【礦業(yè)實務】顧士東 教材精講班教案06-第一篇-第1章-1.2.3-地質構造及其對礦山工程的影響-1.2.4-礦山工程水文地質條件分析與應用

1.2.3地質構造及其對礦山工程的影響知識點一地質構造形式及巖層產狀要素1）地質構造形式構造變動在巖層和巖體中遺留下來的各種變形變位形跡稱為地質構造。地質構造的規(guī)模有大有小，大的如構造帶，可以覆蓋整個礦區(qū)，小的則如巖石片理等。2）巖層產狀要素：傾斜巖層的產狀可用巖層面的走向、傾向和傾角三個產狀要素來表示。走向是傾斜巖層面與水平面的交線，構成巖層走向線方向。傾向通常指巖層傾斜向下且與走向正交的方向，用其在水平面上投影所指的方向表示。傾角是巖層層面與水平面的交角。知識點二褶皺構造及其對礦山工程的影響：新增較多1）基本形式及要素是巖層彎曲而未喪失其連續(xù)性的構造，褶曲是組成褶皺的基本單元，褶曲有背斜和向斜兩種基本形式。組成褶曲各個部分的單元稱為褶曲要素，主要包括核部、翼部、軸面、樞紐、軸線、脊線、槽線。2）褶皺構造對礦山工程的影響（1）褶皺核部的工程地質評價褶皺核部是巖層受構造應力最為強烈、最為集中的部位。背斜的核部不易存留地下水，向斜的核部更易存留地下水。礦山工程在褶皺核部容易遇到的工程地質問題主要是巖體穩(wěn)定問題和向斜核部地下水的問題，容易產生冒頂及涌水現(xiàn)象。礦山井巷工程施工通過褶皺核部巖層時，應加強支護，防止頂板巖層的冒落、涌水甚至突水事故的發(fā)生。（2）褶皺翼部的工程地質評價井巷工程從褶皺的翼部通過一般是比較有利的。如果中間有軟弱巖層或軟弱結構面時，則在順傾向一側的巷道幫部，會導致巷道局部坍塌。因此，在褶皺翼部掘進巷道時，應重點觀察巖層的傾角及大小變化、是否存在軟弱夾層等現(xiàn)象，及時加強支護對于較為平緩的褶皺，雖然其工程性質隨褶皺部位的不同而不同，但總的來說，不會出現(xiàn)大的工程地質問題知識點三斷裂構造及其對礦山工程的影響斷裂構造：巖層或礦體受力后產生斷裂，失去連續(xù)性的構造。根據(jù)斷裂后兩側巖塊沿斷裂面有無明顯的相對位移，又分為裂隙和斷層兩種類型斷裂面兩側巖塊沒有明顯位移的叫裂隙，又稱節(jié)理斷裂面兩側巖塊發(fā)生顯著位移的叫斷層。1）裂隙（節(jié)理）對礦山工程的影響（1）裂隙破壞巖石的完整性，并加快巖石風化速度。（2）裂隙降低了巖石強度、地基承載力、穩(wěn)定性。（3）裂隙的存在有利于挖方采石，發(fā)育程度直接關系到石材礦山的荒料率。（4）裂隙會影響爆破作用的效果。（5）裂隙增強了巖體的透水性，在井巷施工中造成涌水。裂隙發(fā)育的巖層是良好的供水水源點。2）斷層對礦山工程的影響（1）斷層應力集中、圍巖破碎，破壞巖層穩(wěn)定性，容易引起頂板冒落、圍巖嚴重變形甚至垮塌，給支護造成嚴重困難（2）斷層截斷巖層，可能會改變礦層位置，甚至使原有的巖層失落，給礦層開采、巷道布設及其運輸、施工等工作帶來許多困難。大斷層往往成為井田或者采區(qū)、盤區(qū)邊界。（3）斷層嚴重改變巖層的透水條件，容易引起大涌水甚至出現(xiàn)突水危害。