礦井水文地質學基礎知識

1、礦井水文地質學礦井水文地質學 第一節(jié)第一節(jié) 地下水的基本知識地下水的基本知識 第二節(jié)第二節(jié) 礦井水的來源礦井水的來源 第三節(jié)第三節(jié) 礦井涌水量的預測方法礦井涌水量的預測方法 第四節(jié)第四節(jié) 礦井水的防治礦井水的防治 第一節(jié)第一節(jié) 地下水的基本知識地下水的基本知識 礦井水的危害：礦井水的危害： v 影響煤炭資源的開發(fā)；影響煤炭資源的開發(fā)； v 惡化礦井生產(chǎn)條件；惡化礦井生產(chǎn)條件； v 增加采礦的成本；增加采礦的成本； v 造成淹井事故。造成淹井事故。 一、自然界中水的循環(huán)一、自然界中水的循環(huán) 自然界中大氣水、代表水和地下水是統(tǒng)一水體，它們之間存在著內在自然界中大氣水、代表水和地下水是統(tǒng)一水體，它們

2、之間存在著內在 聯(lián)系和不斷相互轉化的循環(huán)過程。聯(lián)系和不斷相互轉化的循環(huán)過程。 水循環(huán) 水通過水圈、大氣圈、巖石圈和生物圈處于連續(xù)不斷地循環(huán)運動的過水通過水圈、大氣圈、巖石圈和生物圈處于連續(xù)不斷地循環(huán)運動的過 程，稱為水循環(huán)。程，稱為水循環(huán)。 水循環(huán)包括水循環(huán)包括內陸循環(huán)、海陸循環(huán)、海洋循環(huán)內陸循環(huán)、海陸循環(huán)、海洋循環(huán)。 水的循環(huán)示意圖 水循環(huán)意義水循環(huán)意義 a.a.使大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈之間不斷地進行著使大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈之間不斷地進行著 能量交換和物質遷移。能量交換和物質遷移。 b.b.使大氣使大氣 降水、地表水、降水、地表水、 地下水、土壤地下水、土壤 水之間相互轉水之間

3、相互轉 化，使水資源化，使水資源 形成不斷更新形成不斷更新 的統(tǒng)一系統(tǒng)。的統(tǒng)一系統(tǒng)。 二、含水層和隔水層二、含水層和隔水層 自然界中的巖層是在漫長的地質歷史中形成，并經(jīng)歷了后期多次構造自然界中的巖層是在漫長的地質歷史中形成，并經(jīng)歷了后期多次構造 運動與各種地質構造改造，因而發(fā)育了許多不同成因，不同方向，不同規(guī)運動與各種地質構造改造，因而發(fā)育了許多不同成因，不同方向，不同規(guī) 模的空隙。模的空隙。 含水層（帶）含水層（帶） 地下巖層空隙中，儲存有在重力作用下可以自由流動水，稱含水層地下巖層空隙中，儲存有在重力作用下可以自由流動水，稱含水層 （帶）。（帶）。 隔水層（帶）隔水層（帶） 有些巖層的空隙

4、不發(fā)育，不透水。有些巖層的空隙不發(fā)育，不透水。 含水層與隔水層在空間上是互為依賴，相伴共存，從而構造含水地含水層與隔水層在空間上是互為依賴，相伴共存，從而構造含水地 質結構，因為有不透水的隔水界面，含水層才具有賦存地下水；質結構，因為有不透水的隔水界面，含水層才具有賦存地下水； 三、地下水的分類三、地下水的分類 自然界有各種各樣的地下水。有的埋藏很深、有的則很淺。有的水量自然界有各種各樣的地下水。有的埋藏很深、有的則很淺。有的水量 大，有的水量大，有的水量小。總之，各種地下水在形咸、分布、運動、水質、水量等小。總之，各種地下水在形咸、分布、運動、水質、水量等 方面都有很大的不同。方面都有很大的

5、不同。 按地下水的埋藏條件分類按地下水的埋藏條件分類 潛水：潛水：是位于第一個穩(wěn)定隔水層以上的含在透水層中、能夠自由流動是位于第一個穩(wěn)定隔水層以上的含在透水層中、能夠自由流動 的地下水。其水面是起伏不平的面，稱為的地下水。其水面是起伏不平的面，稱為潛水面潛水面。 潛水主要由大氣降水和地表水補給。多數(shù)情況下，補給區(qū)與分布區(qū)一潛水主要由大氣降水和地表水補給。多數(shù)情況下，補給區(qū)與分布區(qū)一 致。所以潛水的埋藏深度及含水層厚度經(jīng)常是變化的，而且變化范圍較大，致。所以潛水的埋藏深度及含水層厚度經(jīng)常是變化的，而且變化范圍較大， 其中以氣候、地形的影響最為其中以氣候、地形的影響最為顯著。顯著。 對采礦工作來說

6、，潛水對建井及露天開采的影響較大，對地下開采影對采礦工作來說，潛水對建井及露天開采的影響較大，對地下開采影 響較小。響較小。 潛水潛水 特征特征：A）潛水直接接受大氣降水和比它水位高的地表水的滲入補給區(qū)一致；）潛水直接接受大氣降水和比它水位高的地表水的滲入補給區(qū)一致； B）潛水面不承受靜水壓力；）潛水面不承受靜水壓力； C）在重力作用下，由高向底流動，稱潛水流；）在重力作用下，由高向底流動，稱潛水流； D）潛水的埋深因地而異，與水位、水量變化有關。）潛水的埋深因地而異，與水位、水量變化有關。 承壓水（自流水）：是埋藏在兩個隔水層之間的透水層中的地下水，其是埋藏在兩個隔水層之間的透水層中的地下水

