矿井水文地质基础工作培训课件.ppt

,,矿井水文地质基础工作,,山西省煤矿防治水专项培训班,,,,矿井水害防治关键问题,水在哪儿怎样进入矿井水量多大怎样防治,主要内容,,,,1.矿井充水条件分析2.矿井涌水量预计3.矿井水文地质类型划分4.矿井水文地质探查5.矿井水害评价,,,,1.1矿井充水水源,1.2矿井充水通道,1.3矿井充水强度,1.矿井充水条件分析,1.1矿井涌水水源,,,地下水的起源与赋存地下水类型及特征矿井涌水水源及其影响,,1.1矿井涌水水源,,,1.1.1地下水的起源与赋存,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,地下水的起源渗入水降水渗入地下形成的水，是地下水形成的主要形式凝结水空气中的水汽在颗粒和岩石表面凝结形成地下水初生水岩浆中分离出来的气体冷凝形成的水埋藏水与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙中而形成的地下水,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,地下水的赋存地下水赋存在岩石中的空隙中。岩石空隙是岩石成岩时期或岩石形成后在内外营力的作用下产生的。岩石空隙是地下水储存场所和运动通道，空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律对地下水分布和运动具有重要影响。,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,岩石中的空隙，根据成因和后期所受营力作用程度，分为孔隙、裂隙和溶隙（岩溶）。,,,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具有结构性孔隙的粘土；6经过压缩的粘土；7具有裂隙的岩石；8具有溶隙及洞穴的可溶岩,1.1.1地下水的起源与赋存,,,地下水系统地下水补给、地下水径流、地下水排泄,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,含水层、隔水层与弱透水层饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分含水层（Aquifer）是能够透过并给出相当数量水的岩层各类砂土，砂岩等隔水层（Aquifuge不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）弱透水层（Aquitard）渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层各种粘土，泥质粉砂岩等,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,,,含水层与透水层Ⅰ透水层；Ⅱ含水层；Ⅲ地下水面,透水层能透水但不含水的岩层。含水层首先应该是透水层，是透水层位于地下水面以下经常为地下水所饱和的部分；而上部未饱和部分则是透水但不含水的岩层。,1.1.1地下水的起源与赋存,,,定义中的模糊概念“相当水量，微不足道，较大水力梯度”等不是严格的“是与非”的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊的概念相对性的意义从实际应用角度来看划分的相对性相当水量满足需要就可以了。如在某处一口井出水量80m3/d，作为1万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水流量0.11/s≈8.6m3/d，大厂非，村用是。从理论意义来看微不足道微不足道，有时空尺度的制约。如华北平原早期地下水开采，深层水与浅层水的开采有一粘土隔水层；后开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层“越流”--粘土层成为“透水层”。,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,含水层的类型及含水岩组根据不同的标准或目的，可将含水层划分为若干类型,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,,1.1.1地下水的起源与赋存,,,含、隔水层的相对性,,含、隔水层可以相互转化，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。相对隔水层的概念，在生产实践中具有重要的意义。