水文地质基础知识

（二）地下水的起源（假说）

（1）渗入说：公元前 1世纪，认为地下水是
由雨水和雪水渗入地下形成的。

（2）凝结说：公元前 4世纪，认为地下水是
由空气中水蒸气凝结而成的。

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（3）沉积说：20世纪初，在人们发现地下深处
存在高温卤水以后，认为地下水与含水岩石同时形
成于沉积盆地中，两者的年龄一致，并把这种水命

岩层具备了良好的储水空间和构造条件，但如果
水源不足，仍不能成为含水层。含水层通常会直接或 间接的接受大气降水、地表水或地下水的补给，补给 水量越大通常含水层富水性越强。
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含水层根据埋藏条件和水力学状态可以分为承
压含水层和潜水（无压）含水层。 由于采掘活动而对矿井充水有影响的所有含水 层称为充水含水层，按其影响程度和性质可以分为 直接充水含水层和间接充水含水层。
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（3）岩溶水 发育特征：含水空间分布极不均一，在宏观上有统 一水力联系而局部水力联系不好，水量分布极不均匀。
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充水特征：
a、位于岩溶发育强径流带上的矿井易发生突水，且频率高， 矿井涌水量大。 b、矿井充水以突水为主，且突水量远超过正常涌水量，极 易发生淹井事故。例如：1984年6月2日10：20am，开滦范各庄 矿2171工作面陷落柱突水的最大涌水量达2053m3／min，使该大
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③隐伏煤田露天开采时，覆盖层中的孔隙水是露天坑的
主要充水水源，必须在剥离前进行预先疏干。如内蒙古元宝
山露天矿，第四泵松散卵砾层覆盖于煤系之上，且与地表水 有水力联系，露天坑开挖时最大疏干水量超过100万m3／d。 ④露天剥离岩层中孔隙水的存在，改变岩层的物理力学 性质，导致粘土膨胀、流砂冲溃、边坡滑动等工程地质问题。
岩石的透水性、地形、植被等。即：单位时间内所降下的
雨量大，延续时间长，渗入条件好，地表岩石透水性好， 地形平坦，植被良好，则补给地下水量就多。矿井充水与 降水关系密切，矿井充水滞后于降水的时间，一般为数小 时至数日。
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2006年7月，受碧利斯台风影响，湖南省郴州、 衡阳普降暴雨，白沙煤电集团-前进煤矿从15日13时 20分至16时10分仅3个小时，矿井涌水量由200m3/h上 升至1300m3/h，矿井处于应急状态，广大干部职工全
力抗洪保井，与洪水抗衡了40多个小时，最终没有保
住矿井，于17日凌晨5时12分被洪水吞噬。
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（2）地表水 当矿井附近有江河、湖泊、池塘、水库、沟渠、沼泽等 积水，以及季节性雨水时，如果当水位暴涨超过矿井井口标
高，这些水就会涌入井下，或由裂隙、断层或塌陷区渗入井
下，成为矿井充水水源，甚至导致淹井。
的地下水类型主要有孔隙水、裂隙水、岩溶水。
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（1）孔隙水 含水空间发育比较均一，其富水性取决于颗粒成分、 胶结程度、分布规模、埋藏及补给条件。
① 当井筒穿过松散孔隙含水层时，常发生孔隙水和流
砂溃入事故。 ②井下开采第三系煤层时，煤层顶、底板含水砂层中 的水及流砂会溃入矿井。如吉林省舒兰矿区，1960-1970年 共发生突水突砂事故18次，造成停产、巷道报废或淹井事 故，最大的一次持续达十年零七个月之久，总涌入水砂量 达150万m3。
透水性能就愈好，重力水就愈易渗入及流动，
有利于形成含水层。

