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1、8 矿床水文地质与水害防治理论 主要内容8.1 影响矿床充水的因素 8.2 矿床水文地质分类 8.3 矿坑涌水量预测 8.4 矿井水的防治 8.5 水体(承压水)上开采8.1影响矿床充水的因素1影响矿床充水的自然因素1)大气降水大气降水是地下水的主要补给来源，因此在多数矿区也 是矿井水的主要来源，有时还是唯一的来源。当矿井的主要充水来源为大气降水时，一般具有以下三 方面的特征： 区域性特征 季节性特点 影响随深度减弱8.1影响矿床充水的因素1影响矿床充水的自然因素2)地形地形直接影响矿井水的汇集和排泄条件，是控 制矿井涌水量大小和疏干难易程度的主要因素之一 。8.1影响矿床充水的因素1影响矿床
2、充水的自然因素3)地表水地表水渗入矿井的途径是；通过第四系松散砂砾层 及基岩露头，先渗入补给地下水，而后在适当条件下渗 入矿井；通过老窑直接渗入矿井；洪水期直接通过地表 低洼处的井巷灌入井下；地表水体下采煤，岩层移动产 生的导水裂隙与地表水沟通。8.1影响矿床充水的因素地表水渗入矿坑的几种途径 8.1影响矿床充水的因素地表水能否渗入井下及渗入量的大小，取决 于以下因素：(1)地表水体的性质和规模(2)地表水体与井巷之间岩石的透水性(3)矿井或采掘工作面距地表水体的远近(4)采矿方法的影响8.1影响矿床充水的因素举例：山东省不少煤矿，尤其是淄博、 枣庄、新汶等老矿区，受河流、水库（积水 坑）等地
3、表水体以及雨季洪水的威胁，历史 上曾多次发生过地表水（含雨季洪水）通过 井眼、矿井安全出口、采后塌陷坑、煤系含 水层露头、喀斯特岩溶塌陷等直接或间接地 透入矿井而造成事故。 坑道突水较严重的省份是：山西、山东、 安徽、江西、广东、广西、河南，此外吉 林、江苏、浙江、四川等省(区)也较为严 重。8.1影响矿床充水的因素4)充水岩层的特征(1)充水岩层的含水空间特征孔隙含水层： 当井筒穿过松散孔隙含水层时，常发生孔隙水和流 砂层溃入事故。 开采位于松散沉积层中的矿床或部分中生代沉积物 中的矿床时，含水砂层中水及流砂的溃入。 在松散含水层下采矿时，随着顶板岩层的冒落，也 会产生孔隙水和流砂溃入矿井的
4、事故。8.1影响矿床充水的因素裂隙含水层常构成矿床的围岩，是采矿中最经常揭露的 含水层。涌水特点通常是水压大、水量小。当裂隙含水 层与其它水源无联系时，多数矿井的涌水量随时间而减 小。当裂隙含水层与较水大源有联系时，也会造成淹井 事故。岩溶含水层含水较丰富，往往是某些矿井充水或灾害性 突水的水源。这类水源突水的特点，一般是水量大、来 势猛、水压高、涌水量稳定而不易疏干。8.1影响矿床充水的因素直接充水含水层是指露天坑或矿井巷道直接揭露的 含水层，或通过矿床开采后形成的冒落带、巷道底 鼓裂隙等直接对矿井或露天坑充水的含水层。直接 充水含水层决定矿井涌水量的大小。间接充水含水层是指与直接充水含水层
5、有水力联系 ，并通过直接充水含水层向矿井充水的含水层。间 接充水含水层是直接充水含水层的补给水源，决定 矿井涌水量的持续时间和变化趋势。8.1影响矿床充水的因素8.1影响矿床充水的因素岩溶陷落柱是由于底部石灰岩中岩溶充分 发育所引起的顶部灰岩及上覆非可溶岩层 向下塌陷所形成的锥状或柱状堆积体，俗 称无煤柱。8.1影响矿床充水的因素(2)充水岩层的分布面积和厚度在其它条件相同的情况下，充水岩层的分布面 积和厚度越大，其中储存的水量就越多，矿井涌水 量也越大，反之，则小。 (3)充水岩层的边界条件充水岩层的边界，决定其补给来源的好坏。 8.1影响矿床充水的因素5)地质构造(1)褶曲的类型和规模决定
