1、 礦井突水是危害煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一；地下水是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的寶貴資源。 第一節(jié) 地下水基本知識(shí) 第二節(jié) 礦井充水條件 第三節(jié) 礦井水文地質(zhì)觀測(cè)及其水害防治 第七章 煤田水文地質(zhì)第一節(jié) 地下水基本知識(shí)主要內(nèi)容： 一、自然界中的水循環(huán) 二、地下水的概念 三、含水層與隔水層 四、地下水的分類 五、地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分 六、泉 一、自然界中的水循環(huán)大循環(huán)（外循環(huán)）：全球范圍內(nèi)水分從海洋蒸發(fā)上升，運(yùn)移到陸地上空凝結(jié)后下降，并以地表或地下徑流方式回歸海洋。小循環(huán)（內(nèi)循環(huán)） ：水分從海洋蒸發(fā)，再降落到海洋；或從陸地湖泊、河流、地表、植物葉面蒸發(fā)，又在當(dāng)?shù)亟德洹?水循環(huán)意義 a.使大氣圈、水圈

2、、巖石圈和生物圈之間不斷地進(jìn)行著能量交換和物質(zhì)遷移。 b.使大氣降水、地表水、地下水、土壤水之間相互轉(zhuǎn)化，使水資源形成不斷更新的統(tǒng)一系統(tǒng)。二、地下水的概念 1、地下水 埋藏在地表以下、儲(chǔ)存于巖石空隙之中的水。 2、存在形式: 氣態(tài)水（水蒸氣）：凝結(jié)成液態(tài)水后，可成為地下水的來源。 吸著水：水分子在巖石表層在強(qiáng)大的靜電引力作用下被牢固地吸附在巖石顆粒表面，又稱強(qiáng)結(jié)合水。不受重力作用影響，不被植物吸收。 薄膜水：包圍在吸著水外層的水膜，又叫弱結(jié)合水，靜電引力作用小。 毛細(xì)水：儲(chǔ)存在巖石孔隙、裂隙等毛細(xì)空隙中的水，可垂直運(yùn)動(dòng)。 重力水：巖石空隙中受重力作用而運(yùn)動(dòng)的水，如井水，泉水等。 重力水可形成穩(wěn)

3、定的地下水面。3、飽氣帶：地下水面以上的范圍。三、含水層與隔水層地下水能穿過巖石內(nèi)部連通的孔裂隙而運(yùn)動(dòng)。透水層：能被水透過的巖層叫透水層。含水層：透水性能好且含有地下水的巖層都是含水層。隔水層：透水性能差的巖層叫隔水層或叫不透水層。四、地下水的分類（一）按埋藏條件分類1、上層滯水： 埋藏在離地表不深的包氣帶中局部隔水層 之上的重力水。分布局限，水量少，季節(jié)性明顯，對(duì)煤礦生產(chǎn)無影響。 2、潛水：埋藏在地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上，且具有自由水面的重力水。3、承壓水：充滿于上、下兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的重力水，又稱為自流水。（二）按含水層空隙性質(zhì)分類 1、孔隙水: 儲(chǔ)存于疏松巖層孔隙中的水稱

4、為孔隙水。 特點(diǎn)：巖石顆粒大而均勻，則孔隙大、透水性好、 水量大； 巖石顆粒細(xì)小而不均勻，則孔隙小，透性性 差，水量小。2、裂隙水：埋藏于基巖裂隙中，按裂隙成因分三類： 1）風(fēng)化裂隙水：多分布于基巖表面，大部分為潛水，補(bǔ)給來源為大氣降水，可作為飲用水。 2）成巖裂隙水：多存在于火成巖中，噴出巖出露地表接受降水補(bǔ)給后可形成層狀潛水；侵入巖與圍巖接觸部分裂隙發(fā)育，形 成富水帶。 3）構(gòu)造裂隙水: 賦存在構(gòu)造裂隙中的地下水。3、巖溶水: 1）埋藏于溶洞溶隙中的重力水。 2）裸露石灰?guī)r分布區(qū)的巖溶水為潛水 為其它巖石所覆蓋的巖溶水深埋地下時(shí)則成承壓水。五、地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分（一）物理性質(zhì) 包括

