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1、第七章 矿井主要水害类型及其特征第一节 大气降水及地表水水害特征第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征第三节 老空水水害特征第四节 断层水、陷落柱水、钻孔水水害特征复习思考题第一节 大气降水及地表水水害特征 矿井主要水害类型有：大气降水及地表水水害；孔隙、裂隙、岩溶水水害（含水层水害）；老空水水害；断层水、陷落柱水、钻孔水水害。各种类型的水害特征有所不同，其相应的防治技术也不一样。第一节 大气降水及地表水水害特征 矿井水的主要来源是大气降水和地表水的渗透补给，即使含水层向矿井充水，其最终补给也是大气降水或地表水，未能接受大气降水和地表水的含水层，一般容易疏干。因此，矿井防治水的一个最重要环节就
2、是防治大气降水和地表水的渗透补给。第一节 大气降水及地表水水害特征 一、大气降水水害特征 （1）大气降水一般是通过采空区塌陷、地表裂隙、溶洞、小窑、井筒等进入矿井。露天开采条件下，一部分大气降水直接进入矿井，成为矿井水的组成部分；一部分大气降水渗入地下，再通过露天边坡或坑底进入矿井。第一节 大气降水及地表水水害特征 （2）在以大气降水为主要充水水源的矿井，矿井涌水量与大气降水的水量、性质、延续时间有密切的关系，具有明显的季节性变化，最大涌水量出现在雨季和融雪季节，暴雨后常常出现峰值流量。在丰水年间或雨季，矿井涌水量有大幅度的增加。第一节 大气降水及地表水水害特征在南方有些岩溶裸露地区的矿井，由
3、于浅部岩溶发育，开采煤层虽然位于地下水位以上，旱季无水，但雨季水位迅速上涨，水量很大，因而一些小煤窑便根据这个特点进行季节性开采。第一节 大气降水及地表水水害特征 （3）以大气降水为主要充水水源的矿井，在开采浅部煤层时，矿井水量随着走向开拓长度、开采面积的增加而增加。开拓深度增大后，当垮落裂缝带的高度再不能达到地表后，开拓深度的增加，往往不会引起矿井涌水量的增加，反而会使之变小。第一节 大气降水及地表水水害特征 例如：湖南湘永煤矿开采面积由0.257 km2增加到0.514 km2后，井下排水量由53 m3/h增加到102 m3/h，约增大了1倍。又如，湖南周家坳井开采+125 m水平时，矿井
4、排水量达800 m3/h，而同一矿区的伍家冲井开采-180 m水平时，矿井涌水量仅为200 m3/h。第一节 大气降水及地表水水害特征 （4）以大气降水为主要充水水源的矿床，其矿井涌水量受降水量的控制具有明显的分区特点。降水量小的地区，如西北地区，其矿井涌水量也小；而降水丰沛的南方，矿井涌水量普遍较大一些。第一节 大气降水及地表水水害特征 除了降水数量之外，降水的性质也和矿井充水量关系比较密切，南方降水以降雨为主，则在暴雨之后易形成矿井的极大涌水量，年矿井涌水量历时曲线上只有一个峰值区段。第一节 大气降水及地表水水害特征 在北方，除了降雨之外，还有降雪，一般矿井涌水量年变化曲线可能有两个峰值段
5、，但峰值多较平缓，量也较小。（5）大气降水水害一般发生在暴雨天气，水势来势凶猛、危害极大，很容易造成淹井和人员伤亡事故。第一节 大气降水及地表水水害特征 【案例7-1】2007年8月17日，山东省一煤矿发生洪水淹井事故，当班756人，死亡172人，与其相邻另一煤矿也被洪水淹没，致使9名矿工遇难。第一节 大气降水及地表水水害特征事故原因是由于强暴雨导致山洪暴发，流经华源矿区的柴汶河水位暴涨漫过河岸，漫溢的洪水冲蚀河岸，掏空基础，最终冲开约65 m的决口，冲入落差约5 m的岸外低洼处。在洪水强烈冲刷作用下，形成3个集中溃水点溃入井下，溃入井下的水量约1 260万m3，砂石和粉煤灰约30万m3。第一
6、节 大气降水及地表水水害特征 事故主要教训：预防自然灾害的机制不健全。暴雨期间井下停产撤人不及时。发现井下透水后，没有及时作出人员一次性撤离升井的决定，而是分3次下达撤人命令，延误了部分人员的最佳撤离时机。第一节 大气降水及地表水水害特征 事故灾难发生后，没有在规定时间内按程序立即上报，贻误了当地政府在第一时间组织抢救的时机。开采防隔水煤柱、超层越界开采，造成相邻煤矿也被淹没。第一节 大气降水及地表水水害特征 二、地表水水害特征 1.地表水向矿井充水的途径 地表水是指地球表面上的江、河、湖、湾、水库、池塘等水体。地表水向矿井充水的途径主要有：第一节 大气降水及地表水水害特征 通过井口，直接灌入
