矿山地质与安全生产.doc

. 第四章 矿山地质与安全生产本章学习要点： 1了解矿山地质的相关概念 2理解地质构造、水文地质、地质环境和矿岩物理力学性质对矿山安全生产的影响 3掌握矿山开采对矿山地质工程以及矿图的要求第一节 矿床的基本概念 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）o (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，有一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、矿床的分类 矿床的矿体形状、厚度及倾角，对于矿床开拓和采矿方法的选择有着直接的影响。因此，矿床一般按矿体形状、倾角和厚度三个因素进行分类。 （一）按矿体形状分类 (1)层状矿床。这类矿床多为沉积或变质沉积矿床。其特点是矿床规模较大，赋存 条件（倾角、厚度等）稳定，有用矿物成分组成稳定。其含量较均匀。 (2)脉状矿床。此类矿床主要是由于热液和汽化作用。将矿物充填于地壳的裂隙中 生成的矿床。其特点是矿脉与围岩接触处有蚀变现象，矿床赋存条件不稳定有用成分含量不均匀。 (3)块状矿床。这类矿床主要是充填、接触交代、分离和汽化作用形成的矿床。它的特点是：矿体大小不一；形状呈不不规则的透镜状；矿巢、矿株等产出；矿体与围岩的界限不明显。 （二）按矿床倾角分类 (l)水平和微倾斜矿床，倾角小于50。 (2)缓倾斜矿床，倾角为50300。 (3)倾斜矿床，倾角为300550。 (4)急倾斜矿床，倾角大于550。 矿体的倾角与采场的搬运方式有着密切关系。在开采水平和微倾斜矿床时，各种有轨或无轨搬运设备可以直接进入采场。在缓倾斜矿床中搬运矿石，可采用人力或电耙、运输机等机械设备，在倾斜矿床中，可借助溜槽、溜板或爆力抛掷等方法，利用重力搬运矿石。（三）按矿体厚度分类 矿体的厚度是指矿体上盘与盘间的垂直距离或水平距离。前者叫做垂直厚度或真厚度，后者叫做水平厚度。 三、矿体的形状与产状 矿体的形状和产状是由多种因素决定的，其中最主要的是矿床的成因，其次则是构造条件及围岩性质等。矿床的成因不同，其矿体形状也往往不同。如沉积矿床的矿体形状多为层状，而热液矿床的矿体则多呈脉状；层状和脉状矿体又各有不同的产状。 矿体形状和产状的研究，对于找矿、勘探以及开采工作都具有极其重要的意义。特别是采矿工作者，必须准确掌握矿体的形状和产状才能制定出合理的开采方案。 1矿体的形状 每一个矿体都有三个可以量取的方向，根据这3个方向的发育情况，矿体的形状大致可分成等轴状矿体、板状矿体、柱状矿体3种。 (l)等轴状矿体：即在3个方向上均衡发育的矿体。按其直径大小的不同，又可分为矿瘤、矿囊、矿巢等。其直径分别为20 m， 2010 m，lO m。 (2)板状矿体：是向两个方向延伸而第三个方向很不发育的矿体。这类矿体最为常86见的是矿脉和矿层。 矿脉是充填在岩石裂隙中的热液成因的板状矿体。矿脉的大小变化很大，大者可长达几千米，一般在几十米至几百米之间；厚度大者可达几米至十几米，个别可达几十米，小者只有几厘米。 矿层是与层状围岩产状相一致的沉积成因或沉积变质成因的板状矿体，亦常称作层状矿体。矿层通常厚度较稳定，在走向和倾向方向都延伸较远。 (3)柱状矿体：是向一个方向延伸（大多数是上下方向延伸），而其余两个方向不发育的矿体，如矿柱、矿筒等。 总之，自然界矿体的形状是多种多样的，以上所述只是比较常见的几种。如果矿体受到成矿后的构造变动影响，从而发生断裂和褶皱，在形状上就更为复杂了。 2矿体的产状 矿体的产状包括矿体的产状要素、矿体与围岩的关系、矿体与侵入岩体的空间位置关系等5个方面。 (1)矿体的产状要素：矿体的产状要素主要是用来确定板状矿体的空间位置，其表示方法与一般岩层的表示方法相同，即用走向、倾向和倾角来表示。