5、溫度、顏色、透明度、氣味、覺味、密度、導(dǎo)電性、放射性等。1、溫度：變化大；0以下100以上2、顏色：一般無色,顏色取決于水中化學(xué)成分和懸浮物,如含F(xiàn)eO為淺蘭色，含F(xiàn)e2O3為褐紅色，含腐植質(zhì)為黃褐色3、透明度：取決于水中固體物質(zhì)與膠體顆粒懸浮物含量。4、氣味： 地下水無氣味，有氣味則取決于水中所含氣體成分和有機(jī)物質(zhì)： 含H2S臭雞蛋味; 含有機(jī)質(zhì)魚腥臭味 5、覺味：地下水應(yīng)無味，有味道的水與水中含鹽分和氣體分子有關(guān)： 含NaCl咸味；含有機(jī)質(zhì)甜味； Na2SO4澀味；含CO2氣體清涼可口。 MgSO4苦味；6、密度：取決于水中溶解鹽分的多少，溶解較多鹽分則密度可達(dá)1.21.3。 （二）地下水

6、的化學(xué)成分 1、作為一種良好的溶劑，地下水不斷從巖石中獲取化學(xué)元素，目前地下水中所發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素有70余種。 2、化學(xué)元素在水中的狀態(tài) 1）離子狀態(tài)： 陽離子：H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。 陰離子：OH-、Cl-、NO32-、CO2- 等。 2）化合物狀態(tài)：Fe2O3、Al2O3等。 3）氣體狀態(tài)：N2、O2、CO2、CH4等 3、地下水的化學(xué)類型： 表征地下水化學(xué)類型的七種離子：Cl-、SO42-、HCO3- 、Na + 、K + 、Ca2 + 、Mg2+ 。 其類型分為： 1）重碳酸鈣型水：水中主要成分為HCO3-、Ca2 + 2）硫酸鈉型水：水中主要成分為SO42-、Na

7、+4、表征地下水化學(xué)性質(zhì)的常用指標(biāo)： 氫離子濃度（PH值）、硬度、總礦化度、侵蝕性 1）氫離子濃度（PH值） 強(qiáng)酸性地下水 PH5 弱酸性地下水 PH為57 中性地下水 PH=7 弱堿性地下水 PH為79 強(qiáng)堿性地下水 PH92）硬度（1）硬度取決于水中Ca2+、Mg2+的含量。又分為； 總硬度：水中所含Ca2+、Mg2+的總量，包括暫時(shí)硬度和永久硬度。 暫時(shí)硬度：水沸騰后，由HCO3- 與Ca2+、Mg2+結(jié)合生成碳鹽沉淀出來 的Ca2+、Mg2+的含量。 永久硬度：水沸騰后，殘留于水中的Ca2+、mg2+的含量（2）硬度表示法有二種： 德國度（H ）：1H相當(dāng)于1升水中含有10mg的CaO

8、或7.2mg的 MgO，即1升水中含有7.2mg Ca2+ 或4.3mg的Mg2+ 。 1毫克當(dāng)量每升（meq/L）：1 meq/L等于20.4 mg/L的Ca2+或12.6mg/L的Mg2+ 。 換算：1meq/L=2.8 H （3）硬度分類：根據(jù)水的總硬度將地下水分為五類。 地下水硬度分類類 型硬 度每升毫克 當(dāng)量（1meq/L)德國度（H）極軟水軟 水微軟水硬 水極硬水1.51.53.03.06.06.09.09.04.24.28.48.416.816.825.225.23）總礦化度： 指單位體積水中所含離子、分子和各種化合物的總量（g/L）。 總礦化度反映水的礦化程度，即水中溶解鹽分的

