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文山官房钨矿区水文地质条件及矿坑涌水量预测

作　者: 刘晓波
导　师: 张世涛
学　校: 昆明理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 官房矿区水文地质概念模型涌水量预测
分类号: TD742
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

文山官房钨矿地处云南省文山县小街乡境内,经过对矿区进行详查勘察已查明该矿床规模为中型矿床,矿石类型为矽卡岩型白钨矿,根据矿业权人规划,未来矿山产生产能力为年处理矿石6万吨,已经达到了中型矿床,预计矿区的采矿前景比较可观。目前国内外很多矿区由于对本矿区缺少水文地质调查工作,在采矿过程中发生水害事故常有发生,为了使矿区在开采过程中遇到水害能及时应对,对官房矿区进行水文地质调查工作是非常重要的。本文以文山官房矿区团山矿段为主要的研究区。团山矿段地处薄竹山西南边缘,区内构造断裂发育、水文地质条件较复杂。为了查明矿区的水文地质特征,结合临近区域对矿区水文地质条件的影响作了以下四个方面的研究工作：(1)首先对区域地质及水文地质特征进行了研究：①研究区位于云南省东南部文山县城西南,该区地貌属高原山区侵蚀河谷地貌,地势较陡,总体上北高南低,交通便利,电力资源较充足,能满足矿山生产生活；②查明区域内主要出露地层为Q、D1p01、∈3b—∈2l、∈2t、∈2d、∈1ch和ηγ53(a)；区域内断裂及褶皱发育,以断裂构造为主,褶皱主要有薄竹山穹窿构造,断裂主要有北西向、北东向、近东西向三组,主要构造线方向为北东向；区域内出露的岩浆岩主要为薄竹山花岗岩侵入体,零星出露辉绿岩脉和辉长岩脉；③区域地下水类型主要为孔隙水、裂隙水和岩溶水,据地层岩性,岩溶与裂隙发育,地层富水性,将区域内划分为6种含隔水层组：松散岩类孔隙含水岩组(Q),碎屑岩风化裂隙弱含水岩组(D1p、O1),碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组(∈3b—∈2l),碳酸盐岩与碎屑岩岩溶裂隙含水岩组(∈2t、∈2d),变质岩风化裂隙弱含水岩组(∈1ch),花岗岩风化裂隙含水岩组(ηγ53(a))；④根据一个完整的水文地质单元应该具备独立的地下水补、径、排关系的原则将整个区域划分为Ⅰ、Ⅱ两个水文地质单元,地下水从白垩系花岗岩与寒武系大理岩的边界接受补给,矿区位于Ⅰ水文地质单元的补给—径流区,并在矿区南部以下降泉的形式排泄于地表。(2)对矿区地热特征及其对矿区的影响进行了分析：区域上有三处温泉出露,分别是菖蒲塘温泉、腰店河温泉、二河沟温泉,自北西向南东均匀分布,长7公里,温泉出露于(ηγ53(a))黑云二长花岗岩中,在侵蚀沟谷底部从坡积、冲积砾石层中冒出,呈片状出流；温泉出露区处于薄竹山背斜的南翼,区内断裂及褶皱发育,以北东向断裂构造为主；三处温泉温度,水化学特征、出露地形地质条件和成因相近,因此三处温泉的地热特征都相同,由于腰店河温泉、二河沟温泉流量小,取水困难,本文采用与这两处温泉形成特征相同,流量较大,取水容易的菖蒲塘温泉为例来分析温泉水的地热特征及其对矿区的影响,对温泉循环温度计算采用Si02地热温(美国福尼埃(Fournier,1981)提出的热气运移中没有蒸汽损失公式)和了Na-K地热温标,《地热资源地质勘查规范》推荐计算公式对温泉循环深度进行计算分别得出温泉水温为114.6℃和111.9℃,误差在2.43%,误差非常小,两种方法推算温泉水深部温度结果合理,根据地热增温级,可估计