矿井水文地质与水害防治

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潜水面的形状可用等水位cc’—隔水层顶h2面—;含o水o’层—厚基度准;面H;—h1潜—水潜位水埋藏深度;
线图来表示。
上层滞水和潜水示意图
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7 矿井水文地质与水害防治
根据潜水面等高线图可解决一些实际问题,如确定潜水
的流向——垂直等水位线由高水位流向低水位,确定潜
7.1 水 文 地

要对象。

构成含水层的条件是:

土层或岩层有贮存重力水的空隙;
下伏有隔水层。
(2)隔水层重力水不能透过的土层或岩层,如黏土、致
密完整的页岩、火成岩、变质岩等。
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7.1








Ⅰ—透水层;Ⅱ—含水层;Ⅲ—地下水面
含水层与透水层
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涌水量比之前世界上最大的矿山突水———南非金
刚萨金矿突水量大5至10倍以上。造成经济损失5亿
元以上。
按每人每天平均需水180升-190升,可用31.2年。
桶装饮用水19升。
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7.1 水文地质基本知识
7.2 矿井充水条件
7.3 矿井水文地质观测与涌水量预计
岩土孔隙率的大小,主要与颗粒的形状、排列 情况及颗粒的分选性和压密、胶结情况有关。 松散沉积物的孔隙率一般很大,可达20%~ 60%
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7.1
水 裂隙: 文 应力作 地 用下岩 质 石破裂 基 产生的 本 裂缝 知

裂隙的大小、多少、张开性能、分布规律等,主要 取决于岩石的性质、裂隙成因、岩石所处的构造部 位,以及裂隙在形成过程中的各种自然因素
(2)重力水岩土中在重力作用下能自由运动的地下水。 它能传递静水压力,有溶解能力,易于流动。可以被植物 吸收和被人类利用。
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4.结合水分为强结合水和弱结合水
7.1
(1)强结合水又称吸着水。由静电引力作用紧密吸附于岩石
水 文 地
颗粒及裂隙表面的水分子,其厚度相当于几个到几百个水分 子厚度。

渗入补给;
文 B)潜水面不承受静水压力;
地 C)在重力作用下,由高向底流动,称潜水流; 质 D)潜水的埋深因地而异,与水位、水量变化有关。 基



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3.充满于上、下两个相对稳定隔水层之间的含水层中,对
7.1
顶板产生静水压力的地下水,称为承压水。
水 文
7.1 水 文 地 质 基 本 知 识
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7.1.4 地下水的分类
7.1 7.1.4.1 地下水的综合分类

我国在煤矿建设和生产过程中一般都采用按

地下水埋藏条件和含水层性质的综合分类。






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地下水的综合分类
按含水层空隙性质
7.1
按埋藏条件
孔隙水(松散沉积物孔 裂隙水(坚硬岩石裂隙 喀斯特水(喀斯特
7.1 水 7.1.3.1 岩石中的空隙
文 岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。 地 质 岩石中的空隙,根据其成因和后期所受营力作用程度,

分为孔隙、裂隙和喀斯特。



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孔7.1隙:松 散水沉积物
是文由大小 不地等的颗 粒颗质基本组粒成间的 普, 遍知存在着 孔识隙
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7.1.3.2 含水层与隔水层
1.透水层与弱透水层、含水层与隔水层的概念
7.1
1)透水层与弱透水层

(1)透水层重力水能够透过的土层或岩层。

(2)弱透水层允许地下水以极小速度流动的弱导水岩层。

2)含水层与隔水层

(1)含水层地下水面以下饱水的透水层(上部未饱水的

部分则是透水但不含水的岩层。)水文地质研究的主
7.1

1
2
3
4



5
6
7
8


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—具有结构性孔隙的黏土;6—经过压缩的黏土;

7—具有裂隙的岩石;8—具有溶隙及洞穴的可溶岩
岩石中各种空隙(据王大纯等,1995)
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3.含水层的富水性分级
7.1
含水层的出水能力称为富水性,一般以规定某一口径井孔的最


大涌水量来表示。
地 含水层的富水性有强弱之分。含水丰富的含水层,称为强含
质 基
水层;含水性较差的含水层,称为弱含水层。



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7.1
含水层富水性的划分
水的水力坡度——任意两条等水位线的水位差与相应等 水位线间流长的平距之比(即潜水面坡度=两等水位线 的水位差/两等水位线间的平距),确定地表水与潜水

的相互补给关系,确定潜水埋藏深度(将地形等高线和

等水位线绘于同一图纸或两图叠置,各点标高与相应点

的水位之差,即为该点潜水埋藏深度),确定引水和排


表面,又以地表或地下径流的形式,最终流归海洋

中,再度受到蒸发。
基 本 知
水在海洋和陆地之间,既整个地球范围内的循环 ❖ 水的小循环,又称内循环。

它是指水从海洋表面蒸发,又降落到海洋表面;或者
水从陆地上的湖泊表面、河流表面、地表、植物叶
面蒸发,又降落在陆地上。
水在海洋或陆地各自范围内的循环
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(2)弱结合水又称薄膜水。位于强结合水外层的水分子,其 厚度从几十到几千个水分子厚。
质 基
无论是强结合水还是弱结合水,其在岩石中的数量都是微不 足道的,因此,对矿井生产无影响,研究它们的实际意义不

大。

5.矿物中的水

存在于矿物结晶内部及其间,即沸石水、结晶水及结构水。
它们一般来说是不能被利用的。
最适宜承压水形成的构造形式有向斜和单斜。

储存承压水的向斜构造,在水文地质学上通常称为承压

水盆地或自流盆地。自流盆地按其水文地质特征可分为

补给区、承压区及排泄区3部分。



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7.1 水 文 地 质 基 本 知 识
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7.1.2.1 地下水形式
7.1 地下水是指埋藏在地表以下、储存在岩石空隙中的水。

