煤矿设计资料矿井水文地质
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矿井突水是危害煤矿安全生产的主要因素之一； 地下水是促进国民经济发展的宝贵资源。
第一节 地下水的基本知识
地下水是指埋藏在地表以下、储存于 岩石空隙之中的水。
一、自然界中的水循环
大循环（外循环）：全球范围内水分从海洋蒸发上升， 运移到陆地上空凝结后下降，并以地表或地下径流方 式回归海洋。
小循环（内循环） ：水分从海洋蒸发，再降落到海洋 ；或从陆地湖泊、河流、地表、植物叶面蒸发，又在 当地降落。
根据渗透系数 K 大小，岩石分为三类：
透水岩石 半透水岩石 不透水岩石
K ＞1m/d K ＝0.01～1m/d K＜0.001 m/d
三、水在岩石中存在的形式:
气态水（水蒸气）：凝结成液态水后，可成为地下水的来源。
结合水：水分子在被牢固地吸附在岩石颗粒表面的水。不受重力作用 影响，不被植物吸收，称为吸着水；包围在吸着水外层的水 膜之水，叫薄膜水。
毛细水：储存在岩石孔隙、裂隙等毛细空隙中的水，可垂直运动。
重力水：岩石空隙中受重力作用而运动的水，如井水，泉水等。 重力水可形成稳定的地下水面。
固态水 冻土地区的地下水终年为固态冰。
四、地下水的物理性质和化学成分
（一）地下水的物理性质
包括温度、颜色、透明度、气味、觉味、密度、 导电性、放射性等。
1、温度：变化大；0℃以下~100℃以上 2、颜色：一般无色,颜色取决于水中化学成分和悬浮物, 如含FeO为浅兰色，含Fe2O3为褐红色，含腐植质为黄褐色 。
其类型分为：
1）重碳酸钙型水：水中主要成分为Ca2 + 、 HCO32）硫酸钠型水：水中主要成分为SO42-、Na +
4、表征地下水化学性质的常用指标：
氢离子浓度（PH值）、硬度、总矿化度、侵蚀性
1）氢离子浓度（PH值）
强酸性地下水 弱酸性地下水 中性地下水 弱碱性地下水 强碱性地下水
PH＜5 PH为5~7
与岩石总体积（V）之比，用百分数表示： H= Vn / V ×100%
2、岩石的水理性质
含水性：岩石的空隙含有一定水量的性能。 持水性：岩石在重力作用下保持一定水量的性能。 给水性：在重力作用下，含水岩石自由流出一定水
量的性能。 透水性：水透过岩石的性能。用渗透系数（单位时
间水力坡度为1时，水在岩石中渗透的距离，单位 为m/d-日）表示。
3）总矿化度：
指单位体积水中所含离子、分子和各种化合物的总量 （g/L）。
总矿化度反映水的矿化程度，即水中溶解盐分的多少， 反映地下水的循环条件：
矿化度高，地下水循环条件差； 矿化度低，地下水循环条件好； 据总矿化度将地下水分为五类：
名称
总矿化度(g/L)
淡水
＜1
微咸水（弱矿化水） 1～3
名称 盐水（高矿化水） 卤水
水的循环示意图
水循环意义
a.使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不断地进行 着能量交换和物质迁移。
b.使大 气降水、地 表水、地下 水、土壤水 之间相互转 化，使水资 源形成不断 更新的统一 系统。
二、岩石的空隙性与水理性质
1、岩石的空隙性 岩石空隙的大小、多少、形状、联通程度、
分布状况，称为岩石的空隙性。 岩石空隙分为三类：孔隙、裂隙、溶隙 岩石的空隙率（H）：岩石的空隙体积（Vn）
wenku.baidu.comPH=7 PH为7~9 PH＞9
饮用的地下水PH值在6.5-8.5之间。
2）硬度
（1）硬度取决于水中Ca2+、Mg2+的含量。又分为；
①总硬度：水中所含Ca2+、Mg2+的总量，包括暂 时硬度和永久硬度。
②暂时硬度：水沸腾后，由HCO3- 与Ca2+、Mg2+ 结合生成碳盐沉淀出来 的Ca2+、Mg2+的含量。
③ 永 久 硬 度 ： 水 沸 腾 后 ， 残 留 于 水 中 的 Ca2+ 、 mg2+的含量
（2）硬度表示法有二种：
①德国度（H °）：1H°相当于1升水中含 有10mg的CaO或7.2mg的 MgO，即1升水中含有 7.2mg Ca2+ 或4.3mg的Mg2+ 。
②1毫克当量每升（meq/L）：1 meq/L等于 20.4 mg/L的Ca2+或12.6mg/L的Mg2+ 。