但对某些具有大延伸和透镜状截面的矿体如柱状矿体、透镜状矿体之类，则除了用走向、倾向和倾角来表示外，还要测量它们的侧伏角和倾伏角，以确切控制其最大延伸方向。所谓侧伏角系指矿体最大延伸方向（矿体的轴线）与矿体走向线之间的夹角；倾伏角系指矿体最大延伸方向与其水平投影线之间的夹角。 矿体的产状、侧伏角、倾伏角等产状要素对开拓设计、采矿方法和矿石运输具有重要意义。 (2)矿体与围岩的关系：是指矿体的围岩是岩浆岩、变质岩还是沉积岩，矿体是平行于围岩的层理或片理产出的，或是截穿它们的。 (3)矿体与侵入岩体的空间位置关系：是指矿体是产在岩体内部的，还是产在圈岩与侵入岩的接触带中，或是产在距接触带有一定距离的围岩中。 (4)矿体埋藏情况：指矿体是出露在地表的或是隐伏地下的盲矿体，以及矿体的埋藏深度等。盲矿体又分为隐伏矿体（未曾出露到地表）和埋藏矿体（曾出露到地表，后被掩埋）。 (5)与地质构造的关系：指一系列有成因联系的矿体在褶皱、断裂构造内的排列方向和赋存规律。第二节 矿岩的基本性质及其与矿山安全生产的关系一、矿岩的基本性质矿岩的性质，是指矿岩的硬度、坚固性、稳固性、结块性、氧化性、自燃性、含水 87 性及碎胀性等。 (l)硬度。硬度是指矿岩抵抗工具侵入的性能。矿岩的硬度取决于矿岩的组成，即 取决于矿岩颗粒的硬度、形状、大小、晶体结构以及颗粒间胶结物的情况等。 (2)坚固性。矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性能，但它与矿岩的强度是两种不 同的概念。强度是指矿岩抵抗压缩、拉伸、弯曲及剪切等单向作用力的性能。而坚固性 抵抗的外力，却是一种综合的外力，即锹、镐、机械破碎、炸药爆炸等作用下的力。 坚固性的大小，常用坚固性系数f表示。反映矿岩的极限抗压强度、凿岩速度、炸 药消耗量等值的平均值。 (3)稳固性。稳固性是矿石或岩石在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短方面 的性能。影响矿岩稳固性的因素十分复杂。它不仅与矿岩的成分、结构、构造、节理状 况、风化程度以及水文地质条件等有关，还与开采过程中所形成的实际状况有关。稳固 性和坚固性既有关联又有区别。一般在节理发育、构造破碎地带，矿岩的坚固性虽好， 但其稳固性却大为下降。因此，不能将二者混同起来。 (4)结块性。结块性是指采下的矿石，在遇水和受压并经过一段时间后，又联结成整块的性质。一般可能使矿石结块的因素有： 矿石中含有黏土质物质，受湿及受压后黏结在一起； 高硫矿石遇水后，由于矿石表面氧化，形成硫酸盐薄膜，受压后联结在一起。 (5)氧化性。矿岩的氧化性是指硫化矿石，在水和空气的作用下，变为氧化矿石的性质。 (6)自燃性。高硫矿石（含硫量为18%20%）具有自燃性。硫化矿石在空气中氧化，并放出热量，经过一定时间后，矿石温度升高，会引起地下火灾。 (7)含水性。矿岩吸收和保持水分的性能，称为含水性。含水性随矿岩的孔隙度和节理而变化。 (8) 胀性。是指矿岩在破碎后，碎块之间有较大的空隙，其体积比原体积大。破碎后的体积与原岩体积之比，称为碎胀系数（或松散系数）。碎胀系数的大小，主要取决于破碎后矿岩的粒度组成和块度的形状。一般坚硬矿岩的碎胀系数为1. 21.6。 矿岩性质的好坏与矿山安全生产有着直接的关系。如矿岩的性质复杂，矿床赋存条件不稳定，给探矿和采矿带来了很大的困难，更为重要的是在露天矿开采中，会导致边坡或采场台阶滑坡、坍塌事故；地下采矿，在掘进凿岩、爆破时易发生片帮和冒顶事故。 二_、岩石的坚固性与矿山安全生产的关系 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320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o320之间，共分为十级，见表4-1。 