（4）斷層可能活動，誘發(fā)斷層地震知識點四礦圖及其應用1）礦圖的概念及繪制（1）礦圖的概念：是在礦井設計施工和生產管理工作中繪制的一系列圖紙的統(tǒng)稱。礦圖包括礦山測量圖和礦井地質圖，礦山測量圖是根據(jù)地面和井下實際情況測繪而成的圖紙，而礦井地質圖是根據(jù)礦井地質勘探資料和采掘過程中揭露的地質信息而繪制的圖紙。礦圖是礦山企業(yè)最重要的一種技術資料。（2）礦圖的編繪礦圖投影基本原理:礦圖繪制采用正投影和標高投影方法。礦圖網(wǎng)格間距一般為10cm，礦圖常用的比例為1:10000，1:5000，1:2000，1:50。2）礦圖的種類及其用途按用途和性質不同，礦圖可分為基本礦圖、專門礦圖、日常生產用圖和生產交換圖四類。（1）基本礦圖及其用途井田地形地質圖、工業(yè)場地平面圖、井底車場平面圖、采掘工程平面圖：（礦井生產建設中最基本最重要的圖紙，作為編繪其他生產用圖的基礎）、主要巷道平面圖、井上下對照圖、井筒斷面圖、主要保護礦柱圖。（2）常用地質圖的特點和用途鉆孔柱狀圖、地質剖面圖、底板等高線圖、礦井充水性圖、礦井綜合水文地質柱狀圖、礦井水文地質剖面圖、礦井含水層等水位（壓）線圖、礦區(qū)巖溶圖。注：原“礦圖識讀”刪除習題演練模擬題：有關斷層對礦業(yè)工程造成影響的表述，說法正確的有（）。A.斷層截斷巖層，可能會改變礦層位置B.斷層給支護造成困難C.斷層不會改變巖層的透水條件D.斷層容易引起大涌水E.大斷層影響巷道布置，增加巷道施工量答案：ABDE1.2.4礦山工程水文地質條件分析與應用知識點一地下水的分類在巖石中的存在形式主要是結合水和自由水，地下水根據(jù)其埋藏條件和含水層性質進行分類的情況見表1.2-4了解知識點二礦井涌水的主要來源1）大氣降水2）地表水3）含水層（帶）水：通常是礦井最重要的充水水源。巖溶充水巖層富水性強，具有承壓性，對礦井安全威脅較大、防治困難。4）老窯水：特點：來勢猛、破壞大；含有硫酸根離子，腐蝕；無聯(lián)系時易疏干知識點三礦井主要充水通道1）巖石的孔隙與巖層的裂隙2）斷裂構造帶通常斷層是礦井充水的主要通道之一，有時是唯一的通道；但并非所有斷層都導水，一般情況下逆斷層的透水性差，正斷層的透水性強。斷層的交叉切割處是最容易發(fā)生礦井突水3）導水陷落柱4）巖溶塌陷及“天窗”5）人為因素產生的礦井通水通道：如鉆孔知識點四礦井水文地質觀測1）鉆孔水位觀測：一般采用鉛制測水盅或電測水位計。水位的觀測資料可用于解決下列生產問題。（1）利用水位觀測預報透水事故的發(fā)生。（2）利用水位觀測了解斷層的導水性。（3）利用水位觀測了解突水水源層位。（4）利用水位觀測孔了解地下水與地表水的補給關系。2）礦井涌水量的觀測：常用的方法有浮標法、堰測法、容積法和觀測水倉水位法。3）礦井涌水量的預測方法（1）地下水動力學法：又稱大井法（2）水文地質比擬法：利用已生產礦井涌水量的資料對新設計井巷的涌水量進行預測。（3）涌水量與水位降深曲線法：根據(jù)三次抽（或放）水試驗資料來推測相似水文地質條件地段井巷的涌水量知識點五礦井水文地質類型劃分根據(jù)《煤礦防治水細則》，井工煤礦水文地質類型分為簡單、中等、復雜、極復雜四種類型。礦井水文地質類型應當每三年進行重新確定。