9、多少，反映地下水的循環(huán)條件： 礦化度高，地下水循環(huán)條件差； 礦化度低，地下水循環(huán)條件好； 據(jù)總礦化度將地下水分為五類：名稱干涸殘余物(g/L)名稱干涸殘余物(g/L)淡水1 鹽水（高礦化水）1050微咸水（弱礦化水）13鹵 水50咸水（中等礦化水）3104）侵蝕性： 地下水侵蝕性取決于水中侵蝕性CO2含量。 當(dāng)水中游離的CO2含量超過平衡HCO3-所需要的CO2量時(shí),將使地下水具有侵蝕性，超出的CO2 稱為侵蝕性CO2 ，平衡HCO3- 所需要的CO2 叫平衡CO2 。侵蝕性CO2將溶解碳酸鹽而破壞巖石。六、 泉 地下水的天然露頭叫泉。按泉的形成方式分上升泉和下降泉：（一）下降泉 由潛水含水層

10、形成的泉稱下降泉，又分為三類： 1、侵蝕下降泉：因河谷、沖溝下切到潛水層所致。 2、接觸下降泉：地形被切割到含水層之下的隔水層，潛水從其接觸處涌出地表。 3、溢流下降泉：當(dāng)巖石透水性變?nèi)趸蚋羲畬拥装迓∑?，潛水流?dòng)受阻而溢出地表。（二）上升泉 由承壓含水層形成的泉叫上升泉，又分為二類： 1、侵蝕上升泉：河底、沖溝切割承壓含水層隔水頂板時(shí)，涌出地表。 2、斷裂上升泉： 導(dǎo)水?dāng)鄬踊驈埿粤严锻ㄟ^承壓含水層時(shí), 沿?cái)鄬踊蛄严渡仙?，?dāng)?shù)孛鏄?biāo)高低于承壓水測(cè)壓水位（靜止水位）時(shí)便涌出地表成泉。 3、溫泉 一般均為上升泉；其熱源為地?zé)嵩鰷亍r漿活動(dòng)等。第二節(jié) 礦井充水條件 主要內(nèi)容： 一、礦井水的來源 二、礦井

11、充水通道分析 三、影響礦井涌水量的因素 一、礦井水的來源 1、直接水源： 礦體及圍巖空隙中的地下水 地表水 老窯積水 2、間接水源： 大氣降水起控制作用（一）礦體及圍巖空隙中的地下水 1、孔隙水水源：存在于松散巖層的孔隙中。 2、裂隙水水源： 多為圍巖裂隙水， 水量小、水壓大，無水力聯(lián)系時(shí)涌水量漸減至干涸；若有水力聯(lián)系則涌水量增大，甚至造成事故。 3、喀斯特水水源：在我國常見于奧陶系石灰?guī)r地層中。水壓高、水量大、來勢(shì)兇，涌水量穩(wěn)定，不易疏干、危害性大。 （二）地表水源 當(dāng)?shù)V井開采區(qū)域位于江河湖泊水庫海洋等水體影響范圍內(nèi)時(shí)，適當(dāng) 的條件下，可成為礦井充水水源。 影響因素：距離水體的距離、季節(jié)變化

12、、隔水層性質(zhì)、開采方法等。（三）大氣降水 1、礦井充水程度與地區(qū)降水量大小、性質(zhì)、強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間有關(guān)； 2、礦井水量變化隨氣候季節(jié)性變化而變化。 3、大氣降水滲入量隨開采深度增加而減少。（四）老窯及采空壓積水 強(qiáng)酸性水、腐蝕性大、突水時(shí)來勢(shì)猛，若有水力聯(lián)系時(shí)難以疏干。二、礦井充水通道分析充水通道類型：孔隙、裂隙、溶隙、人工通道四種。（一）孔隙 存在于疏松未膠結(jié)成巖的地層中。 透水性能取決于孔隙大小和連通性。 煤層圍巖為大顆粒松散層或流砂層時(shí)，孔隙水才能構(gòu)成威脅。（二）裂隙 構(gòu)造裂隙是礦井充水的主要通道，斷層又是構(gòu)造裂隙中最危險(xiǎn)的進(jìn)水通道，有兩類斷層： 1、隔水?dāng)鄬樱簤簯?yīng)力、部分扭應(yīng)力所形成的扭

