矿井充水

第二节 （三）地下水
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第 八 章 煤 矿 水 文
地下水是大部分煤矿矿井最直接和最主要的充 水水源。虽然煤层本身不含水，但与煤层相邻的顶 底板围岩中常常含有地下水，这些地下水在煤矿开 采过程中会流入巷道，成为矿井涌水的直接水源。 涌入矿井的水量与含水层的空隙的性质有关，因此 矿井充水地下水水源也分为孔隙水水源、裂隙水水 源和岩溶水水源三种。 （1）孔隙水水源 孔隙水存在于松散岩层的孔隙中，当开采松散 沉积层中的矿产或开采接近松散沉积层的矿体时， 常遇到这种水源。
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2．构造断裂带 构造断裂带是地下水涌入矿井的重要通道之一。 断层破碎带通常既是地下水的导水通道也是地下水 的聚集区，通过断层破碎带可以把各个含水层连通起来， 并可以和地表水发生水力联系。因为断层破碎带中，岩 石破碎，裂隙非常发育，增大了岩石的透水性。 并不是所有的断层都是导水的，有些断层甚至能起 到良好的隔水作用，构成了充水岩层的天然隔水边界。 一般而言断层破碎带本身贮存的水量并不很大，只有当 其与地表水、地下水等水源沟通且地下水压比较大、有 足够力量突破断层破碎带和隔水层底板时，才会引起突 水，如图8-9所示，而且水量大而稳定，不易疏干，常 会造成淹井事故。
Q KP P
含水系数（Kp），常称为矿井的相对涌水量。根 据含水系数（Kp）的大小，将矿井充水程度分为四类， 煤 如表8-6所示。
表8-6
矿井充水程度
涌水量小的矿井 涌水量中等的矿井 涌水量大的矿井 涌水量特大的矿井
根据矿井含水系数大小对矿井的分类
含水系数KP
＜2 2 ～5 5～10 ＞10
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第二节
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（2）裂隙水水源 往往是在采掘工作面揭露含裂隙水的围岩时， 第 八 这种地下水涌入工作面，造成矿井充水。 章 裂隙水水源的特点是水量较小，但水压较大。 煤 当裂隙水与其它水源无水力联系时，在多数情况下， 矿 涌水量会逐渐减少，甚至干涸；如果裂隙水和其它 水 水源有联系时，涌水量便会增加，甚至造成突水事 文 故。
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（3）岩溶水水源 第 八 章
煤 矿 岩溶水源充水的特点是水压高、水量大、来势 水 文 猛、涌水量稳定，不易疏干，危害性大。其突水规 律受岩溶发育程度及规律的控制。
这种水源在我国华北和华南的许多矿区较为常 见。如华北石炭二叠纪地层厚度达数百米，假整合 于岩溶发育的奥陶系石灰岩强含水层之上。不少矿 区发生的重大突水事故，其直接或间接水源绝大多 数皆为石灰岩含水层中的岩溶水。
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孔隙多存在于松散未胶结的岩石中，其透水性能 取决于孔隙的大小、形态和导通性，而与孔隙率无关。 当巷道穿过时，岩石中的这些孔隙，就可以将地下水 导入到矿井中。其导入矿井水的涌水量的大小与孔隙 第 的大小有关，孔隙大，涌水量大，孔隙小，涌水量小。 八 岩石中的风化裂隙、成岩裂隙也能构成矿井的涌 章 水通道，它们中的水量一般不大，当它们与其他水源 煤 连通时，可使矿井充水。 矿 岩石中的溶隙，主要存在于石灰岩地区，它可以 水 文 是细小的溶孔到巨大的溶洞，当它们彼此连通时，不 但可存储大量的水或沟通其他水源，而且也是矿井涌 水的良好通道。当巷道揭露或接近它们时，最易造成 灾害性的突水事故。
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图8-8 地表水渗入井下方式示意图
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一般来说，矿体距地表水体愈近影响愈大，充水 愈严重，矿井涌水量也愈大。若矿井充水水源为常年 存在的地表水时，则水体越大，矿井涌水量越大，且 第 稳定，淹井时不易恢复；而季节性地表水体为充水水 八 源时，对矿井涌水量的影响程度则随季节性变化。另 章 外，地表水作为矿井充水水源，往往是首先渗入补给 地下水，然后再进入矿井。 煤 因此地表水体所处地层的透水性强弱，直接控制 矿 矿井涌水量的大小，地层透水性好，则矿井涌水量大； 水 文 反之则小。当有断层带沟通时，则易发生灾害性的突 水。同样，不适当的开采方法，也会造成人为的裂隙， 从而增加沟通地表水渗入井下的通道，使矿井涌水量 增加。
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煤矿地质
