孔和勘查坑道的水文地质、工程地质编录就显得十分重要,一定要按照规范的要求,严格认真地开展这方面的工作。
21.邻近矿区的开采技术条件
水文地质、工程地质、环境地质,一般具有区域性的特点。因此,必须认真搜集邻近矿区的开采技术条件,作为勘查矿区的参考。
22.瓦斯
22.1瓦斯爆炸是煤矿生产的主要安全隐患。勘查阶段必须对每一个可采煤层、局部可采煤层进行瓦斯取样测试,并应按规范的要求,满足每平方千米取样的数量。此外,应按规范的规定,测定瓦斯的成分、瓦斯的相对和绝对涌出量,确定瓦斯的分带。
22.2瓦斯含量可能随深度的增加而增加。因此,在煤层埋藏较深的井田,还应采取同一煤层不同深度的煤样进行瓦斯的测试。
23.封孔
23.1封孔质量不良或是没有封闭的钻孔,是导水的通道,一个钻孔的泄水量往往超过1000m3/d。一般封孔,要求封闭煤层底板20m,封闭煤层顶板30m。
23.2当井田内有厚大的可采煤层时,封闭煤层顶板的高度,必须考虑可采煤层的冒落带和裂隙带的高度。当煤系地层上部覆盖有新生界含水层时,新生界以下20m深度基岩范围内的钻孔,必须进行封闭。
24.冻土
24.1在我国的青藏高原和黑龙江省的北部,有多年冻土的分布。多年冻土有着特殊的水文地质和工程地质条件。多年冻土是良好的隔水层,它阻止了降水入渗补给地下水。多年冻土的强度很大,而夏季靠近地表的活动层,又转变成强度很低的土层。因此,在勘查过程中,必须查明冻土层的厚度,查明活动层的厚度和岩性。
24.2在多年冻土的分布地区,一年之中,地表水的封冻时间很长,封冻期间,地表水不能作为供水的水源。同样,封冻期间,浅层地下水也不能作为供水的水源。不能流出地表的深层承压水,由于封冻期间上部井管内地下水冻结,也不能作为供水的水源。在多年冻土的分布地区,只有水温较高、长年出流的上升泉或是钻井自流水,才适宜作为矿山的供水水源。
25.声波测井
开展了声波测井工作的井田,应该利用声波测井的数据,进行岩石力学强度指标的计算和解译。
26.放射性异常
26.1在环境地质一节,应说明勘查的矿区、井田是否存在放射性异常,是否对人体健康构成危害。
26.2 射线强度对人体的危害及防护(供参考)
级别 射线强度(微伦R· h-1) 危害程度 防护
I ≤25 无 不用
II 25<≤60 无 不用
III 60<≤150 弱 一般防护
IV 150<≤1000 中强 加强防护
V >1000 强 严密防护
26.3一般规定,射线强度超过72,对人体健康即会造成损害(供参考)。
27.最高洪水位
设计部门设计井口、风口以及其它的矿山建筑物,需要考虑防洪的问题。勘查单位在进行水文地质填图时,必须通过实际调查和访问,提出具有概率概念的河流或是溪沟的最高洪水位。
28.基建阶段的水文地质工程地质工作
露天开采的边坡、剥离物的强度、竖井和风井的水文地质工程地质条件、矿床疏干开采等问题,也可以考虑安排在矿山的基建阶段,补充进行专门性的水文地质工程地质勘察工作。基建阶段,对露天开采的边坡要进行类比法、岩体力学极限平衡法等评价边坡的稳定性。
29.其它
29.1报告的名称
报告名称包括地点、矿种和勘查阶段三个要素。报告名称中,不得包含企业的名称。报告的封面,提交的单位是业主而不是勘查的单位,并应加盖业主单位的印章。
29.2报告附图的编号
报告的每一张附图都有一个顺序号和一个图号。报告有多少张附图,就有多少个顺序号:如报告有126张附图,就有1~126、共计126个顺序号。报告有多少种类的附图,就有多少种图号:如报告有12种附图,其中第5种附图是水文地质剖面图,水文地质剖面图共有3张,则这3张附图的图号分别是5-1、5-2、5-3。附图编注图号的目的,就是要说明报告的附图有多少种,每一种附图有多少张。
此外,报告的附件,也应有一个目录。
29.3报告的插表和插图
报告中插表的编号和名称,应写在插表的上方。报告中插图的编号、名称和图例说明,应写在插图的下方。整页的插图或是插表,同样要进行页数的统一编号。
29.4地质图地层的着色
地质图和水文地质图中地层和岩浆岩的着色,要参照GB 6390-86《地质图用色标准》。
29.5勘查工作量一览表
各个勘查阶段,完成的勘查工作,应该列表说明。地质和开采技术条件两个方面,可以统一列在一个表内;开采技术条件也可以单独列一张表。开采技术条件的表格,表的横向可以包括:工作项目、普查、详查、勘探、生产勘探、总数及备注几项;表的纵向可以包括:1:50000区域水文地质填图的面积、1:5000矿区或井田水文地质填图的面积、抽水试验的孔数、抽水试验的层数、钻孔简易水文地质观测的孔数、钻孔工程地质编录的孔数、工程地质钻孔的孔数、坑道水文地质工程地质编录的长度米数、声波测井的孔数、水文测井的孔数、流量测井的孔数、三维地震和瞬变电磁测量的面积、简易测温的孔数、近似稳态测温的孔数、地下水和地表水长期观测的点数和观测的期限、钻孔封孔质量检查的孔数、岩石力学试样的组数、土工试样的件数、水质分析试样的件数、放射性测试的件数、瓦斯试样的件数、煤尘爆炸试样的件数、煤的可燃性试样的件数等。
29.6执行的国家标准
进行地质勘查和编写报告,必须注意执行最新的国家标准和有关规范。如《生活饮用水卫生标准》,有了GB 5749-2006,就不要再执行GB 5749-85。
29.7古生物化石的名称
古生物化石的拉丁文名称要写成斜体,它的后缀sp. cf. aff. 要写成小写、正体,后面有一个缩写符号圆点。其中sp.说明的是未定的种;cf.说明的是类似的种;aff.说明的是与之有区别的种。
29.8第三系的划分
2001年地层会议确定:下第三系(E)改名为古近系;上第三系(N)归入新近系。
29.9执行核实报告编写规定的注意事项
国土资源部2007年颁发的《固体矿产资源储量核实报告编写规定》,其编写提纲中没有自然地理一节。鉴于地形地貌、气象水文,是地下水补给、径流、排泄的重要控制因素,因此,建议在4.1.1矿区水文地质条件及开采以后的变化一节,首先简要地阐明矿区或井田的地形地貌、气象水文。鉴于地震烈度涉及矿山建筑的设防标准,强
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