13、性斷裂，并充填膠結(jié)而成，本身不含水，并起隔水作用。 2、透水?dāng)鄬樱簭埮ば詳鄬訛槎?，少?shù)是壓扭性斷層。本身含水，有水力聯(lián)系，水量大而穩(wěn)定，不易疏干。（三）溶隙 溶洞發(fā)育規(guī)律：1、一般分布在厚層石灰?guī)r中；2、分布在構(gòu)造裂隙發(fā)育部位：斷裂集中或交叉部位、褶曲核部，可溶性巖石、與非可溶性巖石接觸部位；3、水循環(huán)交替及地殼運(yùn)動(dòng)使溶洞通道復(fù)雜化。4、地殼運(yùn)動(dòng)的控制：地殼上升，老溶洞抬高，下部將形成新溶洞。（四）人工通道 1、勘探鉆孔因封孔質(zhì)量差而造成的充水通道 2、采礦活動(dòng)形成斷裂：采穿上方巖層發(fā)生移動(dòng)變形而形成“三帶”： 第帶：巖層垮落帶。 第帶：斷裂帶 第帶：整體沉降彎曲帶三、影響礦井涌水量的因素 （

14、一）覆蓋層的透水性及煤層圍巖的出露條件 上覆巖層透水性好，補(bǔ)給水量和井下涌水量就大； 煤層圍巖在地表出露面積愈大，接受大氣降水越多，井下涌水量愈大。（二）地形條件 礦井開采深度高于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面、涌水量較少； 礦井開采深度低于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，涌水量較大。（三）地質(zhì)構(gòu)造 1、斷裂面的力學(xué)性質(zhì)： （1）壓性斷裂面：影響小，透水性差，能隔水。 （2）張性斷裂面：斷裂充填物孔隙多而大，常有次級(jí)斷裂面，對(duì)礦井涌水影響較大。 （3）扭性斷裂面：延展遠(yuǎn)發(fā)育深度大，次級(jí)斷裂發(fā)育，也是良好的通道，對(duì)礦井涌水量影響較大。 2、不同構(gòu)造部位對(duì)礦井充水的影響： （1）斷層端點(diǎn)及其兩側(cè)巖層裂隙特別發(fā)育

15、，易出現(xiàn)突水； （2）斷層交叉部位應(yīng)力集中，裂隙發(fā)育，導(dǎo)水性能好； （3）斷層密度大的地段，應(yīng)力集中，巖層破碎，導(dǎo)水性能好； （4）斷層上盤裂隙較發(fā)育，易出現(xiàn)突水現(xiàn)象 。第三節(jié) 礦井水文地質(zhì)觀測(cè)及其水害防治 主要內(nèi)容： 一、礦井水文地質(zhì)觀測(cè) 二、礦井水的綜合治理 一、礦井水文地質(zhì)觀測(cè)（一）地面水文地質(zhì)觀測(cè) 1、氣象觀測(cè)： 觀測(cè)降水量、蒸發(fā)量、氣溫、相對(duì)濕度等。 資料整理：繪制氣象要素圖、降水量與礦井涌水量關(guān)系圖。2、地表水觀測(cè)： 對(duì)河流、水溝觀測(cè)： 流量、水位、雨季最大流量和水位、通過構(gòu)造斷裂帶的流失量，洪水期淹沒帶等。 對(duì)湖泊、水庫、大型塌陷段水區(qū)的觀測(cè)： 積水范圍、水深、水量、水位標(biāo)高。

