1、第一章 礦山地質(zhì)學(xué)與安全技術(shù) 1.1 地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 1.2 礦床學(xué)基礎(chǔ) 1.3 地質(zhì)構(gòu)造 1.4 地下水的基本知識1.1 地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)1.1.1 巖石 自然界的礦物或巖屑在地質(zhì)作用下聚集而成巖石。有些巖石是由一種礦物組成的，如純潔的大理巖是由方解石組成的；而多數(shù)巖石是由兩種以上的礦物組成的，如花崗巖主要是由石英、長石、云母三種礦物組成的。 人類所需要的各種礦產(chǎn)資源主要產(chǎn)于地殼的各種巖石中，即一定的礦產(chǎn)是與一定的巖石相聯(lián)系。地表各種地質(zhì)構(gòu)造及地貌形態(tài)在巖石上均有表現(xiàn)，故巖石是研究地質(zhì)構(gòu)造及地貌的物質(zhì)基礎(chǔ)。地質(zhì)歷史時期的歷次地殼運動，均在巖石上留下了記錄，這為研究地殼發(fā)展史及恢復(fù)古地理面貌提供了客觀依

2、據(jù)。 自然界中巖石種類雖然名目繁多，但根據(jù)其成因可分為巖漿巖（火成巖）、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。1.1.1.1 巖漿巖 地殼下面存在著高溫、高壓的熔融硅酸鹽物質(zhì)，稱為巖漿。它的主要成分是SiO2，還有其他元素、化合物以及揮發(fā)組分。巖漿沿著地殼薄弱帶侵入地殼或噴出地表，溫度降低，最后冷凝成的巖石稱為巖漿巖；巖漿噴出地表后冷凝形成的巖石稱為噴出巖；巖漿在地表以下冷凝形成的巖石稱為侵入巖；在較深處形成的侵入巖叫深成巖；在較淺處形成的侵入巖叫淺成巖。 1) 巖漿巖的結(jié)構(gòu) 對花崗巖進(jìn)行仔細(xì)觀察，可見到其中礦物顆粒比較粗大，全部都是結(jié)晶的。而有的巖漿巖礦物顆粒比較細(xì)小，甚至是非晶質(zhì)的。按結(jié)晶程度可分為下列結(jié)

3、構(gòu)： 顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu) 隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu) 玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu) 2) 巖漿巖的構(gòu)造 巖漿巖的構(gòu)造是指巖石中不同礦物和其他組成部分的排列與充填方式所反映出來的巖石外貌特征。常見的 巖漿巖構(gòu)造有： 塊狀構(gòu)造 氣孔狀和杏仁狀構(gòu)造 流紋構(gòu)造 結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的特征反映了巖漿巖的生成環(huán)境，因此它是巖漿巖分類和鑒定的重要標(biāo)志。 3) 常見的巖漿巖 花崗巖：肉紅、淺灰、灰白等色。主要由石英、正長石和斜長石組成。等粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。 閃長巖：淺灰、灰綠等色。角閃石和斜長石為主，正長石、黑云母等次要礦物。等粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。 輝長巖：灰黑、暗綠色。斜長石和輝石為主。等粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。 橄欖巖：暗綠色或黑色。主要為橄欖石、輝石。等粒結(jié)構(gòu)、

4、塊狀構(gòu)造。 花崗斑巖：斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為石英和鉀長石，顏色與構(gòu)造同花崗巖。 流紋巖：淺灰、灰紅色等色。隱晶質(zhì)斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為石英和透長石，流紋構(gòu)造。 安山巖：深灰、紫或綠色。主要礦物成分為斜條石、角閃石，無石英或極少石英。一般為斑狀結(jié)構(gòu)，有時具杏仁狀或氣孔狀構(gòu)造。 玄武巖：黑、灰綠、灰黑色。主要礦物成為基性斜長石、輝石，具隱晶質(zhì)、斑狀結(jié)構(gòu)，常具氣孔或杏仁狀構(gòu)造。 1.1.1.2 沉積巖 沉積巖是在地表條件下，由母巖（巖漿巖、變質(zhì)巖和早已形成的沉積巖）風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物經(jīng)搬運、沉積和硬結(jié)成巖作用而形成的巖石。 按重量沉積巖只占地殼的5%（巖漿巖和變質(zhì)巖共占95%），按面積卻占大陸面積的75%，分布十分

5、廣泛。在我國境內(nèi)，則有77.3%的面積為各類沉積巖所覆蓋。其中，頁巖分布最廣，共次為砂巖和石灰?guī)r。 沉積巖中有很多有用的礦產(chǎn)資源，如煤、石油、天然氣、鐵、錳、鋁、鉀、磷、鹽類及石灰?guī)r等。 1) 沉積巖的礦物成分 根據(jù)成因沉積巖中的礦物成分可分以下三類： 碎屑礦物：是母巖經(jīng)物理風(fēng)化后保留下來抵抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的礦物，如石英、長石、白云母等。 粘土礦物：主要由含鋁硅酸鹽的巖石，經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用分解后產(chǎn)生的新礦物，如高嶺石、膠嶺石、水云母、鋁土礦等。 化學(xué)和生物成因的礦物：從真溶液、膠體溶液中沉淀出來的或生物作用形成的礦物，如方解石、白云石、鐵錳的氧化物和氫氧化物、石膏、石鹽等。 2) 沉積巖的結(jié)構(gòu) 沉

6、積巖的結(jié)構(gòu)主要決定于沉積巖的成因，分為以下四類： 碎屑結(jié)構(gòu)：由碎屑物質(zhì)被膠結(jié)而成的一種結(jié)構(gòu)。 泥質(zhì)結(jié)構(gòu)：由極小的碎屑（顆粒大多數(shù)小于0.01mm）和粘土物組成的，外觀均一致密，質(zhì)地較軟的結(jié)構(gòu)。 化學(xué)結(jié)構(gòu)：是指由化學(xué)作用和生物作用從溶液中沉淀而構(gòu)成的巖石結(jié)構(gòu)。有結(jié)晶結(jié)構(gòu)、鮞粒結(jié)構(gòu)等。 生物結(jié)構(gòu)：是指生物遺體所組成的巖石結(jié)構(gòu)，其中經(jīng)常可見到很多保存完好的或破碎的介殼，如介殼結(jié)構(gòu)和珊瑚結(jié)構(gòu)等。 3) 沉積巖的構(gòu)造 沉積巖的構(gòu)造是指其組成部分的空間分布和它們之間的相互排列關(guān)系所反映出來的巖石綜合特征。 層理：在沉積過程中，由于季節(jié)和氣候等自然因素周期性的改變，引起搬運介質(zhì)水的流量及流向等的變化，因而形

7、成被搬運物質(zhì)的部分、數(shù)量、顆粒大小及有機(jī)物質(zhì)的種類發(fā)生變化，有時還有短期的沉積間斷，結(jié)果使沉積物產(chǎn)生成層性質(zhì)。這種成層性質(zhì)稱為層理。 層面構(gòu)造：在沉積巖層面上經(jīng)常保留有自然作用產(chǎn)生的一些痕跡，如波痕、泥裂等。 結(jié)核：在沉積巖中，常有集中起來呈圓球狀、橢球狀、透鏡體狀、粒狀或其他不規(guī)則形狀的沉積物質(zhì)（或礦物集合體），其成分與周圍巖石不同，這些礦物團(tuán)塊稱為結(jié)核。 4) 常見的主要沉積巖 碎屑巖：碎屑巖是由各類母巖經(jīng)機(jī)械風(fēng)化破碎的產(chǎn)物，又經(jīng)搬運、沉積、壓實和膠結(jié)而成的巖石。如角礫巖、礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖、粘土巖。 化學(xué)巖：含有化學(xué)沉淀而成的礦物組成的巖石。如石灰?guī)r、白云巖（含方解石、白云石