7、，其 運動受上下隔水層的運動受上下隔水層的約束和水壓的作用，通常是從補給區(qū)流向排泄區(qū)。約束和水壓的作用，通常是從補給區(qū)流向排泄區(qū)。其補其補 給區(qū)給區(qū)與分布區(qū)不一致，受大氣降水變化的影響較小，不易受污染。與分布區(qū)不一致，受大氣降水變化的影響較小，不易受污染。 特征：特征： A A）承壓水具有靜水壓力；）承壓水具有靜水壓力； B B）以側向補給位主，因此補給區(qū)與分布區(qū)不一致；）以側向補給位主，因此補給區(qū)與分布區(qū)不一致； C C）承壓水逕流嚴格受隔水層控制，其埋藏分布主要取決于地質構造；）承壓水逕流嚴格受隔水層控制，其埋藏分布主要取決于地質構造； D D）承壓水的動態(tài)受降水、蒸發(fā)、水文等因素影響，但

8、不如潛水顯著，水）承壓水的動態(tài)受降水、蒸發(fā)、水文等因素影響，但不如潛水顯著，水 位變化幅度小，一般有滯后性；位變化幅度小，一般有滯后性； F F）由于有連續(xù)的隔水層的覆蓋，承壓水不易污染；）由于有連續(xù)的隔水層的覆蓋，承壓水不易污染； 在承壓水區(qū)，當斷裂或人工 打井穿過其上面的隔水層時，承 壓水即可上涌，如出水口低于水 源區(qū)，就會出現(xiàn)自流井(泉)。 按含水層空隙性質分類按含水層空隙性質分類 孔隙水：孔隙水：是指存在于疏松巖層的孔隙中的水；是指存在于疏松巖層的孔隙中的水； 導水性好導水性好 補給充沛補給充沛 裂隙水：裂隙水：是賦存和運動于基巖裂隙中的地下水；是賦存和運動于基巖裂隙中的地下水； 風化

9、裂隙風化裂隙 成巖裂隙成巖裂隙 構造裂隙構造裂隙 巖溶水：巖溶水：是儲存和運動于可溶蝕裂隙和溶洞中的地下水；是儲存和運動于可溶蝕裂隙和溶洞中的地下水； 四、泉四、泉 泉是地下水的天然露頭，是地下水的一種重要排泄方式，是蓄水構造泉是地下水的天然露頭，是地下水的一種重要排泄方式，是蓄水構造 水文地質特征的重要表現(xiàn)。水文地質特征的重要表現(xiàn)。 研究意義：研究意義：確定水文地質單元的邊界；確定水文地質單元的邊界； 闡明巖層的富水性；闡明巖層的富水性； 有幫于判斷地下水的類型和動態(tài)變化；有幫于判斷地下水的類型和動態(tài)變化； 分析泉水了解補給水源水質；分析泉水了解補給水源水質； 是理想的天然地下水資源；是理想

10、的天然地下水資源； 可減少水文勘探工作量?？蓽p少水文勘探工作量。 第二節(jié)第二節(jié) 礦井水的來源礦井水的來源 一、礦井水的分析一、礦井水的分析 v 大氣降水：大氣降水：是露天礦的直接充水水源；是露天礦的直接充水水源； 是地下采煤的間接充水水源。是地下采煤的間接充水水源。 大氣降水對礦井大氣降水對礦井 充水強度與涌水量充水強度與涌水量 年降水量；年降水量； 降水性質；降水性質； 地形；地形； 煤層埋深；煤層埋深； 覆蓋巖層的透水性。覆蓋巖層的透水性。 v 地表水地表水：分布在井田范圍或附近的地表水，可能成為礦井充水水源；分布在井田范圍或附近的地表水，可能成為礦井充水水源； 地表水的性質和規(guī)模；地表水

11、的性質和規(guī)模； 地表水體與礦井間的充水通道，其隨礦井開采方式和地表水體與礦井間的充水通道，其隨礦井開采方式和 采煤方式的不同而變化；采煤方式的不同而變化； v 含水層水：含水層水：是礦井的最經(jīng)常和最主要的充水水源；是礦井的最經(jīng)常和最主要的充水水源； 多數(shù)情況：多數(shù)情況：大氣降水、地表水大氣降水、地表水 含水層含水層 礦井礦井 影響因素影響因素 礦井充水含水層的類型礦井充水含水層的類型 充水含水層厚度與分布充水含水層厚度與分布 含水層的補給條件與蓄水構造類型含水層的補給條件與蓄水構造類型 空隙性空隙性 富水性富水性 導水性導水性 靜水壓力靜水壓力 含水層厚度越大、分布越廣、儲含水層厚度越大、分布

12、越廣、儲 量越豐富、疏干越不易；量越豐富、疏干越不易； 向斜軸部向斜軸部大大 靜水壓力靜水壓力小小 含水層與煤層的關系含水層與煤層的關系 煤層下部含水層煤層下部含水層 煤層上方含水層煤層上方含水層 塌陷情況塌陷情況 距離距離 遇斷層遇斷層 巷道揭露巷道揭露 v 老窯水：老窯水：是是古代和近期的采空區(qū)及廢棄巷道，長期停止排古代和近期的采空區(qū)及廢棄巷道，長期停止排 水而積存的地下水；水而積存的地下水； 其特點如下：其特點如下： 老窯積水以靜儲量為主；一旦巷道揭露或巷道與老窯之間的老窯積水以靜儲量為主；一旦巷道揭露或巷道與老窯之間的 煤巖柱強度小于它的靜水壓力時，積水傾出，瞬時涌水量大，煤巖柱強度小

