防治水基础知识

矿井水防治基础知识岩石储存水的条件•地下某些岩石能够储存地下水，首要条件是岩石中存在储存地下水的空间，并且这些储水空间彼此联通，既能储存水，水又能在重力作用下自由流出。•岩石中能够储存地下水的空间有孔隙、裂隙、溶隙（溶孔、溶洞）。•具有储水孔隙的岩石主要是松散的砂、砾石层；具有储水裂隙的岩石主要是裂隙发育的砂岩、石灰岩；具有储水岩溶的主要是可溶性的碳酸盐岩（石灰岩）。岩石储存水的条件•具有储水空间且这些空间联通性好的岩石即属于容易让水透过的岩石，岩石允许水透过的能力，叫岩石的透水性。•透水性好的岩石为地下水进入和储存提供了基础条件，但地下水能否在其中保存下来，还取决于其下部是否存在透水性差或不透水的岩层。•岩石透水能力用渗透系数表示。•渗透系数是指水力坡度为1时，水在岩石中通过的速度，m/s。含水层和隔水层•含水层：具有透水性并储存有地下水的岩层。•隔水层：对地下水运动、渗透具有一定阻隔限制作用的不透水或透水性差的岩层。•含水层与隔水层是相对的。隔水层在一定条件下可以转化为含水层。•在煤矿区最为常见的隔水层有松散沉积物中的粘土层以及基岩中所夹的粘土层(如泥岩、页岩等)。当在干裂收缩或较高水压作用下，隔水层可以转化为含水层。•地层时代相同和岩石成因类型相同的几个含水层，其间有厚度不大的弱含水层或隔水层，他们对生产实际影响意义大致相同，甚至他们本身相互间就存在水力联系，可以把它们归并在一起，称为一个含水（岩）组。地下水分类•按地下水埋藏状态分类：上层滞水潜水承压水•按岩层空隙性质分类：孔隙水裂隙水岩溶水上层滞水•储存于地面之下包气带中不稳定局部隔水层之上的地下水。潜水•潜水：地表以下第一个稳定隔水层以上的地下水。•潜水具有自由表面，可在重力作用下由潜水位较高处向较低处流动，又称为“无压水”。潜水等水位线图及用途•潜水等水位线图：潜水面等高线图，可反映潜水面的起伏情况。•潜水等水位线图的用途：•①确定地下水的流向；•②确定潜水面的坡度(水力坡度);•③确定地下水的埋藏深度;•④确定潜水与地表水的补给关系;•⑤确定含水层厚度及其变化情况;•⑥确定地下水取水工程位置。潜水等水位线图承压水•承压水：充满于两个隔水层之间的地下水。承压水位与承压水头等水压线图及用途•等水压线图：承压水面等高线图，可反映承压水面的起伏情况。•等水压线图用途：•①确定地下水的流向；•②确定承压水面的坡度(水力坡度);•③确定承压含水层的埋藏深度;•④确定地下水取水工程位置。等水压线图带压开采•矿井开采煤层或开采煤层的部分区域，当开采煤层底板标高低于承压含水层对应的静止水位（承压水位）标高，称为“带压开采”。•带压开采矿井只要有含水层与煤层间有导水通道存在，就会将承压水导入煤层，当开采揭露导水通道时，必然会发生矿井突水。•即使没有导水通道存在，如果承压含水层的静水压力超过底板隔水层能够承受的强度极限，承压水将沿着底板破坏带突入矿井。孔隙水•孔隙水：储存于松散岩层中的地下水。•孔隙水由于埋藏条件不同，可形成孔隙潜水、孔隙承压水。•孔隙水对矿井建设、生产的影响：•在表土层中开凿井筒时，遇到颗粒大而均匀的沉积物，需要加大排水能力井筒才能穿过；而颗粒细小又很均匀的砂层，因饱含孔隙水，容易形成“流砂层”，如果事先没有准备，大量流砂可涌入井筒，造成事故难以处理。•在开采浅部煤层时，采空区垮落的岩层，如果波及到上部孔隙含水层，则会有大量孔隙水和松散沉积物涌入井下，从而造成透水事故。某矿3771工作面透水透砂示意图裂隙水•裂隙水：储存于坚硬基岩裂隙中的地下水。•裂隙水由于埋藏条件不同，可形成裂隙潜水、裂隙承压水。•裂隙含水层中水量大小，主要取决于含水层岩性、裂隙发育程度及补给条件。•一般脆性岩石(如砂岩),经构造变动容易形成较多裂隙，而质软并带有柔性岩石(如泥岩、页岩)则裂隙极少。所以，当矿区含煤地层中砂岩与页岩相间分布时，砂岩常成为裂隙含水层，而泥岩、页岩则为隔水层。裂隙水赋存特征•处于不同构造部位的裂隙含水层，其含水性差异很大。裂隙发育的地方含水可能丰富，裂隙不发育的地方含水就很少。•通常在岩层发生挠曲的部位、褶曲转折端、断裂带等部位，构造裂隙往往发育，这些部位常为裂隙水富水部位。•裂隙含水层中水量多少还与补给条件有关。