工程地质技术要求

鞍钢集团矿业公司张家湾铁矿地下采选联合工程硐室群及管道井工程地质勘察方案

编制单位：鞍钢集团矿业公司

编制日期：2016年9月26日

1、前言 (3)

1.1工程概况 (3)

1.2勘察的目的和任务 (3)

1.3勘察的依据 (8)

2地质条件 (8)

2.1气象水文 (8)

2.2场地地形、地貌 (7)

2.3地层岩性 (7)

2.4构造 (10)

2.5水文地质条件 (10)

3勘察工作量布置和方法 (8)

3.1勘察工作量布置 (8)

3.2工作方法 (9)

4钻探施工技术要求 (10)

5水文地质工作技术要求 (11)

5.1水文地质试验方法 (11)

5.2钻孔简易水文地质观测 (16)

5.3水文地质试验参数计算公式 (16)

5.4水化学分析 (17)

6工程地质技术要求 (17)

6.1钻孔工程地质编录 (17)

6.2试样采取和试验 (18)

7钻探技术设计及质量保证措施 (19)

7.1钻孔结构 (19)

7.2套管 (19)

7.5钻进方法 (20)

8设备配置 (24)

9安全生产与环境保护 (24)

10预期成果 ............................................................ 错误！未定义书签。

1前言

1.1工程概况

工程名称：鞍钢集团矿业公司张家湾铁矿地下采选联合工程

建设单位：鞍钢集团矿业公司

设计单位：中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司

研究单位：东北大学

张家湾铁矿井下采选联合开采工程是一个全井下开采的采选联合开采项目。选矿厂全部布置在井下，选矿工艺厂房为一系列的大断面硐室群组。其深度在地表440-520米以下，是目前国内最深的地下建筑硐室群。

主要建（构）筑物特征表1

拟建工程重要性等级为一级，场地复杂程度等级为一级，地基复杂程度等级为一级，岩土工程勘察等级为甲级。

1.2勘察的目的和任务

1.2.1勘察的目的

（1）本次勘察任务是查明该建筑场地的工程地质、水文地

质条件，为工程设计提供地质依据。

（2）提供地下硐室开挖和支护方案建议。

（3）为地下空间工程的监测、环境保护提供措施、建议。

（4）满足勘察任务书要求和相关规范标准。

1.2.2 勘察的任务

本次工程地质勘察工程除常规工程地质勘察规范要求还要满足《冶金矿山采矿设计规范》（GB50830-2013）和《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）相关规定外还要满足以下要求：（1）要求工程地质勘察工作除提交常规地质勘察成果外，还应查明硐室沿轴线的地下水位、水温和水化学成分，特别要查明涌水丰富的含水层、汇水构造、强透水带以及地表河流连通的断层、破碎带和节理裂隙密集带，预测掘进时突水的可能性，估算最大涌水量，提出处理意见。给出外水压力折减系数；

（2）要求工勘单位给出不同类型岩石的支护形式，并给出岩石和岩体的力学参数；

（3）要求工勘单位结合已查明工程地质条件进行围岩工程地质分类；

（4）查明厂址岩层的产状、断层破碎带的位置、产状、规模及裂隙发育特征，分析各结构面的组合关系；

（5）查明岩层中的有害气体和放射性元素的赋存情况；

（6）地下厂址区钻孔进行地下水动态观测，观测时间不应该少于1个水文年。并且对按照丰、平、枯三个阶段进行抽水试验，特殊

阶段需要加密抽水试验频率；

（7）勘探钻孔应根据需要进行压水试验。

1.2.3中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司任务书

（1）查明土层的厚度、密度、含水量、渗透系数、内摩擦角、粘聚力、膨胀性及可塑性；

（2）查明地层岩性、厚度及分布，划分岩组和风化程度，获取岩石和岩体物理力学参数（厚度、重度、内摩擦角、粘聚力、静（动）弹模、静（动）泊松比、（准）抗拉强度、（准）抗压强度、完整性指数、软化系数、RQD值、弹性抗力系数、结构面内摩擦角和内聚力等），并进行围岩分级；

（3）查明构造断裂和破碎带位置、规模、产状和力学属性，划分岩体结构类型；

（4）查明不良地质作用的类型、性质、分布，并提出防治措施的建议；

（5）查明水文地质条件（岩层含水性、主要含水层的分布、厚度、埋深、地下水类型、水位、补给排泄条件、岩层渗透系数、预测开挖期间出水状态、涌水量），地下水水质及其腐蚀情况；