7、井下；通过地表水体下松散岩层、基岩含水层露头渗入井巷。通过采后顶板冒裂带贯通地表塌陷带裂缝渗入。通过构造破碎带、老空区直接溃入第一节 大气降水及地表水水害特征 2.地表水体对矿井充水强度的影响因素 （1）地表水体位置。地表水体与煤层在相互位置上有3种组合关系：地表水体位于煤层或采区上方。地表水体位于煤层或采区的附近。第一节 大气降水及地表水水害特征 地表水体离煤层或采区较远。在的情况下，地表水体与煤层的间距、煤层开采后垮落裂缝带是否能够达到地表水体，是决定地表水体对矿床充水作用的关键因素。第一节 大气降水及地表水水害特征 在的情况下，地表水体通常只能成为补给水源，不能直接进入矿井，它们一般通过
8、直接充水含水层后才能进入矿井。如果地表水体与强透水性的直接充水含水层因自然或人为原因发生密切的水力联系时，也可能引起大量的地表水进入矿井，甚至造成淹井事故。第一节 大气降水及地表水水害特征 （2）地表水体与煤层间是否有可靠的隔水层。煤层上方如果有地表水体，即使间距不太大，但只要它们之间有比较可靠的隔水层存在，则往往不会造成大量的矿井充水。第一节 大气降水及地表水水害特征 例如，微山湖地区，由于湖下普遍存在厚度约20 m的黏土层，黏土层隔水性能良好，而且变形时以塑性为主，不会产生导水裂隙，加上其下还有其他岩层与煤层相隔，故湖水对煤层的开采不会构成严重威胁。当然，在开采接近煤层的海下隐伏露头地段时
9、，还是要采取必要的防治水措施。第一节 大气降水及地表水水害特征 （3）地表水体与矿区内含水层的关系。如果地表水不能直接进入矿井，则只可能作为补给水源通过其他含水层进入矿井。此时，它与含水层的水力联系程度以及含水层的渗透性能就成为它向矿井充水作用的主要条件。第一节 大气降水及地表水水害特征 在含水层的渗透性能较弱或者与地表水的水力联系程度较弱的情况下，即使地表水体水量很大，它向矿井的充水量也是较小的；只有在含水层的渗透性能很强、地表水体水量较大的情况下，才构成对矿井的严重威胁。第一节 大气降水及地表水水害特征 （4）地表水体自身特点。地表水体自身的特点，包括水量、水位、水质、泥沙含量，以及是季节
10、性地存在还是常年存在等。水量大的地表水体，其向矿井充水的潜在能力也大；常年存在的地表水体向矿井充水的时间长、影响也大。第一节 大气降水及地表水水害特征 3.地表水体对矿床充水的作用 （1）地表水体对矿井的充水作用可能随着其水量水位的变化而有所不同。例如，湖北黄石矿区瓦嘴矿就是因为大冶湖在雨季水位急剧上涨，淹没了渗透性能良好的长兴硅质层的露头地段，导致湖水大量进入矿井，造成淹井。第一节 大气降水及地表水水害特征在一些岩溶矿区，在疏排地下水之后，可能在地表水体之下形成塌陷，造成地表水大量进入矿井。例如，1990年6月，恩口矿区暴雨后，壶天河水猛涨，河水通过新产生的塌陷洞倒灌入茅口灰岩后进入矿井，造
11、成恩口一二井被淹。第一节 大气降水及地表水水害特征 （2）地表水体对矿井的充水作用还与地表水含泥沙情况等特征有关。当地下水补给地表水时，泥沙不会堵塞其通道；但是，当在地表水体补给地下水的情况下，地表水体中的泥沙便会淤塞水流通道，这种情况特别容易发生在洪水期间。如在准格尔等矿区黄河流经灰岩地带，可以形成宽达23 km的河流泥沙充填带。第一节 大气降水及地表水水害特征 （3）在天然状态下，河流和湖泊可能接受地下水的补给，也可能补给矿区地下水，但在矿床开采以后，则多成为矿床直接充水含水层的补给来源。（4）地表水作为充水水源经常构成定水头的补给边界，成为矿井水较稳定的主要来源，水量稳定，不易疏干。第一
12、节 大气降水及地表水水害特征 （5）地表水如果通过井筒、岩溶、断裂带、老空区等途径直接贯通井下，往往会造成淹井和人员伤亡事故，危害极大。第一节 大气降水及地表水水害特征 【案例7-2】2010年8月10日，吉林省一煤矿发生突水事故，导致18名矿工死亡，矿井被淹，直接经济损失2 300多万元。事故直接原因：矿井东侧紧临大罗圈沟河，大罗圈沟河上游突降暴雨，使得河水水位暴涨。河水裹着砂石、树木等杂物，冲入大罗圈沟河，造成河道局部堵塞，漫堤淹井，导致事故发生。第一节 大气降水及地表水水害特征 事故教训：矿方对周边地表水体动态情况调查不清，使得安全隐患不能及时被解除，未考虑到一旦地表水体发生突发情况，会
