矿井水防治课件

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1、 第 七章 矿井水文地质与防治第一节 地下水的基本知识第二节 矿井充水条件第三节 矿井水文地质观测及其水害的防治第七章矿 井水文地质与防治水第一节 地下水的基本知识 一、有关概念： 1、大气水：以气态（水汽）、液态（雨、云）和固态（雪、雹） 存在于大气圈中的水。 2、地表水：以液态聚积在江、河、海、湖 中以及以固态存在于两极及高寒地带的水。 3、地下水：以各种不同状态（气、液、固） 存在于岩石空隙中的水。 地下水具有分带性： 1）包气带：岩石空隙未被水充满的地带。 2）饱水带：地下水面以下，岩石空隙被重 力水全部充满的部分。 二、水的循环：大气降水分三部分：（1）一部分再度蒸发，回到大气中；（

2、2）另一部分以地表迳流 的形式汇入河流、湖泊，最后注入海洋；（3）还有一部分通过土壤或岩石空隙渗入到地下，形成地下水，地下水又以地下迳流或 泉的形式汇入河流、湖泊或海洋。 按其循环的范围不同，可分为两类型： （1）大循环：水在海洋和陆地之间，既整个地球范围内的循环。 （2）小循环：水在海洋或陆地各自范围内的循环。三、岩石的空隙性及水理性岩石的透水性岩石能被水透过的性质。透水层能透水的岩层。隔水层不能透水的岩层。含水层充满了地下水的透水层。 （一）岩石的空隙性根据空隙的成因和结构，可将其划分三种类型：1、孔隙：松散岩石和未完全固结的沉积岩，岩石颗粒之 间的空隙。孔隙度：孔隙体积Vn与包括孔隙在内

3、的岩石体积V之比。用百分数表示：Kn=Vn/V100% 2、裂隙：由于受地壳运动或外力作用，坚硬岩层中的各种裂缝。裂隙度：裂隙体积Vt 与包括裂隙在内的岩石总体积V之比。用百分数表示：Kt=Vt/V100%3、岩溶：可溶性岩石中的洞穴。岩溶度：可溶性岩层中洞穴体积与包括岩溶洞穴在内的岩石总 体和V之比。 用百分数表示：Kk=Vk/V100%（二）岩石的水理性：1、容水性：岩石空隙所能容纳水的性质。表示容水性能的指标叫容水度：岩石所能容纳水的重量与岩石干燥时的重量比，用百分数表示，叫重量容水度。数值上等于岩石的孔隙度、裂隙度或岩溶度。 2、持水性：在自然条件下，岩石能保持一定水量的性能。 3、给

4、水性：被水饱和了的岩石，在重力作用下，能自由排出重力水的性能。 4、透水性：岩石能使水透过本身的一种性能。表示岩石透水性能大下，用渗透系数（K）表示。四、地下水分类及特征 （一）按埋藏条件分类1、上层滞水：包气带中局部隔水层之上的重力水。一般只能作小型或暂时性供水水源，对矿 山开发、建设几乎没有 影响。2、潜水：埋藏在地表 以下第一个稳定隔水层 之上，具有自由水面的 重力水。1）潜水的特征： （1）潜水的分布区和补给区是一致的。 （2）潜水有一个自由水面，称为潜水面。潜水面上任意一点均受 大气压力作用，而不承 受静水压力，所以潜水是无压水。 （3）潜水的水量、水位、水质均有明显的季节性变化。

5、（4）潜水在重力作用下，始终由高水位向低水位不断运动。 2）潜水面形状：潜水面形状可用潜水等水位线图来表示。根据等水位线图可解 决下列问题： （1）确定潜水流向； （2）确定潜水的水力坡度，水力坡度：沿水流方向上某线段上潜 水位的高差与该线段水平距离的比值， I=104100 /AB （3）确定潜水与地表水的补给关系。 （4）确定潜水埋藏深度。 （5）确定引、排水工程的位置：水井布置在地下水汇集的地方， 排水沟应布置在垂直水流方向。3、承压水埋藏并充满两个稳定隔水层之间的 含水层中的重力水。 1）承压水特征： （1）承受静水压力； （2）补给区与排泄区不一致； （3）季节变化不明显。2）自流盆