8、）。 生物巖：是由生物遺體堆積下來，經(jīng)過有機(jī)物演變作用形成的巖石。一般是可燃有機(jī)巖，如煤、石油及天然氣。 火山碎屑巖：主要是由火山噴發(fā)形成的固體火山碎屑物質(zhì)所組成的巖石。如火山凝灰?guī)r。 1.1.1.2 變質(zhì)巖 變質(zhì)巖是由原來的巖石（巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖）在地殼中受到高溫、高壓及化學(xué)成分滲入的影響，在固體狀態(tài)下發(fā)生劇烈變化后，形成適應(yīng)新環(huán)境條件的新巖石。這種新巖石在成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造上與原來巖石相比較，均發(fā)生不同程度的改變。變質(zhì)巖不僅具有自身獨特的特點，而且還常常保留著原巖的某些特征。 1) 變質(zhì)巖的礦物成分 組成變質(zhì)巖的礦物很多，一部分是與巖漿巖和沉積巖共生的礦物；而另一部分為變質(zhì)巖所特有的礦

9、物，稱為變質(zhì)礦物。變質(zhì)礦物是在特定環(huán)境下產(chǎn)生的，可作為鑒別變質(zhì)巖的標(biāo)志。常見的變質(zhì)礦物有石榴子石、紅柱石、滑石、硅灰石及石墨等。在變質(zhì)巖和其他巖石中，都能穩(wěn)定存在的共有礦物主要有石英、長石、云母、普通角閃石、普通輝石，以及碳酸鹽類礦物中的方解石和白云大石等。 變質(zhì)巖中的礦物，大部分是在一定壓力條件下的產(chǎn)物，所以往往具有片狀或伸長的形狀，如白云母、滑石、石墨等都是按一定方向排列的片狀礦物。 2) 變質(zhì)巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 巖石在變質(zhì)過程中，往往發(fā)生重結(jié)晶作用，使礦物顆粒增大或重新結(jié)合成新的礦物。因此，變質(zhì)巖一般均具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并與巖漿巖的結(jié)構(gòu)很相似。 變質(zhì)巖的構(gòu)造是指礦物排列的特點而言的，變質(zhì)巖中常見

10、的構(gòu)造有： 片理構(gòu)造：它是變質(zhì)巖中最常見的構(gòu)造。片理構(gòu)造是巖石中所含大量的片狀、板狀和柱狀礦物在定向壓力作用下平行排列形成的，巖石極易沿片理劈開。片理構(gòu)造又可進(jìn)一步分為片構(gòu)造、片狀結(jié)構(gòu)、千枚構(gòu)造和板狀構(gòu)造。 塊狀構(gòu)造：巖石中礦物顆粒均勻分布并無定向排列有構(gòu)造。如有些大理巖和石英巖常具這種構(gòu)造。 3) 常見的變質(zhì)巖 大理巖：大理巖是由碳酸鹽類巖石在熱變質(zhì)或區(qū)域變質(zhì)影響下，經(jīng)過重結(jié)晶作用而成塊狀構(gòu)造。顏色有純白、淺灰、淺紅等色，硬度為33.5，易于加工，所以是極好的裝飾用石材。純白而致密的大理石習(xí)慣稱漢白玉，除用于建筑外，還可供美術(shù)雕刻之用。 石英巖：石英巖是石英砂巖變質(zhì)而成，塊狀結(jié)構(gòu)。無雜質(zhì)的石

11、英巖，顏色潔白；含有鐵質(zhì)氧化物的石英巖，則常呈紅色。 片麻巖：片麻巖是強(qiáng)烈區(qū)域變質(zhì)作用的產(chǎn)物。主要礦物成分為石英和長石。具深、淺色礦物斷續(xù)分布，黑白相間，定向排列的片麻構(gòu)造。 片巖：變質(zhì)程度較淺片麻巖。組成這類巖石的礦物成分主要是一些片狀礦物具明顯的片狀構(gòu)造。 千枚巖：變質(zhì)程度比片巖淺，比板巖深，礦物結(jié)晶極為細(xì)小。具有明顯的絲絹光澤，千枚構(gòu)造。 板巖：變質(zhì)程度最淺。結(jié)構(gòu)均勻致密的板狀劈理巖石。它是由泥質(zhì)巖類經(jīng)受輕微變質(zhì)而成，具板狀構(gòu)造。1.1.2 地質(zhì)作用 由于自然動力引起地殼的物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地表形態(tài)發(fā)生變化與發(fā)展稱為地質(zhì)作用。 地質(zhì)作用可分為內(nèi)動力地質(zhì)作用和外動力地質(zhì)作用。 內(nèi)動力地質(zhì)

12、作用發(fā)生在地球的內(nèi)部，主要由地球本身的能地球的轉(zhuǎn)能、重力能、地球內(nèi)部的熱能引起的地質(zhì)作用。其活動方式又分為：地殼運動、地震作用、巖漿作用及變質(zhì)作用。 外動力地質(zhì)作用發(fā)生在地殼表層，主要由地球以外的能太陽輻射能、日月吸引能所引起的地質(zhì)作用。這種作用造成地表形態(tài)發(fā)生變化，并引起地表化學(xué)元素的遷移、分散和富集。按其作用方式又分為：風(fēng)化作用、剝蝕作用、搬運作用、沉積作用和成巖作用。 1.1.2.1 地殼運動 地殼運動是使地殼發(fā)生變形、變位的地質(zhì)作用。地殼運動改變著巖石的原始產(chǎn)狀，并形成各種各樣的構(gòu)造形狀。又稱為構(gòu)造運動。按照地殼運動的進(jìn)行方向，可分為水平運動和垂直運動。 水平運動：是地殼巖層沿水平方向

13、的移動。當(dāng)?shù)貧r層在水平方向移動過程中遭受到大的擠壓力或引張力時，常有強(qiáng)烈的褶皺和斷裂出現(xiàn)。由于水平運動常地表形成高山，故又稱為造山運動。 垂直運動：是地殼巖層沿著地球半徑方向進(jìn)行的緩慢升降運動。由于這種升降運動是長期交替進(jìn)行的，故又稱振蕩運動。其結(jié)果造成地殼大規(guī)模的隆起和拗陷，引起地勢高低變化及海陸變遷。這種運動可使海洋變?yōu)殛懙兀室卜Q為造陸運動。 上述兩種地殼運動不可能截然分開。在水平運動中伴有垂直運動，垂直運動也伴有水平運動。 1.1.2.3 巖漿作用 在地殼深處高溫、高壓的自然環(huán)境中，形成的一種富含揮發(fā)性成分的高溫粘稠的硅酸鹽熔漿流體稱為巖漿。由于巖漿在地殼下處于高溫、高壓狀態(tài)。具有極

14、大的活動性。一旦溫度或壓力發(fā)生改變，就破壞了它在地殼深處的平衡，引起巖漿活動，即順著地殼脆弱地帶侵入到地殼中，甚至噴出地表。 巖漿作用是指從巖漿的形成、運移、演化直到冷凝成巖漿巖的全部過程。巖漿作用有兩種方式： 巖漿的噴出作用：巖漿噴出地表，稱為火山噴發(fā)。這種活動稱巖漿的噴出作用（或火山作用）。由巖漿噴出地表而形成的巖石，稱為噴出巖或火山巖。 巖漿的浸入作用：巖漿從地殼深部向上運移，并不是都能達(dá)到地表，常常在地殼里冷凝結(jié)晶，轉(zhuǎn)化為固態(tài)巖石。這種由地下深處上升到地殼冷凝成巖的過程稱為侵入作用。 1.1.2.4 變質(zhì)作用 變質(zhì)作用：是指地下深處固態(tài)巖石在高溫、高壓和化學(xué)活動性流體作用下，引起巖石的

