礦井突水預(yù)兆與充水條件分析

礦井突水預(yù)兆與充水條件分析第1頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月礦井突水預(yù)兆與充水條件分析第一節(jié)礦井突水預(yù)兆分析一般突水事故可歸納為兩種情況，一是突水量小于礦井最大排水能力，地下水形成穩(wěn)定的降落漏斗，迫使礦井長(zhǎng)期大量排水；另一種是突水量超過(guò)礦井的最大排水能力，造成整個(gè)礦井或局部采區(qū)淹沒(méi)。在各類(lèi)突水事故發(fā)生之前，均可能表現(xiàn)出多種突水預(yù)兆。

（一）一般預(yù)兆（1）煤層變潮濕、松軟；煤幫出現(xiàn)滴水、淋水現(xiàn)象，且淋水可由小變大；有時(shí)煤幫出現(xiàn)鐵銹色水跡；（2）工作面氣溫降低，或出現(xiàn)霧氣及硫化氫氣味；（3）有時(shí)可聞到水的“嘶嘶”聲；（4）礦壓增大，發(fā)生片幫冒頂及底臌。第2頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）工作面底板灰?guī)r含水層突水預(yù)兆（1）工作面壓力增大，底板臌起，底臌量可達(dá)500mm以上；（2）工作面底板產(chǎn)生裂隙，并逐漸增大；（3）沿裂隙或煤幫向外滲水，隨著裂隙的增大，水量增加，當(dāng)?shù)装鍧B水量增大到一定程度時(shí)，煤幫滲水可能停止，此時(shí)水色時(shí)清時(shí)濁，底板活動(dòng)時(shí)水變渾濁、底板穩(wěn)定時(shí)水色變清；（4）底板破裂，沿裂縫有高壓水噴出，并有“嘶嘶”或刺耳水聲；（5）底板發(fā)生“底爆”，伴有巨響，水大量涌出，水色乳白或呈黃色。第3頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）沖積層水的突水預(yù)兆（1）突水部位發(fā)潮、滴水，滴水逐漸增大，仔細(xì)觀察可發(fā)現(xiàn)水中有少量細(xì)砂；（2）發(fā)生局部冒頂，水量突增并出現(xiàn)流砂，流砂常呈間歇性，水色時(shí)清時(shí)混，總的趨勢(shì)是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出；（3）頂板發(fā)生涌水、涌砂，這種現(xiàn)象可能影響到地表，致使地表出現(xiàn)塌陷坑。

第4頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月礦井突水易發(fā)生的地段1、斷層交叉或匯合處。2、斷層尖滅或消失端一帶3、褶曲軸部裂隙密集帶或小斷裂密集帶4、背斜傾伏端一帶5、兩條大斷層相互對(duì)扭地帶，即張扭性破碎帶，導(dǎo)致小構(gòu)造密集。6、與導(dǎo)水或富水大斷裂成人字形連接的小斷裂帶。7、復(fù)合部位小斷層與次級(jí)小褶曲軸在地層傾向急轉(zhuǎn)折帶上的復(fù)合部位，或小褶曲軸與地層傾向轉(zhuǎn)折帶的復(fù)合部位或平緩小軸曲翼部。8、壓性斷裂下盤(pán)、張性斷裂上盤(pán)因富水性強(qiáng)，井巷通過(guò)或接近時(shí)往往發(fā)生突水。9、新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的斷裂帶。10、不同力學(xué)性質(zhì)的斷裂組成的斷裂帶，富水性最強(qiáng)，易于發(fā)生突水。第5頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)礦井充水水源分析礦床充水水源分為自然條件和人為條件兩大類(lèi)。一、自然充水水源1.大氣降水大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源，所有礦床充水都直接或間接的與大氣降水有關(guān)。2.地表水水源在有大型地表水體分布（海、湖、大河流、水庫(kù)、水池）的礦床地區(qū)，查清天然條件下和礦床開(kāi)采后的地表水對(duì)礦床開(kāi)采的影響，是礦區(qū)水文地質(zhì)勘探和礦井水文地質(zhì)工作的重要大事，是評(píng)價(jià)礦床開(kāi)采價(jià)值的重要內(nèi)容。第6頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.圍巖地下水水源圍巖地下水充水類(lèi)型劃分:①根據(jù)充水巖層性質(zhì)不同可分為：砂礫石孔隙充水礦床，堅(jiān)硬巖層裂隙充水礦床，巖溶充水礦床。②根據(jù)礦床與充水巖層接觸關(guān)系不同可分為：直接充水礦床，間接充水礦床。③根據(jù)礦床與充水巖層相對(duì)位置不同可分為：頂板水充水礦床，底板水充水礦床，周邊水充水礦床。