如在石灰岩地区修建水库大坝，库水常沿石灰岩溶洞等透水通道渗漏至库外和坝下游，使水库不能蓄水。在这些地区查明相对隔水层的产状及埋藏、分布条件，对于防止库水渗漏十分重要。,1.1.1地下水的起源与赋存,,,含水层的富水性分级,,含水层有强弱之分，有些含水层含水丰富，我们称之为强含水层，有些含水层含水差，我们称之为弱含水层。含水层富含水的程度称为富水性，用单位涌水量来衡量。,1.1矿井涌水水源,,,1.1.2地下水的类型及特征,,1.1.2地下水的类型及特征,,,地下水在岩石（层）中的赋存是很复杂的，有的埋藏很深、有的埋藏很浅；有的水量大，有的水量小。各种地下水在形成、分布、运动、水质、水量等方面都有所不同。人们对地下水提出了许多分类方法，其中对煤矿生产有直接意义的有两种，即根据地下水的埋藏条件和根据地下水含水介质性质进行的分类。,,地下水的类型,1.1.2地下水的类型及特征,,,根据地下水的埋藏条件分为上层滞水、潜水和承压水。,,地下水的类型,上层滞水,,潜水,承压水,上升泉,隔水层,隔水层,透水层,测压水位,,潜水位,,承压水位,,,1.1.2地下水的类型及特征,,,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,,上层滞水一般分布范围小，储水量不丰富。由于其埋藏浅，受气候条件影响大，雨季获得补给，补给区与其分布区一致，旱季水量明显减少，甚至干涸。一般只有当饱气带厚度较大时，上层滞水才易出现；当其下部隔水层范围较广时，上层滞水存在的时间较长。上层滞水由于分布范围有限，水量少，且其季节性明显，仅能作小型或临时性供水水源，一般对煤矿生产几乎没有影响。,1.1.2地下水的类型及特征,,,潜水与潜水含水层潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。潜水含水层赋存潜水的岩层,,由于潜水具有自由水面即潜水面，而潜水面上任意一点均只受大气压作用，所以潜水是不承受静水压力的无压水因局部隔水层存在产生局部地段承压现象例外，只能在重力作用下，由高水依向低水位不断运动。,基本要素（专业术语）潜水面b-b’潜水位H含水层厚度h2潜水埋深h1,主要特征补给来源降水入渗，河湖入渗排泄汇泉，（河）泄流，蒸发补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水动态受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、水位季节性变化）受人为因素影响也显著，易污染水循环交替迅速水循环周期短，更新恢复快潜水研究基本方法绘制潜水等水位线图获取信息-资料的手段调查、勘探，分析,1.1.2地下水的类型及特征,,,,潜水等水位线图在潜水面上将高程相同的点即潜水位相同的点相连，即为潜水面的等水位线图。,26,河,河,流,流,1.1.2地下水的类型及特征,,,,,承压水与承压水含水层承压水充满于两个隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的水。承压含水层赋存有承压水的岩层。,1.1.2地下水的类型及特征,,,,①承压含水层②隔水顶板③隔水底板④承压含水层厚度（M）⑤埋深（D）⑥测压水位线（面）⑦承压高度-H⑧补给区⑨承压区⑩排泄区⑾自溢区,基本要素,特征补给与排泄有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢，平均滞留时间长（年龄老或长）恢复性差水化学变化较大，矿化度一般较高，可以保留“古老”的水动态要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定则调节能力很强,1.1.2地下水的类型及特征,,,,含水层之间地下水的转化如果两个含水层（或含水系统）之间的地下水存在相互转化，那么对某一特定含水层而言是获得补给，而对另一个含水层来说则是排泄。转化条件两个含水层（或含水系统）之间存在水头差而且有联系的通路，那么水头较高的含水层便补给水头较低的含水层。转化形式潜水补给承压水；承压水补给潜水；松散沉积物和基岩中存在的“导水通道”而使含水层之间发生相互转化,1.1.2地下水的类型及特征,,,,承压水补给潜水,1.1.2地下水的类型及特征,,,,潜水补给承压水,31,1.1.2地下水的类型及特征,,,,松散沉积物中含水层通过“天窗”和越流补给,1.1.2地下水的类型及特征,,,,含水层通过导水断裂发生联系,1.1.2地下水的类型及特征,,,,含水层通过钻孔发生联系,1.1.2地下水的类型及特征,,,,含水层通过弱透水层越流补给,M,HA,HB,A,B,主含水层,补给含水层,1.1.2地下水的类型及特征,,,,1.1.2地下水的类型及特征,,,根据含水介质性质分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。