15、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或化學(xué)成分發(fā)生變化，形成新的巖石的一種地質(zhì)作用。根據(jù)變質(zhì)作用的地質(zhì)條件和變質(zhì)因素的不同，可將變質(zhì)作用分為三種類型： 動力變質(zhì)作用：巖石受到強(qiáng)烈定向壓力而產(chǎn)生變形、破碎以致重結(jié)晶的地質(zhì)作用。一般出現(xiàn)在構(gòu)造破碎帶中，通常形成構(gòu)造角礫巖、破碎巖、糜棱巖。 接觸變質(zhì)作用：巖漿侵入圍巖時，在侵入體與圍巖接觸的地帶，受到巖漿的高溫及其分異出來的熱氣和熱液的影響而發(fā)生的一種變質(zhì)作用。常形成大理巖、石英巖、角巖、矽卡巖。 區(qū)域變質(zhì)作用：指廣大地區(qū)內(nèi)的巖石在溫度、壓力及流體等因素的影響下而發(fā)生的變質(zhì)作用。常形成除石英巖、大理巖外的還有板巖、千枚巖、片巖、片麻巖等。 1.1.2.5 風(fēng)化作用 風(fēng)化作用是

16、指巖石在地表或接近地表的地方，在溫度變化、水及水溶液作用、大氣及生物作用等的影響下發(fā)生的破壞作用。分三種類型： 物理風(fēng)化作用：指巖石發(fā)生機(jī)械破碎，而沒有顯著的化學(xué)成分變化的作用。如溫度變化。出露在地表的巖石，由于受白天與夜間溫度差的影響使巖石外部與內(nèi)部產(chǎn)生差異的膨脹與收縮，天長日久，巖石中產(chǎn)生了許多裂隙，致使層層剝落，彼此脫離，最后巖石完全破碎。 化學(xué)風(fēng)化作用：指巖石在水、氧氣、二氧化碳等作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的地質(zhì)作用。巖石經(jīng)過化學(xué)風(fēng)化作用，除改變其原來的成分外，還會產(chǎn)生新礦物。 生物風(fēng)化作用：指由于生物的活動對巖石所產(chǎn)生的破壞作用。如生長在巖石裂隙中的植物，樹根生長對巖石所產(chǎn)生的壓力可達(dá)1.

17、011061.52106Pa，從而使巖石裂隙逐漸擴(kuò)大，引起巖石崩解。1.1.2.6 剝蝕作用 剝蝕作用是指各種外營力在運動狀態(tài)下對地面巖石及風(fēng)化產(chǎn)物的破壞作用。剝蝕作用可分為機(jī)械剝蝕作用和化學(xué)溶蝕作用。 機(jī)械剝蝕作用：以流動著的物質(zhì)為動力，如風(fēng)、地表流水、地下水等，對巖石進(jìn)行破壞，并把破壞的產(chǎn)物剝離移開的破壞作用。如流水中夾帶著碎石、砂子，不斷地撞擊、刻劃著坡底巖石，致使剝蝕作用更加強(qiáng)烈，可形成峽谷。 化學(xué)溶蝕作用：含有化學(xué)離子的流水對巖石以溶解方式進(jìn)行的破壞作用。 風(fēng)化和剝蝕都是外力破壞作用。前者是相對靜止地對巖石起破壞作用，后者是運動著的物質(zhì)對地表巖石起破壞作用。巖石風(fēng)化之后便于進(jìn)行剝蝕，

18、其風(fēng)化產(chǎn)物被剝蝕后又便于繼續(xù)風(fēng)化，二者相互依賴地進(jìn)行，這就不斷為沉積巖提供充足的物質(zhì)來源。 1.1.2.7 搬運作用 搬運作用是指經(jīng)風(fēng)化作用和剝蝕作用的產(chǎn)物，被流水、海浪、風(fēng)、冰川、重力等轉(zhuǎn)移離開原來位置到沉積區(qū)的作用。 流水的搬運作用最強(qiáng)。流水以溶液、懸浮和底運方式將物質(zhì)搬運沉積區(qū)。 1.1.2.8 沉積作用 沉積作用指風(fēng)水、剝蝕的產(chǎn)物被搬運到沉積區(qū)，在重力、生物和化學(xué)作用下搬運物逐漸沉淀、累積的作用。 1.1.2.9 成巖作用 原巖（巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖）經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積等一系列作用形成的沉積物仍是松散物質(zhì)，并不是固結(jié)堅硬的巖石，還必須再經(jīng)過物理、化學(xué)的及生物的變化和改造，使其

19、水分排出，孔隙度減少，密度增大，膠結(jié)，重結(jié)晶并產(chǎn)生新礦物等過程，才能變成堅固硬結(jié)的巖石。 成巖作用是指促使松散沉積物變成固結(jié)巖石的作用。 1.2 礦床學(xué)基礎(chǔ) 礦床學(xué)是直接應(yīng)用于礦物資源的開發(fā)和利用的地質(zhì)學(xué)科，也稱為經(jīng)濟(jì)地質(zhì)學(xué)。礦床是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，礦床的形成取決于地質(zhì)作用的規(guī)律；礦床的范圍及其利用價值要隨經(jīng)常技術(shù)條件的發(fā)展而改變。過去不夠礦床條件的某些礦化巖體或巖石，今天可能成為礦床。今天尚不能利用的某些巖石和礦物，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)更加發(fā)展的明天，就有可能作為礦產(chǎn)加以利用。由此可見，礦床的概念中包括有地質(zhì)的和經(jīng)濟(jì)技術(shù)的雙重意義。 1.2.1 與礦產(chǎn)有關(guān)的術(shù)語 礦產(chǎn)：是指自然界產(chǎn)出的可供人們利用的天然

20、礦物資源。礦山開采的直接對象是礦體。 礦體：是指地殼中具有各種幾何形態(tài)及產(chǎn)狀的礦石自然聚集體。一個礦床可以是一個礦體，也可以是多個大小不等的礦體群。 礦體的產(chǎn)狀：是指礦體產(chǎn)出的空間位置和地質(zhì)環(huán)境。主要包括：礦體的空間位置（用走向、傾向、傾角、側(cè)伏角、傾伏角等產(chǎn)狀要素來確定）、礦體的埋藏深度、礦體與周圍巖石的空間關(guān)系、礦體與圍巖層理、片理的關(guān)系和礦體與地質(zhì)構(gòu)造的空間關(guān)系。 圍巖：是指礦體周圍的巖石。有的礦體與圍巖的界線較清楚，如脈狀礦體；有的礦體與圍巖之間是漸變過渡，沒有明顯界線，需要通過采樣化驗，根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)來圈定。圖1-1 由多個礦體組成的礦床 黑色礦體 白色圍巖 礦石：是指從礦體中開采

21、出來的，從中可提取有用組分（即元素、化合物或礦物）的礦的集合體。礦石一般由礦石礦物和脈石礦物兩部分組成。 礦石礦物：是指可被利用的金屬或非金屬礦物，也稱有用礦物，如銅礦石中的黃銅礦、斑銅礦和孔雀石。 脈石礦物：是指礦石中不能利用的礦物，也稱無用礦物，如銅礦中的石英、絹云母和綠泥石。 脈石：一般泛指礦體中的無用物質(zhì)，包括圍巖的碎塊、夾石和脈石礦物，它們通常在開采和選礦過程中被廢棄掉。 夾石：是指礦體中內(nèi)部不符合工業(yè)要求的巖石，它的厚度超過了允許的范圍，在礦床的儲量計算時，就得從礦體中剔除。 品位：又稱礦石品位，是指礦石中有用組分的百分比含量，一般用重量百分比來表示。因礦種不同，礦石品位的表示方法

22、也不同。大多數(shù)金屬礦石，如鐵、銅、鉛、鋅等礦石，是以其中金屬元素含量的重量百分比表示；有些金屬礦石的品位，則是以其中的氧化物，如WO3、V2O5等的重量百分比表示；大多數(shù)非金屬礦物原料的品位，是以其中有用礦物或化合物的重量百分比表示，如鉀鹽、明礬石等；貴金屬礦石的品位一般以g/t表示；原生金剛石礦石的品位，以mg/t表示；砂礦品位一般以g/m3或kg/m3表示。礦石品位是衡量礦石質(zhì)量好壞的主要標(biāo)志。 邊界品位：是指用劃分礦與非礦界限的最低品位，如銅礦的邊界品位為0.2%0.3%，鉬礦為0.02%0.04%等。 品級：又稱礦石品級，根據(jù)礦石中有益、有害組分的含量，或礦石的物理性能以及不同用途，按