6、地下水储存量的大小 。(2)断裂构造是地下水进入矿井的良好通道。 隔水断裂 导水断裂 (3)地震1980年峰峰二矿 2671 工作面突水 示意图，是因断层 面导水而导致工作 面突水的典型例子 。最大突水量 1310m3h，造成 两个采煤工作面和 两个掘进工作面被 淹。 8.1影响矿床充水的因素2影响矿床充水的人为因素1)老窑积水由老窑积水造成的突水，一般有以下特点； 短时间内可以有很大的水量，来势猛，猝不及防时具有 一定的破坏性； 水中含有大量具腐蚀性的化学成分，易于腐蚀矿井设备 ； 与其它水源无联系时，易于疏干；若与其它水源有联系 时，则可造成量大而稳定的涌水，危害较大。8.1影响矿床充水的
7、因素2影响矿床充水的人为因素2)封闭不良的旧钻孔新汶良庄煤矿1962年土Om水平三 采区11煤层下山掘进中，遇35号 钻孔发生突水的地质结构剖面图 。此次突水来势猛，最大突水量 达288m3h ，稳定水量在72m3 h , 给矿井带来了巨大损失。 8.1影响矿床充水的因素3)采掘工作对顶底板岩层的破坏(1)采掘工作对顶板岩层的破坏冒落带裂隙带弯曲带8.1影响矿床充水的因素徐州青山泉矿二号井 1961年在-120m水平泵房 施工中，因顶板垮落而 导通上覆第九层灰岩水 突水的地质结构示意图 ，当时最大突水量达 1620m3h，淹没了整个 -120m水平。8.1影响矿床充水的因素(2)采掘工作对底板
8、岩层 的破坏承压水造成底板破坏 的机理比较复杂。一般认 为，底板突水是地质因素 (矿层与底板含水层之间 相对隔水层的性质与厚度 )、水文地质因素(底板含 水层静水压力)与采矿活 动产生的矿山压力综合作 用的结果。 8.1影响矿床充水的因素4)岩溶塌陷8.1影响矿床充水的因素4)岩溶塌陷岩溶塌陷的形成受3个要素控制：（1）可溶岩浅部岩溶发育（2）上覆盖层薄而松散（3）水动力场发生急剧变化8.1影响矿床充水的因素u 充水条件分析是根据矿区的自然地理、地质和水文地质资 料，对影响矿床(或矿井)充水的各种因素逐一地 进行分析，从而找出采掘过程中造成矿井充水的 主要水源及通道，并进一步根据它们的特点，确
9、 定矿井的充水程度。8.1影响矿床充水的因素 u矿井充水程度： (1)矿井涌水量矿井涌水量指单位时间内流入矿井巷道的水 量，称为矿井涌水量，通常以Q表示，根据矿井 涌水量大小，可将矿床的充水程度划分为：充水弱的矿井(Q1000m3/h)。近年来，人们习惯把涌水量大于105m3/d的矿 井称为大水矿井。8.1影响矿床充水的因素 (2)含水系数含水系数又称富水系数，指一定时间内从矿 井中排出的水量与同时期内采出的有用矿产产量 的比值，以KB表示。含水系数常被人们认为是矿井的相对涌水量 。根据含水系数的大小，可将矿井充水程度划分 为：充水弱的矿井(KB10)。8.2矿床水文地质分类1矿床水文地质类型
10、划分概述目的：一是生产上可依据同类型矿床具有相似 性的原理，预估新勘探或新开采矿床的水文地质特 征，以指导矿床水文地质调查、矿床评价和开采工 作；二是从理论上探讨各类型矿床的水文地质规律 ，为采矿中利用和改造矿床水文地质条件提供科学 依据，以推动矿床水文地质学科的发展。 8.2矿床水文地质分类目前使用的矿区水文地质工程地质普查勘 探规范，依据岩性分为孔隙水、裂隙水和岩溶 水三类充水矿床；对于岩溶充水矿床根据岩溶发 育的形态及特征进一步划分；最后按水文地质条 件的复杂程度，划分为简单的、中等的和复杂的 。 8.2矿床水文地质分类2主要矿床水文地质类型的基本特征1)以岩溶水充水为主的矿床可按岩溶形
11、态划分为3个亚类： 以溶隙充水为主的矿床 以溶洞充水为主的矿床 以暗河管道充水为主的矿床8.2矿床水文地质分类岩溶充水矿床的基本特征：(1)各矿区由最发育的岩溶形态控制着岩溶 水的赋存特征。北方主要以奥陶系裂隙岩溶最富 水；南方矿床以二叠系溶洞水充水为主；西南地 区以泥盆系三叠系岩溶管道充水者居多。(2)矿床所处构造类型、部位、规模及其破 坏程度，影响着岩溶发育的强度和矿床的富水程 度。8.2矿床水文地质分类(3)岩溶发育不均匀，决定了岩溶水的不均匀 ，导致矿井涌水量大小不等。(4)北方的裂隙岩溶水多具有统一的地下水面 ，各含水层段彼此连通性好，矿床疏干时地下水 位多呈平盘式下降；南方的溶洞水
