水文地质与水害防治.

水文地质与水害防治主讲人：于轲水害是煤矿五大自然灾害之一,其主要危害：※影响煤炭资源的开发；※恶化矿井生产条件；※增加采矿的成本；※造成淹井事故。为指导矿井防治水工作,国家制定了《煤矿安全规程》、《矿井水文地质规程》、《煤矿防治水工作条例》等规章和依据，并明确矿井水文地质工作的基本任务:开展矿区(井田)水文地质补充调查、补充勘探和水文地质观测；为矿井建设、采掘、开拓延深、改扩建提供所需的水文地质资料；在采掘过程中进行水害分析、预测和防探水；开展矿区（井田）专门防治水工程中的水文地质工作；为补充和改善矿区（井田）生产、生活供水，进行调查、勘探，提供水源资料；根据需要开展老矿区环境水文地质调查和研究。讲解和交流的主要内容水文地质基础知识矿井涌水量的预计矿井水文地质工作方法选讲《煤矿安全规程》、《矿井水文地质规程》、《煤矿防治水工作条例》、《淄博矿业集团有限责任公司防治水工作实施细则》、《煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法（地测防治水）》、《煤矿安全技术操作规程（地质测量）》等规程、规定、标准中，矿井水文地质工作常用的部分章节和条款。重点介绍和探讨：矿井涌水量的预计方法矿井主要水害及防治水文地质探查防水煤柱的计算与留设矿井水文地质图的绘制内容与要求水文地质与水害防治第一章水文地质基础知识第二章矿井涌水量预计第三章矿井水文地质工作水文地质与水害防治第一章水文地质基础知识第一节水文地质基础知识第二节矿井充水条件第一章水文地质基础知识第一节地下水与矿井水的基本知识一、自然界的水自然界的水分为大气水、地表水和地下水三类,它们在太阳辐射热和重力的作用下不断相互转化和迁移循环。水在太阳的照射下，从海洋、河、湖表面，岩石表面及植物叶面上不断地蒸发着，变成水汽上升到大气圈中。在高空中凝结并形成不同形式的降水（雨、雪、雹等）而降落到地面上。降落下来的水一部分就地蒸发，一部分通过地表和地下径流的形式回归到河流、湖泊、海洋之中，而后再度从其表面蒸发。自然界水的循环图二、含水层和隔水层自然界中的岩层是在漫长的地质历史中形成，并经历了后期多次构造运动与各种地质构造改造，因而发育了许多不同成因、不同方向不同规模的空隙。含水层能透过和给出相当水量的岩层称为含水层。岩层空隙中，储存有在重力作用下可以自由流动水。隔水层不能透过和给出水量的岩层称为隔水层。岩层的空隙不发育，不透水。透水层能透水，但给出水量微弱（比较含水层而言）的岩层。也有透水但不含水的情况，含水岩层中处于地下水位以上的部分就是如此，但必须与隔水层相区别。含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存。三、地下水的主要类型自然界有各种各样的地下水。有的埋藏很深、有的则很浅。有的水量大，有的水量小。总之，各种地下水在形成、分布、运动、水质、水量等方面都有很大的不同。㈠按地下水的埋藏条件分类⒈上层滞水：局部隔水层以上季节性存在的水。主要是降水、凝结水或地表水下渗遇到局部隔水层聚集而形成的地下水。特征：A）直接接受大气降水和比它水位高的地表水的下渗补给；B）分布不广，分布范围与补给范围一致；C）具自由水面，属无压水；D）水量不大并随季节变化明显，一般雨季有，旱季无；E）易受污染。⒉潜水：是埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，具有自由表面的的重力水。一般埋藏在第四系松散层的孔隙中及出露地表的基岩的裂隙中。潜水的自由表面称为潜水面。潜水主要由大气降水和地表水补给。多数情况下，补给区与分布区一致。所以潜水的埋藏深度及含水层厚度经常是变化的，而且变化范围较大，其中以气候、地形的影响最为显著。特征：A）直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给，补给区与分布区一致；B）潜水面不承受静水压力；C）在重力作用下，由高向低流动，称潜水流；D）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关。上层滞水和潜水对建井及露天开采的影响较大，对地下开采影响较小。⒊承压水（自流水）：是指充满于两个隔水层之间的重力水，其运动受上下隔水层的约束和水压的作用。补给区由于上面没有隔水层存在，具有潜水性质，直接接收大气降水或地表水补给；承压区顶板承受静水压力，当断裂或人为通道穿过其上面的隔水层时，承压水即可上涌(突出);自流盆或斜地地形较低地段，自流水排出含水层之外，称为排泄区。特征：A）承压水具有静水压力；B）以侧向补给为主，因此补给区与分布区不一致；C）承压水迳流严格受隔水层控制，其埋藏分布主要取决于地质构造；D）承压水的动态受降水、蒸发、水文等因素影响，但不如潜水显著，水位变化幅度小，一般有滞后性；F）由于有连续的隔水层的覆盖，承压水不易污染；自流盆地构造示意图a—补给区；b—承压区；c—排泄区1—隔水层；2—含水层；3—地下水流向；4—承诺压水位；5—泉H—承压水头；M—含水层厚度㈡按含水层空隙性质分类⒈孔隙水：是指存在于疏松岩层的孔隙中的水。孔隙水的存在条件和特征取决于岩石的孔隙情况(岩石颗粒大小、形状、均匀程度及排列情况)。岩石颗粒大而均匀，则含水层孔隙大、透水性好，地下水水量大、动运快。⒉裂隙水：是赋存和运动于基岩裂隙（风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙）中的地下水。其特点：水量虽小，但水压往往很大。当裂隙水与其他水源无水力联系时，多数情况下，涌水量会逐渐减小，乃至干涸；反之，涌水量会逐渐增加，造成突水事故。