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。88 表4-1 普氏岩石坚固性系数分级表三、岩石的稳固性与矿山安全生产的关系 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，但其稳固性却大为下降。确定岩石的稳固性，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不稳固、不稳固、中等稳固、稳固、极稳固五级。 (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，须用超前支护进行维护。 (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50 m2以内。 89 (3)中等稳固：是指不支护的暴露面积为50200 IT12。 (4)稳固：是指不支护的暴露面积为200800 m2。 (5)极稳固：是指不支护的暴露面积800 m2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。采场顶底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。 四、岩石的物理化学性质与矿山安全生产的关系 (l)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、钍、镭，此外，钾、铷、钐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、S02、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 矿床地质构造、水文地质及其对矿山安全生产的影响一、矿床地质构造 （一）地质构造 地质构造，是指承受地壳运动的岩层或岩体，在地应力的作用下发生形变的结果。90 地应力的方式和结果有三类： (1)压应力使岩石发生挤压作用，形成压性构造。 (2)张应力使岩石发生拉伸作用，形成张性构造。 (3)扭应力使岩石发生扭曲作用，形成扭性构造。 岩石的形变，除与应力的大小、方向、性质和作用时间的长短有关外，还与岩石本 身的理化表现有关，基本的构造类型有：水平构造、倾斜构造、褶皱构造和断层构造 等，其规模有大有小，形态亦多种多样。 1水平构造 原始岩层一般是水平的，它在地壳垂直运动影响下未经褶皱变动而仍保持水平或近似水平的产状者，称为水平构造。 2倾斜构造 倾斜构造是指岩层经构造变动后岩层层面与水平面间具有一定的夹角。倾斜岩层常是褶曲的一翼，断层的一盘，或者由不均匀的升降运动引起的。 3褶皱构造 岩层在侧方压应力作用下发生的弯曲叫褶曲。褶曲又指岩层的单个弯曲，而岩层的连续弯曲则称为褶皱。褶皱的形态可用褶曲要素表示。 4断层构造 断层构造是指岩石受应力作用而发生变形，当应力超过一定强度时，岩石便发生破裂，甚至沿破裂面发生错动，使岩层的连续性、完整性受到破坏而形成的构造。按断层的规模和破裂程度，可分为劈理、节理、断层等基本类型。 （二）矿床地质构造 矿床地质构造，是指埋藏在地壳里的矿体与各种岩石单体所自然形成的矿床。采矿工作中常见矿床的成因类型为石灰岩、砂岩、各种板岩、石英岩、矽卡岩、混合岩、闪长岩、花岗岩等。 矿床地质构造的地应力作用的方式、基本的构造类型，与其地质构造相同。 岩石是矿物结晶颗粒的集合体。由于颗粒大小不同，颗粒间联结方式不同，岩石具有不同的结构与构造。岩石结构是指：岩石的组成部分（颗粒）的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。