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煤矿生产过程中，采掘工程一方面揭露破坏了 含水层、隔水层和导水断层，另一方面引起围岩岩 层移动和地表塌陷，它们都会导致地下水或地表水 第 进入。 八 这种凡是在矿井开拓、采掘过程中，进入到井 章 筒、巷道和工作面的水称为矿井水。 煤 矿井水的来源有多种，它们通过渗入、滴入、 矿 淋入、流入、涌入和溃入等各种方式进入到矿井采 水 掘工程中的现象，称为矿井充水或矿井涌水。 文 矿井充水的补给水源，称为矿井充水水源。 矿井水进入矿井的通路，称为充水通道。
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（四）老窑积水（老空水） 在一些老矿区分布有废弃的小煤窑或报废的采 掘巷道、采空区等老窑（巷），由于长时期停止排 水而积聚有大量的地下水，称为老窑积水。当采掘 工作面接近老窑积水区时，老窑积水便会成为突水 水源。这种水源的特点是在短时间内可有大量的积 水涌入矿井，且来势凶猛，且水中常携带着煤块、 石块等，有时含有有害气体，具有很大的破坏性； 水中多含有硫酸根离子，具有很强的腐蚀性，破坏 井下机械设备。老窑积水如果和其他水源没有水力 联系，一般持续时间不长，容易疏干；如果和其他 水源有水力联系，就会造成大量而稳定的涌水，危 害性极大。
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三个带中，断裂带和垮落带已经使原来完整的 岩石遭到了破坏，产生了大量的孔隙、裂隙，可以 第 把上部的各个含水层通过这些孔隙、裂隙联系起来， 八 当断裂带和垮落带到达地表时，通过这些孔隙、裂 章 隙其至可以把地表水导入到井下。 当煤层底板下存在有强承压含水层时，由于采 煤 矿 掘工作破坏了煤层的隔水底板天然受力状态，底板 水 水在其静压力的作用下，就有可能突破底板、涌入 文 矿井、造成矿井突水。
当矿区位于当地侵蚀基准面以上时，通常涌水 量较小；当开采深度低于当地侵蚀基准面时，涌水 量较大，且水文地质条件比较复杂。
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图8-10 地形对大气降水补给含水层的影响示意图 （a）地形低洼；（b）地形陡峻 l-地表；2-含水层
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2．覆盖层和煤层围岩的影响 大气降水和地表水能否渗入地下、进入矿井，与 煤层上覆岩层的透水性和围岩的出露程度、透水性有 直接关系。煤层上覆岩层中存在弱透水层或不透水层 时（如黏土层等）且厚度稳定（厚度大于5m），其 可起到隔水作用，大气降水和地表水基本不能渗入； 上覆岩层若透水性好，则地表水和大气降水可渗入， 矿井涌水量就大。若煤层围岩为透水岩层且出露于地 表，出露面积越大接受大气降水和地表水下渗补给量 就越大，井下涌水量也越大。 此外，煤层下覆岩层中存在含水层，若含水层距 煤层较近、其上的隔水层薄而含水层水压又很高时， 容易发生突水事故，造成矿井涌水量增大。
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（一）大气降水
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大气降水是地下水补给的主要来源，是多数矿区 矿井涌水的主要补给来源，特别是开采地形低洼且埋 藏较浅的煤层时，大气降水往往是矿井充水的主要来 源。当开采高于河谷处的地表（特别是分水岭）下煤 层时，大气降水往往是唯一的水源。 当大气降水成为矿井充水水源时，有以下规律： 1．矿井涌水量随大气降水有明显的季节性周期变化 2．矿井充水程度与地区降水量的大小、降水性质、 延续时间有关 3．大气降水渗入的矿井充水量随深度的增加而减少。
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（二）地表水
地表水包括江河、湖海、池沼、水库等水体。 第 当开采位于这些地表水体影响范围内的煤层时，在 八 章 适当条件下，这些水便会涌入坑道成为矿井充水水 源。 煤 地表水能否进入井下，由一系列的自然因素和 矿 人为因素决定，主要取决于巷道距水体的远近、水 水 文 体与巷道之间的地层及构造条件和所采用的开采方 法。
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第 在同一地质条件下，位于低标高矿区，如河谷、 八 章 冲沟或低地，其涌水量可能较大，尤其当矿区位于 四周地形高而中间为低平的盆地时，雨季积水量大， 煤 在地表不易排泄，地表水可大量补给煤系地层中的 矿 含水层，如图8-10（a）所示，在一定条件下可造成 水 矿井强烈充水；反之，在地形较陡的情况下降水大 文 部分形成地表水流走，补给含水层的水量就少，如 图8-10（b）所示。