13、于它的靜水壓力時，積水傾出，瞬時涌水量大， 來勢兇猛，具有很大的破壞性，可造成嚴重事故；來勢兇猛，具有很大的破壞性，可造成嚴重事故； 老窯積水與其它水源無聯(lián)系時，短期突出易于疏干；老窯一老窯積水與其它水源無聯(lián)系時，短期突出易于疏干；老窯一 般位于淺部，若與地表水有水力聯(lián)系，則造成穩(wěn)定的充水水源般位于淺部，若與地表水有水力聯(lián)系，則造成穩(wěn)定的充水水源 危害較大；危害較大； 老窯一般深度部大，但查清位置較困難，準確位置無法查清，老窯一般深度部大，但查清位置較困難，準確位置無法查清， 又無人敢下去查；又無人敢下去查； 老窯積水長期處于停滯，一般酸性大，腐蝕性強，別是高速老窯積水長期處于停滯，一般酸性大

14、，腐蝕性強，別是高速 運轉中的水泵葉輪，由于水的沖擊和摩擦，腐蝕損壞得更快。運轉中的水泵葉輪，由于水的沖擊和摩擦，腐蝕損壞得更快。 斷層水對礦井的影響，主要是由于巷道揭露或由采掘活動破壞了圍巖斷層水對礦井的影響，主要是由于巷道揭露或由采掘活動破壞了圍巖 的隔水性能造成斷層帶的水涌入井下；的隔水性能造成斷層帶的水涌入井下； 斷層水主要特點：其靜儲量不大，但往往與地表水、高壓強含水層溝斷層水主要特點：其靜儲量不大，但往往與地表水、高壓強含水層溝 通，對礦井生產(chǎn)造成巨大威脅；通，對礦井生產(chǎn)造成巨大威脅； 斷層有時使煤層與富水性很強的巖溶水對口相接；或者由于間層的存斷層有時使煤層與富水性很強的巖溶水對

15、口相接；或者由于間層的存 在碰壞了巖層的完整性，因而降低了巖層的強度，這些常是礦井水文地質在碰壞了巖層的完整性，因而降低了巖層的強度，這些常是礦井水文地質 條件復雜化；條件復雜化； 也有的斷層破碎帶內充填了許多破碎的柔性巖石（如粘土巖）、煤粉、也有的斷層破碎帶內充填了許多破碎的柔性巖石（如粘土巖）、煤粉、 斷層泥等，也可能起隔水作用。因此對斷層的透水性質應作具體分析。如斷層泥等，也可能起隔水作用。因此對斷層的透水性質應作具體分析。如 果在礦井中有許多條斷層，斷層的交叉處是最容易發(fā)生透水事故的位置，果在礦井中有許多條斷層，斷層的交叉處是最容易發(fā)生透水事故的位置， 應特別注意。應特別注意。 v 斷

16、層水：斷層水：斷層破碎帶，常是地下水良好聚集場所和通道斷層破碎帶，常是地下水良好聚集場所和通道 除此而外，還有其它人為因素的導水通道；除此而外，還有其它人為因素的導水通道； 如：未封好的鉆孔如：未封好的鉆孔 二、地下水的動態(tài)觀測二、地下水的動態(tài)觀測 地下水埋藏在地下，始終處于運動和變化之中，這種運動和變化主要表現(xiàn)在地下水埋藏在地下，始終處于運動和變化之中，這種運動和變化主要表現(xiàn)在 水位、水量、水溫、水質等方面。水位、水量、水溫、水質等方面。 從事礦井水文地質工作的人員，要經(jīng)常的、全面的對礦區(qū)各水文地質觀測點從事礦井水文地質工作的人員，要經(jīng)常的、全面的對礦區(qū)各水文地質觀測點 進行觀測，掌握地下水

17、運動規(guī)律和分析礦井水的變化，觀察內容包括：水位觀測，進行觀測，掌握地下水運動規(guī)律和分析礦井水的變化，觀察內容包括：水位觀測， 水量觀測，水溫水量觀測，水溫和水質觀測。和水質觀測。 v 水位觀測水位觀測 在觀測孔中，按設計要求定期觀測地下水水位；在觀測孔中，按設計要求定期觀測地下水水位； 利用水位觀測預報透水事故發(fā)生；利用水位觀測預報透水事故發(fā)生； 利用水位觀測，了解斷層導水性；利用水位觀測，了解斷層導水性；（斷層兩側的水位差、地表泉水）（斷層兩側的水位差、地表泉水） 利用水位觀測了解突水水源；利用水位觀測了解突水水源； 利用水位觀測，了解地下水與地表水的補給關系；利用水位觀測，了解地下水與地表

18、水的補給關系； 可解決問題可解決問題 v 流量觀測流量觀測 礦井涌水量與降雨量的關系；礦井涌水量與降雨量的關系； 河流流量觀測；河流流量觀測； 礦井涌水量觀測。（浮標法、堰測法、容積法、觀測水倉法）礦井涌水量觀測。（浮標法、堰測法、容積法、觀測水倉法） v 水質的研究水質的研究 通過水樣（水質）分析化驗，分析含水層的補給和逕流及排泄條件，含水層間通過水樣（水質）分析化驗，分析含水層的補給和逕流及排泄條件，含水層間 及地表水之間的水力聯(lián)系，以及評價水資源等提供數(shù)據(jù)；及地表水之間的水力聯(lián)系，以及評價水資源等提供數(shù)據(jù)； 水溫變化也反應了地下水變化的一個側面，對分析礦井水的來源具有一定參考水溫變化也反

19、應了地下水變化的一個側面，對分析礦井水的來源具有一定參考 價值；價值； 水質研究水質研究聚類分析與模糊綜合評判聚類分析與模糊綜合評判 三、表示礦井充水程度的方法三、表示礦井充水程度的方法 礦井充水程度反映礦井水文地質條件的復雜情況。通常，生產(chǎn)礦井用含水系礦井充水程度反映礦井水文地質條件的復雜情況。通常，生產(chǎn)礦井用含水系 數(shù)來表數(shù)來表示；基建礦井用涌水量大小來表示示；基建礦井用涌水量大小來表示。 v 用含水系數(shù)表示礦井充水程度用含水系數(shù)表示礦井充水程度 含水系數(shù)又稱富水系數(shù)，是指礦井中排出的水量含水系數(shù)又稱富水系數(shù)，是指礦井中排出的水量 Q Q（米）與同一時期煤炭開采（米）與同一時期煤炭開采 量