而岩石的构造是指：岩石组成部分在空间排列的情况。如岩石的层面构造、层理构造等。 构成矿物的各种化学元素的原子（离子）在空间按一定规律重复排列，使其具有规则的几何形状的固体称为晶体。二、地质构造对矿山开采的影响（一）地质构造与成矿的关系 地壳中矿产资源的形成主要受到两个因素的控制：其一要有成矿物质的来源；其二要有成矿物质运移的通道，以及使成矿物质有沉淀、赋存的场所。岩浆和气水热液是携带成矿物质的重要介质。当地壳运动使地壳发生各种构造变动时，形成褶皱、断裂和节理裂隙，往往伴有大规模的岩浆活动。含矿的岩浆或气水热液便在这些构造中运移，并在合适的构造部位沉淀矿质，富集成矿，形成所谓的内生矿产。由于地壳运动产生了构造隆起带和凹陷带，构造隆起带长期遭受风化剥蚀，一些成矿物质被流水携带搬运至凹陷带，在一定的条件下也可发生沉淀富集，形成所谓的外生矿产。地质构造不仅影响成矿的地质条件，而且也决定了矿产资源的分布规律。 控制成矿的构造因素，按其规模大小，可以划分为大、中、小三级。大型的构造因素是大地构造；中型的是褶皱和断层构造；小型的是节理（裂隙）及劈理构造。中小型构造比大型构造对成矿的控制更为直接，中小型构造能控制矿床或矿体的形成、分布和产状。对中小型成矿构造的研究，是在一个矿田或矿床范围内进行的。因此，一个矿田或矿床范围内的中小型成矿构造，又称为矿田和矿床构造。矿田是指一系列在空间上、时间上和成因上有密切联系的矿床组合的一个成矿地区。 1褶皱与矿产的关系 褶皱与沉积矿产的形成及其空间分布特征有密切的关系。例如一些构造盆地同时就是沉积盆地，它们无疑为煤、石油和天然气、铁、铝、锰、磷等沉积矿产提供了沉积发育的场所。在沉积矿产形成之后，含矿地层会因经受褶皱作用而变形。在变形过程中，有些矿产经历改造而发生二次富集作用，其空间赋存的特点将随着褶皱的类型和形态而变化。比如在相似褶皱中，原来均匀分布的矿产会高度集中到褶皱核部。这是因为在相似褶皱作用过程中，物质从两翼向转折端流动，在形成顶厚褶皱的同时，在核部形成了厚度也较大的矿层。在因变形作用形成的顶薄褶皱的过程中，成矿物质会从转折端向两翼流动，此时两翼成矿的可能性也就无疑要大于褶皱的核部位置。 褶皱构造有时也可成为各种沉积矿产的屏蔽构造。如背斜核部或穹窿顶部之下，常常是石油和天然气田的大型储集场所；向斜核部则多可以成为良好的储水构造。在褶皱作用过程中会形成伴生断层、节理和层间虚脱构造。这些构造部位往往成为内生型矿床迁移的通道和最终富集的场所。 2断层与矿产的关系 断层的发育与演化，和许多基础地质及应用地质研究有密切的关系。 (l)断层对沉积矿产形成的影响：世界上许多大型的断陷盆地同时也是重要的沉积盆地。盆缘断裂的发展，对这些盆地本身的演化和盆地的沉积过程都有十分重要的影响。比如，盆缘断层的长期持续发展，可以使盆地内的沉积物长期保持沉积补偿的状 92态,当这些沉积物是有用矿产时，就使得其储量和品位都远远地超过了正常沉积盆地中发育的同类型矿产。有的时候，盆缘断层的运动幅度不同，使盆地呈一种掀斜式振荡，沉陷中心和沉积中心也随之不断迁移，从而使相应沉积矿产的分布范围扩大，储量和品位却反而降低。 (2)断层对岩浆和变质矿产形成的影响：断层在地下的分布和连通状态，对于岩浆和变质型的矿产而言，是一种极为重要的成矿和控矿条件。比如，我国山东招远地区的黄金储量为全国第一，其主要矿床几乎全部都发育在前寒武系的大型断裂带内，矿床的成因类型就是（断层）构造蚀变岩型。也就是说，矿床的富集过程就是由于断层的活动所启动的。由于断层构造岩恰好就是由含金的蚀变矿物和岩石组成的，所以断层的发育与演化过程也就决定了黄金的富集和最终成矿过程。又如，我国小秦岭地区的黄金储量占全国第二位，其主要黄金矿床绝大多数为岩浆一变质类型，矿床和矿体多由含金石英脉所组成，而后者就赋存于太古变质岩系的断裂网络之中。