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（2）储存地下水的地质构造

具备利于储存地下水的地质构造也是构成含水层
的重要条件之一。在有隔水（不透水或弱透水）层的 存在下，可以避免重力水向下、向侧向流失。如分布 于向斜构造的透水层与隔水层组合，往往构成良好的
含水层。
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（3）良好的补给来源
质好；反之，则正好相反。孔隙水对采矿的影响主要取决于
孔隙含水层厚度、岩层颗粒大小及其与煤层的相互关系。 （第四系含水层等） 孔隙的大小：取决于沉积物颗粒形状、大小、均匀程度、 排列情况及胶结程度等。颗粒越粗大，其间孔隙越大。颗粒
大小相等，呈立方体排列（疏松排列），其孔隙要大于呈四
面体排列（紧密排列）。沉积物颗粒不均匀，粗颗粒间的孔 隙常被小颗粒充填，使孔隙变小。
直接充水含水层：指露天坑或矿井巷道直接揭露的
含水层，或通过煤层回采后的冒落裂隙带、回采工
作面及巷道底板破坏带等直接向矿井充水的含水层。
间接充水含水层：指与直接充水含水层有水力联系，
并通过直接充水含水层向矿井充水的含水层。
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（二）隔水层
通常指透水性差，对地下水的运动、渗透起着 阻滞或阻隔作用的岩层，也叫不透水层（如胶结致 密、完整的坚硬岩层）。透水层和不透水层在自然 界是相对的。
③通过地表岩溶塌陷
④冒落裂隙带与地表水体沟通 ⑤洪水径流沿低洼地的井筒直接流入或溃入
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地表水 弯曲带
裂隙带
导水裂隙带
冒落带
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（3）地下水 煤层顶底板岩层中的地下水是矿井最基本的充水 水源，根据其对矿井的作用可分为直接水源和间接水
源，前者是指井巷直接揭露或通过充水通道直接涌入
矿井的水源，后者是直接水源的补给水源。煤系地层
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（2）裂隙水 发育特征：含水空间发育不均一，且具有一定的方向性， 其富水性受裂隙发育程度、分布规律和补给条件的控制，一 般富水性不强。
充水特征：常构成煤层顶底板，使采掘工作最经常揭露
的直接充水含水层。通常表现为淋水、滴水和渗水，水量不 大，分布不均。当有水源补给时，矿井涌水量较大，甚至构 成水害。例：山西路英某矿，井筒断面见长约3m的大充水裂 隙，极言风化段Qmax达到349m3/h（即5.7m3/min），最终导 致淹井。
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②裂隙水 埋藏于基岩裂隙中的地下水。按成因，岩石的 裂隙可分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙三种类 型，相应的裂隙水也分为三种。（顶板砂岩含水层） 裂隙是坚硬岩石中的空隙。包括裂隙的宽度、 长度、数量、分布及连通情况。
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③岩溶水
埋藏于溶洞溶隙中的重力水，或称喀斯特水， 有时也称溶洞水。喀斯特水的水量大、水质好，可 作大型供水水源，但岩溶水对煤矿生产安全构成严 重威胁，尤其是岩溶化岩层厚度巨大时，多是造成 矿井重大水患的水源。 溶隙是可溶岩（石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等）中的空隙。巨大洞穴或溶隙，是水溶 蚀结果。
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（三）自然界的水循环
分大循环（海陆之间）和小循环（海陆内部）。
在全球范围内，水分从海洋表面、陆地的河湖、岩
土表面蒸发，植物叶面蒸滕的水分，上升的水汽随
气流转移到陆地上空，以降水的形式降落到陆地表
面，又以地表径流及地下径流的形式汇入大海之中，
称为大循环。循环周期长达数千年或几天。
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水汽输送
降水
水汽输送 降水
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矿井 水文 地质 基础 知识
一、地下水的形成与分类 二、含水层与隔水层 三、矿井充水条件分析 四、矿井涌水量预测
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一、地下水的形成与分类
（一）地下水的概念
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、吸着 水、薄膜水、毛细水和重力水等几种形式 存在于岩石空隙中。
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溃水处 2007年8月17日，山东省新泰市华源有限 公司华源煤矿，柴汶河（地表水）决堤溃 入矿井，172名矿工下落不明。
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地表水能否成为充水水源，取决于地表水体与井巷之间
有无直接或间接联系的通道。 地 表 水 涌 入 或 灌 入 矿 井 的 途 径
①通过第四系松散砂砾层及基岩露头
②通过老窑采空区
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含、隔水层具有相对性，可以相互转化。如砂 岩有未被充填胶结的孔隙，后期构造的影响，产生 了裂隙，因而砂岩中的孔隙、裂隙便成为储水空间，
具备了含水层的条件；但如果砂岩中裂隙不发育，
其储水量小，对于大型供水来说，供水条件差，划
为相对隔水层；对于小型民用水，可满足供水要求，
划为含水层。
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三、矿井充水条件分析
蒸发
蒸发
入 渗
径流
自然界中水循环
动态观点：通过循环—水的质量得以净化、水的数量得以再生，可持续发展得到保证。
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（四）地下水的分类 （1）按地下水的埋藏条件分为： ①上层滞水
②潜水 ③承压水
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①上层滞水
一般认为上层滞水是指埋藏在离地表不深的
饱气带中局部隔水层上的重力水。一般对煤矿生
产几乎没有影响。
露的原因又可分为侵蚀下降泉、接触下降泉、溢流
下降泉。
上升泉：由承压水含水层形成的泉。根据上升
泉出露的原因又分为侵蚀上升泉和断裂上升泉。
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（2）按含水层空隙性质分为：
①孔隙水 ②裂隙水 ③岩溶水
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①孔隙水 储存于疏松岩层孔隙中的水。一般情况下，岩石颗粒大 而均匀，则含水层孔隙大、透水性好、水量大、运动快、水
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②潜水
是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以
上，且具有自由水面的重力水。潜水的自由水
面，称为潜水面；潜水面上任一点的标高，称
为潜水位。对于煤矿来说，潜水是矿坑充水的
重要水源之一。
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注：民用水井与矿井排水。
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注：井下施工上山巷道与泵坑积水。
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③承压水
充满于上下两稳定隔水层之间的含水层中的
名为沉积水（同生水）。