地下水循环加热的深度,估算循环深度的公式为(据王大纯,1986)得出温泉水循环深度2641；根据毫克当量百分数大于25%的阴阳离子参与水的定名的方法,将腰店河温泉水应定名为HCO3-Na+型,矿区地下水为HC03-Ca2+型,腰店河地表水HCO3-SO4-Ca2+;温泉水温度为46-53℃,矿区地下水为17-21℃；菖蒲塘温泉、二河沟温泉出露离矿区较远且出露于花岗岩体中,对矿区没有影响,腰店河温泉沿着F3断层出露,而北东向F3断裂为压扭性断层,断层带岩体呈劈理化破碎,泥质充填,具有隔水性质,因此F3断裂不能成为沟通温泉水和矿区地下水的导水通道；温泉的循环深度可得知温泉水具有深循环特点,温泉的水质和矿区地下水水质的差异较大、它们之间不存在导水构造可得知温泉水与矿区地下水不存在水利联系；从温泉水和矿区地下水温度对比可得知,矿区地下水不受温泉水补给加热。(3)对矿区的水文地质条件进行研究的结果表明：矿区位于薄竹山背斜的南翼,在矿区内褶皱构造发育,总体上为南南东倾向的单斜构造；矿区属于中高山侵蚀河谷地貌,地表水主要有二条,即矿区西侧的腰店河和矿区东侧的二河沟河,均发源于薄竹山的南麓,从北向南流经矿区边缘,在矿区南部汇流成一条河,称为那母果河,再向南汇入南溪河,最后注入红河；矿区内断裂及褶皱较发育,以北东向断裂构造为主。北东向断裂多为压扭性断层,具有隔水性质；根据含水层(组)岩性、地下水赋存条件、水力性质、特征,将矿区内含水层组划分11种含隔水层组：第四系松散岩类孔隙弱含水层(Q),灰岩岩溶裂隙含水层(∈2t4),碎屑岩裂隙弱含水层(∈2t3),碎屑岩裂隙弱含水层(∈2t2-2),灰岩岩溶裂隙含水层(∈2t2-1),碎屑岩裂隙弱含水层(∈2t1-3),灰岩岩溶裂隙含水层(∈2t1-2),碎屑岩裂隙弱含水层(∈2t1-1),碳酸盐岩碎屑岩岩溶裂隙含水层(∈2d),碎屑岩裂隙弱含水层(∈lch),花岗岩风化裂隙含水层(ηγ53(a))；矿区属于地下水的补给—径流区,团山矿段的主矿体位于当地侵蚀基准面之上,但在矿区地表河流水以下,构造一般不发育,矿体直接顶底板围岩为矽卡岩、花岗岩裂隙弱含水层,是矿床充水的主要来源。矿层顶、底板直接进水,但地形不利于自然排水。认为本矿区水文地质条件为中等偏复杂的顶、底板直接进水的裂隙充水矿床。(4)对矿坑涌水量进行了预测研究：计算区选定矿区北部以薄竹山花岗岩与大理岩边界、南边选定营盘山一带作为定流量边界,西边选定F3断层为隔水边界,首先要对实际水文地质条件加以概化,建立水文地质概念模型；采用了“比拟法”、“大井法”和“数值法”对矿山开采条件下的矿坑涌水量进行了预测,其中“比拟法”采用本矿区官房矿段作为比拟对象,采用PD4实测涌水量作为参考数据进行计算,“大井法”预算范围同资源量估算分布范围,采用地表钻孔连线确定,计算最终下限为1300m,计算公式采用潜水井公式对矿坑涌水量进行计算,“数值法”中首先确定了以北边薄竹山花岗岩体和大理岩边界、南边营盘山分水岭作为定流量补给边界,以西边的F3断层作为隔水边界,并对模型进行了校正,最终采用地下水二维运动的偏微分方程及定解条件进行简化,采用三角网格有限差分法建立数值模型,对数值模型进行了调试和识别,计算出矿坑涌水量。以上三种方法分别对大理岩,矽卡岩,角岩三种岩性和开采1400、1350、1300、1250、1200五个开采水平分别计算了矿坑涌水量,对5个计算结果进行了对比误差在2.6%—15.1%,总结出计算结果合理,这种分析矿区水文地质条件以及预测矿坑涌水量可作为不同开采方案的设计和开拓系统的布置提供科学依据,也为井下排水设备的选取以及井下防治水措施的制定提供了支撑。