在预测、勘探和开采当地金矿时，只要是搞清了控矿断裂构造，对矿床的分析和推断就比较准确。 (3)断层活动对各种矿产的改造和破坏作用：已经形成的各种矿产赋存于地下深处，有的会因断层的活动而被抬升至地表；反过来，一些发育于地表的沉积矿床，也可能因断层活动而深埋地下。断层会造成矿体的多层叠置；也会造成矿层的缺失和分离，因而断层对矿床的评价起着重要影响。另一些时候，断层的活动对矿产有着明显的破坏作用，比如，对于石油、天然气等类型的矿产来说，后期发育的断层往往切穿了含矿地层，使之四下溢散，从而使矿产发生流失。 （二围岩的性质对矿山安全的影响 围岩是矿体周围的岩石。矿山生产首先要在围岩中布置一系列的开拓、采准工程，由于岩层性质的不同，开拓条件和稳固程度也就不同，所以地质工作既要查清矿体本身的情况，也要摸清围岩的性质，以防止矿山生产中的冒顶、片帮和塌方等事故，确保开采安全。 矿体围岩的坚固稳定程度与矿山生产的安全关系极为密切。一般在巷道掘进时，遇到岩石松软、节理发育、断层裂缝较多、有断层破碎的时候，如不及时加以支护，或采场缺少支架，均易引起冒顶片帮事故。 采场顶底板的稳固程度主要取决于岩性和矿山压力两个基本地质因素。特别在岩层是否是含水层这一关键问题上，更直接关系到矿床的开采。当顶板的岩性较松软，矿山压力较大时，就容易发生冒落事故。如果岩层较稳固，矿山压力也不大时，则不易破裂冒落，因此，在矿山井巷或工作面采掘前，既要查清围岩的稳固程度，又要摸清矿山压力的大小，以便为安全生产提供依据。 （三）地质构造对矿山采掘工作的影响 地质构造和矿产的关系十分密切，它控制矿产的空间分布、矿体的空间形态。采矿的对象是矿产，因此，地质构造对矿山开采影响也很大。 1褶皱构造对矿山采掘工作的影响 (1)成矿前形成的褶曲，对矿床的形成、矿体分布、空间形态、产状等常起控制作用。在“层间剥离”等部位的矿体，形态较为简单，产状与围岩产状基本一致；在褶曲鞍部破碎带、伴生断裂等内赋存的矿体，一般形态比较复杂、产状多变。而矿体的形状、产状直接影响开拓系统、采矿方法等的选择。 (2)成矿后形成的褶曲，常使矿体形态复杂化，给勘探和采矿工作带来麻烦，这是对采掘工作不利的因素。 当矿层受到褶曲作用后，其厚度可发生变化，尤其是强度小、塑性大的矿层，厚度变化更为显著，一般在矿层鞍部或核部厚度相对变大，两翼矿层的厚度相对变小。因此，当沉积或沉积变质矿床受到褶曲构造影响时，在一定范围内矿量相对集中，这样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，对采掘工程有利，但是背斜核部的顶部岩层中，张裂隙较发育，对采掘工程又是不利因素，尤其是张裂隙发育可能导致矿山涌水量增加，造成采矿困难。在向斜核部，顶压一般较大，对采掘工程不利。 (4)褶曲可使矿层的产状发生变化，若矿层的倾角变化适当时，可采用重力搬运，对矿内运输有利。 2节理（裂隙）对矿山采掘工作的影响 (1)在节理发育的岩石中打炮眼时，要注意打眼的位置，不要沿节理面打眼，尤其是张节理面，否则容易卡钻；沿节理面布炮眼，由于裂缝易漏气，影响爆破效果。因此要注意节理的走向、发育程度及延伸情况。 (2)节理面的方向有时会影响巷道掘进方向，使其偏离中线。例如，某矿在掘进中，由于有一组张节理斜交中线方向，按正规布置炮跟，爆破后巷道总是偏离中线方向；若改变炮眼排列，有意识地使其稍为偏斜，反而使掘进方向能按中线方向前进。 (3)在露天开采中，在节理发育地段，要特别注意边坡角的选择，以防止滑坡、塌方等事故。 (4)节理密度大，而节理面是多方向的地段，岩石就比较破碎，容易冒落，要加强支护工作。但在支护中必须注意节理的产状，有时可根据节理的方向来选择适当的支护方式，从而减小工作量及材料消耗。 (5)地下水发育地区，节理也是地下水的良好通道，尤其是张节理。