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随着陆地矿产资源的日益枯竭,海洋矿床的开采已成为人类开发的重点,但由于受到海水渗透的直接威胁,使得矿床的开采难度加大。本文研究对象——三山岛金矿新立矿区,是我国首例进行滨海开采的金属矿山,矿体呈脉状赋存于断层下盘,矿床可能的充水水源有海水、第四系孔隙水、基岩裂隙水等。由于我国迄今尚无成熟的海底金属矿山采矿经验可循,所以新立矿区在开采过程中面临着突水甚至是海水溃入的潜在危险,这对矿山的生产造成了极大的障碍。 通过区域水文地质条件分析、现场水文地质调查与取样、矿坑涌水点水化学测试、同位素示踪、地下水动态监测等技术方法查明了矿区地下水补给、径流、排泄条件,判别了矿坑充水水源。通过对前后两次所取水样的测试结果的对比分析,优选判别指标,计算分析了矿坑涌水点各种水源混合比例及矿坑整体涌水水源混合比例与变化趋势,揭示了矿坑涌水各水源随时空的变化特征。 结合新立矿区实际工程地质情况,采用物理模拟与数值模拟相结合的方法对地下开采所引起的围岩移动与地表变形规律进行了研究,结果表明,陡倾的金属矿山充填开采完成后,采空区围岩与上部矿体均有向采空区移动的趋势。采空区下盘围岩出现挤压作用下的剪切裂隙,上盘围岩出现弯扭作用下的拉张裂隙,西个裂隙带均可延展发育至地表。地表变形自下盘区至上盘区呈现凹-凸-凹的特征,上下盘的两个裂隙带发育至地表显现为左右两个下沉盆地,两个下沉盆地中间的地带呈现上升的趋势。 运用非线性动力学理论对水-岩相互作用以及水对裂隙的作用进行了理论分析,并从岩层和围岩中渗流失稳破坏的视角,揭示了突水机理。结合新立矿区实际情况对海底矿井可能存在的几种突水模式进行了详细的描述并从加强矿床上覆岩层的完整性探测、确定合理的最小安全隔离层厚度、加强岩层移动监控、渗水点渗水水质与水量的定时监测、超前探水和预注浆堵水等方面提出了矿坑突水灾害的控制对策。