它主要以气态水、固态水、液态水和结合水等几种形式存在于

岩石的空隙中。
地 质
1.气态水即水蒸气 2.固态水 3.液态水包括毛细水和重力水

(1)毛细水由毛细力的作用而充满于岩石毛细空隙中的
本 知 识
水。它能作垂直方向的运动,有条件地传递静水压力,能 被植物吸收。 按其形成特点,可分为支持毛细水,悬挂毛细水和孔角毛 细水。


含水层富水性等级
按钻孔单位涌水量q/(L·s-1·m-1)

富水性极弱的 弱富水性
<0.01 >0.01~0.1

中等富水性
0.1~1.0

强富水性
1.0~5.0

极强富水性
>5.0

注:钻孔单位涌水量以口径91mm,抽水水位降深10m为准。若口径、降深与上

述不符时,应进行换算再比较富水性。
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7.1 水 文 地 质 基 本 知 识
自然界水的循环示意图
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水循环意义
7.1 水
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。
地 质
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。
补给区:指大气降水和地表水直接补给自流水的部位。 承压区:指含水层上方具有隔水层的地段。
7.1 排泄区:指水位低于补给区水位,自流水流出的地区。 水 文 地 质 基 本 知 识
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7.1 水 文 地 质 基 本 知 识
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7.1 水 文 地 质 基 本 知 识
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7.1.1 地球上水的循环
❖ 水的循环可分为大循环和小循环。
7.1 ❖ 水的大循环,又称外循环。

它是指在全球范围内水分从海洋表面蒸发,上升的水

汽随气流运移到陆地上空、凝结成雨点降落到陆地
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高迪 gaodi@ 河南理工大学资源环境学院 河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室
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矿井水的危害
➢影响煤炭资源的开发; ➢恶化矿井生产条件; ➢增加采矿的成本; ➢造成淹井事故。
7.4 矿井水害防治技术与方法
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7.1.1 地球上水的循环
7.1
❖ 自然界中水的组成:海水(咸水),淡水(冰川、河湖和地下 水)。

❖ 自然界中大气水、地表水和地下水是统一水体,它们之间存在程。






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7.1.2 地下水的概念
7.1 7.1.2.1 地下水形式
水 地下水是指埋藏在地表以下、储存在岩石空隙中的

水。
地 质 基
它主要以气态水、固态水、液态水和结合水等几种 形式存在。



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7.1.2 地下水的概念
本 知 识
水层以上,且具有自 由水面的重力水。
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潜水的自由水面称为潜水
7.1
面。地表至潜水面的垂

距,称为潜水埋藏深度。

潜水面至其底板隔水层


顶面之间的距离,称为

潜水含水层厚度。潜水

面上任一点的标高,称
知 识
为潜水位。
Ⅰ—包气带;Ⅱ—饱水带;aa’—地面;bb’—潜水面;
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溶隙:溶 隙岩7水文.是(1 可如溶石 灰地岩)在 地质下水流
长基期溶蚀 下本形成的 空知隙

喀斯特的发育程度、形态、分布规律、连通状况等 ,主要与可溶岩的成分、结构、地质构造、地貌特 征和地下水的活动等因素有关。
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物中的水。当十分接近 或成片出露地表时成为 沼泽水。沙漠及滨海沙
坚硬岩石上部风化裂隙 和构造裂隙中的水。
裸露喀斯特化岩层 中的水

丘中的水



承压水
由松散沉积物构成的自 流盆地和单斜山前平原 中的水,以及平原的深 部水
构造盆地、向斜或单斜 构造中层状裂隙岩层中 的水。构造破碎带中的 水,以及独立裂隙系统 中的脉状水
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7.1 水 文 地 质 基 本 知 识
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7.1 7.1.2.2 地下水的垂向分布

文 地下水面以上范围称为包
地 气带,地下水面以下称为
质 基
饱水带。



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7.1.3 地下水的赋存

隙中的水)
中的水)
化岩石中的水)
文 地 质
包 气 带
上层滞水
包气带中局部隔水层以 上季节性存在的水。广 义上也包括包气带中其 它形式的水,如土壤水
岩石风化层中季节性存 在的水。区域地下水位 以上局部隔水层上的季 节性存在的水
喀斯特化岩石垂直 渗入带中季节性存 在的水
基 本 知
各种成因类型松散沉积
潜水
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1984年6月2日,我国自行勘察、设计、建设的“新 中国第一矿”开滦范各庄矿发生世界罕见的特大透水 灾害突,水量为2053m3/min ,不到21个小时就淹 没了这座年产煤300万吨的大型矿井。三天后,涌水 溃入吕家坨矿。到6月10日年产200万吨原煤的这座 大型水采矿井也被淹没。吕家坨矿被淹后,涌水又直 扑年产300万吨的林西矿。
水工程的位置等。

对于许多煤矿来说,潜水是矿坑充水的重要水源之一,
必须引起重视。
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7.1








1—等水位线;2—水流方向
地表水(河流)与潜水间的补给关系示意图
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潜水的特征:
7.1 A)潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的
构造盆地、向斜或 单斜构造中喀斯特 化岩层中的水
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7.1.4.2 按地下水的埋藏条件分类
7.1 水
地下水按埋藏条件,可分为上层滞水、潜水和承 压水3种类型。

1.上层滞水指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔

水层上的重力水。

2.潜水指埋藏在地表

以下、第一个稳定隔
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