23、照工業(yè)上規(guī)定的要求，對礦石劃分的品種等級，為工業(yè)上合理開采利用。如鐵礦石可分為平爐富礦、高爐富礦、富硫礦石、貧硫礦石等；石棉根據(jù)纖維長度及柔韌性分成不同品級；云母根據(jù)最大有效面積及分剝性分成若干品級等。 工業(yè)品位：指在當(dāng)前能供開采和利用礦段或礦體的最低平均品位，只有礦段或礦體的平均品位過到工業(yè)品位時，才能計算工業(yè)儲量。如銅礦的工業(yè)品位為0.4%0.5%，鉬礦為0.04%0.06%。工業(yè)品位是隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的發(fā)展和需求程度而不斷變化的。例如十九世紀(jì)到現(xiàn)在，銅礦的工業(yè)品位自10%降到0.5%，甚至一些大型銅礦床的工業(yè)品位可降到0.3%。另外，工業(yè)品位對不同的礦床類型其標(biāo)準(zhǔn)也是不同的。一般說，工業(yè)

24、品位主要決定于以下幾個因素： 礦床的規(guī)模大小 礦床的規(guī)模愈大，工業(yè)品位要求愈低。如對鉬礦來說，大型礦床的工業(yè)品位為0.06%，而小型礦床則為0.2%0.3%左右。又如大型殘余型硅酸鹽鎳礦，工業(yè)品位為0.5%，而小型的則要求為0.7%0.8%。 礦石綜合利用的可能性 如在斑巖型銅礦床中伴生的鉬，只要達(dá)到萬分之幾便可綜合利用。由于鉬等有用元素的存在，擴(kuò)大了礦床的工業(yè)價值，因此對銅的工業(yè)品位也可適當(dāng)降低。 礦石的工藝技術(shù)條件 如鈦礦石，對不易冶煉的鈦鐵礦礦石，要求其中的TiO2含量不得低于8%10%；而對易冶煉的金紅石礦石，則要求TiO2達(dá)到3%4%即有工業(yè)價值。對于自熔性鐵礦石的品位要求，也比非自

25、熔性鐵礦石品位要求低。如菱鐵礦礦石就比磁鐵礦礦石的工業(yè)品位低，因在冶煉菱鐵礦石時，可以不加或少加熔劑。 1.2.2 礦床 礦床：是指在地殼中，由地質(zhì)作用形成的，在質(zhì)和量及埋藏條件等諸方面，均符合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，能被開采和利用的地質(zhì)體。礦床由礦體和圍巖兩個基本部分組成。礦體是在一定的構(gòu)造和地質(zhì)單元或單元組合中的天然礦物資源的局部堆積體，是礦床的核心部分。一個礦床或由單一礦體構(gòu)成，也可由數(shù)個、數(shù)十個、乃至更多的不同形狀、不同規(guī)模的礦體組成。礦床分類的方案較多，較為通用的有工業(yè)分類和成因分類兩種： 礦床的工業(yè)分類是以礦產(chǎn)在工業(yè)上的主要用途為依據(jù)進(jìn)行的分類。該分類反映了對各種礦產(chǎn)的利用程度。是在工

26、業(yè)、商業(yè)及其他方面運用很廣的分類。其分類方案很多，一般分為金屬礦床（如黑色金屬、有色金屬等）、非金屬礦床（如冶金和耐火絕熱原料、化工和農(nóng)業(yè)原料、建筑、玻璃和陶瓷原料等）、可燃性礦床（如油頁巖、石油天然氣）。 礦床的成因分類反映了對礦床成因和形成過程的認(rèn)識程度。礦床的形成受到成礦物質(zhì)及其來源、成礦環(huán)境和成礦作用三個基本因素的影響和控制。表的分類方案是一個簡化的成因分類(表1-1)。 1.2.3 成礦作用 成礦作用是指在地球的演化過程中，使分散在地殼中的化學(xué)元素，在一定的地質(zhì)環(huán)境中相對富集而形成礦床的作用。可劃分為三大類，相應(yīng)地形成內(nèi)生礦床，外生礦床和變質(zhì)礦床。 內(nèi)生成礦作用 由地球內(nèi)部熱能的影響

27、導(dǎo)致形成礦床的各種地質(zhì)作用。 外生成礦作用 在太陽能的影響下，在巖石圈上部、水圈、大氣圈和生物圈的相互作用過程中，導(dǎo)致在地殼表層形成礦床的各種地質(zhì)作用。外生成礦作用基本上是在溫度、壓力比較低的條件下進(jìn)行的。 變質(zhì)成礦作用 在內(nèi)生成礦作用或外生成礦作用中形成的巖石或礦床。由于地質(zhì)環(huán)境的改變，特別是經(jīng)過深埋或其他熱動力事件，它們的礦物成分、化學(xué)成分及構(gòu)造結(jié)構(gòu)等都要發(fā)生改變，甚至可使原來的礦床消失，也可以產(chǎn)生某種有用礦物的富集而形成新的礦床的地質(zhì)作用。 1.2.4 決定礦床工業(yè)價值的因素 決定礦床工業(yè)價值的因素很多，主要有以下三個方面： 礦床本身的特征和性質(zhì) 包括礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀和儲量，礦石的質(zhì)量（

28、品位、有益和有害組分含量），礦石綜合利用價值和礦床開采、選礦、冶煉技術(shù)條件等。對非金屬礦床，不僅要注意礦床的儲量和品位，而且要注意有用礦物的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及工藝技術(shù)特點，有時是評價礦床的主要因素。 國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)對礦產(chǎn)的要求 主要包括經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)計劃中對各類礦產(chǎn)的需要數(shù)量，礦床的地理分布，該地區(qū)的發(fā)展遠(yuǎn)景計劃等。 礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)因素 如動力資源、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件、交通運輸以及食品、勞動力供應(yīng)等。 在評價一個礦床時，應(yīng)該全面考慮上述各種因素，但決定礦床是否有關(guān)開采價值，首先要考慮國家和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)的要求。 1.2.5 礦量管理 礦石儲量分為三級，即開拓儲量，采準(zhǔn)儲量和備采儲量。

29、這叫做三級儲量，又稱生產(chǎn)礦量。 開拓儲量 被完整的開拓系統(tǒng)（掘進(jìn)形成了一定的運輸、通風(fēng)、排水系統(tǒng)）所控制的礦床儲量叫做開拓儲量。 采準(zhǔn)儲量 是開拓儲量的一部分。凡完成了采礦方法所規(guī)定的采準(zhǔn)工程的礦塊或礦壁的儲量，叫做采準(zhǔn)儲量。 備采儲量 是采準(zhǔn)儲量的一部分。凡完成了采礦方法所規(guī)定的切割工程的礦塊或礦壁的儲量，叫做備采儲量。礦石的損失貧化和質(zhì)量管理 礦石的損失：指在開采礦床時，由于種種原因而造成一部分工業(yè)儲量未能采出，或采下礦石未能全部運至地表面而丟失。礦石損失的原因如下： 1) 由于地質(zhì)構(gòu)造破壞和水文地質(zhì)條件的影響，礦體埋藏條件復(fù)雜，在當(dāng)前技術(shù)條件下難以采出而造成的。 2) 為了保護(hù)井筒或地面

30、重要設(shè)施、河流等所留下的保安礦柱而造成的。 3) 回采過程中所造成的。 4) 在裝礦、運輸、卸礦生產(chǎn)過程中所造成的。 礦石的貧化：就是采出礦石的品位比在原礦的品位降低了。貧化的原因是由于廢石的混入，高品位礦石的損失以及某些金屬被浸出。貧化使得礦石的成分發(fā)生質(zhì)的變化，因而造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。 礦石損失率：損失量與工業(yè)儲量的百分比。 礦石回收率：開采后所得到的礦石量與工業(yè)區(qū)儲量的百分比。礦石的損失率和回收率相加為百分之百。 礦石的貧化率：分為視在貧化率和實際貧化率。視在貧化率是指礦石品位降低的百分?jǐn)?shù)貧化率是指混采下來的廢石混入率。 生產(chǎn)現(xiàn)場的損失率和實際貧化率指標(biāo)對采礦生產(chǎn)作業(yè)有較大的指導(dǎo)意義。

