水文地质孔隙水的研究方法浅述

2016-03-16张金东

环球市场 2016年18期

关键词：流砂砂层第四系

张金东

重庆一三六地质队

水文地质孔隙水的研究方法浅述

张金东

重庆一三六地质队

水文地质勘察主要研究水文地质方面的问题，在矿山开发中应用非常普遍，且发挥着非常重要的作用，通过水文地质勘察有效解决因流砂冲溃及塌陷、残余水头等引发的各种地质问题。本文将探讨在水文地质勘察中有关孔隙水的相关问题，为做好水文地质勘察工作提供理论依据。

水文地质；勘察；孔隙；塌陷

1 矿床开采时的主要水文地质问题

1.1 流砂冲溃及塌陷

流砂冲溃是发生在孔隙矿床的特殊的水文工程地质问题。流砂冲溃的特征是：第一，流砂冲溃时，一般在溃砂前出现少量的涌水，而后水量突然增加，水流速度很大。之后逐渐减少，最后稳定到较小的流量，或断流。第二，流砂冲溃具有间歇性和反复性。流砂冲溃后，水头降低，此后砂层又获得地下水补给，再次充水饱和，水头抬高，发生溃水溃砂。第三，因流砂冲溃引起塌陷。因流砂冲溃而产生的塌陷，有的发生在地下，有的发生在地面，与采空区的位置和规模没有明显的关系，并且多出现在河谷地带，其规模一般较小，直径多在10m以下，深度仅数米。

1.2 残余水头及其引起的工程地质问题

由于残余水头的存在引起的地质问题主要有：第一，流砂。由于含水砂层疏干后有残余水头，残余水头所在的砂层部分处于饱水状态，工程施工遇到这部分砂层即产生流砂。第二，滑动。基坑开挖后，由于残余水头的影响，残余水头以下的黏性土等软弱层保持较高的含水量或处于饱水状态，在上覆地层自重压力下，边坡土体沿黏性土层或沿砂层和黏性土的接触面发生滑动。第三，崩塌。残余水头引起的崩塌规模较小，主要发生在土质边坡。含水层在残余水头以下部分，地下水仍然产生渗流，水对砂层的潜蚀作用和机械振动引起的砂层液化，使砂层掏空，造成上覆地层垮落。

1.3 地面沉降

孔隙充水矿床，如从第四系含水层或者从基岩含水层中排水，就会引起第四系含水层的疏干，往往会使地面产生下沉，形成以排水点为中心的地面沉降漏斗。

2 孔隙充水矿床水文地质勘察的重点及方法

第一，松散层的成因及其分布范围。第二，松散层的岩性、结构、粒度比、富水性和透水性。第三，松散层和矿层的组合关系，含水层和隔水层的组合关系。第四，地表水体对矿床充水的影响，地表水最大淹没范围、地表水与地下水的水力联系。第五，降水对矿坑涌水的影响。第六，含水层之间的组合关系。第七，流砂层的分布及其溃入矿坑、疏干的可能性。第八，黏土层(包括夹层、透镜体)的厚度变化及分布规律。对于河谷地带，冲洪积扇地区水量大的充水矿床，要用大降深、大流量、较长时间的抽水试验作评价。在抽水试验过程中要注意流砂冲溃、地面沉陷等问题。

3 孔隙充水矿床的问题

3.1 流砂冲溃

3.1.1 流砂冲溃的水文地质勘察

流砂冲溃勘察注意的问题：第一，水文地质测绘范围应包括完整的水文地质单元，沿河谷地带应适当地扩大测绘范围。调查河谷第四系地层岩性、厚度、富水性及其切割流砂层的情况，收集矿区已采矿井流砂冲溃资料。第二，在钻进中应详细记录漏水、涌水、涌砂、埋钻等现象，观测钻孔中水位变化及砂层的静止水位。第三，抽水试验主要是查明流砂层的富水性、渗透性，探明流砂层和其他含水层、地表水体的水力联系，确定断裂的水文地质特征，取得计算参数，为流砂冲溃的预测提供依据。抽水试验孔应布置在对矿床开采影响较大的流砂层、断裂带及地表水体附近。第四，对流砂层、矿层顶底板及断裂破碎带岩石，应进行采样测试，对砂层样品进行粒度分析，对矿层顶底板及断裂带岩石进行抗压与抗剪试验。

3.1.2 流砂冲溃的预测方法

第一，综合分析方法。在预测流砂冲溃时通常进行下列三项分析：一是地层分析。主要对矿区地层岩性、结构、胶结程度、厚度和地层组合关系等进行分析，研究可能发生流砂冲溃的层位、矿层和流砂层间的接触关系。二是地质构造分析。界定因断裂引起的矿层、流砂层和含水层等接触关系的变化，研究断裂充填物、两侧岩石破碎风化程度，分析断裂带对流砂冲溃的影响。三是水文地质分析。依据流砂层的产状、渗透性、富水性、地下水补给条件，流砂层与第四系含水层、地表水体间的水力联系，隔水层的阻水作用，断裂的水文地质作用，综合评判这些因素对流砂冲溃的影响。

第二，水文地质比拟法。在充分调查和收集已有矿区(或开采地段)资料的基础上，对比分析勘探矿区和拟采地段的水文工程地质条件，预测矿床开采时可能产生流砂冲溃的地段及其规模。

第三，突水系数法。突水系数可从本矿或类似条件的邻近矿床统计或取经验数值，运用相关公式计算比水压值，如超过突水系数即可能发生突水，从而引发流砂冲溃。

3.2 残余水头的分析

3.2.1 残余水头的研究应侧重的方面

第一，查明第四系地层岩性和结构，特别是要区分粗粒含水层、细粒含水层和隔水层。第二，第四系和基岩含水层的渗透性、富水性，补、径、蓄、排特征及各含水层间的水力联系。第三，土层的物理力学性质。第四，大气降水、地表水对地下水的补给。第五，含水层的水文地质参数及疏干效应。在详查和勘探阶段，应尽量利用地质钻孔，配合物探测井来查明第四系地层的岩性、厚度及分布情况。

3.2.2 抽水试验

通过抽水实验，获取含水层水文地质参数及疏干效应，确定含水层目的水力联系及水文地质边界等，为矿床开采和疏干设计提供依据。应注意以往的矿区水文地质工作较侧重强含水层(粗颗粒含水层)，而忽略了对弱含水层(细颗粒含水层)的调查分析，未注重提取其参数，未计算其对矿坑的涌水量，也未研究其疏干效应。露天矿坑涌水量固然重要，而地下水能否被疏干，能否因残留水头引起严重后果，也应给予足够的重视。