,,1.1.2地下水的类型及特征,,,孔隙水储存于疏松岩层孔隙中的水,,孔隙水的存在条件和特征取决于岩石孔隙的发育情况。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，则含水层孔隙小、透水性差、水量小、运动慢、水质也差。,1.1.2地下水的类型及特征,,,,孔隙水由于埋藏条件不同，可形成上层滞水、潜水和承压水。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。一般来说，岩石颗粒大且均匀，地下水运动快、水量大；而颗粒细且均匀的砂层，容易形成流砂，如果事先没有准备，大量流砂涌入井内。因此，在井筒凿掘时，常用冻结法穿过流砂层。在急倾斜煤层条件下，在煤层浅部开采时，岩层垮落向上抽冒，常常波及到富水性很强的砂砾石含水层，这时将有大量孔隙水和松散沉积物涌入并下，造成突水（突沙）事故。,1.1.2地下水的类型及特征,,,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。,1.1.2地下水的类型及特征,,,,风化裂隙水是指赋存在风化裂隙中的水。风化裂隙是由岩石风化作用形成的。特点分布于近地表的基岩表面，无一定方向，延伸短，常构成彼此连通的裂隙体系。风化裂隙水大部分为潜水，具有统一的水面，多出露于基岩的表层，其下新鲜的基岩为风化裂隙含水层的下限。此种水补给来源主要为大气降水，因此，在气候潮湿多雨地区和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富，可作饮用水。成岩裂隙水是指赋存在成岩裂隙中的地下水。成岩裂隙是在岩石形成过程中产生的，一般常见于于火成岩中。这类裂隙在水平或垂直方向上，都较均匀，也有固定层位，彼此互相连通。成岩裂隙中的地下水水量有时可能很大，在疏干和利用方面均不可忽视。,1.1.2地下水的类型及特征,,,,构造裂隙水是指赋存在构造裂隙中的地下水。由于构造裂隙比较复杂，因而构造裂隙水的变化也较大，常分为层状裂隙水和脉状裂隙水两种。（1）层状裂隙水埋藏于沉积岩、变质岩的节理及片理中，此种裂隙水可以形成互相连通的含水层，当具有统一的水面时，可视为潜水含水层，若其上部为新的沉积层覆盖时，则可形成层状裂隙承压水。（2）脉状裂隙水常存在于断裂破碎带中，呈承压水性质。在地形低洼处，常沿断裂带以泉的形式排泄，其透水性取决于断层性质和所切岩层的透水性，一般压性断裂透水性较差，张性断裂透水性较强。当断裂破碎带规模大、透水性强，补给水源充足时，就可能形成涌水量大而稳定的含水带，给煤矿生产安全造成威胁。,1.1.2地下水的类型及特征,,,岩溶水埋藏于溶洞溶隙中的重力水,,岩溶是发育在可溶性岩石地区的一系列独特的地质作用和现象，又常称为喀斯特。这种地质作用包括地下水的溶蚀作用和冲蚀作用。产生的地质现象，就是由这两种作用所形成的各种溶隙、溶洞和溶蚀地形,1.1.2地下水的类型及特征,,,,岩溶发育必须具备一定的条件有透水的可溶性岩层石膏、盐岩、石灰岩、白云岩等存在，运动于可溶性岩层中的水具有侵蚀性，且水是流动的。岩石的溶解度越大，透水性越好，水的侵蚀性越大，水的交替越强烈，则岩溶也越发育。,1.1.2地下水的类型及特征,,,,岩溶水主要特点水量大，运动快，在垂直和水平方向上都具有分布不均匀的特征，岩溶较其它岩石中孔隙、裂隙往往要大得多，降水易渗入。溶洞不仅能迅速接受降水渗入．而且岩溶水在溶洞或暗河中流动很快，年水位差有时可达数十米；岩溶水埋藏很深，在高峻的岩溶山区常缺少地下水露头，甚至地表也没有水，造成缺水现象，大量岩溶水都以地下径流的形式流向低处，在谷地或与非岩溶化岩层接触处，以成群的泉水出露地表。岩溶水一般水量大、水质好，可作大型供水水源。岩溶水对煤矿生产安全构成严重威胁，尤其岩溶化岩层厚度巨大时，如华北的奥陶纪灰岩水、华南的长兴组及茅口组灰岩水多是造成矿井重大水患的水源。,1.1.2地下水的类型及特征,,,,,1.1矿井涌水水源,,,1.1.3矿井涌水水源及其影响,,1.1.3矿井涌水水源,,,大气降水地表水江、河、湖、海中的水地下水第四系松散沉积层潜水（承压水）基岩裂隙水岩溶水等老空水古井、小窑、废巷（井）水采空区积水,,煤矿常见的水源,1.1.3矿井涌水水源,,,,1.1.3矿井涌水水源,,,1.1.3.1大气降水大气降水是地下水的主要补给来源。