如补给条件好，则含水层富水性强。岩溶水•岩溶水：储存于石灰岩等可溶岩溶隙中的地下水。•按岩溶水的埋藏条件不同，可分为三类：•⑴裸露型岩溶水：分布于可溶岩大面积出露于地表的地区，为潜水性质。•⑵覆盖型岩溶水：埋藏于第四系松散沉积物下可溶岩中的地下水，为潜水或承压水性质。•⑶埋藏型岩溶水：埋藏于非可溶岩层之下的岩溶层中的地下水，为承压水性质。如华北石炭系灰岩及奥陶系灰岩中的岩溶水。岩溶水对煤矿生产的影响•我国北方石炭二叠系含煤地层基底是中奥陶统巨厚石灰岩含水层；在石炭系含煤地层中还有数层石灰岩含水层。•其中奥灰含水层无论水量还是水压往往都很大。常使矿井开采煤层呈带压开采。奥灰水是威胁矿井安全生产的重大隐患水源。•如果煤矿带压开采对奥灰水认识不清、管理不善，就可能引发矿毁人亡的突水事故。不同水源的突(透)水特点•1.工作面顶板冲积层水的透水征兆及特点•①透水部位开始出现发潮、滴水。滴水逐渐增大，水中常有少量细砂。•②发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，水色时清时浊。总的趋势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出。甚至会导致地面出现塌陷坑。•2.工作面底板灰岩含水层突水征兆及特点•①工作面压力增大，底板鼓起；•②工作面底板产生裂隙，并逐渐增大；•③沿裂隙或煤帮向外渗水。随着裂隙的增大，水量增加，水色时清时浊(底板活动时水变混浊，底板稳定时水色变清)；•④底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有“嘶嘶”声或刺耳水声；•⑤底板发生“底爆”，伴有巨响，水大量涌出，水色乳白或呈黄色。•3.断层水突水征兆及特点•①在断层附近突水前会出现工作面来压、淋水增大、底板鼓起产生裂隙并出现渗水；•②工作面出现呈一定压力的水流流出(或射出)。若水混浊，说明水源很近；若出水清澈，则水源尚远；•③岩巷掘进遇断层水，有时可在岩缝中见到“淤泥”，底部出现射流现象。•4.采空积水透水征兆及特点•①煤壁“挂红”。•近老窑的煤岩壁上所挂之“汗”常呈铁锈色，煤岩壁上有铁锈色沉积。这是前方有老空积水的征兆。•②水味发涩，酸性大，腐蚀性强。•③常积存有大量CO2、CH4和H2S等有害气体，有臭鸡蛋气味。有害气体在透水时会随水溢出，容易造成窒息事故。•5.奥灰突水征兆及特点•奥灰是“奥陶系石灰岩”的简称，奥灰岩是华北地区煤系地层的基底地层。•奥灰是可溶岩，岩层中常发育岩溶溶洞，溶洞中常赋存丰富的岩溶水，常称之为“奥灰水”。•当奥灰水水位高于开采煤层的底板标高时，就形成带压开采。•当奥灰含水层与煤层间的隔水层厚度较薄或存在断裂等导水通道时，奥灰水对煤层开采就造成突水威胁。•奥灰水突入井巷之前，一般都有个过程，这个过程有的很短，几小时至一两天，有时则是开拓后半月、数月甚至更长。•奥灰水突出征兆：•①突水点或附近矿压明显加大；•②巷道产生底鼓底裂，岩层发出破裂声，有嘶嘶水叫声，帮壁见水珠及淋水加大；•③煤帮松软发潮，迎面突然变冷出现水雾，顺断层或炮眼或探水钻有小股水流涌出；•④水中常夹杂岩石碎块、泥砂或黄泥等突出物。矿井突(透)水水源分析与判断•1.直观分析法•矿井突(透)水后，根据不同水源的突(透)水现象及突(透)水特征进行判断。•2.水文地质条件分析法•①煤层底板接近强含水层；•②采掘工作面接近或揭露含水层、含水溶洞、含水断层、陷落柱；•③采掘工作面接近或揭露与强含水层串通的钻孔；•④浅部露头补给，或地表水和冲积层水补给；•⑤上下采空区被导水裂隙带连通。•3.水化学类型分析法•奥灰水：HCO3-Ca-Mg型•煤系薄层灰岩水：SO4·HCO3-Ca型•煤系砂岩水：HCO3-Na型•老空水：SO4-Ca型或SO4·HCO3-Ca型•冲积层水：HCO3·Cl-Ca型•4.地下水动态分析法•①地下水动态观测孔、水井、泉群中水位发生明显变化的含水层，往往是主要突水水源；•②地表发生塌陷，或泉水干枯、水量减少，突水水源是和这些现象有直接联系的含水层；•③当矿井突水时，水位(压)反映最灵敏、水力坡度平缓、泉水水量减少或断流的时间早于其它方向的地段或含水层，是主要突水水源谢谢！