规模大的张节理若与采矿巷道贯通，有发生突水事故的危险。为此，在考虑矿山防排水措施时，要对节理的发育和分布规律予以重视。 (6)节理影响采矿方法的选择，在节理特别发育的区段，某些采矿法选择要慎重，如不适于使用空场法等，另外，在某些壁式崩落法采场，在节理很发育地段，须适当缩小放顶距。 3断层对矿山采掘工作的影响 (1)成矿后断层对矿山探矿工作影响很大，因为成矿后断层常把矿体切成几部分，94使矿体的分布、形状和产状复杂化。这样就增加了探矿工作量，必须多打钻孔、坑道等才能探明矿体的形态和产状。 (2)断层影响矿床开拓系统的布置。由于大断层的影响，经常使开拓系统复杂化，需要增加开拓巷道的数量和总长度，并造成施工中的许多困难。因此，在开拓设计中，对于主要开拓巷道所经过地段，应弄清较大断层的情况，并使开拓巷道的位置尽量避开这些断层破碎带，尤其是应避开与巷道平行或成小角度斜交的断层破碎带。 (3)断层影响采场设计及回采工作。地下开采的矿山，在采场中遇到断层，对回采工作很不利。因此，在采场设计中如遇见断距较大的断层应尽可能把它作为划分采场的边界，以减少它对回采工作的影响。 (4)断层影响井巷掘进。在平巷掘进中，若遇到稍大的断层，有时就须考虑使巷道拐弯，以保证平巷和矿体底板的距离。而巷道的拐弯会增加巷道的长度，同时给运输造成不便，给各种管道工程的铺设也带来困难。此外，在掘进中碰到断层的破碎带较大，还必须加强支护，甚至要采取特殊措施才能通过断层。断层对掘进工作危害很大，所以各种井巷工程都应尽量避免沿着断层面掘进。 (5)断层影响矿坑涌水。断层破碎带多数是地下水的良好通道，因此，在大断层附近矿坑水的涌水量常增大，甚至造成突然涌水事故。 (6)断层对采掘工作的有利因素。断层对矿山采掘工作危害很大，但在一定条件下，又有积极因素。例如，有些逆断层可使矿体局部变厚或造成矿层局部重复；又如易于发生矿石自燃的矿床，当断层把矿体分割成许多断块时，能实行分区开采，采完后可及时封闭，以防止矿石自燃或火区蔓延。因此，断层对矿山的采掘工作有害因素，要采取措施防止；对其有利因素又要充分利用。三、水文地质 自然界中的水存在于大气中、地壳表面和地壳内。大气中的水以水蒸气及云、雾、雨、雪和冰雹等形态存在于空气中。地壳表面的水分布在河流、湖泊和海洋中，或呈冰雪覆盖于高山顶部。地壳里的水，存在于岩土空隙中，也有气态、液态和固态等三种不同的形态。大气中的水叫做大气水，地壳表面的水叫做地表水，地壳内的水则叫做地下水。专门研究地下水的成因、分类、物理性质、化学成分及其运动规律的科学称为水文地质学。因此，常把与地下水有关的问题称为水文地质问题，把与地下水有关的地质条件称为水文地质条件。 岩土中的空隙是地下水存在的环境，环境的好坏，即岩石空隙的大小、多少、联通程度和分布状况等决定地下水的存在和运动规律。根据岩土空隙的成因和结构的不同，岩土的空隙可分为三种类型：孔隙、裂隙和岩溶溶洞。 （一）地下水的分类及各类地下水的特征 地下水存在和运动于岩石的空隙中。由于各地区的自然地理因素和地质条件的不同，必然会影响到地下水的化学成分、物理性质、循环条件及其动态变化等。为了便于掌握地下水各方面的特征，在生产实践中更合理地利用地下水和有效地防治它的危害， 95对地下水进行分类是很有必要的。近年来我国水文地质工作者，根据我国地下水各方面的特征，采用了按埋藏条件和含水层空隙性质的综合分类（表4-2）方法。 表4-2 按埋藏条件和含水层空隙性质的地下水分类表 首先按地下水埋藏条件划分为上层滞水、潜水和承压水（自流水）三类；其次按含水层空隙性质的不同，又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三类。通过两种分类的不同组合，便可以得出九类不同特征的地下水，如孔隙一上层滞水、裂隙一潜水、岩溶一承压水，等等。