20、量 P P（噸）的比值，通常用噸）的比值，通常用KB表示表示噸煤排水量噸煤排水量 ； 涌水小的礦井：涌水小的礦井： KB 2 2； 涌水中等的礦井：涌水中等的礦井： KB2 25 5； 涌水大的礦井：涌水大的礦井： KB = 5 = 51010； 涌水最大的礦井：涌水最大的礦井： KB 1010； 不同礦井，甚至同一個礦井不同時期的不同礦井，甚至同一個礦井不同時期的 KB 值的變化往往很大，因為它與自然條值的變化往往很大，因為它與自然條 件（地質水文地質）和人為因素（開采件（地質水文地質）和人為因素（開采 方法、開采強度等）的變化有關；方法、開采強度等）的變化有關； v用礦井涌水量表示充水程度

21、用礦井涌水量表示充水程度 所謂礦共涌水量，是指單位時間內流入礦井的水量，通常見所謂礦共涌水量，是指單位時間內流入礦井的水量，通常見Q Q表示。表示。 根據(jù)涌水量的大小可將礦井分為：根據(jù)涌水量的大小可將礦井分為： 涌水小的礦井：涌水小的礦井： Q Q100m100m3 3小時小時； 涌水中等的礦井：涌水中等的礦井：Q Q100100500m500m3 3小時小時； 涌水大的礦井：涌水大的礦井： Q Q5005001000m1000m3 3小時小時； 涌水最大的礦井：涌水最大的礦井：Q Q1000m1000m3 3小時。小時。 第三節(jié)第三節(jié) 礦井涌水量的預測方法礦井涌水量的預測方法 正確的計算未來

22、井巷及采區(qū)的涌水量大小，是一項重要而復雜的工作。正確的計算未來井巷及采區(qū)的涌水量大小，是一項重要而復雜的工作。 它對煤田的技術經(jīng)濟評價有很大的影響，并且也是開采設計部門選擇采掘它對煤田的技術經(jīng)濟評價有很大的影響，并且也是開采設計部門選擇采掘 方案，制定疏于措施，確定排方案，制定疏于措施，確定排水設備的主要依據(jù)。水設備的主要依據(jù)。 一、地下水的運動規(guī)律一、地下水的運動規(guī)律 v 地下水的運動條件地下水的運動條件 沿水流方向具沿水流方向具有水位差有水位差 巖層必須透水巖層必須透水 運動速度及水量運動速度及水量 必備條件必備條件 巖石透水性巖石透水性 地下水水位差地下水水位差 水力坡度水力坡度 =（H

23、1-H2）/L v 地下水的運動狀態(tài)地下水的運動狀態(tài) 紊流：紊流：水流質點運動不連續(xù)，流來混雜而不平行水流質點運動不連續(xù)，流來混雜而不平行； 層流：層流：水流質點運動連續(xù)不斷，流束手行而不混雜；水流質點運動連續(xù)不斷，流束手行而不混雜； v 地下水運動的基本定律地下水運動的基本定律達爾西定律達爾西定律 Q=KH / L 其中：其中：Q滲透流量（滲透流量（m3/s）；）； K滲透系數(shù)（滲透系數(shù)（m/s）；）； H水位差（水位差（m）；）； L砂巖長度（砂巖長度（m）；）； 過水斷面積（過水斷面積（m2）。）。 二、井筒涌水量計算二、井筒涌水量計算 v 潛水完整井涌水量計算潛水完整井涌水量計算: :

24、 系指井筒開鑿在潛水含水層中，并打穿含水層到隔水底板；系指井筒開鑿在潛水含水層中，并打穿含水層到隔水底板； v 自流水完整井涌水量計算：自流水完整井涌水量計算： 系指井筒開鑿在自流水含水層中，并全部揭露含水層；系指井筒開鑿在自流水含水層中，并全部揭露含水層； v 巷道涌水量預測方法：巷道涌水量預測方法： 第三節(jié)第三節(jié) 礦井水的防治礦井水的防治 以防為主，法治結合以防為主，法治結合 一、井筒位置選定一、井筒位置選定 q 制定防治工程計劃前，進行大量的實際調查和必要的觀測工作；制定防治工程計劃前，進行大量的實際調查和必要的觀測工作； q 堅持礦井防治水與礦井水的利用用相結合、地表與井下相結合、多種

25、堅持礦井防治水與礦井水的利用用相結合、地表與井下相結合、多種 方法相結合的綜合治水方針；方法相結合的綜合治水方針； q 防水工程布置，按照礦井的開拓程序及速度，結合地形等天然條件，防水工程布置，按照礦井的開拓程序及速度，結合地形等天然條件， 來用來用由近到遠由近到遠（即先采區(qū)上部，后向外圍擴展），（即先采區(qū)上部，后向外圍擴展），由線到面由線到面（即先修溝，（即先修溝， 然后逐漸到大面積），然后逐漸到大面積），由低到高由低到高（即先低洼處，后山坡）；（即先低洼處，后山坡）；先重點后一般先重點后一般 （即先修漏水最嚴重的地段），因地制宜、隨高就低、因陋就簡、就地?。聪刃蘼┧顕乐氐牡囟危?，因地制