6、地：赋存承压水的向斜盆地。 （1）补给区a：盆地四周位置较高处含水层出 露的地带。 （2）承压区b：含水层上部具有隔水层的地段。 钻孔或水井揭穿顶板时，承压水便涌入孔 内，并继续上升到一定高度后稳定，此时的水位承压水位。 承压水位到隔水顶板面的距离承压水头H。 两个隔水层之间的垂直距离含水层厚度M。 3）自流斜地：赋存承压水的单斜构造。 （1）由断层形成的自流斜地：断层不导水：承压水无独立的排泄通道，当补给水量大于含水 层所能容纳的水量时，含水层的水就通过补给区低洼区排泄，此 时补给排泄区一致。 断层导水：含水层通过断层排泄，断层与地表相交并形成泉。（2）含水层岩性变化形成自流斜地：含水层在低

7、洼处有泉水出露4）承压水的等水位线图: （二）地下水按含水层性质分类: 1、孔隙水：赋存和运移在松散岩层中的底下水。 1）广泛分布在第四纪和第三纪未胶结的沉积物中。 2）按埋藏条件可形成上层滞水、潜水、承压水。 3）赋存和运移取决于孔隙的大小和数量。 4）重要的供水水源，需要解决煤矿生产中的水文地质问题。 2、裂隙水：埋藏在基岩裂隙中的地下水。 1）按埋藏条件可形成上层滞水、潜水、承压水。 2）赋存和运移取决于裂隙的性质（大小、数量、分布面积等） 。3 ）按裂隙产状可分为： （1）层状水：分布在区域构造中。 潜水：广泛分布于区域基岩裂隙的地下水中，这种水的水量不 大。 承压水：如上面被隔水层覆

8、盖，就形成承压水，水量不大。 （2）脉状水：分布断层及接触带中。3、岩溶水：赋存和运移在可溶性岩石中的地下水。 1）岩溶水的特征：（1）灌入式的迅速补给；（2）管道式的畅通 迳流；（3）暗河式的集中排泄。 2）岩溶发育的层位： （1）质纯可溶性岩层。 （2）可溶性岩层的断层部位。 （3）可溶性与不可溶性岩层接触部位。 （4）褶曲轴部。 （5）可溶性岩层的浅部。 （6）可溶性岩层产状急剧变化部位。五、地下水的物理性质和化学成分（一）地下水物理性质1、温度：地下水的温度与埋藏深度有关2、颜色：决定与地下水化学成分与所含悬浮物质，地下水无色，含有某些化学成分或悬浮杂质时呈现不同的颜色。3、透明度：决

9、定于固体和胶体悬浮物含量。4、气味：取决于水中化学成分和有机质。5、味：取决于水中化学成分。6、比重：决定于水中所含盐分的多少。（二）地下水化学成分1、地下水中的主要化学成分：1）离子状态：H+Na+K+Mg+NH4+等阳离子；OH-、SO4=、HCO3、CO3等阴离子。2） 化合物状态：FeO3、Al2O3等。3）气体状态：N2、CO2、O2、CH4、H2S等。4）地下水中分布最广的7种离子：Cl、SO4=、HCO3、Na+、K+、Ca +、Mg+2、地下水的化学性质：1）PH值：地下水按PH值划分：强酸性水 弱酸性水 中性水 弱碱性水 强碱性水 饮用水9 6.58.52）水的硬度：地下水按

10、总硬度划分：（毫克当量/升）极软水 软水 微硬水（弱） 硬水 极硬水9 3)总矿化度：地下水所含各种离子、分子和化合物的总量，简称矿化度。 （1）测量方法：实验室化学分析所得各种离子、分子、化合物 总量相加。加热105-110蒸干后剩下的残余物。（2）地下水按矿化度划分：（克/升）六、地下水的天然露头按泉的形成方式划分：（一）下降泉：由潜水含水层形成的泉1、侵蚀下降泉：河谷、冲沟切割潜水含水层形 成。2、接触下降泉：地形切割含水层下面隔水层， 潜水从两者接触处，出露地表 。 3、溢流下降泉：岩石透水性变弱或隔 水层底板隆起 ，潜水流动受阻而溢出地表。（二）上升泉由承压含层水形成的泉1、侵蚀上升

11、泉：河谷、冲沟切穿承压含水层的隔水层顶板2、断裂上升泉：导水断层通过承压含水层，由于承压水水位较高，底下水沿着断层、裂隙上升溢出地表。第二节 矿井充水条件矿井水：流入井筒、巷道和工作面的水。矿井充水的主要因素：水的来源、涌水通道和影响水量大小的因素，它们是计算涌水量、预测突水的重要依据。 一、矿井水的来源 （一）矿体及围岩空隙中的地下水:有些矿体本身充满来哦地下水，这些水在开采时可以直接流入巷道，成为涌水水源。有些矿体本身不含水，但其围岩有较多的空隙并含有地下水，当巷道与空隙相通时，成为涌水的水源。 （二）地表水:地表水体包括：河流、湖泊、池沼、水库等。在评价地表水体时矿井充水影响时，需要考虑