所有矿井的充水都不同程度地受到降水的影响。降水对矿井涌水的影响，既与降水特点有关，还与降水的入渗条件有关。两个问题大气降水对矿井涌水的影响受大气降水影响的矿井涌水量变化特点,,1.1.3矿井涌水水源,,,大气降水对矿井涌水的影响有集中入渗通道的矿井降水沿集中入渗通道灌入矿井造成涌水；水量大小取决于降水量大小和集中通道连通地表部分的汇水条件，也取决于集中通道的过水断面和长度；矿井涌水与降水关系密切，矿井涌水滞后于降水的时间，一般为数小时至数日，有时可构成水害。,,1.1.3矿井涌水水源,,,大气降水对矿井涌水的影响通过岩层的孔隙、裂隙渗入的矿井矿井涌水取决于降水量大小、降水强度（强度大容易形成地表径流而流失，强度小又不及润湿包气带）和降水历时（历时长有利于入渗），更取决于入渗条件（地形及地表水系发育情况、岩层渗透性、植被等）；矿井涌水量增大滞后于降水的时间较长，一般为十几天至几十天不等，在降水特点相同的条件下主要取决于入渗条件。,,1.1.3矿井涌水水源,,,受大气降水影响的矿井涌水量变化特点,,特点一周期性变化-季节性（年周期性）变化矿井涌水量变化与降水量变化相一致（右图），矿井涌水量峰与降水量峰值一致或有所滞后。,1.1.3矿井涌水水源,,,受大气降水影响的矿井涌水量变化特点,,特点一周期性变化在实际工作中，一般按矿井涌水量峰值滞后于降水峰值的时间长短来反映降水对矿井涌水的影响快慢，以涌水量季节性变化系数来衡量降水对矿井涌水的影响程度。矿井涌水量季节性变化系数的计算公式为,Qmax、Q分别为当年矿井最大的和正常的涌水量,1.1.3矿井涌水水源,,,特点一周期性变化,,--多年周期性变化降水量往往具有多年周期性的变化，因此，受降水影响的矿井涌水量也具有这种特征。,1.1.3矿井涌水水源,,,受大气降水影响的矿井涌水量变化特点,,特点二降水影响随深度的增加而减弱同一矿井，降水对矿井涌水的影响有随深度减弱的趋势，表现为深水平矿井涌水量比浅水平小，涌水量峰值滞后于降水量峰值的时间延长，减小的幅度和滞后的时间长短取决于入渗条件的变化。例如，以大气降水为主要充水水源的四川芙蓉煤矿，515.75m水平的中平硐，矿井涌水量变化系数19，而441m水平的下平硐，3.6。,1.1.3矿井涌水水源,,,1.1.3.2地表水矿区内或附近存在河流、湖泊等地表水体，当其与矿井井巷或充水岩层具有水力联系时，可成为矿井涌水的水源，甚至可导致淹井事故。地表水体能否成为矿井涌水水源，取决于地表水体与井巷之间有无直接或间接联系的通道。地表水涌水或灌入矿井的途径主要有（1）通过第四系松散砂砾层及基岩露头。如山东新汶矿区西港煤矿大汶河水通过砂砾层补给四灰含水层导致矿井涌水（下图）。,,1.1.3矿井涌水水源,,,山东新汶矿区西港煤矿大汶河水通过砂砾层补给四灰含水层导致矿井涌水,,1.1.3矿井涌水水源,,,（2）通过构造破碎带或小窑采空区（古井）直接溃入矿井。,,（3）洪水期间，可通过地势低洼处的井口或冲破围堤直接灌入矿井。,1.1.3矿井涌水水源,,,,（4）通过地表岩溶塌陷。如湖南涟邵矿区恩口二井，木杉河洪水冲垮河堤，灌入岩溶塌陷区，溃入矿井，最大涌水量达3500m3/h。（5）地表水体下开采，通过冒落带或裂隙水与地表水体沟通，使地表水进入矿井。如吉林省辽源矿区梅河一井水库透水淹井事故。,1.1.3矿井涌水水源,,,,地表水能否涌入矿井及渗水量的大小，主要取决于以下因素1.井巷与地表水体间的岩石渗透性（1）若地表水体与井巷之间有相对隔水层存在，即使井巷在地表水体之下，主要开采冒裂带不波及地表水体，地表水对矿井涌水影响不大，甚至可实现水体下安全煤。如安徽淮北闸河煤田，煤系上部普遍覆盖有1015m的粘土隔水层，矿井上部虽有岱河、龙河通过，对矿井基本上没有影响。（2）若地表水体与井巷之间为强透水岩层，即使相距很远，地表水也可能导致矿井涌水。如河北临城煤田，泜河远在矿区西南侧的石灰岩区渗入地下，补给奥灰水，成为临城北井、临城南井和岗头一井奥灰突水的补给水源（下图）。,1.1.3矿井涌水水源,,,,1.1.3矿井涌水水源,,,,根据井巷与地表水体之间岩石的渗透性，可将地表水体附近的矿井分为（1）井巷与地表水体之间无水力联系，地表水不补给矿井；（2）井巷与地表水体之间有微弱的水力联系，地表水可少量补给矿井，矿井排水形成的疏干漏斗可越过地表水体；（3）地表水正常渗入补给，地表水体为定水头补给边界，补给量较为稳定，矿井涌水量主要取决于透水岩层的透水性、过水断面和水力坡度。当充水通道为砂砾石孔隙或岩溶通道时，矿井涌水量可能很大，甚至造成灾害性影响。