第三章 矿井突水预兆与充水条件分析

第三章 矿井充水条件分析 第一节 矿井充水水源 第二节 矿井充水通道 第三节 影响矿井涌水的因素
矿井突水预兆与充水条件分析



第一节 矿井突水预兆分析 一般突水事故可归纳为两种情况，一是突水量小于矿 井最大排水能力，地下水形成稳定的降落漏斗，迫使矿井 长期大量排水；另一种是突水量超过矿井的最大排水能力， 造成整个矿井或局部采区淹没。在各类突水事故发生之前， 均可能表现出多种突水预兆。 （一） 一般预兆 （1）煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋 水可由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹； （2）工作面气温降低，或出现雾气及硫化氢气味； （3）有时可闻到水的“嘶嘶”声； （4）矿压增大，发生片帮冒顶及底臌。





二、人为充水通道 矿坑充水人为通道包括顶板冒落裂隙带、 地面岩溶疏干塌陷带和封孔质量不佳钻孔等。 1.顶板冒落裂隙带 采空区冒落后，形成的冒落带和导水裂隙 带是矿坑充水的人为通道，其特点如下： ①当冒落裂隙带发育高度达到顶板充水岩层时， 矿坑涌水量将有显著增加，当未能达到顶板充 水岩层时，矿坑涌水无明显变化； ②当顶板冒落裂隙带发育高度达到地表水体时， 矿井涌水量将迅猛增加.
A、矿井疏干时地下水位随采掘工作面向深部移动、 降低。 B、矿井疏干涌水量较小，矿井开采初期涌水量稍 大，后期变小。 C、矿井水量相对稳定，季节变化不大。 ②矿区位于平原地区，煤系地层与煤系充水含水层 大面积与第四系砂砾石含水层直接接触，矿床开 采时由于第四系砂砾石含水层强烈充水，形成拟 定水头强渗边界，矿井涌水较大。



第二节矿井充水水源分析
矿床充水水源分为自然条件和人为条件两大类。 一、自然充水水源 1.大气降水 大气降水是地下水的主要补给来源，所有矿床充 水都直接或间接的与大气降水有关。 2. 地表水水源 在有大型地表水体分布（海、湖、大河流、水库、 水池）的矿床地区，查清天然条件下和矿床开采后的 地表水对矿床开采的影响，是矿区水文地质勘探和矿 井水文地质工作的重要大事，是评价矿床开采价值的 重要内容。


2.地面岩溶疏干塌陷带 随着我国岩溶充水矿床大规模抽放水试验 和疏干实践，矿区及其周围地区的地表岩溶塌 陷随处可见，地表水和大气降水通过塌陷坑充 入矿井。有时随着塌陷面积的增大，大量砂砾 石和泥砂与水一起涌入矿坑。
第四节矿井充水强度分析

一、矿床充水强度分析 在自然界分布矿床中，单一充水水源和 充水通道是少见的。从水文地质剖面可以看出， 矿床（体）上部和下部往往分布多个充水含水 层组。究竟哪个是充水岩层？哪个不是充水岩 层？哪个是强充水岩层？哪个是弱充水岩层？ 回答这些问题的方法称为矿床充水强度分析。


根据矿山调查资料表明，矿床开采后矿井充水强度 除取决于充水含水层的富水性、导水性、厚度和分 布面积外，还取决于三个条件。即矿井充水的关键 性条件

第一：充水含水层出露和接受补给源的条件； 第二：充水含水层侧向边界的导水与隔水条件； 第三：矿床顶、底隔水岩层的隔水条件。
三条防线：1、第一防线 充水含水层组出露和接受补给水源的条件： 划分为五种情况： ①矿区位于山前地带，煤系地层与煤系充水含水层大面积被 第四系黏土、亚黏土层覆盖。 此类矿井的特点：




