越南石溪露天铁矿区涌水规律预测及防治水技术研究

摘要

论文针对露天矿复杂水文地质条件开展水害治理技术研究，对保障矿区安全生产具有重要作用。论文通过对越南石溪露天铁矿水文地质条件勘察以及对露天矿区的年最大降雨量和年平均降雨量等资料综合分析，建立了矿区地下水运移数值模型和地下水溶质运移数值模型，再以一定的暴雨统计频率为基础，分别计算了矿山在不同开采阶段的涌水量，并以此数据作为露天矿防排水系统设计的基础，提出了防排水方案。本文取得的主要认识和结论如下：
　　1)通过对矿区水文地质条件的详细勘察和研究，分析并掌握了矿区地下岩层特性及各岩层之间的水力关系。结果表明，该矿区可以分成4个含水层和2个隔水层，分别为第四纪潜水含水层和隔水层、新第三纪承压含水层和隔水层、坚硬裂隙岩石承压上含水层、坚硬裂隙岩石承压下含水层，并进一步确定了各地下水层的水文地质参数及地下水和地表水化学成分。
　　2)采用GMS软件中的Modflow模块有限差分法，建立了矿区地下水运动（3D）数学模型，预测了8个开采阶段涌进采场的地下水量。从第4年到第37年为2800～14250m3/h，最终开采阶段达14450m3/h。模型预测结果与现场试验结果误差为4.1％，表明数值模型具有较大的合理性。
　　3)分析了露天采场排水系统选择原则及露天矿常见排水方法的优缺点，确定了矿山矿底两级开采方法及开采方案。然后，根据矿坑涌水量的模拟预测结果，提出了与石溪露天铁矿开采方案配套的矿外地下水防治系统和矿山内部排水系统。
　　4)采用GMS软件中的井模块(well modul)设计了地下水抽水井布置方案，主要包括沉积壳含水层中抽水井系统和坚硬裂隙岩石含水层中抽水井系统。最后计算了矿区在8个开采阶段的抽水井数量：第4年50眼抽水井、第9年64眼抽水井、第13年80眼抽水井、第16年83眼抽水井；从第24年开始到最终开采阶段，抽水井系统全布置在矿山边界上，每个阶段使用93眼抽水井。抽水井系统能保证水泵能力为11×103m3/h，保证排放涌进矿山地下水量的75%。
　　5)根据最近23年降雨量统计的数据，采用Gumbel极值分布理论，分析了矿区的暴雨强度频率和预测了矿区的年最大降雨量，并以此计算了矿山内部的涌水量，包括降水量和矿外剩余25%的地下水量，提出了集水仓规格和布置方案。最后，根据矿山开采周期的规划，确定了设备布置方案和排水方向，满足发生5年一次的最大降雨量和矿内剩余地下水量的排水要求。
　　6)采用GMS软件中的MT3D模块，建立了石溪铁矿区地下水溶质运移模型，预测矿山在不同的开采阶段海水的浓度及影响范围。在沉积层中海水的浓度变化为1.5～35g/L，影响范围为0.4～7.7km。在坚硬裂隙岩层中，海水的浓度大于5g/L，影响范围为0.45～1.8km。最后，提出了符合矿山地下水特性的泵水设备选择要求。

目录

1绪 论

1.1研究背景和意义

1.2中国及其他国家研究现状

1.3研究内容及技术路线

2工程地质概况

2.1概述

2.2石溪铁矿矿区自然条件概况

2.3石溪铁矿地质特点分析

2.4石溪铁矿试验开采工业结果分析[156]

2.5本章小结

3 矿区水文地质条件和自然水水化规律分析

3.1概述

3.2矿区水文地质条件和含水层特点分析

3.3自然水水化特点分析

3.4矿山涌入水源及初步数据评价

3.5本章小结

4石溪铁矿地下水运动数学模型和地下水溶质运移模型

4.1概述

4.2建立矿区地下水运动数学模型

4.3渗透模型校验

4.4建立矿区地下水中的海水运移模型

4.5不同开采阶段矿坑涌进的地下水量预测结果

4.6本章小结

5 石溪铁矿最优化排水系统研究

5.1概述

5.2露天采场排水系统概述

5.3石溪铁矿合理排水系统选择

5.4本章小结

6 矿外地下水防治方案研究

6.1概述

6.2石溪铁矿矿外地下水防治工作要求

6.3矿山不同开采阶段抽水井系统设计

6.4预测渗入矿坑海水运移过程的模型结果

6.5不同开采阶段排水钻井排水泵选择

6.6本章小结

7 矿山内部排水方案研究

7.1概述

7.2石溪铁矿内部排水工作要求

7.3降雨强度及各开采阶段流入矿山降雨量分析

7.4不同开采阶段矿山内部积水池布置方案

7.5不同开采阶段矿山排水工程布置程序

7.6本章小结

8 结论及建议

8.1主要结论

8.2主要创新点

8.3建议

致谢

参考文献

附录

A.作者攻读博士学位期间发表的学术论文

B.作者攻读博士学位期间参加的科研项目

C.作者攻读博士学位期间获得的奖励