1按埋藏条件分类的各类地下水特征 (1)上层滞水。它是埋藏在离地表不深，包气带中局部隔水层上的重力水。 上层滞水一般分布不广。季节性存在，雨季出现，干旱季节消失，其动态变化与气候及水文因素的变化密切相关。由于上层滞水距地表近，直接受降雨补给，补给区与分布区一致。一般只有当包气带厚度较大时，上层滞水才易出现，当其下部隔水层范围较广时，上层滞水存在时间也较长。 上层滞水通常在包气带中的孔隙、裂隙或岩溶溶洞内，具有局部隔水层（黏性凸透镜体）的部分形成，因其范围有限、厚度小、水量少、季节性存在，一般只能作小型或暂时性供水水源，对采矿来说几乎没有影响。 (2)潜水。它是埋藏在地表以下第一个稳定隔水层上具有自由水面的重力水。 潜水在自然界分布极广，一般埋藏在第四系松散沉积层的孔隙、坚硬基岩的裂隙及可熔岩的岩溶溶洞内。潜水的自由表面称为潜水面，潜水面至地表的距离称为潜水埋藏深度，自潜水面至隔水层顶面的距离叫潜水含水层厚度，潜水面上任一点的标高叫该点的潜水位。 潜水面以上一般无隔水层存在，含水层可通过包气带与地表相连通，因此，大气圈和地表的各种气象、水文条件的变化可以直接影响到潜水的动态变化。潜水主要由大气 96降水、凝结水和地表水补给，在大多数情况下，补给区与分布区一致。由于潜水具有自由水面，不承受静水压力，为无压水，它只能在重力作用下，由潜水位较高处向潜水位较低处流动。 潜水被人们广泛地利用，一般的水井就打在潜水层中，这是因为潜水距地面较近的缘故，另一方面，它却容易受到人为因素的污染。对于采矿来说，潜水是矿坑充水的重要水源之一，必须引起重视。 潜水在重力作用下流动的结果，使潜水面具有一定的坡度，形成了不同形状的潜水面。潜水面的坡度变化很大，一般情况下与地形变化一致，但潜水面的坡度一般总小于地面坡度；如果潜水面是倾斜的，潜水就发生流动，称为潜水流；当潜水面成水平时，潜水处于静止状态称为潜水湖。 (3)承压水（自流水）。承压水是充满于两个稳定隔水层间的重力水。由于岩层大多数为倾斜状态，这时承压水因具有高差而形成静水压力，它可以沿着岩石裂隙、钻孔等涌出地面，所以又称作自流水。 承压水的形成主要决定于地质构造条件。在适当的地质构造条件下，无论孔隙水、裂隙水和岩溶水，均可以形成承压水。最适宜形成承压水的构造条件有向斜（或盆地）构造和单斜构造。 由于承压水含水层与地表之间有不透水层相隔，因此承压水受地面气候影响较小，动态变化比较稳定，水质不易受到污染，补给区与分布区不一致；由于承压水充满于两个隔水层之间，承受静水压力，其压力大小由测压水位决定，承压水的运动是由侧压水位高的地方流向侧压水位低的地方。 当地下水没有充满两个隔水层之间时，称为无压层间水。其特征除具有自由水面而不承压外，基本上与承压水特征相同。 2按含水层空隙性质分类的各类地下水特征 (1)孔隙水。孔隙水存在于松散岩层的孔隙中，这些松散岩层包括第四系及部分第三系沉积岩和坚硬基岩的风化壳。孔隙水的存在条件和特征取决于岩土的孔隙情况，因为岩土孔隙的大小和多少，不仅关系到岩土透水性的好坏，而且也直接影响到岩土中地下水量的多少以及地下水在岩土中的运动条件和地下水的水质。一般情况下，颗粒大而均匀，则含水层孔隙也大，透水性好，地下水水量大，运动快，水质好；反之，则含水层孔隙小，透水性差，地下水运动慢，水质差，水量也小。 孔隙水因埋藏条件的不同，可形成上层滞水、潜水或承压水，即分别称为孔隙一上层滞水、孔隙一潜水和孔隙一承压水。 (2)裂隙水。藏在基岩裂隙中的地下水称为裂隙水。它主要分布在山区和第四系松散覆盖层下面的基岩中，裂隙的性质和发育程度决定了裂隙水的存在和富水性，因此在研究裂隙水时，应首先对裂隙水存在的空间裂隙进行研究。岩石的裂隙按成因可分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙三种类型，相应地也将裂隙水分为三种，即风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水。