（二） 工作面底板灰岩含水层突水预兆 （1）工作面压力增大，底板臌起，底臌量可 达500mm以上； （2）工作面底板产生裂隙，并逐渐增大； （3）沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增 大，水量增加，当底板渗水量增大到一定程度 时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊， 底板活动时水变浑浊、底板稳定时水色变清； （4）底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并有 “嘶嘶” 或刺耳水声；（5）底板发生“底 爆”，伴有巨响，水大量涌出，水色乳白或呈 黄色。

3.围岩地下水水源 围岩地下水充水类型划分: ① 根据充水岩层性质不同可分为：砂砾石孔隙 充水矿床，坚硬岩层裂隙充水矿床，岩溶充水 矿床。 ②根据矿床与充水岩层接触关系不同可分为： 直接充水矿床，间接充水矿床。 ③ 根据矿床与充水岩层相对位置不同可分为： 顶板水充水矿床，底板水充水矿床，周边水充 水矿床。


4.面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区) 根据含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析, 在华北煤田的北部一带, 煤系含水层组主要以 厚层状砂岩含水层组为主, 薄层灰岩沉积较少。 在厚层砂岩含水层组之间沉积了以细砂岩、粉 细砂岩和泥岩为主的隔水层组. 在地质历史的 多期构造应力作用下, 脆性的隔水岩层受力后 以破裂形式释放应力, 致使隔水岩层产生了不 同方向的较为密集的裂隙和节理, 形成了较为 发育的呈整体面状展布的裂隙网络。




3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； 5老窑积水长期处于停滞，水循环条件差，水 中含有大量H2S气体，硫化氢气体危害性大。 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。




（三） 冲积层水的突水预兆 （1）突水部位发潮、滴水，滴水逐渐增 大，仔细观察可发现水中有少量细砂； （2）发生局部冒顶，水量突增并出现流 砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋 势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出； （3）顶板发生涌水、涌砂，这种现象可能 影响到地表，致使地表出现塌陷坑。
第三章 矿井涌水条件分析


由于不同矿井涌水水源不同，涌通道不一和涌水程度的差 异，决定了矿井水的涌入特征、水量大小和动态变化，即 决定了矿井水文地质条件的复杂程度，因此正确评价矿井 水条件，认识矿井水文地质规律，对于指导矿井水文地质 工作，以及预测和计算矿井涌水量，预测矿井突水、制定 矿井防治水规划及进行防治水工程设计乃至矿区水资源的 合理开发与矿井水的综合利用等，都具有十分重要的意义。 矿井涌水条件既决定于矿井所处的自然地理、地质和水文 地质特征，也决定于矿井建设和生产过程中采矿活动对天 然水文地质条件的改变，即决定于一系列自然因素和人为 因素错综复杂的影响。因此，在正确分析和评价矿井涌水 条件前，应首先了解各种自然和人为因素对矿井涌水所起 的作用。
③矿床分布于湖底下，煤系地层与煤系充水含水 层位于湖底下。 ④一般矿床，井田范围内无第四系松散覆盖沉积 层和地表水体分布，煤系地层直接出露地表。 ⑤矿床分布于季节性河流下部，季节性河流成为 矿床开采的季节性充水水源。 2、第二防线 充水含水层组侧向边界的导水与隔水条件 3、第三防线 矿层顶、底板岩层的隔水条件
第三章 矿井涌水条件分析

矿井之所以有水的涌水，是各种水源通过各种 通道进入井巷造成的，其水量的大小主要受到 矿床赋存条件（地质、水文地质条件）和开采 的具体条件（开采条件）控制。因此，矿井涌 水的水源和通道是矿井水形成的必备条件，其 它因素则影响矿井涌水量的大小及其动态变化。 因此，人们习惯于将矿井涌水水源、涌水通道 和影响矿井涌水程度的因素等综合作用结果称 为矿井涌水条件。分析矿井的涌水条件，就是 分析矿井水的来龙去脉。
二、表示矿井充水程度的方法