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摘要 4-7Abstract 7-12目录 12-15第一章绪言 15-20 1.1 选题依据和研究意义 15-16 1.2 国内外研究现状 16-18 1.3 研究内容与技术路线 18-20 1.3.1 研究内容 18 1.3.2 技术路线 18-20第二章区域地质及水文地质特征 20-36 2.1 区域地理地质概况 20-22 2.1.1 交通位置 20-21 2.1.2 自然地理与经济概况 21-22 2.1.2.1 自然地理 21 2.1.2.2 经济情况 21-22 2.1.3 水文、气象条件 22 2.2 区域地质 22-28 2.2.1 地层 23-27 2.2.2 构造 27-28 2.2.3 岩浆岩 28 2.3 区域水文地质概况 28-36 2.3.1 水文地质特征 28-32 2.3.2 地下水类型、含隔水层(组)划分及其特征 32-33 2.3.3 水文地质单元划分 33-35 2.3.4 区域地下水补、径、排及动态变化特征 35-36第三章矿区地热特征及其对矿区的影响分析 36-47 3.1 区域地热特征 36-37 3.1.1 位置 36 3.1.2 温泉流量 36-37 3.1.3 温泉出露区构造 37 3.2 地热水的地球化学特征 37-43 3.2.1 热储分析 37-40 3.2.2 热储循环深度分析 40-43 3.2.2.1 热储温度计算 40-42 3.2.2.2 热储深度计算 42-43 3.3 地热对矿区的影响分析 43-47 3.3.1 通过水质分析对比研究 43-44 3.3.2 热储与矿区的水力联系 44-45 3.3.3 结论 45-47第四章矿区水文地质条件 47-69 4.1 地质概况 47-54 4.1.1 地形地貌及地表水特征 47 4.1.2 地层特征 47-51 4.1.3 构造特征 51-53 4.1.3.1 褶皱 51 4.1.3.2 断裂 51-53 4.1.4 矿区岩浆岩特征 53-54 4.1.4.1 薄竹山花岗岩 53-54 4.1.4.2 辉长岩脉 54 4.1.4.3 正长岩脉 54 4.2 矿体分布情况及主要矿体特征 54-58 4.3 含水层组及其水文地质特征 58-61 4.4 构造破碎带的水文地质特征 61-63 4.5 地下水动态特征及补、径、排条件 63-64 4.6 地下水动力条件 64-66 4.7 矿床充水分析 66-69 4.7.1 充水水源 67-68 4.7.2 充水通道 68 4.7.3 充水方式 68-69第五章矿坑涌水量预测 69-83 5.1 水文地质概念模型 69-71 5.1.1 边界条件 70 5.1.2 抽水试验及其成果整理 70-71 5.2 "比拟法"计算 71-73 5.3 "大井法"计算 73-78 5.3.1 计算中遵循的原则 73-75 5.3.2 预算范围 75-76 5.3.3 计算公式选取及其参数的说明 76-78 5.4 "数值法"计算 78-81 5.4.1 数学模型与解算方法 78-79 5.4.2 数值模型的建立 79 5.4.3 数值模型的调试和识别 79-81 5.5 矿坑涌水量计算评价 81-83 5.5.1 涌水量计算结果分析 81-82 5.5.2 矿坑涌水量对井巷施工影响 82-83第六章结论与不足 83-86 6.1 结论 83-85 6.2 不足 85-86致谢 86-87参考文献 87-90附录攻读硕士期间发表论文目录 90

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