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地表水进入矿井的途径主要有： （1）通过第四系松散砂、砾层和基岩露头渗入 第 补给地下水，然后在适当条件下进入巷道（如图8八 8（a）所示）； 章 （2）通过构造破碎带或老窑直接溃入井下 （如图8-8（b）所示）； 煤 （3）洪水期间，通过井口（或冲破围堤）直 矿 水 接灌入（如图8-8（c）所示）； 文 （4）沿采空区上方的冒落带和导水裂缝带进 入（如图8-8（d）所示）。
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第二节 二、矿井充水通道
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对矿井充水水源进行分析，只解决了矿井涌水 第 形成条件的一个方面，矿井是否会涌水还取决于另 八 一个重要方面，即充水通道。矿井充水通道决定着 章 矿井涌水形式、涌水地点和涌水量大小。
一般矿井充水通道有岩石空隙、构造断裂带、 煤 矿 采空区垮落断裂带和封闭不良的钻孔等。 水 1．岩石空隙 文 岩石中的孔隙、裂隙和溶洞都可以成为矿井充 水通道。
因此，断层虽然是矿 井充水的一种重要通道， 但并不是绝对的，实际工 作中应根据具体情况具体 分析判断其透水性能。对 断层的导水特性须具体问图8-9 题具体分析。
承压水通过断层涌入井巷示意图 1-含水层；2-煤层
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3．采空区垮落断裂带 煤层采出后，在地下就会形成采空区，使上部岩石 失去支撑，原始的平衡状态就遭到破坏，从而使上部岩 第 石发生移动、变形甚至破坏垮落，形成弯曲、断裂和垮 八 落三个带。
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矿井涌水量Q（m3/h）
涌水量小的矿井
涌水量中等的矿井 涌水量大的矿井
＜100
100～500 500～1000
涌水量特大的矿井
＞1000
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2．含水系数（Kp） 含水系数又称富水系数（KP），指一定时间内，从 矿井中排出的水量（Q）与同时期内煤炭的开采量（P） 之比值，相当于每开采1t煤从矿井中排出的水量，即
第二节 4．钻孔封闭不良
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一般地质勘探阶段所打的各种钻孔，在终孔后 都要按要求封孔。当由于某种原因未封闭或封闭不 第 良时，这时钻孔就成了连接采掘工作面和顶、底板 八 章 含水层之间的导水通道，甚至会导致突水事故。 5．矿井长期排水 煤 在煤矿长期排水过程中所形成的水位降落漏斗， 矿 水 在不稳定情况下逐渐向外扩展，可能涉及新的水源 文 甚至造成袭夺水源。另外还可能引起地面沉降、开 裂、塌陷等，造成地表水灌入井下，使矿井涌水量 增大。
第二节
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充水水源和充水通道构成了矿井的充水条件。 在采掘过程中，正确地分析判断矿井水的水源、充 水通道和影响涌水量大小的因素，对计算矿井涌水 第 量大小、合理地制定矿井防治水措施有重要意义。 八 一、矿井充水水源 章 一般矿井充水水源有大气降水、地表水、地下 煤 水和老窑积水等四种，可分为直接和间接两种充水 矿 水源。在采掘过程中，直接向矿井充水的水源为直 水 接充水水源，如地表水、地下水和老窑积水等；而 文 需要经过一定渗透途径才能与矿井或与直接充水含 水层发生水力联系的水源为间接充水水源，如大气 降水。
第二节
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此外，突水也与断层本身的透水性有直接关系。实 践经验证明，多数逆断层透水性差，正断层透水性强。 此外，断层的交叉处是最容易发生突水事故的位臵（如 图8-9所示）。如果断层破碎带中充填了许多颗粒细小 第 的柔性岩石（如黏土岩）、煤粉等，经后期胶结牢固， 八 也可能起到隔水作用。
章 煤 矿 水 文
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三、矿井充水程度的表示方法 矿井充水程度一般用下列指标表示。 1．矿井涌水量（Q）
第 单位时间内流入矿井内的水量，称为矿井涌水量， 八 单位用m3/h或m3/min表示。根据矿井涌水量的大小， 章 可将矿井的充水程度分为四类，如表8-5所示。 煤 矿 水 文
表8-5 根据矿井涌水量大小对矿井的分类
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四、影响涌水量大小的因素 如前所述，水源的类型、规模、充水通道的位 臵、透水性能的好坏等，都直接控制着流入矿井水 第 八 量的多少。 章 除此之外，下面一些因素也影响矿井涌水量的 大小。 煤 1．地形的影响 矿 水 地形直接控制含水层的出露部位和出露程度， 文 控制着大气降水和地表水的汇集、渗透，因此地形 间接地影响着矿井涌水量。