31、1.3 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造是地殼運動的產(chǎn)物。 承受地殼運動的巖層或巖石，在地殼運動的力的作用下發(fā)生變形或變位留下的形跡，稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造的基本類型有：水平構(gòu)造、傾斜構(gòu)造、褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造等。 1.3.1 巖層產(chǎn)狀的概念 巖層 是內(nèi)、外力地質(zhì)作用綜合作用的產(chǎn)物。巖石由于礦物成分、顆粒大小、顏色等方面的變化，或短暫的沉積間斷，而產(chǎn)生了成層構(gòu)造。 層面 指層與層之間的分界面。平行的或近似平行的兩個層面所限制的層狀巖石，稱為巖層。巖層的上界面，稱頂面（或上層面）；下界面，稱底面（或下層面）。相鄰巖層的分界面，既是上部巖層的底面，又是下部巖層的頂面。巖層頂、面之間的垂直距離為巖層的真厚度。 巖層

32、的產(chǎn)狀 是指巖層在空間的位置。確定巖層的空間位置是用巖層的走向、傾向和傾角來表示，稱為產(chǎn)狀要素如圖。 走向 傾斜巖層層面與水平面相交的線叫走向線，走向線兩端的延伸方向叫走向。它表示巖層在空間的水平延伸方向。如果軟硬巖層相間，硬巖層抗侵蝕能力強(qiáng)，常突出成山脊或陡崖，此時山脊或陡崖的水平延伸方向大致平行于巖層走向。 傾向：巖層向下傾斜最大的傾斜線在水平面上的投影所指的方向，與走向正交。實際工作中沿著或背著傾向方向最容易在較短距離內(nèi)看到不同時代的巖層。 傾角：巖層層面與水平面之間的夾角。 巖層層面的產(chǎn)狀要素用地質(zhì)羅盤來測量，測量的結(jié)果用方位角表示。常用的記錄格式如：“1500300表示傾向為1500

33、（南東方向），傾角為300。 巖層形成后，經(jīng)受地殼運動改變了原始沉積時的位置，但仍然保持上層面在上，下層面在下，即巖層下老上新的特點時，稱為正常產(chǎn)狀如圖；倘若巖層受到強(qiáng)烈地殼運動可使巖層直立如圖，甚至發(fā)生倒轉(zhuǎn)，形成上層面在下，下層面在上即老巖層在上、新巖層在下的倒轉(zhuǎn)產(chǎn)狀。1.3.2 水平構(gòu)造 原始巖層一般是水平的，在漫長的地質(zhì)歷史中，由于地殼運動、巖漿活動等的影響，巖層產(chǎn)出狀況發(fā)生多樣的變化。有的巖層雖然經(jīng)過地殼運動使其位置發(fā)生變化，但仍保持水平狀態(tài)，這樣的構(gòu)造稱為水平構(gòu)造。絕對水平的巖層是沒有的，因而所謂水平構(gòu)造是指受地殼運動影響較輕微的某些地區(qū)或受強(qiáng)烈地殼運動影響的巖層的某一局部地段或大范

34、圍的均勻抬升或下降的地區(qū)。水平構(gòu)造中較新的巖層總是位于較老的巖層之上。當(dāng)?shù)匦问芮懈顣r，老巖層總是出露在低洼地方，而較新的巖層總是出露在較高的位置。 1.3.3 傾斜構(gòu)造 當(dāng)?shù)貧み\動不僅使巖層形成時的位置發(fā)生變化，而且改變了巖層的水平狀態(tài)，使巖層層面和水平面間具有一定的夾角時，稱為傾斜構(gòu)造。傾斜巖層往往是褶曲的一翼、斷層的一盤或者是不均勻抬升或下降所引起。1.3.4 褶皺構(gòu)造 褶皺是指巖層受到地殼運動的影響而發(fā)生柔性變形，使巖層變成彎彎曲曲的形狀，但仍保持其連續(xù)完整性。 1) 褶曲的概念和褶曲的基本類型 地殼運動不僅引起巖層的升降和傾斜，而且還可以使 巖層被擠成各式各樣的彎曲。巖層被擠壓形成的一

35、個彎曲叫褶曲。 自然界中孤立存在的單個彎曲很少，大多是一系列波狀彎曲而保持巖層的連續(xù)完整性，這一系列的波狀彎曲叫褶皺。 褶曲的基本類型有兩種：背斜和向斜。一般來說，背斜是向上拱起的彎曲，中心部分巖層相對較老，而兩側(cè)由相對較新的巖層組成；向斜是向下彎曲且中心部分相對較新，兩側(cè)由相對較老的巖層組成。 2) 褶曲的核和翼部 出露在地面上褶曲中心部分的巖層叫核。翼是指褶曲核部兩側(cè)對稱出露的巖層。圖1-2 向斜和背斜 1.3.5 斷裂構(gòu)造 斷裂是指巖層受地殼運動的影響而發(fā)生脆性變形，產(chǎn)生裂縫或錯動，使巖層失去連續(xù)完整性，形成斷裂構(gòu)造。1.3.5.1 裂隙 巖層斷裂后，如果兩側(cè)巖塊沒有發(fā)生顯著的位移稱為裂

36、隙。裂隙就是巖石中的裂縫。巖石中的裂縫可以在成巖過程中形成，也可以在成巖后受外力地質(zhì)作用而生成。但更多而有意義的是地殼運動產(chǎn)生的構(gòu)造裂隙。巖層破裂后的破裂面稱為裂隙面，它的形狀多樣，可以是平坦的，也可以是彎曲的，產(chǎn)狀可以是直立的，傾斜的和水平的。 1) 張裂隙 巖石受張應(yīng)力產(chǎn)生的裂隙。它具有張開的裂口，裂隙面粗糙不平，延長不遠(yuǎn)。當(dāng)張裂隙通過礫巖時，裂隙面常繞過礫石而呈現(xiàn)凹凸不平狀。張裂隙常為石英脈、方解石脈、礦脈等充填。 2) 剪裂隙 又稱扭裂隙，是巖層剪應(yīng)力產(chǎn)生的裂隙。常發(fā)生在與壓應(yīng)力方向呈450夾角的平面上，即最大剪切面上。在巖石中，常見到兩組相互交叉的剪節(jié)裂隙，稱X裂隙。剪節(jié)裂隙具有緊閉

37、的裂口，裂隙面比較光滑而平直，延長較遠(yuǎn)，有時在裂隙面上可見到小擦痕。如果剪裂隙通過礫巖時，裂隙面常切斷礫石。 3) 研究裂隙的意義 研究裂隙的類型、成因和分布規(guī)律，對找礦和工程施工均有重要意義。富含張裂隙的巖石，往往構(gòu)成含水層，對地下水的富集、運動有密切關(guān)系。此外，在礦井下的坑道施工之前，需了解裂隙構(gòu)造的特性及分布規(guī)律，以防止可能引起的破壞作用。 1.3.5.2 斷層及斷層要素 巖層或巖體受力破裂后，破裂面兩側(cè)的巖塊如果發(fā)生了明顯的位移，這種斷裂構(gòu)造稱為斷層。 斷層各組成部分的名稱叫斷層要素。主要的斷層要素有斷層面、斷層兩盤（斷盤）。 斷層面：巖層或巖體發(fā)生斷裂位移時相對滑動的斷裂面。有的斷層