26、宜、隨高就低、因陋就簡、就地取 材等原則。材等原則。 v 力求避免穿過強含水層或富水帶；力求避免穿過強含水層或富水帶； v 井筒所選定地點的巖層要完整、穩(wěn)定，避開破碎帶和巖溶發(fā)育地段；井筒所選定地點的巖層要完整、穩(wěn)定，避開破碎帶和巖溶發(fā)育地段； v 距離礦井可能突水的危險地段要有足夠的安全距離；距離礦井可能突水的危險地段要有足夠的安全距離； 另外，在地表、井口標高高于歷年最高洪水水位，保證在任何情況下均使另外，在地表、井口標高高于歷年最高洪水水位，保證在任何情況下均使 井口或其他地面設施，不致于被水所淹。井口或其他地面設施，不致于被水所淹。 二、地表防水二、地表防水 地表水的下滲是礦井涌水量劇

27、增的一個重要因素地表水的下滲是礦井涌水量劇增的一個重要因素 v 地表水防治地表水防治 挖溝排（截）洪挖溝排（截）洪 堵塞通道堵塞通道 河流改道河流改道 鋪整河床鋪整河床 v 井下防治水井下防治水 老容積水的探放老容積水的探放 ：采空區(qū)，由于地表水和地下水的補給，充滿了大量積水。采空區(qū)，由于地表水和地下水的補給，充滿了大量積水。 其特點：其特點： 一般積水范圍不明（特別是一些老礦井），串聯(lián)關系復雜、水量大、酸性一般積水范圍不明（特別是一些老礦井），串聯(lián)關系復雜、水量大、酸性 強、水頭壓力高、危害大。強、水頭壓力高、危害大。 要隔離積水需保留大量的安全煤柱，一方面影響資源的回收，另一方面，要隔離積

28、水需保留大量的安全煤柱，一方面影響資源的回收，另一方面， 由于資料不清、范圍不確，可能引起積水的突然涌出，釀成災害事故。由于資料不清、范圍不確，可能引起積水的突然涌出，釀成災害事故。 因此，探故老窯水是采因此，探故老窯水是采礦工作中防患于未然的必要措施，是探明可采邊界礦工作中防患于未然的必要措施，是探明可采邊界 和安全開來的主要手段。和安全開來的主要手段。 一般按下列程序進行探放：一般按下列程序進行探放： 1. 調查老窯水的分布調查老窯水的分布 2. 2. 探水起點探水起點 3. 3. 探水鉆孔的布置探水鉆孔的布置 絕大多數(shù)是探水與絕大多數(shù)是探水與掘掘進相結合，即探水進相結合，即探水掘進掘進探

29、探水循環(huán)進行，方能找到水循環(huán)進行，方能找到 老窯放出積水。因此在考慮探水鉆孔的布置時，必須保證掘進巷道的前方仍有相老窯放出積水。因此在考慮探水鉆孔的布置時，必須保證掘進巷道的前方仍有相 當厚度的保安煤柱。此外，老窯內的巷道當厚度的保安煤柱。此外，老窯內的巷道極極不規(guī)則，在探水掘進過程中，如果鉆不規(guī)則，在探水掘進過程中，如果鉆 孔密度不夠，古巷道就可能從兩個鉆眼之間漏過而孔密度不夠，古巷道就可能從兩個鉆眼之間漏過而發(fā)生透水事故。發(fā)生透水事故。 4. 4. 探水作業(yè)探水作業(yè) 嚴格遵循安全規(guī)程，大致注意：嚴格遵循安全規(guī)程，大致注意： 1 1）加強頂板支護：加強頂板支護：探水巷道一般為雙巷掘進，以便于

30、通風和搶險。為了保探水巷道一般為雙巷掘進，以便于通風和搶險。為了保 證探水地點、避災路線、來水時必經(jīng)的巷道不發(fā)生冒頂片幫，探水前和整個施工證探水地點、避災路線、來水時必經(jīng)的巷道不發(fā)生冒頂片幫，探水前和整個施工 期間要加強頂板支護。期間要加強頂板支護。 2 2）加強深水迎頭的通風和瓦斯檢查：加強深水迎頭的通風和瓦斯檢查：探水地點，隨時可能透老窯而散出探水地點，隨時可能透老窯而散出COCO2 2、 CHCH2 2、H H2 2S S等有害氣體，因此，必須加大探水地點的供風量，加強瓦斯檢查，一旦等有害氣體，因此，必須加大探水地點的供風量，加強瓦斯檢查，一旦 發(fā)現(xiàn)有害氣體含量增高，應查明原因，它往往是

31、接近老窯的征兆。發(fā)現(xiàn)有害氣體含量增高，應查明原因，它往往是接近老窯的征兆。 3 3）安排避災路線：安排避災路線：探放水時，所有可能受水威脅的地點，特別是采掘中的探放水時，所有可能受水威脅的地點，特別是采掘中的 下山區(qū)域，必須安排避災路線下山區(qū)域，必須安排避災路線；在開始探水前，工人必須熟悉避災路線。在開始探水前，工人必須熟悉避災路線。 4 4）設立警鈴信號及其他通訊聯(lián)絡設備：設立警鈴信號及其他通訊聯(lián)絡設備：探放水地點要設軍電話、與井口調探放水地點要設軍電話、與井口調 度室進行通訊聯(lián)絡，以便及時匯報鉆眼過程中發(fā)現(xiàn)的地質變化或透水征兆。度室進行通訊聯(lián)絡，以便及時匯報鉆眼過程中發(fā)現(xiàn)的地質變化或透水征

32、兆。 5 5）安裝安全套管：安裝安全套管：探故老空積水時，應該在孔口設置安全套管閥門，控制探故老空積水時，應該在孔口設置安全套管閥門，控制 放水量，防止鉆眼被水沖刷擴大，在初透積水時，安全套管還可用來測定水頭壓放水量，防止鉆眼被水沖刷擴大，在初透積水時，安全套管還可用來測定水頭壓 力。力。 6 6）鉆孔透空征兆時的措施；鉆孔透空征兆時的措施； 7 7）嚴格鑒定放水效果）嚴格鑒定放水效果 完全不消水，向里進風或向外出風完全不消水，向里進風或向外出風； 水流始終不斷，但沒有壓力水流始終不斷，但沒有壓力； 通通搗搗時有小水流，不通搗時無水等。時有小水流，不通搗時無水等。 這時即可停止放水，繼續(xù)進行掘