（6）查明有害气体及热源分布情况；

（7）地下硐室群稳定的初步评价和支护形式建议；

（8）提交附图及附件：钻孔地质柱状图、化验室及实验室报告和岩芯彩色照片。

1.2.4地层岩性勘察

（1）查明岩浆岩的矿物成分、结构原生构造和岩相特征；

（2）查明沉积岩的矿物成分、胶结程度、结构、构造特征、岩性岩相变化、沉积韵律特征、建造类型、地层接触关系。

（3）查明变质岩的矿物成分、结构、构造、变质程度及其变质作用类型。对千枚岩、板岩、片岩等软弱岩层应重点勘察。

（4）按岩石的成因类型、岩质特征、结构特征、成因组合条件以及岩石物理力学特征等因素划分地下建筑物区工程地质岩组。

1.2.5地质构造勘察

（1）查明地下建筑物区所处大地构造部位，外围主要褶皱与断裂构造的分布和规模；

（2）查明褶皱的形态特征、规模和展布；

（3）查明断层的分布、产状，破碎带及影响带宽度与构造岩组成，按产状对断层进行分组，按规模对断层进行分级，按柱状对断层进行分类；

（4）查明节理裂隙的发育情况，包括节理裂隙的组数、方位（各组优势产状）、间距（单位m）、延续性（单位m）、粗糙起伏程度、裂隙面风化蚀变程度、张开度（单位mm）、充填物、渗流、岩块尺寸（块体尺寸指数、体积裂隙数Jv）。

1.2.6物理地质现象勘察

（1）查明岩体风化程度及深度，各风化带在洞室进、出口及签埋洞段的分布、厚度及其特性，以及不同风化带岩石的强度特性和岩体完整程度，分析其对洞口边坡及围岩稳定性的影响；

（2）查明岩体卸荷带特征及分布深度；

（3）查明边坡变形破坏类型（包括崩塌、滑坡、蠕变等）、特征、变形破坏机制及其对洞口边坡与浅埋洞段稳定性的影响。

1.2.7水文地质条件勘察

（1）查明地下建筑物区地下水的基本类型、水位、水压、水量、水温和化学成分、岩体的含水性和透水性、划分含水层与相对隔水层，并结合地下水的露头（泉），分析各含水层的补给、径流与排泄条件，划分水文地质单元；

（2）重点查明地下建筑物可能通过的向斜轴部、断层破碎带及其交汇部位、节理裂隙密集带、浅埋段、过沟段等部位的汇水条件；

（3）查明地下水、地表水的物理性质和化学成分，评价其腐蚀性，并进行地下水位、水量、水温计水质的长期观察。

1.2.8围岩物理力学性质勘察

（1）查明岩石的密度、饱和单轴抗压强度、点荷载强度，弹性模量、泊松比、声波值等；

（2）查明岩体的弹性（变形）模量、抗剪强度、波速值等。必要时，测试研究围岩的单位弹性抗力系数；

（3）结构面的抗剪（断）强度，软弱结构面、软弱夹层的变形与渗透变形参数等。

（4）确定围岩坚固系数、围岩单位弹性抗力系数和围岩强度应力比。

1.2.9有害气体及放射性物源赋存岩类勘察

（1）查明可能产气、储气岩层的分布，有害气体的运移、聚集条件、封闭条件等，并进行有害气体测试；

（2）收集有关放射性物源的区域地质资料，测定氡及子体平衡当量浓度和环境放射性辐射量等。

1.3 勘察的依据

《水电水利工程地下建筑物工程地质勘察技术规程》（DL/T 5415-2009）

《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）

《建筑工程地质钻探技术标准》（JGJ89-1992）

《岩土工程勘察安全规范》（GB/50585-2010）

《浅层地震勘查技术规范》(DZ/T0187-1997)

《固体矿产原始地质编录规定》（DT/T0078/1993）

《冶金工业建设岩土工程勘察技术规范》(YSJ 202-88 YBJ1-288)

《工程岩体分级标准》(GB50128-1994)

《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266-2013)

2地质条件

2.1气象水文

鞍山市地处北半球欧亚大陆东部中纬度区，南距渤海、黄海较近，属暖温带大陆性季风半湿润气候，一年四季受季风支配，春夏秋冬四季分明。总的气候特点是：雨热同步、干冷同期，温度适宜，光照充

