1、第七章第七章 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件第七章第七章 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识第三节第三节 矿井水文地质观测与涌水量预计矿井水文地质观测与涌水量预计第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法v矿井水文地质工作是煤矿地质工作的重要方面，主要任务是研究煤炭资源开发过程中与地下水危害进行斗争的有效措施和合理利用地下水资源的方法。矿井突水是危害煤矿建设、生产的主要因素之一。有些地区由于水文地质条件的复杂性，造成煤层不能开采；有些矿井由于水大，不仅大大增加了原煤成本，
2、同时也威胁着煤矿的安全生产。为保证煤矿安全生产，改善井下劳动条件，同时也为了合理利用地下水资源，有必要了解矿井水文地质的基础知识和矿井水的防治方法。第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识一、地球上水的循环n水的循环可分为大循环和小循环2种。二、地下水的概念1、地下水形式 地下水是指埋藏在地表以下、储存在岩石空隙中的水。它的存在形式有：气态水即水蒸气、固态水、液态水包括毛细水和重力水、结合水分为强结合水和弱结合水（强结合水又称吸着水、弱结合水又称薄膜水，二者对矿井生产无影响，研究它们的实际意义不大）、矿物中的水2、地下水的垂向分布地下水面以上范围称为包气带，地下水面以下称为饱水带（图7-
3、1）。第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识1地表；2包气带（气态水、结合水）；3毛细水；4饱水带（重力水）；5地下水面图7-1各种形式的水在地壳中的分布第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识三、地下水的赋存1、岩石中的空隙n岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。n岩石中的空隙，根据其成因和后期所受营力作用程度，分为孔隙、裂隙和喀斯特（图7-2）。1.孔隙指分布于松散的沉积岩层中及半胶结的碎屑沉积岩中岩石颗粒或颗粒集合体之间的空隙。2.裂隙指各种应力作用下岩石破裂产生的裂缝。3.喀斯特（岩溶、溶隙、溶洞、溶穴）可溶性岩石（如岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等）在地下水的溶蚀、冲蚀下产生
4、的空洞。第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识123456781分选良好、排列疏松的砂；2分选良好、排列紧密的砂；3分选不良、含泥砂的砾石；4经过部分胶结的砂岩；5具有结构性孔隙的黏土；6经过压缩的黏土；7具有裂隙的岩石；8具有溶隙及洞穴的可溶岩图7-2 岩石中各种空隙（据王大纯等，1995）第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识透水层；含水层；地下水面图7-3含水层与透水层第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识2、透水层、含透水层、含水层与隔水层 四、地下水的分类1、地下水的综合分类n我国在煤矿建设和生产过程中一般都采用按地下水埋藏条件和含水层性质的综合分类，详见表7
5、-3。2、按地下水的埋藏条件分类n地下水按埋藏条件，可分为上层滞水、潜水和承压水3种类型。上层滞水指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔水层上的重力水（图7-5）。潜水指埋藏在地表以下、第一个稳定隔水层以上，且具有自中水面的重力水。承压水充满于上、下两个相对稳定隔水层之间的含水层中，对顶板产生静水压力的地下水，称为承压水。第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识 潜水的自由水面称为潜水面。地表至潜水面的垂距，称为潜水埋藏深度。潜水面至其底板隔水层顶面之间的距离，称为潜水含水层厚度。潜水面上任一点的标高，称为潜水位。n潜水面的形状可用等水位线图来表示。第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本
6、知识包气带；饱水带；aa地面；bb潜水面；cc隔水层顶面；oo基准面；h1潜水埋藏深度；h2含水层厚度；H潜水位图7-5 上层滞水和潜水示意图第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识1等水位线；2水流方向图7-5 地表水（河流）与潜水间的补给关系示意图第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识补给区；承压区；排泄区；H承压水头；M含水层厚度1隔水层；2含水层；3喷水钻孔；4不自喷钻孔；5地下水流向；6测压水位；7泉图7-6自流盆地构造示意图第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识补给区；承压区；排泄区；1隔水层；2含水层；3地下水流向；4断层（F1为导水断层，F2为不导水断层）
7、；5泉图7-8 断裂构造形成的自流斜地第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识1地形等高线；2承压水流向；3等水压线；4含水层顶板等高线；5钻孔图7-9 承压水等水压线图第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识3、按含水介质性质分类 地下水按含水介质性质（空隙类型），可分为孔隙水、裂隙水和喀斯特水三种类型。孔隙水存在于岩层孔隙中的重力水、裂隙水存在于岩层裂隙中的重力水。分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水3类、喀斯特水存在于可溶性岩层的溶蚀空隙（如溶洞、溶隙、溶孔等）中的重力水。第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识五、地下水的性质n地下水的物理性质，包括温度、颜色、透明