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矿井充水程度反映矿井水文地质条件的复杂情况。通常，生产矿 井用含水系数来表示；基建矿井用涌水量大小来表示。 1、用含水系数表示矿井充水程度 含水系数又称富水系数，是指矿井中排出的水量 Q（米）与同 一时期煤炭开采量 P（吨）的比值，通常用KB表示——吨煤排水 量； 涌水小的矿井： KB <2； 涌水中等的矿井： KB＝2～5； 涌水大的矿井： KB = 5～10； 涌水最大的矿井： KB ＞10；




2.线状断裂(裂隙)带通道 断裂带是否能够成为充水通道主要取决于 断裂带性质和矿床开采时人为采矿活动方式与 强度。 3.窄条状隐伏露头通道 在我国大部分煤矿, 煤系薄层灰岩含水层和 中厚层砂岩裂隙含水层以及巨厚层的碳酸盐岩 溶含水层多呈窄条状的隐伏露头形式与上覆第 四系松散沉积物不整合接触.



2、用矿井涌水量表示充水程度 所谓矿共涌水量，是指单位时间内流入矿井 的水量，通常见Q表示。 根据涌水量的大小可将矿井分为： 涌水小的矿井： Q＝100m3／小时； 涌水中等的矿井：Q＝100～500m3／小时； 涌水大的矿井： Q＝500～1000m3／小时； 涌水最大的矿井：Q＞1000m3／小时。
第三章 矿井涌水条件分析





关于矿井水的几个概念 矿床开采前的自然状态下于矿床和围岩中赋存的水， 称为矿床充水（是一种自然现象）。 采矿过程中流入矿井(山)巷道的水，称为矿井水。 采掘过程中水进入矿井（坑）的过程称为矿井涌水。 超过矿井排水能力的瞬时大量涌水称为矿井突水。 充水、涌水和突水的水量大小分别称为充水强度、涌 水强度（或涌水量）和突水强度（或突水水量、突水 涌水量），单位为m3/h。 注：在我国，“矿井”是井工开采的煤矿，其他金属 矿、非金属矿和露天煤矿一般称为“矿山”或“矿 坑”。勘探时期对矿井涌水条件的分析一般称为“矿 井充水条件分析”。
第三节 矿井充水通道分析


一、充水天然通道 矿床充水天然通道主要包括点状岩溶陷落柱、线状断 裂（裂隙）带、窄条状隐伏露头、面状裂隙网络（局 部面状隔水层变薄或尖灭）和地震裂隙等。 1.点状岩溶陷落柱通道 岩溶陷落柱在我国北方较为发育，在地下水的长期 物理和化学作用下, 中奥陶统灰岩形成了大量的古喀 斯特空洞, 在上覆岩层和矿床的重力作用下, 空洞溃塌 并被上覆岩层下陷填实，被下陷的破碎岩块所充填的 柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟通了煤系充水含水层 中地下水与中奥陶统灰岩水的联系, 特别位于富水带 上的岩溶陷落柱, 可造成不同充水含水层组中地下水 的密切水力联系。
二、人为充水水源 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； 老窑水一般分布在老矿山的浅部，它具有下列充 水特点： 1老窖水以静储量为主，静储量与采空区分布 范围有关； 2老窑积水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；


矿井突水易发生的地段
1、断层交叉或汇合处。 2、断层尖灭或消失端一带 3、褶曲轴部裂隙密集带或小断裂密集带 4、背斜倾伏端一带 5、两条大断层相互对扭地带，即张扭性破碎带，导致小 构造密集。 6、与导水或富水大断裂成人字形连接的小断裂带。 7、复合部位小断层与次级小褶曲轴在地层倾向急转折带 上的复合部位，或小褶曲轴与地层倾向转折带的复合部位 或平缓小轴曲翼部。 8、压性断裂下盘、张性断裂上盘因富水性强，井巷通过 或接近时往往发生突水。 9、新构造活动强烈的断裂带。 10、不同力学性质的断裂组成的断裂带，富水性最强，易 于发生突水。