第7章_矿井水文地质与水害防治

四、地下水的分类
（1）地下水的综合分类
自然界有各种各样的地下水。有的埋藏很深、有的则很浅。有的水量 大，有的水量小。总之，各种地下水在形咸、分布、运动、水质、水量等 方面都有很大的不同。 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综合分类。
地下水按照埋藏条件分为包气带水、潜水、承压水。 1.包气带水（土壤水）
➢ 排泄条件
任何一个含水层都有补给区和排泄区。在排泄区有大量 泉水出露，泉的多少和水量大小直接表示了含水层的富水强 度。凡是在含水层出露地区，泉很多，但每个泉的水量很小， 这是弱含水层的特点；泉水流量大而且集中，这是强含水层 的排泄特点。西南地区不少的煤矿，主要强含水层是茅口灰 岩和长兴灰岩，在其排泄区，都表现了泉水集中流量很大的 规律。
第七章 矿井水文地质
第一节 水文地质基本知识 第二节 矿井充水条件 第三节 矿井涌水量的预测方法 第四节 矿井水的防治
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。
第一节 地下水的基本知识
一、自然界中水的循环
自然界中大气水、代表水和地下水是统一水体，它们之间存在着内在 联系和不断相互转化的循环过程。 ➢ 水循环
3.承压水（层间水）——埋藏在地下两个隔水层之 间的含水层中的水。当两个隔水层之间的含水层被水充 满时，就是有了一定的静压力，称为承压水。
自流井——当打井凿穿上部隔水层时，如果承压水的 静水压力所达到的水头高度超过井口地面时，则自行喷溢 出地表，形成自流井。
（2） 按地下水的埋藏条件分类
上层滞水：是指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔水层上的重力水。
二、地下水的概念 （1）地下水的概念
地下水——是埋藏在地表以下松散堆积物和岩石空隙 中的水体。
地下水主要是由大气降水、地面流水、冰雪融 水、湖泊水渗透到地下而形成的，称为渗透水。此 外还有凝结水、埋藏水、原生水等。
二、 （2）水在岩石中的存在形式
水灾岩石空隙（空隙、裂隙、溶隙）中： 1、气态水 2、结合水：分子力作用 3、毛细水：表面张力 4、重力水：重力作用 5、固态水 6、矿物中的水
除此而外，还有其它人为因素的导水通道； 如：未封好的钻孔
二、矿井充水通道
1、岩石的孔隙与岩层裂隙 2、断层：矿井充水的主要通道之一。断层
导通地表水或地下水，造成矿井突水。 正断层或断层交叉切割处易发生突水
3、岩溶洞隙：巷道靠近或揭露时易突水。 4、未封闭或封闭不良钻孔 5、矿井长期排水：造成地表水倒灌下渗和
构成含水层的条件：土层或岩层有储存重力水的空隙；下伏有隔水层。 ➢ 隔水层（带）
有些岩层的空隙不发育，不透水。
含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存，从而构造含水地质结构， 因为有不透水的隔水界面，含水层才具有赋存地下水；
3）含水层的类型及含水岩组 含水层划分，详见p283，表7-1
4）含水层的富水性分级 详见p284，表7-2
水通过水圈、大气圈、岩石圈和生物圈处于连续不断地循环运动的过 程，称为水循环。
水循环包括内陆循环、海陆循环、海洋循环。
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。
在承压水区，当断裂或人工 打井穿过其上面的隔水层时，承 压水即可上涌，如出水口低于水 源区，就会出现自流井(泉)。
（3）按含水层空隙性质分类
孔隙水：是指存在于疏松岩层的孔隙中的水；
导水性好 补给充沛
风化裂隙
裂隙水：是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水； 成岩裂隙
构造裂隙
岩溶水：是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水；
❖ 老窑水：是古代和近期的采空区及废弃巷道，长期停止排
水而积存的地下水；
其特点如下：
➢ 老窑积水以静储量为主；一旦巷道揭露或巷道与老窑之间的 煤岩柱强度小于它的静水压力时，积水倾出，瞬时涌水量大， 来势凶猛，具有很大的破坏性，可造成严重事故；