當發(fā)生重大突水事故后，礦井應當在恢復生產前重新確定本單位的水文地質類型。水文地質條件復雜、極復雜礦井應當每月至少開展一次水害隱患排查，其他礦井應當每季度至少開展一次。礦井應當對主要含水層進行長期水位、水質動態(tài)觀測知識點六礦井水文地質工作的基本任務：主要包括：了解1）井筒施工、巷道掘進、回采的水文地質觀測工作；2）對礦井突水、涌水量的預測；3）提供礦井防水、探水及疏水方案和措施的有關水文地質資料；4）水文地質長期觀測工作；5）研究和解決礦區(qū)（井）供水水源及礦井水的綜合利用。習題演練往年真題：礦井建設與生產過程中，礦井水文地質工作的基本任務有（）。A.落實礦井水文地質勘探，為礦井設計提供依據(jù)B.查明礦井充水因素，預測礦井涌水量C.提供礦井防治水措施和水文地質資料D.實施井巷及采掘工作面水文地質觀測E.研究礦井水的綜合利用答案：BCDE1.2礦業(yè)工程地質和水文地質小結1.巖石分類及其主要特性巖石按其形成原因可分為巖漿巖、沉積巖、變質巖三大類。1）沉積巖:通常以層狀形式分布，具有明顯的層理性。主要構造是層理構造、層面構造；2）巖漿巖:通常具有均質且各向同性的特性（除部分噴出類巖石），力學性能指標通常也比較高，其中以深成巖的強度和抗風化能力最高，然后依次是淺成巖、火山噴出巖。3）變質巖：結構主要有變余結構、變晶結構、碎裂結構。石英巖：強度很高，抵抗風化的能力很強，是良好的建筑石料，但硬度很高，開采加工困難。2.特殊土的工程地質（1）黃土與濕陷性黃土：具有孔隙比大、天然含水量低、具有一定的結構強度、欠壓密性和濕陷性等工程地質特性。（2）膨脹土：強度較高，壓縮性低，自由膨脹量一般大于或等于40%。（2）紅黏土：具有高塑性、天然含水量高、孔隙比大等特性。一般呈現(xiàn)較高的強度和較低的壓縮性，不具濕陷性。紅黏土強度一般隨深度增加而大幅降低。3.地應力對巖體力學性質的影響自重應力與地層深度成正比，可以有計算值。構造應力一般可分析其應力大致方向，但目前還不能確定其大小。（1）地應力影響巖體的承載能力。對巖體形成的圍壓越大，其承載能力越大。井巷越深，承受的壓力就越大，圍巖破碎的情況也越嚴重。構造應力一般以水平應力為主。4.巖溶：能造成巖溶的巖石可分為三大組：碳酸巖類巖石，如石灰?guī)r、白云巖和泥灰?guī)r；硫酸鹽類巖石，如石膏和硬石膏；鹵素巖，如巖鹽。三組巖石中以碳酸巖類巖石的溶解度最低巖溶對建（構）筑物及井巷工程穩(wěn)定性和安全性有很大影響，施工時應制定截流、防滲、堵漏或疏排措施。對于井巷工程需要穿過溶洞，因埋藏較深，應加強巷道支護，提前做好探放水工作，宜采用注漿法處理。5.褶皺核部及翼部褶皺核部是巖層受構造應力最為強烈、最為集中的部位。背斜的核部不易存留地下水，向斜的核部更易存留地下水。礦山工程在褶皺核部容易遇到的工程地質問題主要是巖體穩(wěn)定問題和向斜核部地下水的問題，容易產生冒頂及涌水現(xiàn)象。礦山井巷工程施工通過褶皺核部巖層時，應加強支護，防止頂板巖層的冒落、涌水甚至突水事故的發(fā)生。井巷工程從褶皺的翼部通過一般是比較有利的。如果中間有軟弱巖層或軟弱結構面時，則在順傾向