,1.1.3矿井涌水水源,,,,2.地表水体与井巷的相对位置包括地表水体与井巷所处的相对高程及水平距离。只有当井巷高程低于地表水体时，地表水才能成为矿井涌水水源；当井巷高程低于地表水体，在其它条件相同的情况下，距离越小，影响越大，反之则影响越小。如湖南某矿距河下50m深的巷道涌水量为132～360m3/h，其中76～81％为河水补给；距河下125～250m深的井巷，涌水量减为11～17m3/h，河水几乎没有影响。,1.1.3矿井涌水水源,,,,3.地表水体的性质和规模（1）常年性地表水体，可成为定水头补给边界，矿井涌水量大而稳定，淹井后不易恢复；（2）季节性地表水体，只能定期间断补给，矿井涌水量往往随季节变化。,1.1.3矿井涌水水源,,,,由于地表水对采矿的威胁很大，因此，当矿区存在地表水体时，应该做到以下几点（1）查明水体地表水体的大小、距离巷道的远近（水平、垂直）以及最高洪水位淹没范围等；（2）是查明水体与井巷之间的水力联系，判断地表水有无渗入矿井的通道及其性质；（3）在判明地表水体确实是矿井涌水水源时，根据地表水体的性质和规模及其动态特征，结合通道的性质确定地表水体对矿井涌水的影响程度，以便事先采取有效措施，以避免地表水的危害。,1.1.3矿井涌水水源,,,,研究方法对于流经矿区的河流，应在河流进出矿区、采空塌陷区或主要充水岩层处设置水文观测站，测定河流水位及流量变化。在无渠道等工程引水情况下，若下游断面流量小于上游断面流量，说明河流在两断面之间存在渗漏，渗漏量为上、下游断面流量之差，即Q渗＝Q入-Q出其中Q渗河流渗漏量；Q入河流进入矿区处流量；Q出河流流出矿区处流量。,1.1.3矿井涌水水源,,,,1.1.3.3地下水是贮存于包气带以下地层空隙，包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。,,,,1.1.3矿井涌水水源,1.1.3.3地下水地下水的类型按埋藏条件，可将地下水分为三种类型上层滞水是埋藏在离地表不深，包气带中局部隔水层之上的重力水潜水潜水是埋藏在地表以下，第一个稳定隔水层以上、具有自由水面的重力水。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。,,,,1.1.3矿井涌水水源,地下水按其介质类型分类孔隙水存在于孔隙中的水）、裂隙水（存在于裂隙中的水）、岩溶水（存在于溶隙中的水）孔隙存在于松散的或未完全胶结的岩石颗粒与颗粒之间或颗粒集合体与颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。裂隙裂隙是坚硬岩石形成时或形成后由于各种内外营力的作用，使岩体遭受破坏而形成的空隙。溶穴（隙）可溶性岩石经地下水的溶蚀和机械冲蚀作用产生的空隙。,,,,1.1.3矿井涌水水源,1.1.3.3地下水充水岩层对矿井涌水的影响对矿井涌水起作用的含水层称为充水含水层。根据充水岩层对矿井涌水所起的作用，可将其分为（1）直接充水含水层指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。（2）间接充水含水层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。直接充水含水层和间接充水含水层在水量计算和防治方法是有区别的,1.1.3矿井涌水水源,,,,直接充水含水层的富水性强弱决定了矿井涌水量的大小；间接充水含水层则是直接充水含水层的补给水源，对矿井涌水的影响程度除取决于间接充水含水层的富水性外，主要取决于水力联系通道的性质以及直接充水含水层的导水性。,,,,1.1.3矿井涌水水源,充水岩层对矿井涌水的影响主要取决于以下因素1.充水岩层的含水空间特征根据充水岩层的含水空间特征，可将其划分为（1）孔隙充水岩层含水空间主要为孔隙，发育较均一，岩层的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。这类岩层主要为第四纪松散沉积物及部分新近纪沉积物。,,,,1.1.3矿井涌水水源,对矿井涌水的影响主要表现为1）井筒穿过时，可发生孔隙水和流沙溃入事故。自从采取冻结、沉井、降水等特殊凿井方法以后，基本避免了此类事故的发生，但是在井筒漏水治理等方案的实施过程中还是要注意，如金桥矿井的井筒壁后注浆治水过程中，曾经发生过流砂井注浆孔进入矿井造成淤井事故。2）井下开采新生代煤层时，煤层顶、底板含水砂层中的水及流砂会溃入矿井。,,,,1.1.3矿井涌水水源,3）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，必须在剥离前预先疏干。