8、度、气味、觉味、密度、导电性和放射性等。第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识地下水的化学成分n1）地下水中的主要离子成分n地下水中分布最广、含量较多的离子共有7种，即氯离子（C1-）、硫酸根离子（SO42-）、重碳酸根离子（HCO3-）、钠离子（Na+）、钾离子（K+）、钙离子（Ca2+）及镁离子（Mg2+）。n2）地下水中的主要气体成分n地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、CH4及H2S等，尤以前3种为主。n3）地下水的其他成分第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识一、矿井充水水源及其影响因素v 矿井充水，是指矿井开采时，矿区范围内及其附近的各种来源的水（大气降水、
9、地表水、地下水及老巷积水等），通过各种方式流入矿井的现象。v 采矿过程中流入矿井巷道的水，称为矿井水（或矿坑水）。v 矿井水的形成条件（水源、通道、水量大小、动态变化、涌入特征等），称为矿床（井）充水条件。它既取决于矿区的自然地理、地质和水文地质条件，也取决于矿井生产过程中采矿活动和矿井排水对矿区天然水文地质条件的影响。第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件1、矿井充水水源n矿井充水水源指矿井水的来源。矿井充水水源主要为大气降水、地表水、地下水及老窑水。第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件2 影响矿井充水的因素1.覆盖层n地表水和大气降水能否渗入地下，以及渗入地下的数量多少，与煤层上覆岩层的
10、透水性及围岩的出露条件有着直接的关系。2.地形n地形直接控制含水层出露部位和出露程度，控制大气降水和地表水的汇集。因此，矿区的地形特征直接关系到矿井涌水量的大小和疏干的难易程度。3.地质构造n在矿区范围内，受构造体系控制的蓄水构造的类型和规模，决定着地下水的运动与汇集条件，因而也影响着矿井涌水量的大小。第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件 就断层而言，除前面所讲断层面的力学性质不同，对矿井涌水量的影响不相同外，同一构造体系不同部位对矿井涌水量的影响程度也不同。（1）断层端点部位及其两侧的岩层裂隙发育，为地下水的运动及埋藏创造了良好的条件。（2）一个构造体系的主干断裂与分支断裂的交叉处，富水性
11、较强，导水性也好。（3）断层密度大的地段因该地段应力集中，造成岩层破碎，裂隙发育，形成了地下水运动和赋存的良好场所，一旦采掘工作面接近或通过此地段，易发生突水。第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件图7-10 断层交叉点与突水点关系第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件二、矿井充水通道 充水水源必须透过充水通道才能对矿井充水发生作用。因此，在开展矿区水文地质工作时，既要研究矿井充水的水源，又要研究矿井充水的通道。根据矿井充水途径的类型和地下水的水力特征，通常将充水通道分为如下几种：1.岩层的孔隙 2.岩层的裂隙 断裂破碎带对矿井充水影响较大，是主要的充水通道。可分为3中类型：导水断裂带、储水断
12、裂带和隔水断裂带。3.喀斯特4.人为充水通道1）封孔不良钻孔2）矿井长期排水3）采空区岩层的塌陷第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件一、矿井水文地质观测 矿井水文地质观测是矿井水文地质工作的主要项目，一般包括两部分内容：地面水文地质观测和井下水文地质观测。地面水文地质观测：1.地面水文地质观测的内容包括：气象观测、地表水观测、地下水观测等3个方面。2.出水征兆的观测 经常观测工作面是否潮湿、滴水、淋水，以及顶、底板和支柱的变形情况，如底鼓、顶板陷落、片帮、支柱折断、岩石膨胀、巷道断面缩小等。3.矿井涌水量观测1）矿井涌水量观测要求 观测站多布置在各巷道排水沟的出口处、主要巷道排水沟流人水仓处
13、、采区石门排水沟的出口处、井下出水点附近。此外，对一些临时出水点，可选择有代表性的地点，设置临时观测站。第三节矿井水文地质观测与涌水量预计第三节矿井水文地质观测与涌水量预计2）矿井涌水量的观测方法 容积法 用一定容积的量水桶，放在出水点附近，然后将出水点流出的水导入桶内，用秒表记下流满桶所需要的时间，其涌水量则为：tVQ 式中Q涌水量，m3/h或m3min；V量水桶的容积，m3或L；t流满水桶所需的时间，h、min或s。容积法测定涌水量一般比较准确，但有局限性，当涌水量过大时、这种方法不宜使用。第三节矿井水文地质观测与涌水量预计第三节矿井水文地质观测与涌水量预计二、矿井涌水量预计矿井涌水量预计
14、内容与步骤：1.矿井涌水量预计内容（1）矿井正常涌水量（2）矿井最大涌水量（3）开拓井巷涌水量（4）疏干工程排水量2.矿井涌水量预测步骤利用数学模型解算完成第三节矿井水文地质观测与涌水量预计第三节矿井水文地质观测与涌水量预计一、矿井水害防治总体要求n矿井水害的防治工作是在矿井涌水条件分析和矿井涌水量预测的基础上，根据涌水水源、通道和水量大小的不同，分别采取不同的防治措施。二、地面防水1.截水沟、水库与防洪堤2.河流改道3.整铺河床4.堵塞通道第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法AAAA215210205200200 1231-地形等高线；2-排洪沟；3-煤层图7-10排（