足。洪涝、干旱、风沙、冰雹、霜冻等灾害常有不同程度的发生。气候一般规律是：春季少雨多风，日照时间长，回暖快，蒸发量大，气候干燥，常有干旱现象；夏季以偏南风为主，温暖湿润，气旋北移，高温多雨，易发生洪涝；秋季南北风交替，降水适中，气候较凉爽；冬季以偏北风为主，西伯利亚寒潮频临南侵，受高压控制，降水少，寒冷干燥。

鞍山地区属温带半湿润大陆性季风气候区，冬季寒冷干燥，夏季炎热湿润。根据鞍山气象台近80年的资料统计，历年最低气温为1月份，平均气温为-11.3℃，最低达-30.4℃；最高气温为7-8月份，平均气温为23.7℃，最高为38.4℃。年平均气温为8.4℃。降水量分布不均，多集中在6-9月份，以7月最多，年降水量为495-995mm，多年平均降水量为715.2mm，一次最长降水时间为10天，其降水量为260.7mm。最大风速25.8m/s，平均风速3.6m/s。最大积雪深度27.0cm，最大冻土深度118.0cm，最多冻结日数159天。

该区地表水系不发育，发源于金家岭水库的金家岭小河从矿区顶部自南而北流过，经胡家庙、判甲炉汇入南沙河。该条溪流水流不大，水深仅0.2m±，平水期流量仅0.16 l/s，其水量受金家岭水库调控。2.2场地地形、地貌

地势起伏较大，地貌单元属低山，大部分场地地表堆积废尾矿，地表标高在80—142m之间。

2.3地层岩性

厂区主要地层分布概况（由上向下）：第四系地层为主要为新近

回填废矿渣，最大厚度约30-50m，基岩为太古代（γ12）二长花岗岩、鞍山群樱桃园组绿泥片岩、千枚岩等。

2.4构造

根据与勘察区相邻的《张家湾铁矿床地质勘探总结报告》，有三条走向北东的压扭性断裂构造（F 3、F4、F5）可能通过地下硐室区。

断裂构造异常F3走向约230°，倾向南东，倾角为60-70°之间，宽约5-25m之间。

断裂构造异常F4走向约230°，局部有小角度变化，倾向南东，倾角为60-70°之间，宽约10-25m之间。

断裂构造异常F5走向约230°，局部有小角度变化，倾向北西，倾角为60-70°之间，宽约10-20m之间。

2.5水文地质条件

本场地附近无地表河流。勘察场地上部为风化裂隙含水带，下部为构造裂隙含水带。第四系地层为强透水层；断层破碎带、基岩裂隙带为强透水性；除破碎带、裂隙带以外，下部岩石较完整，为弱透水层，场地水文地质条件较复杂。

发源于金家岭的小河流经硐室区东侧的沟谷，上部地层为强富水的第四系砂砾卵石层，但厚度不大，下部地层为厚大的相对隔水的辽河群千枚岩、弱富水的鞍山群阳起石片岩和石英阳起石片岩。

在沟谷内通过的F3、F4、F5断层均为压扭性断裂，通过的地层主要为相对隔水和弱富水的地层，根据鞍山地区地质勘探资料，上述地层中通过的断层破碎带基本上不透水或透水极其微弱，说明地表水

与地下水的水力联系不密切。

3勘察工作量布置和方法

3.1勘察工作量布置

工作量表表2

勘探工作量表表3

根据地层岩性变化情况钻孔数量、钻孔深度需调整时应与建设单位、设计单位协商确定。

3.2工作方法

3.2.1收集资料

收集场地及周边的区域地质资料，详细调查场地的水文地质特征和工程地质及不良地质发育情况。

3.2.2地层划分

按岩性和工程地质岩组分层，对水文地质和工程地质有重要意义的岩层或岩组，单独划分。

3.2.3钻探

（1）根据拟建建筑物的布置情况及行业规范共布置钻孔6个，孔深3272米左右。

（2）钻孔结束时进行抽水试验及波速测井。

（3）结合钻孔进行水文地质试验及室内岩、土、水试验，验证异常，获取水文参数和所需的定量指标。

4钻探施工技术要求

（1）钻孔终孔直径不小于75mm，并完全满足岩石力学研究等

单位对孔内各种试验的孔径要求,孔位必须按给定的位置施工，不得随意更改，有特殊情况确需变更改孔位时，必须经地质负责人同意，重大修改需经甲方决定。

（2）开孔及终孔时均需有测量人员，对孔位进行测量和矫正。

（3）岩芯采取率为：破碎带、软弱夹层中不应少于50%；在土层及基岩中不少于75%；岩芯必须顺序存放，装箱保存好；测定岩石质量指标RQD值；钻孔偏斜率应控制在1.5%之内；如果连续5m采取率达不到要求，要查明原因，并采取补救措施。严格控制钻进回次长度和回次采取率。