33、進工作。這時即可停止放水，繼續(xù)進行掘進工作。 煤礦酸性水的防治煤礦酸性水的防治 ：煤層及煤系巖石中的黃鐵礦及有機硫，當氧化后就形成煤層及煤系巖石中的黃鐵礦及有機硫，當氧化后就形成 硫酸，從而使地下水具有酸性。硫酸，從而使地下水具有酸性。 1. 當煤中硫的含量在當煤中硫的含量在2%以下時，一般不形成酸性水；以下時，一般不形成酸性水； 2. 2. 煤層厚、傾角大時容易形成酸性水；煤層厚、傾角大時容易形成酸性水； 3 3地下水循環(huán)條件好，水中富含氧亦易于形成酸性水；地下水循環(huán)條件好，水中富含氧亦易于形成酸性水； 4 4煤的灰分高，并存在厚層粘土巖，能阻礙酸性水的形成；煤的灰分高，并存在厚層粘土巖，能

34、阻礙酸性水的形成； 5 5采掘范圍擴大，與富含氧的地下水接觸的煤炭增多，特別是當回來率較采掘范圍擴大，與富含氧的地下水接觸的煤炭增多，特別是當回來率較 低時，遺棄低時，遺棄的煤炭多，更能促使酸性水的形成。的煤炭多，更能促使酸性水的形成。 介紹排除酸性水的幾項措施：介紹排除酸性水的幾項措施： 分區(qū)排除酸性水，減少酸性水的危害范圍分區(qū)排除酸性水，減少酸性水的危害范圍； 分級排水，降低水泵揚程；分級排水，降低水泵揚程； 沖淡酸性水，使礦井中的游離硫酸含量降低到最小限度；沖淡酸性水，使礦井中的游離硫酸含量降低到最小限度； 中中和酸性水（如加入生石灰等）；和酸性水（如加入生石灰等）； 利用牛皮罐代替水泵

35、排酸性水；利用牛皮罐代替水泵排酸性水； 改善水泵、水管的耐酸性能；改善水泵、水管的耐酸性能； 其他方法：其他方法： q 從開拓布局上設法減少礦井排除酸性水的年限從開拓布局上設法減少礦井排除酸性水的年限； q 防止地表水及降水滲入；防止地表水及降水滲入； q 提高回采率提高回采率。 地下暗河的防治地下暗河的防治： 暗河也有大小型之分。大型暗河與地表河流相似，雨季河水猛漲，洶涌澎湃，暗河也有大小型之分。大型暗河與地表河流相似，雨季河水猛漲，洶涌澎湃， 旱季則河水變小。小型的地下賭河實際上是一個復雜的管道系統(tǒng)。這個旱季則河水變小。小型的地下賭河實際上是一個復雜的管道系統(tǒng)。這個“管道管道”在在 平面上

36、左彎右招；在垂直方向上也是上上下下寬窄不一。平面上左彎右招；在垂直方向上也是上上下下寬窄不一。 我國西南許多煤礦，常在灰?guī)r中開鑿巷道，暗河我國西南許多煤礦，常在灰?guī)r中開鑿巷道，暗河對生產(chǎn)的影響不能不予以重對生產(chǎn)的影響不能不予以重 視。視。 1. 地下暗河對煤礦生產(chǎn)的影響：井巷末揭露暗河前，暗河對生產(chǎn)的影響甚微。地下暗河對煤礦生產(chǎn)的影響：井巷末揭露暗河前，暗河對生產(chǎn)的影響甚微。 一旦巷道揭露了暗河，暗河的水將一旦巷道揭露了暗河，暗河的水將“破門破門”而出，向巷道中大量傾泄，巷道頓時變而出，向巷道中大量傾泄，巷道頓時變 成水流使完四成水流使完四 “河道河道”，輕者被迫暫時停工，重者可能淹沒礦井，輕

37、者被迫暫時停工，重者可能淹沒礦井 ； 2.2.地下暗河的分布規(guī)律：目前對暗河分布的研究工作，還不能滿足生產(chǎn)上的地下暗河的分布規(guī)律：目前對暗河分布的研究工作，還不能滿足生產(chǎn)上的 要求。要求。 地下暗河只存在于灰?guī)r、白云巖等可溶性巖層中；地下暗河只存在于灰?guī)r、白云巖等可溶性巖層中； 地下暗河往往受構造的控制，如常沿走向斷層發(fā)育起來；或沿格曲軸部張裂地下暗河往往受構造的控制，如常沿走向斷層發(fā)育起來；或沿格曲軸部張裂 隙溶蝕隙溶蝕擴大而成；在急傾斜的巖層中，也有沿某一被錯動的純質灰?guī)r層發(fā)育；擴大而成；在急傾斜的巖層中，也有沿某一被錯動的純質灰?guī)r層發(fā)育；所以所以 地下暗河常與地下暗河常與巖層的走向大致平

38、行；巖層的走向大致平行； 地下地下暗暗河的發(fā)育還受地形的控制，地下水和地表水一樣，具有從高處流向低河的發(fā)育還受地形的控制，地下水和地表水一樣，具有從高處流向低 處的處的特點。特點。 3 3地下暗河的治理地下暗河的治理 堵塞堵塞 繞過繞過 截流截流 斷源斷源 三、礦井水的防止方法三、礦井水的防止方法 防止方法防止方法 抽排法：排水系統(tǒng)，將水抽排到地表抽排法：排水系統(tǒng)，將水抽排到地表 堵截法堵截法 疏降法疏降法 注漿堵水注漿堵水 井筒注漿堵水井筒注漿堵水 井筒地面預注漿井筒地面預注漿 井筒工作面預注漿井筒工作面預注漿 井壁注漿井壁注漿 巷道注漿堵水巷道注漿堵水 注漿恢復被淹礦區(qū)或采區(qū)注漿恢復被淹礦

