第六章_矿井水

第六章矿井水矿井水—是在煤矿生产过程中，流入或渗入井筒、巷道和工作面的大气降水、地表水、地下水和老窑积水的总称。本章介绍§水的基本知识§矿井充水条件§矿井水预防://dx.4yang.com/://://dx.587766.com/第一节地下水的基本知识一、自然界中的水循环1、外循环（大循环）------水蒸气由海洋到陆地，以降水的形式落到地表再回到海洋的循环。2、内循环（小循环）------在陆地或海洋各自范围内的循环。二、地下水的物理性质及化学性质（一）地下水的物理性质1、温度：地下水的温度主要受气温及地热控制。浅层地下水可低于00C,火山活动区有时超过1000。2、颜色：地下水在一般情况下是无色的。当水中含有某些元素或有悬物质和胶质体物质时便有不同的颜色。地下水颜色与其中存在物质的关系水中存在的物质硫化氢低价铁高价铁硫细菌锰的化合物腐植酸粘土水的颜色翠绿色浅蓝色浅绿色黄褐色红色暗红暗红灰黑色无莹光的淡黄色3、透明度:地下水的透明度取决于其中固体与胶体悬浮物的含量。常见的地下水一般是透明的。4、气味：地下水的气味取决于水中所含有的气体成分和有机质。一般地下水是无味的。含有H2S气体时，有臭鸡蛋味；含亚铁离子时，有铁腥味；含腐植酸时，有沼泽味；一般温度低时，不易辨别，而加热到400C左右时气味最显著。5、味道：地下水的味道取决于其中所含的盐分及气体。例如：1）含氯化钠的水具有苦味；2）含硫酸钠的水具有涩味；3）含氯化镁或硫酸镁的水具有苦味；4）含氧化铁的水具有锈味；5）大量有机质的存在能水具有甜味；6）二氧化碳在水中含量较多时，能使水清凉可口；7）溶有重碳酸钙、重碳酸镁的水则美味适口。味道的强弱，取决于各种有关成分的浓度和地下水的温度。在200C-300C时，水的味道比较明显。423（二）、地下水的化学成分地下水是一种复杂溶液状态:离子状态：阴离子CI－、soHCO阳离子K＋、Na＋、Ga２＋化合物状态：Fe2O3、AI2O3气体状态：N2O2CO2CH4H2S(三）、地下水的化学性质1、酸碱度水的酸碱度通常用“氢离子浓度”。即PH值来表示。当PH=7时，水呈中性；当PH7时，水呈酸性；当PH7时，水呈碱性。酸性水对金属有腐蚀性，煤矿中的地下水若为酸性水，会腐蚀井下金属设备和采煤机械。饮用水要求PH值在6～8之间。水的酸碱性分类表水的酸碱性PH值强酸性5弱酸性5～7中性7弱碱性7～9强碱性92、侵蚀性当含有CO2的地下水与混凝土或石灰岩等接触时，可能溶解其CaCO3,使混凝土的结构受到破，这也是在石灰岩地区产生岩溶作用的原因之一。CaCO3+H2O+CO2Ca２＋＋2HCO3－由上式可知，当水中含有一定数量的HCO3－时，就必须有一定数量的CO2与之平衡，这一平衡所需的CO2称为平衡CO2。当水中的CO2与HCO3－达到平衡之后若又有一部分CO2进入水中，那么平衡就遭到破坏，反应向右进行，其中一部分CO2与CaCO3起化学反应，而使CaCO3被溶解，这部分就称为侵蚀性CO2。3、总矿化度（矿化度）地下水中所含各种离子，分子及化合物（不包括游离状态的气体）的总量，称为水的总矿化度，简称矿化度。矿化度表明水中所含盐量的多少。即水的矿化程度，用克/升（g/L)来表示。地下水按矿化度的分类类别矿化度/g.L－1水的主要类型淡水1碳酸氢钙型，硫酸盐型弱矿化水1～3较少氢化物型中等矿化水3～10强矿化水10～50碳酸盐型.氯化物型盐水50氯化钠型饮用水总矿化度一般小于1g/L,即为淡水。4、水的硬度地下水的硬度大小，主要决定于地下水中Ca２＋和Mg２＋的含量，水的硬度通常分为总硬度.暂时硬度和永久硬度。硬度的表示方法一般有三种：毫克当量/升.德国度.摩尔/升。地下水按硬度的分类水的类型硬度毫克当量/升德国度摩尔/升极饮水1.54.27.5×10-4软水1.5～3.04.2～8.47.5×10-4～1.5×10-3微硬水3.0～6.08.4～16.81.5×10-3～3×10-3硬水6.0～9.016.8～25.23×10-3～4.5×10-3极硬水9.025.24.5×10-3饮用水硬度一般不超过25德国度。水的硬度随着自然地理.地质等因素的变化而变化。三、水在岩石存在的形式存在于岩石中的地下水，按其物理性质和分布状态不同，可分为以下几种。（一）气态水成气体状态充满与岩石空隙之中的水蒸气称气态水。其不能直接被利用，也不能被植物吸收。