16、對(duì)以上觀測(cè)應(yīng)整理成各種曲線圖并標(biāo)在平面圖上。3、地下水觀測(cè)：泉、井、鉆孔、探巷、被淹井巷并組成觀測(cè)系統(tǒng)。 資料整理：編制各種綜合圖件如等水位線（等水壓線）圖、水化學(xué)剖面圖等。4、導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的觀測(cè)： 觀測(cè)煤層采空后的地面形變、采空區(qū)垮落帶、斷裂帶（三帶）的高度。 （二）井下水文地質(zhì)觀測(cè)分巷道充水性觀測(cè)和礦井涌水量觀測(cè)兩部分1、巷道充水性觀測(cè)：（1）含水層觀測(cè) （2）巖層裂隙發(fā)育調(diào)查觀測(cè)（3）斷裂構(gòu)造觀測(cè)（4）出水點(diǎn)觀測(cè)（5）出水征兆觀測(cè)（工作面） 2、礦井涌水量觀測(cè)： 1）觀測(cè)要求 觀測(cè)點(diǎn)布置：各巷道排水溝出口處、主巷道排水溝流入水倉處、采區(qū)石門排水溝出口處、井下出水點(diǎn)并分水平觀測(cè)。 觀

17、測(cè)時(shí)間：一般每旬觀測(cè)一次。水文復(fù)雜礦區(qū)則每旬2-3次，雨季次數(shù)應(yīng)增加。 2）觀測(cè)方法 （1）容積法 （2）浮標(biāo)法 （3）堰測(cè)法 （4）流速儀法 （5）水倉水位觀法 （6）水泵有效功率法二、礦井水的綜合治理（一）地表防治水 1、合理選擇井筒位置: 井口標(biāo)高均應(yīng)高于歷年最高洪水位,如受地形限制時(shí)，應(yīng)筑防水堤或改變水流方向。 2、河流改道: 穿過或附近流經(jīng)礦區(qū)的河流嚴(yán)重影響井下生產(chǎn)時(shí)應(yīng)使其改道。 3、鋪設(shè)人工河床: 上述河流不能改道，可鋪設(shè)不透水的人工河床。 4、修筑排（截）水溝: 山區(qū)降水后在井田外圍或漏水區(qū)段的上游垂直水流方向修筑排水溝使其不流入礦區(qū)范圍。 5、堵漏: 地表裂隙、洞穴、陷坑，可用

18、粘土堵塞。（二）井下防治水1、探放水：超前探放水（有疑必探，先探后掘）老空區(qū)、含水?dāng)鄬?、含水?1）小窯老空區(qū)積水的探放 確定老窯范圍、劃定“三線”: 積水邊界線：以其最深下山確定 探水線：按積水范圍可靠程度、積水量、水頭壓力、煤厚及傾角，沿積水邊界線平行外推60-150m 警戒線：沿探水線在平行外推50-150m 老窯積水量估算:其中：W靜老空積水靜儲(chǔ)量 m3； M采厚 m ； F老空區(qū)平面積 m2 ; 煤層傾角； K充水系數(shù)0.30.5 。小窯老空區(qū)探、放水鉆孔的布置 鉆孔布置： 上山巷道布置成扇形 煤層平巷布置成半扇形 在允許推進(jìn)距離終點(diǎn)，探水孔間距3m 超前距為20m，幫距約等于超前距

19、，超前距的計(jì)算： 其中：a超前距，m； l 巷道最大跨度（寬或高），m； p水頭壓力kg/m2；kp煤柱的抗張強(qiáng)度,kg/cm2 2）斷層水及其可疑水源探放 與探斷層構(gòu)造孔結(jié)合，查明：斷層位置、產(chǎn)狀、斷層帶寬度、充水情況、水力聯(lián)系、靜止壓力、涌水量大小。 查明后，據(jù)水量大小及水力聯(lián)系情況，可放水疏干，若水量大，可封閉鉆孔。2、煤礦酸性水的防治： （1）分區(qū)排除酸水；對(duì)區(qū)域性酸水用單獨(dú)系統(tǒng)排放。 （2）分級(jí)排水，降低水泵揚(yáng)程，減少對(duì)水泵腐蝕速度。 （3）引入非酸性水倉，沖淡酸性水。 （4）摻入生石灰中和酸性水。 （5）提高、改善水泵耐酸能力。 3、井下防水煤柱的留設(shè) 以下情況均應(yīng)留防水煤柱： （1）煤層露頭直接為疏松含水層所覆蓋或在地表水體之下； （2）斷層使煤層與含水層接觸； （3）斷層使煤層底板與承壓水層接近； （4）煤層與充水?dāng)鄬咏佑|； （5）