13、造成难以估量的损失。在大罗圈沟河水位暴涨、已出现淹井险情的情况下，矿方不但不执行政府立即撤人的指令，反而强令工人冒险入井拆撤设备，导致人员死亡事故。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 一、孔隙水水害特征 孔隙含水层是指地下水储存与运移于组成含水层的固体颗粒之间的孔隙之中的含水层。孔隙含水层主要分布于疏松未胶结或半胶结的新生代地层中。孔隙含水层的富水性一般较裂隙含水层和岩溶含水层要均一。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 它多以比较均一的渗入形式向矿井充水，有时也造成流沙溃入矿井。孔隙含水层的透水性主要取决于岩性、颗粒大小及分选程度、磨圆程度、含黏土成分的多少，特别是土成分的多少对含水层
14、的渗透性影响很大。孔隙含水层一般埋藏较浅，易于得到大气降水和地表水的补给。它与地表水体的联系和大气降水的渗入强度往往是决定矿床充水量大小和变化过程的重要因素。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 孔隙含水层对煤矿充水主要有3种类型：煤系本身以含孔隙水为主的煤矿床。煤层露头部位或其浅部直接上覆有孔隙含水层的煤矿床。巨厚孔隙含水层组覆盖下的煤矿床。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 【案例7-3】2009年7月22日，黑龙江鸡西市一煤矿发生一起孔隙含水层透水事故，死亡23人，直接经济损失1 200万元。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 事故直接原因：井田区域内冲击层较厚，在遭遇区域强降
15、水后，使得原有的各类孔隙裂隙为入渗雨水所充满，井筒周围岩层及其上覆冲积层含水达超饱和状态；水体从裂隙渗流到井筒，破坏了井筒周围的岩土稳定性，使井筒现有支护方式和支护强度不能抵御上覆饱水冲积层压力和水沙冲击，井筒围岩和支护垮塌，上覆水泥沙溃入井下，导致水灾事故发生第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 二、裂隙水水害特征 1.裂隙水的特点 裂隙水是指赋存于坚硬岩石裂隙中的水。它有以下特点：（1）裂隙水空间分布不均匀。局部发育，呈脉状分布，导致同一岩层中相距很近的钻孔，水量悬殊。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 （2）渗透的各向异性。一般第三方向不发育，空间展布具有方向性，不同方向发育差异。
16、（3）水力联系不统一。裂隙连通性较差，很难形成统一的含水层，当不同方向相连通时形成裂隙含水系统。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 2.裂隙水的水害特征 （1）以裂隙充水为主的煤田中，井巷开拓时突水很不均一，突水点分布具有一定的方向性。裂隙水害的危害大小，主要取决于裂隙充水量和连通性，当采掘中遇有大的含水体连通的裂隙或裂隙充水量很充沛时，往往易造成突水，威胁矿井的安全。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 （2）以裂隙充水为主的煤田中，岩层渗透性能随着埋藏深度的增大而减小，是与岩石的裂隙发育程度随着埋藏深度的增大而减少的规律相适应的。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征大同矿区曾是开采侏罗纪煤田的特大型矿区，以裂隙充水为主，其矿井涌水量一般不随开采深度的增大而增大，而主要与上覆含水层富水性、采动裂隙带的发育特征、降水的补给条件有关。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 该区断裂不发育、含水层富水性弱，在开采浅部煤层而疏干了上部含水层的情况下，开采深部煤层时，涌水量还可能变小。第二节 孔隙水、裂隙水、岩溶水水害特征 （3）组成裂隙含水层的岩石性质一般为坚硬或半坚硬岩石，在我国西