15、截）洪沟布置示意图第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法1原河道；2人工河道；3拦河坝；4矿界图7-11 河流改道示意图第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法1-煤层；2-灰岩；3-页岩；4-整铺后的人工河床图7-12 整铺河床示意图1-砾石、碎石；2-黏土图7-13 充填塌陷坑示意图第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法三、井下防水n井下防水措施包括探放水、留设防水矿岩柱、设置防水闸门和防水闸墙等。1、探放水 小窑老空水的探放n1）探水起点的确定n将调查和勘探获得的小窑老空区分布资料经过分析后，在煤层底板等高线图相应位置上按比例填绘
16、小窑老空区范围及三条界线（图7-33）。n2）老窑积水量的估算n划定积水线后，可按下式初步估算老空积水量：第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法n3)探放水钻孔的布置原则和布置方式n（1）探放水钻孔的布置原则应以不漏掉“老空”、保证生产安全和探水工作量最小为原则。探放水钻孔的超前距、允许掘进距离、密度和帮距，如图7-34所示。n（2）探水钻孔布置方式一般倾斜煤层平巷和上山巷道探水钻孔的布置方式、数量和夹角大小可参见表7-16。n在水压高、水量大或煤层松软、节理发育的情况下，于煤层中打钻不安全，应采用隔离式探水。隔离式探水有3种类型，其使用条件及钻孔布置参见表7-17。第四节
17、第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法图7-14小窑老空“三线”示意图第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法孔间距安全外围线(应小于老空宽度)外斜眼中眼帮距探水终孔位置超前距允许掘进距离图7-15 探放水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法n探放水应采用深孔、中深孔和浅孔相结合的方式，如图7-35所示。2.断层水的探放n探断层水的钻孔应与探断层的构造孔相结合，在查明断层对煤层赋存条件影响的同时，探明断层及其两盘含水层的赋存条件及富水性。n断层水探明后，应根据水的来源、水压和水量采取不同措施。若断层水是
18、来自强含水层，则要注浆封闭钻孔，按规定留设煤柱；已进入煤柱的巷道要加以充填或封闭。若断层含水性不强，可考虑放水疏干。第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法3.含水层水的探放n探放含水层水基本有3种情况，一是探放影响采掘工作的顶板强含水层水，二是探放影响采掘工作的底板强含水层水，三是巷道（例如石门）穿越强含水层前的探放水。第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法1-深孔；2-中深孔；3-浅孔A1、A2-第一、第二次超前距；B1-帮距；C1、C2-第一、第二次孔间距；D1、D2-第一、第二次允许掘进距离。图7-16 深孔、中深孔和浅孔相结合探放水示意图第四节第
19、四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法2、防隔水煤岩柱的留设n在矿井可能受水害威胁的地段，留设的一定宽度或高度的煤岩柱，称为防隔水煤岩柱。n矿井水文地质规程规定，凡属下列情况之一者，必须留设防隔水煤岩柱：煤层露头风化带，含水、导水或与富含水层相接触的断层，矿井受淹区，受保护的地表水体，受保护的通水钻孔，井田技术边界。第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法PHLLHPM(a)(b)附图 8-2（a）煤层与强含水层接触（b）含、导水断层 图7-17含水或导水断层煤柱留设方法第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法LH(a)LH(b)附图8-5aa（
20、a）煤层与含水层在垂向上重叠（b）煤层与含水层在垂向上不重叠图7-18 煤层位于含水层上方，断层导水情况下断层煤柱留设方法第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法3、防水闸门与防水墙图7-19 防水闸门示意图图7-20 防水墙示意图第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法4、疏水降压与注浆堵水1）疏水降压疏水降压是利用专门的工程（如抽水钻孔、放水钻孔、吸水钻孔、疏水巷道等）及相应的排水设备，有计划、有步骤地使影响采掘安全的含水层降低水位，或形成不同规模的降落漏斗，使含水层局部或全部疏干。根据疏水方式，可分为地面疏水、井下疏水和地面井下联合疏水。2）注浆堵水注
21、浆堵水是防治地下水患的有效措施之一。注浆堵水是指将各种材料，如黏土、水泥、水玻璃、化学材料等，制成浆液压入地下预定地点，如突水点、含水层储水空间等，使之扩散、凝固和硬化，从而起到堵塞水源通道，增大岩石强度，增强岩石隔水性能的作用，以达到治水的目的。第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法 5 矿井排水n矿井排水是煤矿生产的基本环节。多数矿井都是将井下各出水点和疏放出的水经过排水沟或管道系统汇集于水仓，用水泵排至地面。1）排水方式n矿井排水方式有直接、分段和混合式3种。可根据矿井涌、疏水量的大小，井型，开采水平的数量和深度，排水设备的能力，矿井水的腐蚀性等具体条件确定排水的方式。2）排水系统n排水系统由排水沟、水仓、泵房和排水管路等构成。第四节第四节 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法本章结束本章结束