第7頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、人為充水水源老窯水：是古代和近期的采空區(qū)及廢棄巷道，長(zhǎng)期停止排水而積存的地下水；老窯水一般分布在老礦山的淺部，它具有下列充水特點(diǎn)：1老窖水以靜儲(chǔ)量為主，靜儲(chǔ)量與采空區(qū)分布范圍有關(guān)；2老窯積水一旦巷道揭露或巷道與老窯之間的煤巖柱強(qiáng)度小于它的靜水壓力時(shí)，積水傾出，瞬時(shí)涌水量大，來(lái)勢(shì)兇猛，具有很大的破壞性，可造成嚴(yán)重事故；第8頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3老窯積水與其它水源無(wú)聯(lián)系時(shí)，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)定的充水水源危害較大；

4老窯一般深度部大，但查清位置較困難，準(zhǔn)確位置無(wú)法查清，又無(wú)人敢下去查；

5老窯積水長(zhǎng)期處于停滯，水循環(huán)條件差，水中含有大量H2S氣體，硫化氫氣體危害性大。

一般酸性大，腐蝕性強(qiáng)，別是高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的水泵葉輪，由于水的沖擊和摩擦，腐蝕損壞得更快。第9頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)礦井充水通道分析一、充水天然通道礦床充水天然通道主要包括點(diǎn)狀巖溶陷落柱、線狀斷裂（裂隙）帶、窄條狀隱伏露頭、面狀裂隙網(wǎng)絡(luò)（局部面狀隔水層變薄或尖滅）和地震裂隙等。

1.點(diǎn)狀巖溶陷落柱通道

巖溶陷落柱在我國(guó)北方較為發(fā)育，在地下水的長(zhǎng)期物理和化學(xué)作用下,中奧陶統(tǒng)灰?guī)r形成了大量的古喀斯特空洞,在上覆巖層和礦床的重力作用下,空洞潰塌并被上覆巖層下陷填實(shí)，被下陷的破碎巖塊所充填的柱狀巖溶陷落柱像一導(dǎo)水管道溝通了煤系充水含水層中地下水與中奧陶統(tǒng)灰?guī)r水的聯(lián)系,特別位于富水帶上的巖溶陷落柱,可造成不同充水含水層組中地下水的密切水力聯(lián)系。第10頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.線狀斷裂(裂隙)帶通道斷裂帶是否能夠成為充水通道主要取決于斷裂帶性質(zhì)和礦床開(kāi)采時(shí)人為采礦活動(dòng)方式與強(qiáng)度。3.窄條狀隱伏露頭通道在我國(guó)大部分煤礦,煤系薄層灰?guī)r含水層和中厚層砂巖裂隙含水層以及巨厚層的碳酸鹽巖溶含水層多呈窄條狀的隱伏露頭形式與上覆第四系松散沉積物不整合接觸.第11頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.面狀裂隙網(wǎng)絡(luò)(局部面狀隔水層變薄區(qū))

