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1、矿井矿井水水文地文地质基础知识质基础知识1矿井 水文 地质 基础 知识一、地下水的形成与分类三、矿井充水条件分析二、含水层与隔水层四、矿井涌水量预测2一、地下水的形成与分类（一）地下水的概念 地下水是指埋藏在地表以下，储存在岩石空隙中的水。它主要以气态水、吸着水、薄膜水、毛细水和重力水等几种形式存在于岩石空隙中。3（二）地下水的起源（假说） （1）渗入说：公元前 1世纪，认为地下水是由雨水和雪水渗入地下形成的。 （2）凝结说：公元前 4世纪，认为地下水是由空气中水蒸气凝结而成的。 4 （3）沉积说：20世纪初，在人们发现地下深处存在高温卤水以后，认为地下水与含水岩石同时形成于沉积盆地中，两者的
2、年龄一致，并把这种水命名为沉积水（同生水）。 （4）初生说：1902年由奥地利地质学家E.修斯提出。认为初生水来自岩浆源的分异作用，初生水的基本标志是高温、溶解有特殊的与岩浆有关的化学成分。 5（5）内生说：由前苏联水文地质学家.卡明斯基提出。认为凡是早于渗入循环与沉积循环生成的地下水均可命名为内生水，它主要由岩浆及变质(由地球内力作用引起岩石的改造与变化)起源的水、汽组成。 20世纪60年代以来，已逐渐公认地下水的起源与地球水圈起源紧密相关，原始地壳出现以后，地球水圈才逐渐形成。包含在地球水圈中的水（包括地面水和地下水）主要是整个地质时期从地球内部持续地逸出起源的。6（三）自然界的水循环分大
3、循环（海陆之间）和小循环（海陆内部）。在全球范围内，水分从海洋表面、陆地的河湖、岩土表面蒸发，植物叶面蒸滕的水分，上升的水汽随气流转移到陆地上空，以降水的形式降落到陆地表面，又以地表径流及地下径流的形式汇入大海之中，称为大循环。循环周期长达数千年或几天。7自然界中水循环动态观点：通过循环水的质量得以净化、水的数量得以再生，可持续发展得到保证。降水蒸发 径流水汽输送入渗蒸发降水水汽输送8（四）地下水的分类（1）按地下水的埋藏条件分为： 上层滞水潜水承压水9上层滞水 一般认为上层滞水是指埋藏在离地表不深的饱气带中局部隔水层上的重力水。一般对煤矿生产几乎没有影响。10潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定
4、隔水层以上，且具有自由水面的重力水。潜水的自由水面，称为潜水面；潜水面上任一点的标高，称为潜水位。对于煤矿来说，潜水是矿坑充水的重要水源之一。11注：民用水井与矿井排水。12注：井下施工上山巷道与泵坑积 水。13承压水 充满于上下两稳定隔水层之间的含水层中的重力水，称为承压水。储存承压水的向斜构造，在水文地质学中通常称为承压水盆地或自流盆地。自流盆地按其水文地质特征可分为补给区、承压区及排泄区三部分。 对矿井开采来说，承压水对矿井影响较大，甚至造成淹井事故，必须引起高度重视。1415泉：是地下水的天然露头，是地下水的一种重要排泄方式。按泉的形成方式可分为下降泉和上升泉。下降泉：由潜水含水层形成
5、的泉。根据泉水出露的原因又可分为侵蚀下降泉、接触下降泉、溢流下降泉。上升泉：由承压水含水层形成的泉。根据上升泉出露的原因又分为侵蚀上升泉和断裂上升泉。16（2）按含水层空隙性质分为：孔隙水裂隙水岩溶水17孔隙水储存于疏松岩层孔隙中的水。一般情况下，岩石颗粒大而均匀，则含水层孔隙大、透水性好、水量大、运动快、水质好；反之，则正好相反。孔隙水对采矿的影响主要取决于孔隙含水层厚度、岩层颗粒大小及其与煤层的相互关系。（第四系含水层等）孔隙的大小：取决于沉积物颗粒形状、大小、均匀程度、排列情况及胶结程度等。颗粒越粗大，其间孔隙越大。颗粒大小相等，呈立方体排列（疏松排列），其孔隙要大于呈四面体排列（紧密排