38、面是比較規(guī)則的平面，但多數(shù)是波形起伏的曲面。有的斷層破裂位移時是沿著許多密集的破裂面發(fā)生的，這樣的斷裂面就不是一個簡單的平面，而是在寬度為幾厘米、幾米、數(shù)十米甚至更寬的地帶內(nèi)巖層被揉皺、破裂、切錯的破碎帶，稱為斷層破碎帶。一般說來，斷層規(guī)模越大，破碎帶越寬，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。破碎帶巖層破碎，抗風(fēng)化剝蝕能力也就越小，因而沿破碎帶分布的方向上，一般地勢低洼，常有河流溝谷分布，也常是地下水出露的地方。 斷層面和裂隙面的空間位置和傾斜巖層一樣，可用產(chǎn)狀要素走向、傾向、傾角來確定。 圖1-3 斷層要素 斷層線：指斷層面與地面的交線，即斷層面在地面的出露線。它可以是直線，也可以是曲線。斷層線是主要的地質(zhì)界線之一

39、。 斷盤：斷層面兩側(cè)的巖塊稱為斷盤。斷層面如果是傾斜的，按相對位置把位于斷層面上面的斷盤稱為上盤，斷層面下面的斷盤稱為下盤。按運動方面把相對上升的一盤稱為上升盤，相對下降的一盤稱為下降盤。 斷距：斷層兩盤相對錯開的距離稱為斷距。有關(guān)斷距的名稱較多，現(xiàn)介紹幾種常用的斷距。 真斷距：斷層面上某一點，隨著上、下盤相對位移而撕裂為兩個點，這兩點之間移動的距離，稱為真斷距。 地層斷距：指上、下盤中同一地層層面的垂直距離。 落差：在橫切斷層的剖面上，上、下盤同一巖層界線與斷層線各有一個交點，兩個交點間的高程差H，稱斷層落差。兩個交點間的水平距離L，稱平錯。 斷層破碎帶：斷層兩盤相對位移時，由于擠壓、錯動、

40、摩擦等沿漸層面巖石破碎、研細(xì)、揉皺，形成斷層破碎帶。 斷層的分類很多，這里只簡單介紹根據(jù)斷層兩盤相對位移方向把斷層分為： 正斷層：斷層的上盤相對下降，下盤相對上升的斷層。 逆斷層：斷層的上盤相對上升，下盤 相對下降的斷層。 平移斷層：斷層兩盤沿斷層面走向（水平方向）相對移動的斷層。 要實際中，常常不是某一條斷層單獨出現(xiàn)，而是若干條斷層相互結(jié)合起來形成一定的組合形式。如階梯狀斷層、地塹、地壘。 地殼中有些地區(qū)斷層特別發(fā)育，大大小小的斷層組合在一起，延伸數(shù)十乃至數(shù)百千米，寬度可達(dá)數(shù)千米，這樣的地區(qū)往往呈帶狀出現(xiàn)，稱為斷裂帶。圖1-4 斷層的基本類型（從上到下：斷層前；正斷層；逆斷層；平移斷層） 1

41、.3.6 地質(zhì)構(gòu)造與采掘的關(guān)系1.3.6.1 褶曲構(gòu)造與采掘的關(guān)系 褶曲雖然影響了礦層在空間的產(chǎn)狀和位態(tài)，但沒有破壞巖礦層的連續(xù)性，在井巷中比較容易追索和控制。 有些大型向斜，由于軸部埋藏較深，開采困難，兩翼分別由兩個礦井開采，其軸部作為礦田的邊界；有些大型背斜，兩翼礦床距離較遠(yuǎn)，井下難以形成統(tǒng)一生產(chǎn)系統(tǒng)，往往以背斜軸線為界，兩翼分別由兩個礦井開采。處于向斜構(gòu)造中的礦井，常把運輸巷布置在向斜軸部附近，以便使一條運輸巷解決向斜兩翼的運輸問題。對于背斜構(gòu)造，開拓時常把總回風(fēng)巷布置在背斜的軸部附近，便于兩翼回風(fēng)利用。 中、小型褶曲構(gòu)造對礦井開拓影響不大，但對采掘準(zhǔn)備施工有一定影響。一般以背、向斜軸線

42、布置上山或下山，兩翼作為采場；或以褶曲軸線和為采場的邊界。運輸巷一般是沿礦層的走向（沿水平）掘進(jìn)的，褶曲使井巷彎曲增多，不利于生產(chǎn)。 1.3.6.2 斷層構(gòu)造與采掘關(guān)系 斷層破壞了礦層的完整性和連續(xù)性，對采掘有極大影響。大型斷層一般可作為礦田的邊界，把斷層礦柱與邊界保留礦柱合為一體，減少礦量損失。由于大斷層的破碎帶較寬，應(yīng)盡量不使井巷橫穿斷層，以免造成突水和冒頂事故。 在布置采場時，也應(yīng)以斷層作為采場的隔離邊界，減少井巷追索礦層產(chǎn)生上、下坡。主要運輸巷道一般選擇在較堅硬的巖層當(dāng)中，且盡量少改變方向。但在斷層錯動的地方，斷層上、下盤同一巖層位移較大，必須考慮改道，這樣給開拓增加了難度。 在采掘過

43、程中常會遇到一些以前沒有發(fā)現(xiàn)的斷層構(gòu)造，應(yīng)根據(jù)各地不同的地質(zhì)條件和生產(chǎn)的需要，分別采用相應(yīng)的措施。 裂隙對采掘布置沒有什么影響，但對井巷支護(hù)和維護(hù)有重要影響。裂隙破壞了巖石的整體性，對相互割裂的巖塊支護(hù)難度增大，必須加強(qiáng)、加密支護(hù)。裂縫也是礦井淋水通道，容易造成底凸，井巷圍巖失穩(wěn)，增加井巷維修量。 1.4 地下水的基本知識 自然界中的水，存在于大氣中、地殼表面和地殼里。大氣中的水呈水蒸氣及云、霧、雨、雪和冰雹等形式存在于空氣中；地殼表面的水，分布在河流、湖泊、海洋內(nèi)或呈冰雪覆蓋于高山頂部；地殼里的水，存在于巖石的空隙中。大氣中的水稱大氣水；地殼表面的水稱地表水；地殼里的水稱地下水。1.4.1

44、地下水概述 地下水保存在風(fēng)化殼或巖石的孔隙、裂隙及巖溶中。分布是有一定規(guī)律的。當(dāng)開始挖井時，見到土是干的，其實里面含有氣態(tài)水、吸著水、薄膜水；向下挖土是發(fā)濕的，顏色變深，但井中無水，說明已挖到毛細(xì)水帶；再往下時，水開始滲入井中，并逐漸形成一個地下水面，這就是重力水；在重力水面以下，則稱為飽水帶。 地下水是一種重要的地質(zhì)營力，在其不斷的運動中必然與周圍的巖石相互作用、相互影響。因此，地下水是改造地殼表層面貌的重要因素之一，也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的資源。 地下水現(xiàn)地表和大氣降水之間存在著密切關(guān)系，它們在自然界中形成水的循環(huán)。即地表水和地下水受到太陽輻射熱力的作用，蒸發(fā)變成水蒸氣上升到大氣中，當(dāng)氣

45、態(tài)水遇冷凝結(jié)變成霧、雨、雪、雹等，在地球引力作用下，降落到地表。降到地表的水，其中一少部分被蒸發(fā)重返大氣中，一部分匯入江河入湖海成為地表水，一部分沿著巖石的空隙滲入地下形成地下水。地下水除少部分蒸發(fā)到大氣中外，其剩余的大部分又沿著巖石空隙在地下流動，在適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)條件下流出地表又成為地表水。 地下水存在于巖石的空隙中，巖石空隙的大小、多少、連通程度和分布狀況，都是決定地下水的存在和運動規(guī)律的主要因素。 巖石（包括堅硬的和松散的）內(nèi)部并不是致密的，而是有許多相互連通的孔隙、裂隙和洞穴。因而地下水在巖石中可以通過，這種巖石能被水透過的性能，稱巖石的透水性。有的巖石（如粘土），雖有很多的空隙，但因它們