（4）每个钻孔都进行简易水文地质观测，并准确的记录在钻探日报上，观测的内容包括：孔内水位、水温、冲洗液消耗量、漏水位置，涌水的水头和流量、井内坍塌掉块位置和钻具突然降落起止位置等，其中水位、水温每回次测量一次，其它项目及时进行记录。

（5）每孔的岩芯必须洗净编号，按顺序放入木箱内，不得颠倒位置和打乱顺序，编号不发生遗漏。每回次的岩芯之间用隔板分开，隔板上应写明回次区间，进尺长度、岩芯长度、岩芯起止编号、采芯日期及班次等，要求字迹清晰，数字准确。

（6）岩芯按顺序摆放岩芯箱内并标记，岩芯用数码相机拍照。5水文地质工作技术要求

5.1水文地质试验方法

5.1.1抽（提）水试验对钻孔的要求

（1）钻孔孔径不得小于73mm（75mm或91mm），如果地下水

量较大时应考虑加大孔径，以便使用较大的提水筒；

（2）在含水层松散易坍塌地段应下滤管；

（3）钻孔必需采用清水钻进，在局部坍塌掉块部位可以少量使用；

（4）提水之前应进行洗孔，冲洗钻孔内的沉积物及泥浆；

（5）当穿过整个含水层，需分别取得各层资料时，应进行分层（段）止水，再进行提水试验。

（6）主要含水层或试验段应采用清水钻进。遇特殊情况需改用泥浆时，可采用低固相优质泥浆，事后要采取有效的洗孔措施；

（7）钻孔孔径视钻孔目的确定，抽（提）水试验孔径以满足设计的抽（提）水水量和安装抽（提）水设备为原则；

（8）抽（提）水试验钻孔采用直孔钻进，要求弯曲度每百米不超过2°；

（9）钻孔应取芯钻进，并进行岩心描述。岩芯采取率：岩石大于70%，破碎带大于60%，粘土大于70%，砂和砂砾层50%。当采用水文物探测井，能正确划分地层和确定含（隔）水层位置及厚度时，可适当减少取芯；

（10）钻孔分层（段）隔离止水时，必需通过提水或水文测井等方法，检查止水效果，并作正式记录。不合格时必需重新止水；

（11）水文地质孔必须做好简易水文地址观测，安装孔口装置和长期观测测量标志，采取有效措施予以保护，并应做到坚固耐用、观测方便，遇有损坏或堵塞，要及时进行处理。

5.1.2 提水试验

5.1.2.1 提水试验的设备

（1）提水筒：筒的直径根据孔径而定，比孔径小1~2级，筒长2~3m。

（2）提绳：钢丝绳、麻绳。

（3）升降设备：钻机的升降机。

（4）测钟：测量水位用。

（5）量水容器：由于本地区提水量较小，一般用提水筒兼作量水容器。

5.1.2.2提水试验的技术要求

1．提水试验钱必须按要求洗孔；

2．提水试验前需测定静止水位、水温及孔深；

3．根据孔内水柱高度，设计提水时稳定降深的次数和深度；

4．做提水试验时，力求单位时间内提水次数均匀，提出水量大致相等，以使水位、水量相对稳定；

5．试验过程中，禁止提出的水就地排放造成回渗或倒灌；注意观测地面塌陷、沉降现象。

6．应进行2～3次降深；提升提水桶的次数应根据孔内涌水量的大小而定；水大多提，水小少提，原则是提水后孔内水位应保持在动水位深度附近。动水位波动值不超过水位降低值的1%，当降深小于10m时，水位波动不应超过5cm；涌水量波动值不超过5%，当涌水量很小时，可以适当放宽；

7．提水的观测时间，一般开始时间隔5、10、15min观测1～3次计算提出一筒水降深相应的水位恢复时间范围；以后每隔相应水位恢复时间范围观测一次，直至水位稳定并测出准确的水位恢复时间，同时测量提出的水量；

