矿井水文地质与水害防治 ppt课件

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1、第七章 矿井水文地质与水害防治,第二节 矿井充水条件,第七章 矿井水文地质与水害防治,第一节 水文地质基本知识,第三节 矿井水文地质观测与涌水量预计,第四节 矿井水害防治技术与方法,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，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。

2、,第一节 水文地质基本知识,一、 地球上水的循环 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7-1）。,第一节 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

3、,第一节 水文地质基本知识,三、 地下水的赋存 1、 岩石中的空隙 岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。 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、冲蚀下产生的空洞。,第一节 水文地质基本知识,1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

4、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，2019）,第一节 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 水文地质基本知识,2、 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 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7-3。 2、 按地下水的埋藏条件分类 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

5、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 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。 潜水面的形状可用等水位线图来表示。,第一节 水文地质基本知识,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 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

6、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 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）； 5泉 图7-8 断裂构造形成的自流斜地,第一节 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 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。

7、 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 水文地质基本知识,五、 地下水的性质 地下水的物理性质，包括温度、颜色、透明度、气味、觉味、密度、导电性和放射性等。,第一节 水文地质基本知识,地下水的化学成分 1）地下水中的主要离子成分 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+）。 2）地下水中的主要气体成分

8、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。 3）地下水的其他成分,第一节 水文地质基本知识,一、 矿井充水水源及其影响因素 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、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。 采矿过程中流入矿井巷道的水，称为矿井水（或矿坑水）。 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 矿井充水条件,1、 矿井充水水源 矿井充水

9、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 矿井充水条件,2 影响矿井充水的因素 1.覆盖层 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，与煤层上覆岩层的透水性及围岩的出露条件有着直接的关系。 2.地形 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 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 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

10、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 矿井充水条件,图7-10 断层交叉点与突水点关系,第二节 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

11、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 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

12、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、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,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：,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

13、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,二、 矿井涌水量预计 矿井涌水量预计内容与步骤： 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,一、 矿井水害防治总体要求 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 矿井水害防治技术与方法

14、,1-地形等高线；2-排洪沟；3-煤层 图7-10排（截）洪沟布置示意图,第四节 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 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 矿井水害防治技术与方法,三、 井下防水 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 1）探水起点的确定 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

15、小窑老空区范围及三条界线（图7-33）。 2）老窑积水量的估算 划定积水线后，可按下式初步估算老空积水量：,第四节 矿井水害防治技术与方法,3)探放水钻孔的布置原则和布置方式 （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。 （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。 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 矿井水害防治技术与方法

16、,图7-14小窑老空“三线”示意图,第四节 矿井水害防治技术与方法,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 矿井水害防治技术与方法,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 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。 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 矿井水害防治技术与方法,3.含水层水的探放 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 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