➢ 老窑积水与其它水源无联系时，短期突出易于疏干；老窑一 般位于浅部，若与地表水有水力联系，则造成稳定的充水水源 危害较大；
4.地下水化学成分的形成作用
地下水的化学成分是很复杂的。不同成因的 地下水有不同的原始成分，它们在形成过程中与 周围介质不断作用，使水的成分也随之发生变化， 与原始成分往往产生很大的差别。因此，现在所 遇到的地下水成分，都是在一定的自然历史过程 中，在各种因素影响下，各种作用综合的结果。 由于各种作用所处的条件不同，其主次也不相同。 其中，对于地下水化学成分的形成最有意义的作 用，主要有溶滤及溶解作用、阳离子交替吸附作 用、蒸发浓缩作用、混合作用、脱碳作用和生物 化学作用等6种。
（2）岩石的水理性质
1）透水层与不透水层
岩石的透水性：岩石或土层允许水透过的性能称为透水性。 取决于空隙大小（主）、多少、形状、连通性。与空
隙度关系不大 渗透系数K：单位时间内，水力坡度为1时，水在岩
石中的渗透距离。m/d,m/s
透水层——能够透过地下水的岩层。K>1m/d。主要有： 砂岩层、砂砾岩层以及裂隙、洞穴发育的其它岩石。空隙 大而多，连通性好。其中储满地下水的部分称为含水层。
富水性 导水性
静水压力
充水含水层厚度与分布
含水层厚度越大、分布越广、储 量越丰富、疏干越不易；
影响因素
向斜轴部——大 含水层的补给条件与蓄水构造类型
静水压力——小
含水层与煤层的关系
距离
煤层下部含水层 遇断层 巷道揭露
煤层上方含水层
——塌陷情况
煤层上方含水层——塌陷情况
无裂隙沉降带 裂隙带 岩层崩陆带
不透水层——不能透过地下水的岩层。 K<0.001m/d主 要有：粘土、页岩、岩浆岩、变质岩等。 不透水层对地 下水的运动起着阻隔作用，又称为隔水层。
两者之间过渡类型称为半（弱）透水层。 K=0.01--1m/d 如泥岩、亚粘土、黄土、粉砂等。空隙密而小，连通性差。
2）含水层与隔水层
➢ 含水层（带） 地下岩层空隙中，储存有在重力作用下可以自由流动水，称含水层（带）
特征：A）分布范围小，储水量不丰富；
B）埋藏浅，受气候条件影响大；
潜水
（2） 按地下水的埋藏条件分类
潜水：是位于第一个稳定隔水层以上的含在透水层中、能够自由流动 的地下水。其水面是起伏不平的面，称为潜水面。
潜水主要由大气降水和地表水补给。多数情况下，补给区与分布区一 致。所以潜水的埋藏深度及含水层厚度经常是变化的，而且变化范围较大， 其中以气候、地形的影响最为显著。
对采矿工作来说，潜水对建井及露天开采的影响较大，对地下开采影 响较小。
特征：A）潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给区一致；
B）潜水面不承受静水压力； C）在重力作用下，由高向底流动，称潜水流； D）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关。
潜水
承压水（自流水）：是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水，其 运动受上下隔水层的约束和水压的作用，通常是从补给区流向排泄区。其补 给区与分布区不一致，受大气降水变化的影响较小，不易受污染。
第二节Hale Waihona Puke Baidu矿井充水条件
一、矿井充水来源
❖ 大气降水：是露天矿的直接充水水源；
是地下采煤的间接充水水源。
大气降水对矿井 充水强度与涌水量
年降水量； 降水性质； 地形； 煤层埋深；
覆盖岩层的透水性。
❖ 地表水：分布在井田范围或附近的地表水，可能成为矿井充水水源；
地表水的性质和规模；
地表水体与矿井间的充水通道，其随矿井开采方式和 采煤方式的不同而变化；
第三节 矿井水文地质观测与涌水量预计
一、矿井水文地质观测 矿井水文地质观测是矿井水文地质工作的主要项目，一般包
括两部分内容：地面水文地质观测和井下水文地质观测。
（一）、地面水文地质观测 主要包括：气象观测、地表水观测和地下水观测。 1.气象观测：主要是观测降水量。