6、列）。沉积物颗粒不均匀，粗颗粒间的孔隙常被小颗粒充填，使孔隙变小。18裂隙水 埋藏于基岩裂隙中的地下水。按成因，岩石的裂隙可分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙三种类型，相应的裂隙水也分为三种。（顶板砂岩含水层）裂隙是坚硬岩石中的空隙。包括裂隙的宽度、长度、数量、分布及连通情况。19岩溶水 埋藏于溶洞溶隙中的重力水，或称喀斯特水，有时也称溶洞水。喀斯特水的水量大、水质好，可作大型供水水源，但岩溶水对煤矿生产安全构成严重威胁，尤其是岩溶化岩层厚度巨大时，多是造成矿井重大水患的水源。溶隙是可溶岩（石灰岩、白云岩、大理岩、石膏、岩盐等）中的空隙。巨大洞穴或溶隙，是水溶蚀结果。20二、含水层与隔水层（一）
7、含水层 通常指储有地下水的透水层，是地下水赋存与运动的主要场所（如岩溶发育的石灰岩和白云岩）。含水层的构成通常需要以下三个条件：（1）储水空间（2）储存地下水的地质构造（3）良好的补给来源21（1）储水空间 构成含水层，首先要具有良好的储水空间。岩层的空隙愈大、数量愈多、连通性愈好，则透水性能就愈好，重力水就愈易渗入及流动，有利于形成含水层。 22（2）储存地下水的地质构造 具备利于储存地下水的地质构造也是构成含水层的重要条件之一。在有隔水（不透水或弱透水）层的存在下，可以避免重力水向下、向侧向流失。如分布于向斜构造的透水层与隔水层组合，往往构成良好的含水层。23（3）良好的补给来源 岩层具备
8、了良好的储水空间和构造条件，但如果水源不足，仍不能成为含水层。含水层通常会直接或间接的接受大气降水、地表水或地下水的补给，补给水量越大通常含水层富水性越强。24含水层根据埋藏条件和水力学状态可以分为承压含水层和潜水（无压）含水层。由于采掘活动而对矿井充水有影响的所有含水层称为充水含水层，按其影响程度和性质可以分为直接充水含水层和间接充水含水层。直接充水含水层：指露天坑或矿井巷道直接揭露的含水层，或通过煤层回采后的冒落裂隙带、回采工作面及巷道底板破坏带等直接向矿井充水的含水层。间接充水含水层：指与直接充水含水层有水力联系，并通过直接充水含水层向矿井充水的含水层。25（二）隔水层通常指透水性差，对
9、地下水的运动、渗透起着阻滞或阻隔作用的岩层，也叫不透水层（如胶结致密、完整的坚硬岩层）。透水层和不透水层在自然界是相对的。26含、隔水层具有相对性，可以相互转化。如砂岩有未被充填胶结的孔隙，后期构造的影响，产生了裂隙，因而砂岩中的孔隙、裂隙便成为储水空间，具备了含水层的条件；但如果砂岩中裂隙不发育，其储水量小，对于大型供水来说，供水条件差，划为相对隔水层；对于小型民用水，可满足供水要求，划为含水层。27三、矿井充水条件分析矿井充水条件：煤矿床开采过程中，地下水或地表水以不同形式和程度向井巷（或矿坑）涌入时，其充水水源、充水通道及充水强度的统称。 矿井 充水 条件 分析 内容（一）充水水源（三）
10、充水强度（二）充水通道28根据充水条件特征，可将矿井充水条件分析划 分为：自然充水条件和人为充水条件。29（一）矿井充水水源矿 井 充 水水 源（1）大气降水（3）地下水（2）地表水（4）老空水30（1）大气降水当空气的温度低于露点时，空气中多余的水汽就要凝结，以液态或固态形式降落到地表形成降水。降水量用雨量计测量，用水层厚度（mm）表示。 降水渗入构成地下水的补给来源。其强弱取决于：大气降水的强度及延续时间，当地的渗入条件，如地表岩石的透水性、地形、植被等。即：单位时间内所降下的雨量大，延续时间长，渗入条件好，地表岩石透水性好，地形平坦，植被良好，则补给地下水量就多。矿井充水与降水关系密切，
11、矿井充水滞后于降水的时间，一般为数小时至数日。312006年7月，受碧利斯台风影响，湖南省郴州、衡阳普降暴雨，白沙煤电集团-前进煤矿从15日13时20分至16时10分仅3个小时，矿井涌水量由200m3/h上升至1300m3/h，矿井处于应急状态，广大干部职工全力抗洪保井，与洪水抗衡了40多个小时，最终没有保住矿井，于17日凌晨5时12分被洪水吞噬。32（2）地表水当矿井附近有江河、湖泊、池塘、水库、沟渠、沼泽等积水，以及季节性雨水时，如果当水位暴涨超过矿井井口标高，这些水就会涌入井下，或由裂隙、断层或塌陷区渗入井下，成为矿井充水水源，甚至导致淹井。2007年8月17日，山东省新泰市华源有限 公