根據(jù)含煤巖系和礦床水文地質(zhì)沉積環(huán)境分析,在華北煤田的北部一帶,煤系含水層組主要以厚層狀砂巖含水層組為主,薄層灰?guī)r沉積較少。在厚層砂巖含水層組之間沉積了以細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖和泥巖為主的隔水層組.在地質(zhì)歷史的多期構(gòu)造應(yīng)力作用下,脆性的隔水巖層受力后以破裂形式釋放應(yīng)力,致使隔水巖層產(chǎn)生了不同方向的較為密集的裂隙和節(jié)理,形成了較為發(fā)育的呈整體面狀展布的裂隙網(wǎng)絡(luò)。第12頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、人為充水通道礦坑充水人為通道包括頂板冒落裂隙帶、地面巖溶疏干塌陷帶和封孔質(zhì)量不佳鉆孔等。1.頂板冒落裂隙帶采空區(qū)冒落后，形成的冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶是礦坑充水的人為通道，其特點(diǎn)如下：①當(dāng)冒落裂隙帶發(fā)育高度達(dá)到頂板充水巖層時(shí)，礦坑涌水量將有顯著增加，當(dāng)未能達(dá)到頂板充水巖層時(shí)，礦坑涌水無(wú)明顯變化；②當(dāng)頂板冒落裂隙帶發(fā)育高度達(dá)到地表水體時(shí)，礦井涌水量將迅猛增加.第13頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.地面巖溶疏干塌陷帶隨著我國(guó)巖溶充水礦床大規(guī)模抽放水試驗(yàn)和疏干實(shí)踐，礦區(qū)及其周?chē)貐^(qū)的地表巖溶塌陷隨處可見(jiàn)，地表水和大氣降水通過(guò)塌陷坑充入礦井。有時(shí)隨著塌陷面積的增大，大量砂礫石和泥砂與水一起涌入礦坑。第14頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)礦井充水強(qiáng)度分析一、礦床充水強(qiáng)度分析在自然界分布礦床中，單一充水水源和充水通道是少見(jiàn)的。從水文地質(zhì)剖面可以看出，礦床（體）上部和下部往往分布多個(gè)充水含水層組。究竟哪個(gè)是充水巖層？哪個(gè)不是充水巖層？哪個(gè)是強(qiáng)充水巖層？哪個(gè)是弱充水巖層？回答這些問(wèn)題的方法稱(chēng)為礦床充水強(qiáng)度分析。

第15頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)礦山調(diào)查資料表明，礦床開(kāi)采后礦井充水強(qiáng)度除取決于充水含水層的富水性、導(dǎo)水性、厚度和分布面積外，還取決于三個(gè)條件。即礦井充水的關(guān)鍵性條件第一：充水含水層出露和接受補(bǔ)給源的條件；第二：充水含水層側(cè)向邊界的導(dǎo)水與隔水條件；第三：礦床頂、底隔水巖層的隔水條件。

三條防線：1、第一防線充水含水層組出露和接受補(bǔ)給水源的條件：劃分為五種情況：①礦區(qū)位于山前地帶，煤系地層與煤系充水含水層大面積被第四系黏土、亞黏土層覆蓋。此類(lèi)礦井的特點(diǎn)：第16頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月A、礦井疏干時(shí)地下水位隨采掘工作面向深部移動(dòng)、降低。B、礦井疏干涌水量較小，礦井開(kāi)采初期涌水量稍大，后期變小。C、礦井水量相對(duì)穩(wěn)定，季節(jié)變化不大。②礦區(qū)位于平原地區(qū)，煤系地層與煤系充水含水層大面積與第四系砂礫石含水層直接接觸，礦床開(kāi)采時(shí)由于第四系砂礫石含水層強(qiáng)烈充水，形成擬定水頭強(qiáng)滲邊界，礦井涌水較大。第17頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③礦床分布于湖底下，煤系地層與煤系充水含水層位于湖底下。④一般礦床，井田范圍內(nèi)無(wú)第四系松散覆蓋沉積層和地表水體分布，煤系地層直接出露地表。⑤礦床分布于季節(jié)性河流下部，季節(jié)性河流成為礦床開(kāi)采的季節(jié)性充水水源。2、第二防線充水含水層組側(cè)向邊界的導(dǎo)水與隔水條件3、第三防線礦層頂、底板巖層的隔水條件第18頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、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(zhì)條件的復(fù)雜情況。通常，生產(chǎn)礦井用含水系數(shù)來(lái)表示；基建礦井用涌水量大小來(lái)表示。1、用含水系數(shù)表示礦井充水程度

含水系數(shù)又稱(chēng)富水系數(shù)，是指礦井中排出的水量Q（米）與同一時(shí)期煤炭開(kāi)采量P（噸）的比值，通常用KB表示——噸煤排水量；

涌水小的礦井：

KB<2；涌水中等的礦井：KB＝2～5；

涌水大的礦井：

KB=5～10；涌水最大的礦井：KB＞10；

第19頁(yè)，課件共20頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、用礦井涌