下图为内蒙古元宝山露天矿的地质剖面图，该矿第四系松散卵砾层覆盖在煤系之上，且与地表水有水力联系。露天坑开挖时最大疏干水量在100万m3/d以上。,,,,1.1.3矿井涌水水源,4）露天剥离岩层中孔隙水的存在，还会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。5）在松散含水层下采煤时，随着顶板岩层的冒落，也会产生溃水、溃砂和溃泥事故。如河北开滦吕家坨煤矿3771工作面，沿断层向上抽冒，发生溃水溃砂，地面形成直径14m、深4.2m的塌陷坑（右图）。,,,,1.1.3矿井涌水水源,（2）裂隙充水岩层含水空间主要为裂隙，发育不均一，并具有一定的方向性，岩层的富水性取决于裂隙的发育程度、分布规律和及补给条件。这类岩层一般富水性不强。煤层的顶、底板往往是裂隙岩层，是煤矿采掘过程经常揭露的含水层。由于富水性较弱，通常表现为淋水、滴水或渗水，水量一般不大，且分布不均一。,,,,1.1.3矿井涌水水源,（2）裂隙充水岩层当没有其它水源补给时，单个出水点的水量常随时间而减小，矿井涌水量初期随巷道掘进长度和回采面积的增大而增大，并逐渐趋于稳定，后期巷道掘进长度和回采面积进一步增加，矿井涌水量无明显增大，甚至略有减少。裂隙充水含水层对矿井生产一般影响不大，但富水性强的部位可造成大的涌水，排水能力不足时也可导致淹面，淹采区事故。建井过程中，由于排水能力的限制有时可造成淹井。,,,,1.1.3矿井涌水水源,当有其它水源补给时，矿井涌水量可能较大，甚至构成水害。如开滦范各庄煤矿12煤底板砂岩因受第四系冲积层水补给，曾在-490m水平204工作面开拓时发生突水，水量达3582m3/h（含二水平原正常涌水量774m3/h），淹没了-310m以下约70188m3的巷道空间。,,,,1.1.3矿井涌水水源,（3）岩溶充水岩层岩溶充水含水层的含水空间包括溶孔、溶隙及溶洞，分布极不均一，规模相差悬殊。岩溶水在宏观上具有统一的水力联系，而局部水力联系可能不好，水量部分极不均匀。岩溶充水含水层在我国南北方煤田中均常见。在华北煤田中，太原组含若干层厚度不大的石灰岩层，煤系的底板是巨厚的富水性很强的奥陶纪石灰岩含水层，对煤矿开采尤其开采太原组下部的煤层是巨大的威胁。,,,,1.1.3矿井涌水水源,岩溶充水含水层对矿井涌水影响有两个特点（1）位于岩溶强径流带上的矿井易发生突水且突水频率高，矿井涌水量大。如焦作矿区的韩王矿、演马庄矿位于九里山断层的强径流带上，为该矿区突水最频繁、水量最大的矿井。（2）矿井涌水以突水为主，个别突水点的水量常远远超过矿井正常涌水量，极易发生淹井事故。如开滦矿区范各庄煤矿2171工作面1984年6月发生的奥灰水通过陷落柱的突水（右图），最大水量达到2053m3/min。,,,,1.1.3矿井涌水水源,岩溶充水岩层导致矿井涌水，除水量大、来势猛外，在一些岩溶充水岩层裸露或半裸露、溶洞被大量粘土充填且开采水平距地表较近的矿区，特别是华南的一些矿区，突水的同时常发生突泥事故。如湖南涟邵矿区芦矛江矿三号井125水平总回风巷，一次石灯子组C1灰岩溶洞突泥事故，突泥量达2500m3，淤塞巷道955m，造成重大经济损失。2.充水岩层的厚度和分布面积厚度与分布面积越大，地下水储存量越丰富，对矿井涌水影响越大；反之，则小。如河北峰峰矿区，野青灰岩厚约2m，井巷揭露时涌水量约为3～5m3/min；大青灰岩厚约6m，井巷揭露时涌水量达13～24m3/min。而分布范围很大的巨厚奥灰含水的参与，将使矿井涌水量更大，如兖州矿区杨庄煤矿1992年曾经发生奥水突水，水量达5900m3/h。,,,,1.1.3矿井涌水水源,3.充水岩层的出露和补给条件充水含水层的出露和补给条件可根据其边界特征加以描述。充水含水层的边界可分为平面边界（周边界）和剖面边界（上、下边界）。平面边界是指充水含水层与区域地下水的联系，反映其接受侧向补给的能力。剖面边界是指充水含水层与上、下含水层的水力联系，反映其接受垂向补给的能力。边界可分为透水边界和隔水边界两类。透水边界又称为补给边界，分为水头补给边界（如定水头补给边界）和流量边界（如定流量补给边界，隔水边界实际上是流量边界的一种特例）。按透水性强弱分为强透水边界和弱透水边界。,,,,1.1.3矿井涌水水源,处于缺乏补给的山前地区，得到的补给少，涌水量较小，开采初期水量较大，但衰减快，易疏干。,分布在平原地区，基岩充水含水层与上覆砂砾层直接接触而得到的补给，矿井涌水量较大且较稳定，较不易疏干。,处于水体下，煤层与基岩充水含水层直接出露在水体下，可常年得到的补给，易造成大且稳定的突水，极易淹井且难于恢复。