（4）初生说：1902年由奥地利地质学家E.修斯 提出。认为初生水来自岩浆源的分异作用，初生水 的基本标志是高温、溶解有特殊的与岩浆有关的化 学成分。

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（5）内生说：由前苏联水文地质学家Г.Н.卡明斯
基提出。认为凡是早于渗入循环与沉积循环生成的地下 水均可命名为内生水，它主要由岩浆及变质(由地球内 力作用引起岩石的改造与变化)起源的水、汽组成。 20世纪60年代以来，已逐渐公认地下水的起源与 地球水圈起源紧密相关，原始地壳出现以后，地球水圈 才逐渐形成。包含在地球水圈中的水（包括地面水和地 下水）主要是整个地质时期从地球内部持续地逸出起源 的。
的浅部。
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老空水特点及对矿井充水的影响





位臵不清、范围不明、连通复杂→ 难于分析判断和准确掌握，矿井充水带有突发性！ 多分布在矿床边缘或矿体浅埋处→ 突水位臵不受介质制约，突水居高临下！ 水量大，水压高→ 短时间大量水涌入矿井，来势凶猛，破坏性很大! 与其它水源间的水力联系→ 短期疏干/长期补水，难以疏排，危害很大! SO42-含量高，PH值低，含有害气体→ 酸性强，腐蚀性强，破坏矿山设备，威胁矿工身体健 康!
矿
（1）大气降水
（2）地表水 （3）地下水Βιβλιοθήκη （4）老空水井 充 水 水 源
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（1）大气降水 当空气的温度低于露点时，空气中多余的水汽就要凝 结，以液态或固态形式降落到地表形成降水。降水量用雨 量计测量，用水层厚度（mm）表示。

降水渗入构成地下水的补给来源。其强弱取决于：①
大气降水的强度及延续时间，②当地的渗入条件，如地表
矿井充水条件：煤矿床开采过程中，地下
水或地表水以不同形式和程度向井巷（或矿坑） 涌入时，其充水水源、充水通道及充水强度的 统称。
矿井
（一）充水水源 （二）充水通道
（三）充水强度
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充水 条件 分析 内容
根据充水条件特征，可将矿井充水条件分析划 分为：自然充水条件和人为充水条件。
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（一）矿井充水水源
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⑤在松散含水层下采煤时，随着顶板岩层的冒落，会产
生溃水、溃砂和溃泥的事故。如淮南、淮北、徐州、枣庄等
地煤矿都发生过此类矿井灾害，我国东部矿区很常见。例： 徐州某矿开凿平硐，见淋水后，冒顶引起孔隙水突水，Qmax 达到603m3/h，水中夹砂、砾石、黄泥，15天后地面出现直 径4m、深3m的漏斗状塌陷坑。
型矿井（年产煤3×106 t）在21h内被全部淹没，成为世界采煤
史上最大的一次突水。造成后果：煤炭减产641.7万t，损失资 产27782万元，截止86年8月31日，治水费6011．58万元、矿井 恢复费9195．91万元、停工费3285．86万元、牺牲职工11名。
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（4）老空水 采掘范围不明的古井、小窑积水、以及近代矿井采空 区与废巷的老塘积水，统称为老空积水，多分布在老矿区
重力水，称为承压水。储存承压水的向斜构造，
在水文地质学中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
区及排泄区三部分。 对矿井开采来说，承压水对
矿井影响较大，甚至造成淹井事故，必须引起高
度重视。
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泉：是地下水的天然露头，是地下水的一种重 要排泄方式。按泉的形成方式可分为下降泉和上升 泉。 下降泉：由潜水含水层形成的泉。根据泉水出
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二、含水层与隔水层
（一）含水层
通常指储有地下水的透水层，是地下水
赋存与运动的主要场所（如岩溶发育的石灰 岩和白云岩）。含水层的构成通常需要以下 三个条件：（1）储水空间（2）储存地下水 的地质构造（3）良好的补给来源
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（1）储水空间

构成含水层，首先要具有良好的储水空间。
岩层的空隙愈大、数量愈多、连通性愈好，则