12、，赋存在大大 小小的溶洞中，彼此通过裂隙或溶隙沟通，不同 部位各具有不同的水力特征，相互联系通常较北 方型弱；西南地区的暗河管道流，多各自孤立而 不具有统一的地下水面。 8.2矿床水文地质分类查明的地质及水文地质问题主要有：(1)对矿床分布范围内的地层，尤其以碳酸 盐岩地层和近矿顶底板层位，要分层研究其岩性 、结构以及各层之间的组合关系；(2)研究矿床所处的地质构造类型、具体部 位及其特征，研究地层中原生和次生裂隙的发育 规律，寻找破碎部位及构造控水条件；(3)研究岩溶发育规律；8.2矿床水文地质分类(4)全面研究矿区内岩溶水的赋存条件；(5)对大泉的形成条件、水量进行观测，探 讨矿床开采后泉
13、水的变化；对与矿井有联系的地 下河系和能进入井巷的地表水进行研究；(6)对矿床充水系统内现有的供水、排水状 况与地下水动态进行分析，对突水和疏干条件以 及引起的环境地质问题作现状评价和预测。 8.2矿床水文地质分类2)以裂隙水充水为主的矿床本类型矿床多属于水文地质条件简单、少数为中等至复 杂的矿床。应查明：(1)矿体及围岩的岩性，原生和次生裂隙的 分布规律；对矿区分布的断裂带作重点研究，分 析其力学性质、两盘岩性、破碎带宽度、充填物 特征及胶结情况；判断断裂的活动历史，注意新 断裂的水文地质特征；8.2矿床水文地质分类(2)分析各岩层的含水性，确定裂隙含水层( 体)的埋藏分布规律；研究充水层的
14、补给、径流 、排泄条件，分析断裂带作为水源或通道的条件 ；(3)调查矿床和各充水层的水质和富水性， 预测矿井涌水量及开采后的环境地质问题；(4)研究矿区风化带的深度和风化程度，分 析降水和地表水入渗条件和入渗量。 8.2矿床水文地质分类3)以孔隙水充水为主的矿床此类矿床调查时应查明：(1)各松散层的成因类型、颗粒成分与结构 、胶结物及胶结程度，顶底板的隔透水性、厚度 及其变化；(2)各层的含水性，主要充水层的边界条件 及水质特征；8.2矿床水文地质分类(3)确定孔隙水与地表水及基岩水间的水力联系 的地段、联系程度及补给排泄关系；(4)查明地貌、新构造运动对充水层的控制；(5)预测矿井涌水量，评
15、价供、排矛盾；(6)研究流沙层的形成、分布，疏干和进入井巷 的可能性。 8.3 矿坑涌水量预测一概述 (1)预测矿坑正常涌水量：即开采系统达到某一标高(水 平或阶段)时，正常状态下相对稳定时的总涌水量，通 常为平水年的涌水量。(2)预测矿坑最大涌水量：指正常状态下开采系统在丰 水年雨季的最大涌水量。(3)预测开拓井巷涌水量：指开拓各类井巷过程中的涌 水量。(4)预测疏干工程排水量：指在设计疏干时间内，将水 位降至某规定标高时的疏干排水量。 8.3 矿坑涌水量预测矿坑涌水量预测大致有以下三个步骤：(1)建立预测矿坑涌水量的水文地质模型 (2)建立相应的数学模型 (3)代入参数解算数学模型，并对解
16、算结果进行 分析评价 8.3 矿坑涌水量预测矿坑涌水量预测的特点 （1）以疏干丰水期的最大涌水量为目标 （2）评价与预测的定量化难度大 （3）不确定因素多 （4）矿坑涌水量预测多为大降深下推 （5）预测所需的信息量相对少而不完整8.3 矿坑涌水量预测二、矿坑涌水量预测的方法预测矿坑涌水量的方法很多，归纳起来可分 为：相关比拟法、解析法、水均衡法、数值法、 电模拟法等。 8.3 矿坑涌水量预测1)水文地质比拟法是利用地质、水文地质条件相似、开采方 法基本相同的生产矿井(或采区或工作面或巷 道系统)的排水或涌水量观测资料，分析研究 涌水量与生产因素的关系，建立经验公式，来 预测设计矿井(或同矿井设计采区或工作面、 巷道系统)的涌水量。 8.3 矿坑涌水量预测1)水文地质比拟法该法的前提是新矿井(或采区、工作面、巷道 系统)与老矿井(或采区、工作面、巷道系统)的条 件应基本相似，老矿井(或采区、工作面、巷道系 统)要有长期的水量观测资料以及生产方面的观测 资料，以保证涌水量与影响因素之间数学表达式 的可靠程度