开采中要留足够的安全煤岩柱，还要严格加强顶板管理制度，避免导致地表水突入矿井。,基岩充水含水层直接出露地表，仅接受大气降水渗入补给，矿井涌水量一般较小，动态随季节变化，易于疏干。,分布在季节性河流以下，河水流量呈季节变化，矿井水接受河流补给，也呈季节性变化。涌水量中小，少数矿区可在丰水季节造成突水，应远离河处开采，且留足煤岩柱，河下应在旱季开采。,,,,1.1.3矿井涌水水源,1.1.3.4老空积水采掘范围内不明的古井、小窑积水，以及近代矿井采空区与废弃的老塘（旧巷道）积水，统称为老空积水。矿井采掘工程揭露或接近这些老空积水区时，老空积水便成为矿井新的水源。轻则增加矿井涌水量，重则淹没巷道、工作面或采区，甚至冲毁巷道，造成人员伤亡。如兖矿集团济宁二号煤矿曾经发生采空区积水突破工作面隔离煤柱涌出事故，导致3人死亡，多人受困。老空有时还能沟通地表水或塌陷区，引导地表积水进入矿井。如枣庄木石矿曾经因井下巷道揭露老空导致地面塌陷区积水溃入井下，造成30多人死亡的事故。,,,,1.1.3矿井涌水水源,老空积水对矿井涌水的影响主要表现在1.位置不清，水体几何形状极不规则，空间分布极不规律，因而对积水区位置难于分析判断和准确掌握，对矿井涌水常带有突发性。2.采空积水区都分布于矿井浅部，位置是居高临下，且采空积水的突出不同于地下水渗流，不受含水介质的约束。不论积水量大小，突水量都很集中，突水时瞬时水量大，持续时间短，流速快，来势猛，即使水量不大也能造成人员伤亡，水量大时危害更大，甚至造成大量人员伤亡和淹井事故。,,,,1.1.3矿井涌水水源,3.老空水中常含SO42-高，PH低，具酸性，有腐蚀性，对矿井设备有损害作用；有时还随水喷出如硫化氢等有毒有害气体。老空积水造成淹井的事故不多，但也是煤矿中常见的水害，据统计约占煤矿水害事故的30。在开采浅部煤层的时候，要特别注意采掘范围内小窑、古井的存在以及积水范围。如许多老矿区浅部古井、小窑，密布，是开采浅部煤层时的威胁。当然，随着开采深度的增加，小窑、老空积水的影响越来越小。自采区积水也是一种重要的老空积水水源。,,,,1.1.3矿井涌水水源,正在生产的相邻矿井尤其小矿对矿井的生产的影响也是不容忽视的，小矿生产一般不正规，盗采、乱采较普遍，井下巷道往往深入到大矿界内，一旦出水将殃及大矿。在生产中应密切注意周边矿井的生产动态及水情变化。,,,,1.1.3矿井涌水水源,1.2矿井涌水通道,,,矿井涌水通道的类型各类型涌水通道的特征,,1.2矿井涌水通道,,,按涌水通道成因分天然涌水通道地质构造导水断裂、构造裂隙带等岩溶陷落柱岩溶塌洞人工通道采矿扰动类导水通道顶板冒裂带、底板破坏带等封闭不良钻孔煤岩柱击穿等,,1.2矿井涌水通道,,,按导水通道形态分点状导水通道陷落柱、封闭不良钻孔、岩溶塌洞等线状导水通道断层带或断裂破碎带等面状导水通道顶板冒裂带、底板破坏带,,1.2.1地质构造地质构造是影响矿井涌水的重要因素，大多数矿井突水都与地质构造有关。1.2.1.1褶曲构造1.褶曲的类型和规模褶曲的类型和规模决定了地下水的储存条件和储存量的大小。向斜构造易汇集和储存地下水，常形成蓄水构造或自流盆地。同为向斜构造，规模越大，含水层的分布面积越广，地下水储存量越丰富，对矿井涌水的影响越大。2.褶曲伴生裂隙的导水作用褶曲的不同部位常存在一系列的伴生裂隙。,1.2矿井涌水通道,,,,（1）平行主应力的横张裂隙导水性强。如徐州新河煤矿一井沿NW向主应力方向产生的张裂面与SW和NWW方向的两组剪裂面及NE向压裂面相比，导水性最好，井下突水点多分布在NW向的断裂附近。（2）褶曲轴部，特别是向斜轴部的纵向张裂隙常是底板突水的通道。如峰峰二矿的11个底板大青灰岩突水点中，除与断层有关外，向斜轴部的纵张裂隙也有重要作用（右图）。,突水点,1.2矿井涌水通道,,,,（3）褶曲形成过程中产生的层间裂隙有利于灰岩中岩溶的发育和地下水的汇集和运移。褶曲两翼过于平缓或倾角过大，层间裂隙均不发育。褶曲两翼倾角在30～50时，极易形成张开度较好的层间裂隙，有利于地下水的储运。如徐州新河一井，南翼灰岩近直立，局部倒转，层面裂隙不发育，岩溶发育差，富水性弱；北翼地层倾角较缓，层面裂隙较发育，张开性较好，灰岩岩溶也相应较发育，富水性较强，井下突水点也都分布于北翼。此外，褶曲的转折端断裂较发育，也是矿井突水的重要部位。,1.2矿井涌水通道,,,,1.2.1.2断裂构造1.断层对矿井涌水的影响断层是矿井涌水的重要通道，地下水、地表水、甚至大气降水都可沿导水断层渗入或涌入矿井。断层本身还可储存一定量的地下水。断层对矿井涌水的影响表现在以下三个方面（1）断层的导水和储水作用。