8．水位稳定的延续时间一般为6～8h。如果水位、水量不稳定，提水时间应适当延长；

9．提水试验结束后，应立即观测恢复水位，并做好记录。其观测时间间隔与提水试验相同直到接近静止水位；

10．试验结束后应及时整理提水试验记录表，试验孔岩心鉴定表，涌水量计算单等；

5.1.2.3提水试验的资料整理

1．试验结束后应及时整理提水试验记录表，试验孔岩心鉴定表，涌水量计算单等；

2．提水试验涌水量及单位用水量的计算

涌水量计算：

Q=Q w/T w

q=Q/S

Q w：动水位稳定延续时间内的流量总和（L）；

T w：动水位稳定延续时间（s）；

Q：涌水量（L/s）；

q：单位涌水量（L/s·m）；

S：降深（m）。

若试验经过两次水位将深得提水，求得各降深的单位涌水量为q1、q2，可用算术平均法求出试验孔的单位用水量，即：钻孔的单位涌水量：

q=1/2（q1+q2）（L/s·m）

5.1.3抽水试验

5.1.3.1抽水试验的设备

根据现场实际情况，确定使用柴油空压机（8个大气压）或者电空压机（6个大气压）抽水。电测法测量动水位高度，带三角堰口的1.5m3水箱测量涌水量。

5.1.3.2抽水试验的技术要求

1．正式抽水前

1）在正式抽水前应进行认真的洗孔，直至流出孔口的水完全返清水时为止；

2）观测静止水位，水位呈单向变化时，连续4h内水位变化每小时不大于2cm，或水位升降与自然水位变化一致时，即可停止观测。当水位静止困难，累计观测时间大于72h，亦可停止观测；

3）另试验抽水应作一次最大的水位降深，初步了解水位降低值（S）与涌水量（Q）的关系，以便是正式抽水时合理选择水位的降深。

2．正式抽水

1）抽水时应尽设备能力做最大降深，降深次数一般为2~3次，抽水点应做到合理分布，每次水位降深间距不应小于3米。

2）各点抽水的水位、流量的稳定时间不少于8小时。稳定的标准是：

a水位稳定标准：当水位降深大于5米时，水位变化幅度不超过水位降深平均值的1%；当水位降深小于5米时，水位变化幅度不应超过3～5cm；

b流量稳定标准：当单位涌水量q≥0.01升/秒·米时，流量变化幅度不大于3%，当单位涌水量q＜0.01升/秒·米时，流量变化幅度不大于5%。

3）抽水过程中动水位、流量应同时观测，开始每隔5～10分钟观测一次，连续1小时后，每隔30分钟观测一次，直至抽水结束；

4）每隔2小时观测一次水温、气温，与动水位、流量观测相应，精度0.5℃；

5）在抽水过程中遇有大雨，对水位、涌水量观测产生影响时，应暂停抽水，在停止抽水期间，应每2h观测一次水位；

6）抽水试验应连续进行。如抽水中断，而中断前抽水已超过6小时，且中断时间不超过1小时，则中断前的抽水时间仍计入延续时间内，否则一律作废；

7）抽水试验结束前，在出水管口采取水质分析样，体积不少于2L；

8）抽水试验结束后，应进行恢复水位的观测，观测时间开始一般按5、5、5、10、10、10、15、15、15min的间隔观测，以后每隔30min观测一次，直至水位稳定。

5.1.3.3抽水试验资料整理

1．现场整理

1) 绘制水位降深（S）、流量（Q）与时间（t）的过程曲线

此图应在抽水观测过程中绘制，以便及时发现抽水过程中的异常，及时处理。同是可根据Q - t、S - t曲线变化趋势，合理判定稳定延续时间的起点和确定稳定延续时间；

2) 绘制涌水量与水位降深关系曲线Q = f（S）

其目的在于了解含水层的水力特征、钻孔出水能力，推算钻孔的最大涌水量与单位涌水量，并检验抽水试验成果是否正确；

3) 绘制单位涌水量与水位降深关系曲线q = f（S）；

4) 绘制水位恢复曲线。

2．室内整理

抽水试验结束后应将野外所得原始数据、草图进行详细检查与校对，然后进行室内系统整理，其内容有：

1)绘制抽水试验综合成果图

包括Q - t、S - t过程曲线、Q = f（S）、q = f（S）关系曲线，抽水试验成果表、水质分析成果表、钻孔平面位置图、钻孔结构及地层柱状图等；

2)计算水文地质参数，包括影响半径（R）、渗透系数（K）；

3)抽水试验工作总结报告

其内容主要包括试验目的与要求、试验方法及过程、试验所得的主要成果、试验中的异常现象及处理、质量评价及结论等。