2.地表水观测：对分布于矿区范围内的地表水都应对其进行定期观测。 主要包括江河、溪流、大水沟、湖泊、水库和大塌陷坑积水。 观测所获资料应整理成曲线图，以便研究其流量、水位的变化规律， 找出其变化原因，并预测地表水对矿井涌水的影响。 此外，还应将河水漏失地段、洪水淹没范围等，标注在相应图纸上。
地下水流入巷道。
6、采矿活动造成的塌陷和裂隙
三、影响矿井充水程度的其他因素
矿井充水水源和充水通道直接控制矿井涌水量大小。 还有其他因素影响矿井充水程度。 1、地形：巷道是否位于侵蚀基准面以上决定矿井水源 是大气降水、地表水，决定涌水量。 2、煤层的埋藏条件： 华北CP煤田开采深部煤层会导通奥灰水，引起突水 煤层倾角于厚度越大，开采后冒落高度及塌陷范围 越大，可能沟通地下水、地表水，引起突水事故 3、煤层出露程度上部隔水层岩性 4、开采方法
——从地面到地下水面（潜水面）之间的地带（包气带、 不饱和带）所含的非重力地下水，暂时性水。以气态水、 吸着水、薄膜水和毛细水等状态存在。
2 .潜水 ——埋藏在地面以下，在第一个隔水层之上， 具有自由表面的重力水，称为潜水。
潜水的表面称为潜 水面，随地形起伏 而变化，具有潜水 流。同时因季节变 化而升降，雨季、 旱季潜水面的不同 而形成一个暂时饱 和带。
三、地下水的赋存 （1）岩石中的空隙
地下水能在岩石中赋存与运动， 是因为岩石中具有一定的空隙。岩石空 隙度越大，含水量越大；岩石空隙大而 多，连通性好，则岩石透水性越好。
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。
孔隙：是指分布于松散的沉积岩层中及 半胶结的碎屑沉积岩中岩石颗粒或集合 体之间的空隙。 裂隙：是指各种应力作用下岩石破裂产 生的裂缝。 喀斯特：是水对可溶性岩石进行以化学 溶蚀作用为特征的综合地质作用。
➢ 老窑一般深度部大，但查清位置较困难，准确位置无法查清， 又无人敢下去查；
➢ 老窑积水长期处于停滞，一般酸性大，腐蚀性强，别是高速 运转中的水泵叶轮，由于水的冲击和摩擦，腐蚀损坏得更快。
❖ 断层水：断层破碎带，常是地下水良好聚集场所和通道
➢ 断层水对矿井的影响，主要是由于巷道揭露或由采掘活动破坏了围岩 的隔水性能造成断层带的水涌入井下； ➢ 断层水主要特点：其静储量不大，但往往与地表水、高压强含水层沟 通，对矿井生产造成巨大威胁； ➢ 断层有时使煤层与富水性很强的岩溶水对口相接；或者由于间层的存 在碰坏了岩层的完整性，因而降低了岩层的强度，这些常是矿井水文地质 条件复杂化； ➢ 也有的断层破碎带内充填了许多破碎的柔性岩石（如粘土岩）、煤粉、 断层泥等，也可能起隔水作用。因此对断层的透水性质应作具体分析。如 果在矿井中有许多条断层，断层的交叉处是最容易发生透水事故的位置， 应特别注意。
五、地下水的性质 （1）物理性质 1、温度 2、颜色 3、透明度 4、气味 5、味道 6、密度 7、导电性 8、放射性
（2）化学性质 1.地下水的化学成分 2.化学成分表示方法
1、库尔洛夫式 2、总矿化度：水中所含各种离子、分子和化合物的总量， g/L。矿化度高，地下水循环条件差，反之则反。 3、硬度：总硬度=暂时硬度+永久硬度 3.地下水的化学性质 1、酸碱度 2、侵蚀性：酸性侵蚀，CO2侵蚀。
❖ 一般认为，煤层距地表水体越近的，受其影响越大；
❖ 在煤层上覆岩层透水性差，而且没有断裂破坏时；
❖ 一般认为，煤层和地表水体之间垂距如大于煤厚的50倍左 右，地表水的影响逐渐消失。
❖ 含水层水：是矿井的最经常和最主要的充水水源；
多数情况：大气降水、地表水 → 含水层 → 矿井
空隙性
矿井充水含水层的类型
特征： A）承压水具有静水压力；
B）以侧向补给位主，因此补给区与分布区不一致； C）承压水迳流严格受隔水层控制，其埋藏分布主要取决于地质构造； D）承压水的动态受降水、蒸发、水文等因素影响，但不如潜水显著，水
位变化幅度小，一般有滞后性； F）由于有连续的隔水层的覆盖，承压水不易污染；
➢ 补给条件
含水层的补给条件主要决定于含水层出露地表的地形、 溶洞裂隙发育情况和有无常年存在的地表水体。在地形平缓、 特别是容易内涝的地区，降水不易从地表流走，造成常年积 水，为含水层提供了大量补给来源，含水层的露头溶洞裂隙 又发育，这样含水层的水量就大；相反，在地形较陡的情况 下，降水大部分形成地表水流流走，补给地下水量就少。