当采掘面接近或揭露断层时，地下水沿断层进入矿井（右图，肥城杨庄矿）。,9101面回风巷徐、奥灰突水，最大水量达4409m3/h,1.2矿井涌水通道,,,,（2）断层缩短了煤层与对盘含水层的距离，当采掘工作面了揭露或接近断层时突水。断层倾角的变缓也会使上盘煤层与下盘含水层之间的距离缩短（右图，河南焦作）。,涌水量84.7m3/min,1.2矿井涌水通道,,,,（3）断层破坏了岩层的完整性，降低了岩层的强度。勘探资料表明，隔水层底部的承压水常沿裂隙上升到隔水层中的，某一高度，如果遇到断层，则可能上升到煤层以上，形成承压水原始导高带，使隔水层的有效厚度降低甚至完全丧失隔水、阻水性能。因此断层及其附近是矿井突水最多的部位。据不完全统计，在河北井陉、峰峰矿区和山东的淄博矿区，与断层有关的突水点，分别占各矿区全部突水点的97％、84～90、70～80％。在焦作矿区，与断裂构造有关的突水常发生在两条主干断裂的复合部位及其锐角一侧，以及主干断裂旁侧的“入”字形小构造、断裂密集带、断层尖灭处、断层交叉等部位。断层的上盘由于是主动盘，旁侧裂隙较下盘往往更发育。因为这些部位是应力集中的地方，岩层以破裂释放应力。,1.2矿井涌水通道,,,,1.2矿井涌水通道,,,,2.影响断层导水性的因素断层往往是形成矿井涌水的主要通道，有时是唯一通道。但并非所有的断层都导水，有些还起到良好的隔水阻水作用，构成矿井或充水岩层的天然隔水边界。断层的导水与否，主要取决于以下因素（1）断裂面的力学性质断裂面的力学性质控制着断裂带的结构、构造和断裂两侧影响带内裂隙的发育程度，从而控制着断裂带的水文地质特性。在断裂两侧岩性相同的前提下，张性断裂的导水性和储水性较好，压性断裂的导水性差，扭性断裂介于两者之间。,1.2矿井涌水通道,,,,（2）断裂两盘的岩性相同力学性质的断裂，两盘均为刚性岩层时导水性好，为柔性岩层时导水性差。如湖南谭家山煤矿，同为走向断层，在煤系中多隔水，在茅口灰岩或长兴灰岩中多导水。如果断裂一盘为柔性岩层、另一盘为刚性岩层时，在天然情况下断裂可能是隔水的，但开采后可能逐渐变为导水的，容易出现滞后突水现象，突水滞后时间可以是几小时、几天，也可能是几个月或几年，在煤矿生产中应引起注意。如焦作韩王矿1221老采巷，1974年9月14日距断层5m处停掘，开始无水，25日12时发现正前巷道出现底鼓，两帮各有一小股涌水，水量12～15m3/h，26日1时增至876m3/h，3时达到1440m3/h。,1.2矿井涌水通道,,,,（3）断裂的规模在其它条件相同的情况下，断层走向越长、断裂带宽度越宽，导水性就越好，断层的落差大小一般对断裂是否导水不起决定作用，断层导水性主要取决于两盘岩性的接触关系。在我国华北煤田，有些井田边界的大断层，使井田内主要充水含水层（如奥灰或太原组薄层灰岩含水层）与断层另一盘山西组、石盒子组或石千峰组对接，断层成为充水含水层的隔水边界，反使矿井的涌水条件变得简单（开采上部煤层时）。除上述因素之外，断层形成后得充填胶结程度、后期构造作用（淄博矿区的例子）和地下水活动的影响等也对断裂的导水性起一定的作用。,1.2矿井涌水通道,,,,根据断裂面的力学性质、两盘岩性接触关系、断层规模大小以及后期充填胶结情况等，可将断裂归纳为下表所列几种导水类型,1.2矿井涌水通道,,,,隔水断裂自然条件下断裂本身不含水，又隔断了断层两侧含水层间水平水力联系。多分布于较软的塑性岩层中，或因断层构造岩或充填物被压密或胶结所致。井巷通过时多处于干燥状态，对分区疏干和防治水有利。在垂直方向上，可为阻水的，也可为导水的，即可在一侧或两侧破碎带中发生上下含水层间的水力联系，成为涌水通道。煤层开采后，这类断裂有可能转变为水平透水或垂直导水的断裂带。,1.2矿井涌水通道,,,,导水断裂自然条件下断裂面内及两侧破碎带汇水并充满水，既可产生水平的又可产生垂直的水力联系。这类通道如与其它水源相连通，则可造成稳定的涌水甚至突水；与其它水源无联系时，则为孤立的含水带，涌水时，虽水压高，但涌水量一般不大，易于疏干。,1.2矿井涌水通道,,,,需要指出的是对于同一条断层，尤其是规模较大（如走向很长）的断层，沿走向不同地段的落差、宽度和两盘岩性接触关系不同，导水性存在一定的差异；在断层倾向的不同深度上，导水性也可能变化较大。所以在矿井水文地质工作中，要根据断层的实际条件进行具体的分析，充分掌握断裂导水性沿走向和倾向的变化规律，以便作出正确的导水性判断，尤其是不同部位的导水性或隔水性的判断和评价。,1.2矿井涌水通道,,,,1.2.2岩溶陷落柱岩溶陷落柱是华北石炭－二叠系煤田中一种重要的地质现象，在山西、河北的许多矿区普遍存在，河南、山东、陕西、安徽、江苏的部分地区也有