构造裂隙对煤矿生产影响较大，断层通过脆性岩石时，常在破碎带形成断层角砾岩，往往裂隙发育，有利于地下水的贮存和运动（导水）；如果断层通过的是柔软岩石，则断层带多为胶结较好的泥质物所充填，形成地下水的隔水墙（不导水）。⒊岩溶水：是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水。如奥灰、徐灰水都属此种类型。多数矿区重大突水事故，直接或间接水源大都为石灰岩含水层中的岩溶水。其特点：水压高、水量大、来势猛、涌水量稳定、不易疏干、危害性较大。其突水规律受岩溶发育程度和规律的控制。水文地质与水害防治第一章水文地质基础知识第一节水文地质基础知识第二节矿井充水条件第二节矿井充水条件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。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。由于不同矿井涌水水源不同，涌水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文条件，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。一、矿井涌水的几种主要水源矿井涌水必须有某种水源补给，这些水源可以通过一个或数个途径而来，可以是岩石空隙中的地下水，或是老窑水、地表水，也可以是大气降水直接渗入。㈠大气降水是很多矿井涌水的经常补给水源之一。特别是开采地形低洼且埋藏深度较浅的煤层时，大气降水往往是矿井涌水的主要水源。大气降水与矿井充水强度及涌水量降水量大小：降水量大对渗入有利降水性质：强度大，延续时间长，有利渗入地形：地形平缓，泄水条件差，入渗条件好井巷深度：渗入量随开采深度的增加而减少季节变化:涌水量有明显的季节变化，雨季大直接渗入经含水层渗入覆盖岩层的透水性：透水性好则入渗条件好季节变化：具有明显的季节性，但高峰迟后雨季开采深度：深度增加，降水的影响显著减小㈡地表水分布在井田范围或附近的地表水（海、河、湖泊、水库、池塘等），可能成为矿井充水水源；地下水渗入井下的主要途径通过第四系松散砂砾层及基岩露头，先渗入补给地下水后进入井下通过构造破碎带或古井直接溃入井下洪水期通过地势低洼处的井口或冲破围堤，直接灌入。水体下采煤，通过采后顶板冒落带贯通，地表塌陷裂缝渗入※地表水对矿井的影响：主要取决于井巷距离地表水体的远近以及水体下岩层岩性、厚度和构造,开采方法等；地表水作为充水水源经常构成定水头的供水边界，因此动水量稳定，不易疏干；贯通岩溶断裂带时，往往造成严重的淹井事故。㈢含水层水是矿井的最经常和最主要的充水水源。多数情况下：大气降水、地表水含水层矿井静储量：就是巷道未揭露含水层前，实际赋存于含水层中的地下水（不包括其他补给水源）。其大小主要决定于含水层的厚度、岩石的孔隙大小及多少。可在矿井长时间排水中逐渐减少以至疏干。动储量：降水、地表水或其他水源不断流入含水层中，使含水层中的水得到新的补充，虽长期排水，但含水层中的水仍源源而来，不会中断。这些补给含水层的水流称为动储量。影响因素矿井充水含水层的类型充水含水层厚度与分布含水层的补给条件岩溶含水层孔隙含水层裂隙含水层含水层厚度越大、分布越广、储量越丰富、疏干越不易；含水层与煤层的关系煤层下部含水层煤层上方含水层—导水裂缝距离遇断层巷道揭露地形平缓、特别是易内涝地区，降水不易从地表流走，为含水层提供大量补给水源；地形较陡则补给水量少。※含水层水对矿井生产的影响㈣老窑及淹没井巷水古代小窑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。采掘工作面接近时，小窑和旧巷的积水便成为矿井涌水水源。其特点：以静储量为主；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，可造成严重的水害事故；老窑积水补给水源多。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;老窑一般深度不大，但真实资料少，查清位置较困难，准确位置无法查考；老窑积水长期处于停滞状态，一般酸性大，腐蚀性强，特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。断层水对矿井的影响：主要是由于巷道揭露或由采掘活动破坏了围岩的隔水性能造成断层带的水涌入井下。断层水主要特点：其本身的静储量不大，但往往与地表水、高压强含水层沟通，对矿井生产造成巨大威胁；断层有时使煤层与富水性很强的岩溶水对口相接；或者由于断层的存在破坏了岩层的完整性，因而降低了岩层的强度，这些常是矿井水文地质条件复杂化的因素；也有的断层破碎带内充填了许多破碎的柔性岩石（如粘土岩）、煤粉、断层泥等，也可能起隔水作用。因此对断层的透水性质应作具体分析。如果在矿井中有许多条断层，断层的交叉处是最容易发生透水事故的位置，应特别注意。㈤断层水断层面附近的断层破碎带，常是地下水良好聚集场所和通道。二、矿井涌水通道水源只是可能构成矿井涌水的一个方面，矿井是否涌水主要取决于涌水通道。㈠自然通道⒈岩层的孔隙：通常多存在于疏松未胶结面岩的岩石中。单纯的孔隙水，只有在煤层围岩是大颗粒的松散岩层并有固定的强大补给水源，或围岩本身是饱水的流砂层时，才能造成灾害性的突水。⒉岩层的裂隙：岩层的风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙都能构成矿井涌水的通道。其中威胁严重的是构造裂隙。构造裂隙对矿井涌水的影响隔水的断裂带（水平和垂直剖面上经常不一样）天然隔水，开采后仍隔水天然隔水，开采后透水（活化或充填物冲蚀），易发生迟到突水透水的断裂带与其它水源无联系与其它水源有联系（对矿