12、以下几个问题： 1、其本身特点：2、与煤层的相对关系： 1）地表水体位于煤层之下，无影响。 2）位于煤层之上，有影响，其影 响大小取决于： （1）二者的垂距； （2）地下水体的岩性组合。 （三）大气降水是渗入 1、矿井涌水程度与降水大小、降水强度和持续时间有关。 2、矿井涌水量有明显的季节性变化。 3、大气降水渗入量随开采深度增加而减少。 （四）老窑水采空区或废弃巷道，由于长期停止排水而积水的地下水称老窑水 。老窑水的特点： 1、象地下水库，且浅部分布较多。 2、分布无规则，准确位置不易确定。 3、酸性大，多为强酸性水。二、矿井涌水通道分析（一）岩石的孔隙这种通道往往存在于未成岩的松散沉积物中

13、，其透水性能取决于孔隙的大小和形态，孔隙大涌水量就大。（二）岩石的裂隙风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙均能构成矿井涌水通道，其中风化裂隙、成岩裂隙所含水量不大，只有与其它水源连通时，才能使矿井充水，构造裂隙是矿井涌水和矿井突水的主要通道。构造裂隙包括：节理、断层和巨大的断裂破碎带。1、节理：脆性岩石中节理较发育，且为张性节理，透水性好，柔性岩石中节理细小，透水性差。2、断层：1）隔水断层；2）透水断层。3、断裂破碎带：具有较高的空隙，有利于突水。（三）岩石的溶隙岩石的溶隙是可溶性岩层被溶蚀而形成。岩溶区岩溶水的运动和岩溶溶洞的发育、分布,具有垂直分带性：1、包气带（I）：位于最高地下水位以上。2、

14、水位季节变动带（）：位于高水位和低水位之间3、饱水带（）：处于地下水面以下。4、深部循环带（）：位于当地侵蚀基准面以下。（四）人工通道1、崩落法采煤造成的裂隙。2、钻孔造成的涌水通道。三、影响涌水量大小的因素 影响矿井涌水量大小的因素有：充水来源、充水通道、覆盖层岩性、 围岩岩性、地形条件等。 1、覆盖层及围岩岩性： 2、地形条件： 3、地质构造：地质构造是影响矿井涌水量大小的重要因素。 1）断裂面：断裂面性质不同对涌水量打下的影响程度不同。 （1）压性断裂面；（2）张性断裂面；（3）扭性断裂面。 2）构造部位：不同的构造部位对矿井涌水量影响程度不同。 （1）断层产生的裂隙发育地段，对矿井涌水

15、量影响大。 （2）断层交叉点容易突水。 （3）断层密度大的地段，岩石破碎、裂隙发育、易突水。 （4）有些矿井断层上盘次一级的断裂较发育，突水性强。四、地下水运动的基本规律 （一）地下水的运动条件： 1、岩层必须透水。 2、地下水面必须具有水力坡度。水力坡度：沿水流方向上单位距离内的水位差。 水力坡度 式中：h1-过水断面1处水位标高； h2-2处标高，L两断面距离（二）地下水运动状态 1、层流：水质点作连续运动， 流束平行而不混杂。 2、紊流：水质点运动不连续， 流束不平行而混杂。（三）地下水运动的基本定律：反映层流运动的基本定律叫达尔西定律。Q=KH/L=KI式中：Q单位时间的渗透流量，m3/s；K渗透系数，m/s； 砂样过水断面面积，m2；L砂样长度，m。等式两边同除 ，上式变为：Q/ =KI V=KI V渗透速度，m/s 地下水的渗透速度，并不等于地下水在岩层中运动的实际速度， 因为渗透速度V=Q/ ，其中过水断面W包括岩石颗粒和空隙，实际上水流只通过岩石的空隙部分，因此不是实际的过水断面，实际的过水断面0 = n，n岩石空隙率，既在岩石或土壤中，单位体积所含空隙的量。实际流速：u=Q/ 0=Q/ n 有V=nu n1 Vu 既实际流速总是大于渗透速度。在式V=KI中，当I=1时，渗透系数在数值上等于渗透速度，渗透系数表示了岩石渗透性的好坏，透水