46、太小或彼此間很少連通，透水性不好，地下水很能在其中流動。能透水的巖層叫透水層。透水性最好的巖石是巖溶溶洞大的石灰?guī)r和白云巖，以及空隙大的礫巖和砂巖。不能透水的巖層叫不透水層或隔水層。如粘土及頁巖，以及空隙少的巖漿巖。透水層和不透水層在自然界是相對的。當(dāng)一種巖層較其頂?shù)装鍘r層透水性都好時，其本身成為透水層，其頂?shù)装鍘r層起隔水作用而為隔水層。充滿了地下水的透水層，叫含水層。1.4.2 巖石的空隙性 巖石空隙分為孔隙、裂隙、巖溶等三種類型。 孔隙 松散巖石（如粘土、砂土、礫石等）和沒有完全膠結(jié)的沉積巖，巖石的顆粒之間存在有空隙，這種空隙稱為孔隙。不同巖石孔隙的大小和多少均不一樣。一般來說，由較大顆粒

47、組成的巖石具有較大的孔隙，但其孔隙數(shù)量較少。 裂隙 堅硬巖石由于受地殼運動中構(gòu)造應(yīng)力的作用和外力的風(fēng)化剝蝕作用，在巖石中產(chǎn)生了各式各樣的裂縫，稱為裂隙。裂隙在巖石中的分布很不均，有的地方裂隙特別發(fā)育，有的地方不發(fā)育，特別是斷裂帶中構(gòu)造裂隙的不均勻性更為明顯。 巖溶 地下水溶蝕了某些可溶性巖石（如石灰?guī)r、石膏、巖鹽等）后，在巖石中形成的洞穴稱巖溶溶洞。巖石中，巖溶溶洞的分布不均勻，大小相差很大。1.4.3 地下水的分類1.4.3.1 按埋藏條件劃分的各類地下水的特征 上層滯水 是埋藏在地表不深的飽氣帶中局部隔水層上的重力水。 潛水 是埋藏在地表以下第一個穩(wěn)定隔水層以上，且具有自由水面的重力水。

48、潛水在自然界分布很廣，一般埋藏在第四紀(jì)松散沉積層的孔隙中，以及堅硬基巖的裂隙及可溶巖的巖溶溶洞內(nèi)。潛水的自由表面，稱潛水表面。潛水面至地表的距離，稱潛水埋藏深度。自潛水面至隔水層頂面的距離，稱潛水含水層厚度。潛水面上任一點的標(biāo)高，稱該點的水位。 承壓水 是充滿于兩個隔水層間的含水層中的重力水，它又稱為自流水。 承壓水的形成主要決定于構(gòu)造條件，在適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)構(gòu)造條件下，無論孔隙水、裂隙水和巖溶水都可以形成承壓水。最適宜形成承壓水和構(gòu)造條件有向斜（或盆地）構(gòu)造和單斜構(gòu)造。1.4.3.2 按含水層空隙性質(zhì)分類 孔隙水 指存在于松散巖層中的水，其存在條件和特征決定于巖石的孔隙發(fā)育情況。因為巖石孔隙的大小

49、和多少，不但關(guān)系到巖石透水性的好壞，而且直接影響到巖石中地下水量的多少及其在巖石中的運動條件。 裂隙水 埋藏在基巖裂隙中的地下水稱為裂隙水。主要分布在松散覆蓋層下面的基巖中。裂隙的性質(zhì)和發(fā)育程度決定了裂隙水的存在和富水性。按成因，巖石的裂隙可分為風(fēng)化裂隙、成巖裂隙和構(gòu)造裂隙三種類型。 當(dāng)斷層破碎帶規(guī)模大、透水性強(qiáng)、補(bǔ)給水源充足時，就可能形成涌水量大而穩(wěn)定的突水帶，給礦山安全造成威脅，因此應(yīng)給予足夠的重視。 巖溶水 巖溶是發(fā)育在可溶性巖石地區(qū)的一系列獨特的地質(zhì)作用和現(xiàn)象的總稱，又稱為“喀斯特”。這種地質(zhì)作用包括地下水的溶蝕作用和沖蝕作用。產(chǎn)生的地質(zhì)現(xiàn)象，就是由這兩種作用所形成的各種溶洞和溶蝕地形

50、。埋藏于溶洞中的重力水，稱為巖溶水，或稱為喀斯特水，亦稱溶洞水。1.4.4 礦井充水水源 礦井充水的主要因素包括：水的來源、涌水通道（即水路）和影響水量大小的因素等。它們是計算涌水量、預(yù)測突水和對礦床疏干及礦井排水設(shè)計的先決條件和重要依據(jù)。 1.4.4.1 礦體及圍巖空隙中的地下水 有些礦床、礦體本身有較大的空隙，其內(nèi)充滿了地下水，這些水在開采礦產(chǎn)時可以直接流入坑道，成為涌水水源。有些礦床本身并不含水，但由于鄰近空隙的性質(zhì)，這些地下水可以是孔隙水、裂隙水或巖溶水。 孔隙水水源 孔隙水存在于松散巖層的孔隙中，當(dāng)開采松散沉積層中的礦產(chǎn)或開采接近松散沉積層的礦產(chǎn)時，常遇到這種水源。 裂隙水水源 坑道

51、揭露含有裂隙水的礦體和圍巖時，裂隙水便涌入坑道，造成礦井充水。它和巖溶水相比，涌水量較小。如果裂隙水和其他水源無聯(lián)系，多數(shù)這類礦坑的涌水量可逐漸減少，甚至干涸；當(dāng)裂隙水和其他水源有聯(lián)系時，由于裂隙水水壓較大則會造成突水事故。 巖溶水水源 巖溶水水源突水的特點：一般水量大，水壓高，來勢猛，涌水量穩(wěn)定，不易排干，且危害性大。巖溶水的突水規(guī)律，是受巖溶發(fā)育規(guī)律的控制。1.4.4.2 地表水水源 開采位于河、湖泊和水庫等地表水體影響范圍內(nèi)的礦床時，在適當(dāng)條件下這些水便能流入坑道，成為礦井充水或淹井的水源。地表水造成礦井充水的特點有以下幾點： 1) 礦井距地表水體越近，充水越嚴(yán)重，礦井充水量也越大。 2

52、) 當(dāng)常年存在的水體為涌水水源時，水體越大，礦坑涌水量越大，且穩(wěn)定。當(dāng)淹井時，不易恢復(fù)；而季節(jié)性的水體為涌水水源時，對礦井涌水量的影響程度隨季節(jié)性變化。 3) 水體所處地層的透水性強(qiáng)弱，直接控制礦井水量的大小。地層透水性強(qiáng)，則礦井涌水量大；反之，則小。當(dāng)有斷裂帶溝通時，則易發(fā)生災(zāi)害性的突水。 4) 不適當(dāng)?shù)拈_采方法，如崩落法造成人為的裂隙，可增加溝通地表水滲入井下的通道，從而增加礦井的涌水量。1.4.4.3 大氣降水的滲入 大氣降水的滲入，是多數(shù)礦區(qū)涌水的經(jīng)常補(bǔ)給水源之一。當(dāng)開采低洼處且埋藏較淺的巖層時，大氣降水往往是礦井涌水的主要來源；當(dāng)開采高于河谷處（分水嶺附近）地表的煤層時，大氣降水往往

53、是唯一的水源。降水滲透入量的大小，與各地區(qū)的氣候、地形、巖性、構(gòu)造等因素有關(guān)。當(dāng)大氣降水成為礦井涌水水源時，有以下規(guī)律： 1) 礦井涌水的程度與地區(qū)降水大小、降水的性質(zhì)、強(qiáng)度和延續(xù)時間有關(guān)系。降水量和長時間降水對滲入有利，因此礦井涌水量也大。 2) 礦井涌量隨氣候有明顯的季節(jié)性變化，但涌水量出現(xiàn)高峰的時間則往往后延。一般雨后48h，涌水量才能出現(xiàn)高峰。 3) 大氣降水滲入量隨開采深度增加而減少。在同一礦井的不同開采深度，降水對礦井涌量的影響程度相差很大。1.4.4.4 老窯及淹沒井巷的積水 大部分較老的礦區(qū)都分布有古代小礦窯和現(xiàn)代停止排水的舊巷道，當(dāng)采掘工作面接近它們時，其內(nèi)積水便會成為突水的