5、觉味：地下水应无味，有味道的水与水中含盐分和 气体分子有关： 含NaCl—咸味；含有机质—甜味； Na2SO4—涩味；含CO2气体—清凉可口。 MgSO4—苦味；
6、比重：一般为1。但取决于水中溶解盐分的多少， 溶解较多盐分则比重可达1.2~1.3。
（二）地下水的化学成分
1、作为一种良好的溶剂，地下水不断从岩石中获取化 学元素，目前地下水中所发现的化学元素有70余种。
3、透明度：取决于水中固体物质与胶体颗粒悬浮物含量。
透明度测量方法：内径3㎝，长50-100㎝平底带放水嘴 的量筒来测定：
透明：100㎝水柱可明显看见黑线十字图形和铅字； 半透明：＞30㎝水柱可见图形和铅字； 微透明：＜30㎝水柱可见图形和铅字； 不透明：缩小水柱仍不能见图形和铅字。
4、气味： 地下水无气味，有气味则取决于水中所含 气体成分和有机物质： 含H2S—臭鸡蛋味 含有机质—鱼腥臭味
2、化学元素在水中的状态 1）离子状态： 阳离子：H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。 阴离子：OH-、Cl-、NO32-、CO2- 等。 2）化合物状态：Fe2O3、Al2O3等。 3）气体状态：N2、O2、CO2、CH4等
3、地下水的化学类型：
表征地下水化学类型的七种离子：Cl-、Na + 、K + 、 Ca2 + 、Mg2+ 、 SO42-、HCO3- 。
总矿化度(g/L)
10～50
＞50
咸水（中等矿化水） 3～10
4）侵蚀性：
地下水侵蚀性取决于水中侵蚀性CO2含量。
当 水 中 游 离 的 CO2 含 量 超 过 平 衡 重 碳 酸 根 离 子 HCO3-所需要的CO2量时,将使地下水具有侵蚀性，超出的 CO2 称为侵蚀性CO2 ，平衡HCO3- 所需要的CO2 叫平衡 CO2 。侵蚀性CO2将溶解碳酸盐而破坏岩石。
换算：1meq/L=2.8 H °
（3）硬度分类：根据水的总硬度将地下水分为五类。
地下水硬度分类
类型
硬度
每升毫克 当量（1meq/L)
德国度（H°）
极软水 软水 微软水 硬水 极硬水
＜1.5 1.5~3.0 3.0~6.0 6.0~9.0
＞9.0
＜4.2 4.2~8.4 8.4~16.8 16.8~25.2 ＞25.2
第一节 地下水的基本知识
地下水是指埋藏在地表以下、储存于 岩石空隙之中的水。
一、自然界中的水循环
大循环（外循环）：全球范围内水分从海洋蒸发上升， 运移到陆地上空凝结后下降，并以地表或地下径流方 式回归海洋。
小循环（内循环） ：水分从海洋蒸发，再降落到海洋 ；或从陆地湖泊、河流、地表、植物叶面蒸发，又在 当地降落。
根据渗透系数 K 大小，岩石分为三类：
透水岩石 半透水岩石 不透水岩石
K ＞1m/d K ＝0.01～1m/d K＜0.001 m/d
三、水在岩石中存在的形式:
气态水（水蒸气）：凝结成液态水后，可成为地下水的来源。
结合水：水分子在被牢固地吸附在岩石颗粒表面的水。不受重力作用 影响，不被植物吸收，称为吸着水；包围在吸着水外层的水 膜之水，叫薄膜水。
毛细水：储存在岩石孔隙、裂隙等毛细空隙中的水，可垂直运动。
重力水：岩石空隙中受重力作用而运动的水，如井水，泉水等。 重力水可形成稳定的地下水面。
固态水 冻土地区的地下水终年为固态冰。
四、地下水的物理性质和化学成分
（一）地下水的物理性质
包括温度、颜色、透明度、气味、觉味、密度、 导电性、放射性等。
1、温度：变化大；0℃以下~100℃以上 2、颜色：一般无色,颜色取决于水中化学成分和悬浮物, 如含FeO为浅兰色，含Fe2O3为褐红色，含腐植质为黄褐色 。
其类型分为：
1）重碳酸钙型水：水中主要成分为Ca2 + 、 HCO32）硫酸钠型水：水中主要成分为SO42-、Na +
4、表征地下水化学性质的常用指标：
氢离子浓度（PH值）、硬度、总矿化度、侵蚀性
1）氢离子浓度（PH值）
强酸性地下水 弱酸性地下水 中性地下水 弱碱性地下水 强碱性地下水
PH＜5 PH为5~7
与岩石总体积（V）之比，用百分数表示： H= Vn / V ×100%
2、岩石的水理性质
含水性：岩石的空隙含有一定水量的性能。 持水性：岩石在重力作用下保持一定水量的性能。 给水性：在重力作用下，含水岩石自由流出一定水