风化裂隙水：是赋存在风化裂隙中的水。风化裂隙是由岩石的风化作用现成的， 97其特点是广泛地分布于出露基岩的表面，延伸短，无一定方向，发育密集而均匀，构成彼此连通的裂隙体系，一般发育深度为几米到几十米，少数也可深达百米以上。风化裂隙水绝大部分为潜水，具有统一的水面，多分布于出露基岩的表层，其下新鲜的基岩为含水层的下限。风化裂隙水的补给来源主要为大气降水，其补给量的大小受气候及地形因素的影响很大，气候潮湿多雨和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富，一般可做饮用水。 成岩裂隙水：成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生，一般常见于岩浆岩中。喷出岩类的成岩裂隙尤以玄武岩最为发育，这一类裂隙无论在水平或垂直方向上，都较均匀，亦有固定层位，彼此相互连通。侵入岩体中的成岩裂隙，通常以其与围岩接触的部分最为发育。而赋存在成岩裂隙中的地下水称为成岩裂隙水。 喷出岩中的成岩裂隙常呈层状分布，当其出露地表，接受大气降水补给时，形成层状潜水：它与风化裂隙中的潜水相似。所不同的是分布不广，水量往往较大，裂隙不随深度减弱，而下伏隔水层一般为其他的不透水岩层。 侵入岩中的裂隙，特别是在与围岩接触的地方，常常由于裂隙发育而形成富水带。 成岩裂隙中的地下水水量有时可以很大，无论在疏干和利用上，皆不可忽视，特别是在开采金属矿床时，更应予以重视。 构造裂隙水：构造裂隙是由于岩石受构造运动应力作用所形成的，而赋存于其中的地下水就称为构造裂隙水。由于构造裂隙较为复杂，构造裂隙水的变化也较大，一般按储存地下水的裂隙分布的产状，又将构造裂隙水分为层状裂隙水和脉状裂隙水两类。 在断层破碎带规模大，张开性好，亦有经常性补给水源时，就可能成为涌水量大而稳定的富水带，对矿床开采造成威胁。但如断层连通性不好，又无经常性补给水源时，其水量往往不大，即使在采矿时遇到这类断层，开始时涌水可能较大，但不久就会逐渐减少以至于枯竭。因此，研究断层破碎带的富水性对采矿工作具有很大意义。 (3)岩溶水。“岩溶”是发育在可溶性岩石地区的一系列独特的地质作用和现象的总称，也称它为喀斯特。独特的地质作用包括地下水的溶蚀作用和冲蚀作用，而独特的地质现象，就是由这两种作用所造成的各种溶洞和溶蚀地形等。埋藏于溶洞中的重力水称为岩溶水或称喀斯特水，也称溶洞水。其主要特点是岩溶水水量大、运动快、在垂直和水平方向上都具有分布不均匀的特性。此外，岩溶水，特别是岩溶潜水的动态变化显著。这是因为岩溶溶洞较其他岩石中的孔隙、裂隙要大得多，降水易于渗入，以至于在岩溶强烈发育的地区，即使是暴雨也很难形成地表径流，降水几乎全部渗入地下。一般在岩溶比较发育的地区，40%so%的降水渗入地下是很常见的。岩溶溶洞不仅迅速接受降水渗入，而且岩溶水在溶洞或暗河中运动也很快，动态变化受气候影响显著，水位年变化幅度有时可达数十米之差，这是由于岩溶水径流畅通，由高处向低处迅速排泄的结果。因而岩溶水埋藏很深，在高峻的岩溶山区常缺少地下水露头，甚至连地表水也没有，造成缺水现象。 因为岩溶水一般水量大、水质好，故可作为大型供水水源；但另一方面，它对采矿来说有严重的威胁。 98（二）影响矿床含水量的因素造成矿床充水的原因错综复杂，主要有自然因素和人为因素两大方面。1自然因素 (1)大气降水。降水渗透是造成矿床含水量增大的一个主要原因之一，在雨量较大的地区，矿井的涌水量就大，而干旱地区则较小。这种情况尤其在地势较低的矿井中表现明显。雨季矿井涌水量会较平均涌水量增大20%40%，有的甚至大23倍。 (2)地形。矿床含水量与地形有着密切关系，沼泽和低洼地区的矿床，一般