39、區(qū)或采區(qū) 四、井下防止煤柱的留設四、井下防止煤柱的留設 v 煤層直接與疏松含水層掩蓋；煤層直接與疏松含水層掩蓋； v 煤層直接與含水豐富的巖層接觸時。煤層直接與含水豐富的巖層接觸時。 在這種條件下，保安煤柱不應小于在這種條件下，保安煤柱不應小于2020米。米。 v 煤層被強含水層所掩蓋時。煤層被強含水層所掩蓋時。 在這種情況下，煤柱的圍設主要應考慮在這種情況下，煤柱的圍設主要應考慮 煤層開來后的塌陷裂隙，最好不要波及煤層開來后的塌陷裂隙，最好不要波及 到上部強含水層。到上部強含水層。 v 巷道接近導水斷層帶時，應留保安煤柱巷道接近導水斷層帶時，應留保安煤柱30305050米米。 防水煤柱尺寸的

40、確定是個非常復雜的問題，應考慮到含水層的水壓、防水煤柱尺寸的確定是個非常復雜的問題，應考慮到含水層的水壓、 水量、煤層的機械強度、厚度等因素。多數(shù)煤礦采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如沖積水量、煤層的機械強度、厚度等因素。多數(shù)煤礦采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如沖積 層下急傾斜煤層的安全煤柱、接近強層下急傾斜煤層的安全煤柱、接近強含水層或導水斷層的保安煤柱等等。含水層或導水斷層的保安煤柱等等。 總之，應通過實踐求得既安全又經(jīng)濟合理的數(shù)據(jù)。總之，應通過實踐求得既安全又經(jīng)濟合理的數(shù)據(jù)。 本章結束 v 一般認為，煤層距地表水體越近的，受其影響越大；一般認為，煤層距地表水體越近的，受其影響越大； v 在煤層上覆巖層透水性差，而且沒有斷

41、裂破壞時；在煤層上覆巖層透水性差，而且沒有斷裂破壞時； v 一般認為，煤層和地表水體之間垂距如大于煤厚的一般認為，煤層和地表水體之間垂距如大于煤厚的5050倍左倍左 右，地表水的影響逐漸消失。右，地表水的影響逐漸消失。 巖層崩陸帶巖層崩陸帶 裂隙帶裂隙帶 無裂隙沉降帶無裂隙沉降帶 下降泉下降泉 上升泉上升泉 補給條件補給條件 含水層的補給條件主要決定于含水層出露地表的地形、溶洞含水層的補給條件主要決定于含水層出露地表的地形、溶洞 裂隙發(fā)育情況和有無常年存在的地表水體。在地形平緩、特別是裂隙發(fā)育情況和有無常年存在的地表水體。在地形平緩、特別是 容易內澇的地區(qū)，降水不易從地表流走，造成常年積水，為

42、含水容易內澇的地區(qū)，降水不易從地表流走，造成常年積水，為含水 層提供了大量補給來源，含水層的露頭溶洞裂隙又發(fā)育，這樣含層提供了大量補給來源，含水層的露頭溶洞裂隙又發(fā)育，這樣含 水層的水量就大；相反，在地形較陡的情況下，降水大部分形成水層的水量就大；相反，在地形較陡的情況下，降水大部分形成 地表水流流走，補給地下水量就少。地表水流流走，補給地下水量就少。 排泄條件排泄條件 任何一個含水層都有補給區(qū)和排泄區(qū)。在排泄區(qū)有大量泉水任何一個含水層都有補給區(qū)和排泄區(qū)。在排泄區(qū)有大量泉水 出露，泉的多少和水量大小直接表示了含水層的富水強度。凡是出露，泉的多少和水量大小直接表示了含水層的富水強度。凡是 在含水

43、層出露地區(qū)，泉很多，但每個泉的水量很小，這是弱含水在含水層出露地區(qū)，泉很多，但每個泉的水量很小，這是弱含水 層的特點；泉水流量大而且集中，這是強含水層的排泄特點。西層的特點；泉水流量大而且集中，這是強含水層的排泄特點。西 南地區(qū)不少的煤礦，主要強含水層是茅口灰?guī)r和長興灰?guī)r，在其南地區(qū)不少的煤礦，主要強含水層是茅口灰?guī)r和長興灰?guī)r，在其 排泄區(qū)，都表現(xiàn)了泉水集中流量很大的規(guī)律。排泄區(qū)，都表現(xiàn)了泉水集中流量很大的規(guī)律。 19611961年年7 7月月7 7日，日，觀觀測人測人 員發(fā)現(xiàn)觀測孔內水位突然下員發(fā)現(xiàn)觀測孔內水位突然下 降降1 1米，這是井下突水的明顯米，這是井下突水的明顯 預兆。觀測人員立即

44、向礦預兆。觀測人員立即向礦領領 導做了匯報，隨后采取了緊導做了匯報，隨后采取了緊 急措施，將回采工作面的人急措施，將回采工作面的人 員立即全部撤出，第二天果員立即全部撤出，第二天果 然大量的地下水夾雜著泥砂然大量的地下水夾雜著泥砂 涌入井下涌入井下； 一個鉆孔一個鉆孔的水位變化，的水位變化， 準確地預報了透水事故的發(fā)準確地預報了透水事故的發(fā) 生，為保證煤礦安全生產(chǎn)起生，為保證煤礦安全生產(chǎn)起 了重大作用。了重大作用。 華北某礦，煤層被百余米厚沖積層所覆蓋，華北某礦，煤層被百余米厚沖積層所覆蓋，沖沖積積層下部分布著很厚的層下部分布著很厚的 卵石層，含水極其豐富卵石層，含水極其豐富；為了開為了開采采