12、司华源煤矿，柴汶河（地表水）决堤溃 入矿井，172名矿工下落不明。 溃水处 33地表水能否成为充水水源，取决于地表水体与井巷之间有无直接或间接联系的通道。通过第四系松散砂砾层及基岩露头通过老窑采空区通过地表岩溶塌陷冒落裂隙带与地表水体沟通洪水径流沿低洼地的井筒直接流入或溃入地表水涌入或灌入矿井的途径3435裂隙带弯曲带冒落带地 表 水导水裂隙带36（3）地下水煤层顶底板岩层中的地下水是矿井最基本的充水水源，根据其对矿井的作用可分为直接水源和间接水源，前者是指井巷直接揭露或通过充水通道直接涌入矿井的水源，后者是直接水源的补给水源。煤系地层的地下水类型主要有孔隙水、裂隙水、岩溶水。37（1）孔隙水
13、含水空间发育比较均一，其富水性取决于颗粒成分、胶结程度、分布规模、埋藏及补给条件。 当井筒穿过松散孔隙含水层时，常发生孔隙水和流砂溃入事故。井下开采第三系煤层时，煤层顶、底板含水砂层中的水及流砂会溃入矿井。如吉林省舒兰矿区，1960-1970年共发生突水突砂事故18次，造成停产、巷道报废或淹井事故，最大的一次持续达十年零七个月之久，总涌入水砂量达150万m3。38隐伏煤田露天开采时，覆盖层中的孔隙水是露天坑的主要充水水源，必须在剥离前进行预先疏干。如内蒙古元宝山露天矿，第四泵松散卵砾层覆盖于煤系之上，且与地表水有水力联系，露天坑开挖时最大疏干水量超过100万m3d。露天剥离岩层中孔隙水的存在，
14、改变岩层的物理力学性质，导致粘土膨胀、流砂冲溃、边坡滑动等工程地质问题。39在松散含水层下采煤时，随着顶板岩层的冒落，会产生溃水、溃砂和溃泥的事故。如淮南、淮北、徐州、枣庄等地煤矿都发生过此类矿井灾害，我国东部矿区很常见。例：徐州某矿开凿平硐，见淋水后，冒顶引起孔隙水突水，Qmax达到603m3/h，水中夹砂、砾石、黄泥，15天后地面出现直径4m、深3m的漏斗状塌陷坑。40（2）裂隙水发育特征：含水空间发育不均一，且具有一定的方向性，其富水性受裂隙发育程度、分布规律和补给条件的控制，一般富水性不强。充水特征：常构成煤层顶底板，使采掘工作最经常揭露的直接充水含水层。通常表现为淋水、滴水和渗水，水
15、量不大，分布不均。当有水源补给时，矿井涌水量较大，甚至构成水害。例：山西路英某矿，井筒断面见长约3m的大充水裂隙，极言风化段Qmax达到349m3/h（即5.7m3/min），最终导致淹井。41（3）岩溶水发育特征：含水空间分布极不均一，在宏观上有统一水力联系而局部水力联系不好，水量分布极不均匀。42充水特征：a、位于岩溶发育强径流带上的矿井易发生突水，且频率高，矿井涌水量大。b、矿井充水以突水为主，且突水量远超过正常涌水量，极易发生淹井事故。例如：1984年6月2日10：20am，开滦范各庄矿2171工作面陷落柱突水的最大涌水量达2053m3min，使该大型矿井（年产煤3106 t）在21h
16、内被全部淹没，成为世界采煤史上最大的一次突水。造成后果：煤炭减产641.7万t，损失资产27782万元，截止86年8月31日，治水费601158万元、矿井恢复费919591万元、停工费328586万元、牺牲职工11名。43（4）老空水采掘范围不明的古井、小窑积水、以及近代矿井采空区与废巷的老塘积水，统称为老空积水，多分布在老矿区的浅部。44老空水特点及对矿井充水的影响位置不清、范围不明、连通复杂难于分析判断和准确掌握，矿井充水带有突发性！多分布在矿床边缘或矿体浅埋处突水位置不受介质制约，突水居高临下！水量大，水压高短时间大量水涌入矿井，来势凶猛，破坏性很大!与其它水源间的水力联系短期疏干/长期补水，难以疏排，危害很大!SO42-含量高，PH值低，含有害气体酸性强，腐蚀性强，破坏矿山设备，威胁矿工身体健 康!45（二）矿井充水通道即水流入矿