量的性能。 透水性：水透过岩石的性能。用渗透系数（单位时
间水力坡度为1时，水在岩石中渗透的距离，单位 为m/d-日）表示。
3）总矿化度：
指单位体积水中所含离子、分子和各种化合物的总量 （g/L）。
总矿化度反映水的矿化程度，即水中溶解盐分的多少， 反映地下水的循环条件：
矿化度高，地下水循环条件差； 矿化度低，地下水循环条件好； 据总矿化度将地下水分为五类：
名称
总矿化度(g/L)
淡水
＜1
微咸水（弱矿化水） 1～3
名称 盐水（高矿化水） 卤水
水的循环示意图
水循环意义
a.使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不断地进行 着能量交换和物质迁移。
b.使大 气降水、地 表水、地下 水、土壤水 之间相互转 化，使水资 源形成不断 更新的统一 系统。
二、岩石的空隙性与水理性质
1、岩石的空隙性 岩石空隙的大小、多少、形状、联通程度、
分布状况，称为岩石的空隙性。 岩石空隙分为三类：孔隙、裂隙、溶隙 岩石的空隙率（H）：岩石的空隙体积（Vn）
wenku.baidu.comPH=7 PH为7~9 PH＞9
饮用的地下水PH值在6.5-8.5之间。
2）硬度
（1）硬度取决于水中Ca2+、Mg2+的含量。又分为；
①总硬度：水中所含Ca2+、Mg2+的总量，包括暂 时硬度和永久硬度。
②暂时硬度：水沸腾后，由HCO3- 与Ca2+、Mg2+ 结合生成碳盐沉淀出来 的Ca2+、Mg2+的含量。
③ 永 久 硬 度 ： 水 沸 腾 后 ， 残 留 于 水 中 的 Ca2+ 、 mg2+的含量
（2）硬度表示法有二种：
①德国度（H °）：1H°相当于1升水中含 有10mg的CaO或7.2mg的 MgO，即1升水中含有 7.2mg Ca2+ 或4.3mg的Mg2+ 。
②1毫克当量每升（meq/L）：1 meq/L等于 20.4 mg/L的Ca2+或12.6mg/L的Mg2+ 。
5、觉味：地下水应无味，有味道的水与水中含盐分和 气体分子有关： 含NaCl—咸味；含有机质—甜味； Na2SO4—涩味；含CO2气体—清凉可口。 MgSO4—苦味；
6、比重：一般为1。但取决于水中溶解盐分的多少， 溶解较多盐分则比重可达1.2~1.3。
（二）地下水的化学成分
1、作为一种良好的溶剂，地下水不断从岩石中获取化 学元素，目前地下水中所发现的化学元素有70余种。
3、透明度：取决于水中固体物质与胶体颗粒悬浮物含量。
透明度测量方法：内径3㎝，长50-100㎝平底带放水嘴 的量筒来测定：
透明：100㎝水柱可明显看见黑线十字图形和铅字； 半透明：＞30㎝水柱可见图形和铅字； 微透明：＜30㎝水柱可见图形和铅字； 不透明：缩小水柱仍不能见图形和铅字。
4、气味： 地下水无气味，有气味则取决于水中所含 气体成分和有机物质： 含H2S—臭鸡蛋味 含有机质—鱼腥臭味
2、化学元素在水中的状态 1）离子状态： 阳离子：H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。 阴离子：OH-、Cl-、NO32-、CO2- 等。 2）化合物状态：Fe2O3、Al2O3等。 3）气体状态：N2、O2、CO2、CH4等
3、地下水的化学类型：
表征地下水化学类型的七种离子：Cl-、Na + 、K + 、 Ca2 + 、Mg2+ 、 SO42-、HCO3- 。
总矿化度(g/L)
10～50
＞50
咸水（中等矿化水） 3～10
4）侵蚀性：
地下水侵蚀性取决于水中侵蚀性CO2含量。
当 水 中 游 离 的 CO2 含 量 超 过 平 衡 重 碳 酸 根 离 子 HCO3-所需要的CO2量时,将使地下水具有侵蚀性，超出的 CO2 称为侵蚀性CO2 ，平衡HCO3- 所需要的CO2 叫平衡 CO2 。侵蚀性CO2将溶解碳酸盐而破坏岩石。
换算：1meq/L=2.8 H °
（3）硬度分类：根据水的总硬度将地下水分为五类。
地下水硬度分类
类型
硬度
每升毫克 当量（1meq/L)
德国度（H°）
极软水 软水 微软水 硬水 极硬水
＜1.5 1.5~3.0 3.0~6.0 6.0~9.0
＞9.0
＜4.2 4.2~8.4 8.4~16.8 16.8~25.2 ＞25.2