45、沖積層下面的急傾斜煤層，避免沖積層沖積層下面的急傾斜煤層，避免沖積層 水突然水突然流入流入礦井而造成事故，在采煤工作面上方打了觀測孔，派專職人員礦井而造成事故，在采煤工作面上方打了觀測孔，派專職人員 進行水位觀團工作進行水位觀團工作； 河南某礦，為了查明斷層導水性，在斷層的兩盤分別布置了觀測孔，河南某礦，為了查明斷層導水性，在斷層的兩盤分別布置了觀測孔， 觀測斷層兩盤同一含水層的水位變化；觀測斷層兩盤同一含水層的水位變化； 經(jīng)過對兩個鉆孔水位的長期觀測，發(fā)現(xiàn)水位差別很大，說明斷層兩盤經(jīng)過對兩個鉆孔水位的長期觀測，發(fā)現(xiàn)水位差別很大，說明斷層兩盤 沒有直接的水力聯(lián)系，此斷層實際不導水；沒有直接的水

46、力聯(lián)系，此斷層實際不導水； 由于斷層的導水性問題得到解決，由于斷層的導水性問題得到解決，施工就果斷大膽了。巷道穿過斷層施工就果斷大膽了。巷道穿過斷層 時果然無水。時果然無水。 山東某礦山東某礦1958年年10月月 28日回采十行頭炭過程中，工作面底板突然透日回采十行頭炭過程中，工作面底板突然透 水，涌水量達水，涌水量達 5m3m，部分巷道被淹沒。，部分巷道被淹沒。 突水后發(fā)現(xiàn)打在本溪群徐家莊灰?guī)r中的突水后發(fā)現(xiàn)打在本溪群徐家莊灰?guī)r中的CK1，鉆孔水位明顯下降，鉆孔水位明顯下降， 而奧陶紀石灰?guī)r的而奧陶紀石灰?guī)r的CK2觀測孔，觀測孔，水位沒有變化；水位沒有變化； 說明這次突水主要是徐家莊灰?guī)r水，而

47、與奧陶紀灰?guī)r含水層無直接聯(lián)說明這次突水主要是徐家莊灰?guī)r水，而與奧陶紀灰?guī)r含水層無直接聯(lián) 系。系。 西南某礦在掘進底板茅口運輸大巷時，發(fā)生了突水事故，涌水量西南某礦在掘進底板茅口運輸大巷時，發(fā)生了突水事故，涌水量 最高可達最高可達80008000噸小時。開始有人懷疑水源主要來自附近河流。為了噸小時。開始有人懷疑水源主要來自附近河流。為了 證實這一推斷，在河流的岸邊打了兩個鉆孔證實這一推斷，在河流的岸邊打了兩個鉆孔CK1CK1；CK2CK2。 經(jīng)過對鉆孔中水位的觀測，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過對鉆孔中水位的觀測，發(fā)現(xiàn)CK1CK1中水位中水位高于河流水面，高于河流水面，CK2 中水位又高于中水位又高于CK1；根據(jù)地下

48、水又高流向低的規(guī)律，指示地下水補給；根據(jù)地下水又高流向低的規(guī)律，指示地下水補給 河流，井下突水與河流無關；河流，井下突水與河流無關； 后經(jīng)研究確實與地表河流無關，而是與地下河有關。后經(jīng)研究確實與地表河流無關，而是與地下河有關。 x R r R v 抽水實驗確定影響半徑抽水實驗確定影響半徑Rv 經(jīng)驗公式確定經(jīng)驗公式確定R R= 10 SK1/2 K-滲透系數(shù)（滲透系數(shù)（m/晝夜）晝夜） 承壓水承壓水 測水位工具測水位工具 降水與礦井涌水降水與礦井涌水 的三種關系的三種關系 基本不變；基本不變； 滯后；滯后； 同步；同步； 由于老窯積水資料不可能絕對準確，必須留出適當?shù)陌踩褐?。由于老窯積水資料不

49、可能絕對準確，必須留出適當?shù)陌踩褐?安全煤柱過寬，會大大加重鉆探工作量，延誤掘進速度，對生產(chǎn)不利；安全煤柱過寬，會大大加重鉆探工作量，延誤掘進速度，對生產(chǎn)不利； 安全煤柱過小安全煤柱過小, ,則則安全沒有保證；安全沒有保證； 我國有些煤礦分別按照積水線、探水線、警戒線三條線處理。我國有些煤礦分別按照積水線、探水線、警戒線三條線處理。 積水線積水線指調查核定的來空區(qū)預定邊界；指調查核定的來空區(qū)預定邊界； 探探水線水線一條沿積水線向外推移一條沿積水線向外推移60150米的一條線；米的一條線； 警戒線警戒線在深水線的外沿平行外推在深水線的外沿平行外推5050100100米斯圈定一條線米斯圈定一條線；掘進巷道進入這掘進巷道進入這 一界線一界線后，必須警戒積水的威脅。后，必須警戒積水的威脅。 探水起點探水起點 近積水區(qū)，透水前有如下征兆：近積水區(qū)，透水前有如下征兆： 煤壁或頂板滲出水珠，或者煤煤壁或頂板滲出水珠，或者煤 層松軟發(fā)潮；層松軟發(fā)潮； 頂板淋水或底板涌水；頂板淋水或底板涌水； 煤層內出現(xiàn)暗紅色水銹或滲水煤層內出現(xiàn)暗紅色水銹或滲水 后掛紅；后掛紅； 迎頭空