54、水源。這種水源突水的特點是：短時間內(nèi)可有大量水涌入礦井，來勢猛，具有很大的破壞性；當(dāng)老窯水與其他水源無聯(lián)系時短期內(nèi)可疏干，當(dāng)老窯水與其他水源有水力聯(lián)系時，則可造成大量而穩(wěn)定的涌水，危害性極大。 1.4.5 礦井涌水通道1.4.5.1 巖石的孔隙 這種通道常存在疏松未膠結(jié)成巖的巖石中，其透水性能取決于孔隙大小和形態(tài)。當(dāng)巷道穿過時，巖石孔隙大，其涌水量也大。涌水量的大小，可根據(jù)孔隙的大小和形狀的不同而發(fā)生變化。 單純的孔隙水，只有在礦層的圍巖是大顆粒的松散沉積巖層及有固定的補(bǔ)給水源時，或圍巖本身是飽水的流砂層時，才能引起突水，造成流砂的沖潰事故。 1.4.5.2 巖石的裂隙 巖石的風(fēng)化裂隙、成巖裂

55、隙、構(gòu)造裂隙等都能構(gòu)成礦井涌水通道。其中，風(fēng)化裂隙及成巖裂隙所含水量一般不大，當(dāng)它們與其他水源聯(lián)系時，可使礦井充水。對礦井涌水具有嚴(yán)重威脅的是構(gòu)造裂隙（斷裂），它包括各種裂隙、斷層和巨大的斷裂破碎帶等，是形成礦井涌水和礦井突水的主要通道。 裂隙，尤其張裂隙是礦井充水量有利的通道。在一般情況下，脆性巖石較柔性巖石的裂隙發(fā)育強(qiáng)，且有更多的張性裂隙，裂隙的寬度也較大；柔性巖石中的裂隙大多是閉合的，且細(xì)小，其透水性較差，當(dāng)多組裂隙互相溝通進(jìn)可以形成礦井充水的良好通道。 斷層是構(gòu)造裂隙中易造成災(zāi)害性事故的進(jìn)水涌道。根據(jù)斷裂帶的水文地質(zhì)學(xué)特征，可分為隔水層和透水層兩類。隔水層主要是由壓應(yīng)力及部分扭應(yīng)力形成

56、的斷層，后經(jīng)充填膠結(jié)而成。由于致密，不僅斷層帶本身不含水，而且還可切斷某些含水層，使含水層在斷層兩側(cè)具有不同的水文地質(zhì)特征。一般來說，這類沁層在保持其隔水性能的條件下，對分區(qū)疏干可起有利的作用。透水?dāng)鄬樱鄶?shù)是張性和張扭性斷層，少數(shù)是壓扭性斷層。當(dāng)它們與其他水源無聯(lián)系時，其內(nèi)水儲量有限，這種斷層突水時開始水量較大，以后逐漸減小，甚至干涸。1.4.5.3 巖石的溶隙 巖溶的發(fā)育規(guī)律。 1) 溶隙主要分布在質(zhì)純的可溶巖地段，可溶性巖石的性質(zhì)是溶隙發(fā)育的內(nèi)在因素，因此巖溶發(fā)育的強(qiáng)弱，巖性起著控制作用。一般情況下，質(zhì)純的厚層灰?guī)r中，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈；含雜質(zhì)多的薄層可溶巖，則相對減弱。 2) 巖溶溶洞主要分

57、布在構(gòu)造裂隙發(fā)育的部位，巖溶溶洞是在可溶性巖石原有的構(gòu)造裂隙基礎(chǔ)上發(fā)育起來的。因此，可溶巖中各類裂隙發(fā)育的部位，就是巖溶溶洞發(fā)育部位。在斷裂集中或交叉的地段，巖溶溶洞特別發(fā)育。 褶皺劇烈彎曲部位，如背斜軸部裂隙發(fā)育，溶洞也發(fā)育；較大的向斜軸部存在有較大斷裂時，巖溶較發(fā)育；在褶皺軸線彎曲部位及傾沒部位，由于張性斷裂發(fā)育，巖溶也發(fā)育。 3) 水的循環(huán)交替及地殼運動引起巖溶通道復(fù)雜化，當(dāng)具有溶解性的水與可溶巖接觸時，由于水的循環(huán)交替運動，才能使溶蝕作用不斷進(jìn)行。因此，水循環(huán)的快慢，對巖溶的發(fā)育有著很大的影響。 1.4.5.4 人工通道 1) 崩落法采礦造成的裂隙 當(dāng)回采工作面的上部有強(qiáng)含水層、含水?dāng)?/p>

58、層帶、含水老礦井區(qū)域或地表水體時，如使用崩落法采礦，就有可能使頂板巖層產(chǎn)生人為裂隙，當(dāng)裂隙溝通到上述水源時極易造成突水。 此外，由于礦山地壓力或地層的靜壓力，或者兩者聯(lián)合作用等的結(jié)果，也可促使坑道底板造成裂隙，這種裂隙可溝通底板下部的含水層、含水?dāng)鄬訋Ш腿芏此沟V井涌水量增加或造成突水事故。 2) 勘探鉆孔造成的涌水通道 勘探時施工的各種鉆孔，在工作結(jié)束后都要求封閉鉆孔。如果封孔質(zhì)量未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的鉆孔，就成了溝通礦層與其頂?shù)装搴畬娱g或地表水間的通道，在礦山開采過程中遇到或接近通道時，易引起涌水或造成水患事故。1.5 礦山地表沉降、塌陷及其預(yù)防1.5.1 礦山地表沉降和塌陷的產(chǎn)生 處于三向

59、壓縮平衡狀態(tài)的巖體，由于地下空區(qū)的存在；礦柱（包括頂、間底柱）的變形和破壞；巖溶性和溶洞含水層以及松散巖層疏干后的固結(jié)與二次密實；某些采礦方法放頂?shù)墓に囘^程；石油、天然氣開采時巖層壓力的釋放；地質(zhì)構(gòu)造等單一或多種原因，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，達(dá)到新的應(yīng)力平衡，在一定條件下，此過程中會出現(xiàn)地面沉降或塌陷。這是礦床開采中的一個嚴(yán)重環(huán)境問題，在我國不同類型礦體開采中曾多次出現(xiàn)。 急傾斜厚礦體的弓長嶺鐵礦，由于老采區(qū)面積大，充填不完全，于1956年8月26日發(fā)生巖石移動，沿其走向長度達(dá)214265m。并于1958年6月和1964年3月再度發(fā)生移動，造成地面最大下沉量達(dá)13.8m、主裂縫長550m，寬4m，深

60、3m，臺階高差1.515m。 緩傾斜似層狀礦體的錫礦山，采用房柱法開采，遺留于采空區(qū)的礦柱直徑為35m。由于空區(qū)不斷增大，當(dāng)長期承載的某個礦柱一旦破壞，導(dǎo)致相鄰礦柱承載劇增而破壞時，引起巖層突然劇烈移動。該礦1956年5月突然發(fā)生冒落，面積達(dá)3400m2，地面下沉，出現(xiàn)大面積移動盆地，以后又相繼發(fā)生過巖石移動，造成嚴(yán)重?fù)p失。 中南地區(qū)的急傾斜薄礦脈群體，多采用留礦法開采。盤古山鎢礦開采形成的采空區(qū)走向方向延續(xù)200m，采深300400m，采空區(qū)巖柱厚度（即脈間間距）310m，由于巖柱傾覆，上下盤圍巖失去支撐，向采空區(qū)移動，于1967年9月24日在34h內(nèi)發(fā)生大規(guī)模的巖石移動，地面塌陷漏斗面積達(dá)