（二）吸着水在静电引力或分子引力的作用下使水分子附着与岩石颗粒表面，并形成一层极薄得水膜，这一部分水称为吸着水，也称强结合水。其无法被利用，也不能被植物吸收。（三）薄膜水包围在吸着水外面的具有一定厚度的水膜称为薄膜水或弱结合水。一般无法被利用，但外层水分子可被植物吸收。（四）毛细水充满于岩石毛细孔隙（直径小于1mm的空隙和宽度小于0.25mm的裂隙）中的水称为毛细水，毛细水可传递静水压力，可被植物吸收。（五）重力水充满于非毛细空隙中的，能够子有运动的液态水称为重力水。（六）固态水当岩石的温度低于0℃时，岩石中的水就会变成固态水。四、含水层、隔水层、透水层地下水之所以能够储存于岩石中，因为岩石中具有或多或少的空隙，岩石的空隙既是地下水的储存空间，又是地下水的运动场所。能透水且含有重力水的岩层称为----含水层。不透水又不能含重力水的岩层称为----隔水层。只能透水，但不能含重力水的岩层称为----透水层。五.地下水的分类（一）按照地下水埋藏条件的不同，将地下水分为上层滞水.潜水.层间水三类。1、上层滞水上层滞水存在于包气袋中局部含水层之上的重力水。2、潜水潜水是埋藏在地表以下，第一个稳定隔水层之上，具有自由水面的重力水。3、层间水层间水是指存在于两个稳定隔水层之间。①无压层间水：两个隔水层间的含水层未被重力水充满。②承压层间水（承压水）充满于两个稳定隔水层之间，含水层之中具有压力的重力水称为承压水。（二）地下水按含水层性质分类1、孔隙水指存在于疏松岩孔隙中的水。2、裂隙水埋藏在岩石裂隙中的地下水，称为裂隙水。3、岩溶水赋存于石灰岩、白云岩等可溶性岩石裂隙、溶洞中的地下水称为岩溶水。六、泉泉是地下水的天然露头，地下水通过断层等流出地面就形成泉，它是排泄地下水的一种重要方式。第二节矿井充水条件矿井充水---在煤矿建设和生产过程中，进入井筒、巷道和工作面的各种类型水源的水称为矿井水。水进入矿井的过程称矿井充水。一、矿井充水水源矿井充水必然有某种水源的补给，一般矿井充水的水源主要有大气降水、地表水地下水和老窑积水。（一）大气降水大气降水是矿井水的重要补给来源，特别是开采地形低洼并且埋藏较浅的煤层时，大气降水往往是矿井涌水的主要来源。①矿井涌水量的大小与该区降水量的大小、降水性质及延续时间有关。②矿井涌水量的大小随季节的不同而变化。③大气降水渗入量随开采的深度增加而减少。（三）地下水地下水是矿井充水最直接、最主要的充水水源。①充水水源为孔隙水：多数情况下在开采松散岩层的下伏煤层时会遇到此类水源。②充水水源为裂隙水：当采掘工作面揭露裂隙水的围岩时，这种水就会流入工作面，水量较小，水压较高。③充水水源为岩溶水：在开采顶、底板为石灰岩等可溶性岩层的煤层时，常会遇到此类水源。（二）地表水位于矿井附近或直接位于矿井以上的河流、湖泊、水池、水库等地表水，可通过一定的通道进入矿井，成为矿井充水的水源。地表水作为矿井充水水源有以下特点：①煤层距地表水体越近，矿井涌水量越大。②常年性水体，其水体越大，矿井涌水量越大。③多数季节性河流，在旱季地表虽然断流，但地下径流却依然存在，依然起到含水层的作用。古代和近期的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而积存的地下水，通常称为老窑积水，其特点如下：①来势凶猛，在短暂时间内可有大量的水涌入井巷，且水中常携带着煤块、石块等，有时含有有害气体，破坏性很大。②老窑积水一般为碱性水，对金属有腐蚀性，易破坏井下的金属设备。③若它与其他水源无水力联系时。则易疏干；若与其他水源有水力联系时，则可造成稳定的涌水，危害性极大。二、矿井充水的通道矿井只有充水水源存在，还不能矿井是否充水，还必须有把水源水引入矿井的通道，即充水通道，矿井充水的通道主要有以下几种：（一）岩层的孔隙这种通道多存在于疏松的沉积物中。（二）岩层的裂隙岩层的风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙等都能构成矿井充水的通道。（三）岩层的溶隙这种空隙存在于碳酸盐类的可溶性岩层中。（四）人工作用造成的充水通道1、封闭不良的钻孔当钻孔未封闭或封闭质量不合乎规定要求时，这些钻孔就构成了沟通煤层顶、底板含水层或地表水的通道，在采掘过程中遇到或接近它时，就会发生涌水等事故。2、采矿活动煤层采空后，在矿山压力作用下，使采空上部岩层产生冒落裂隙、是煤层底板也产生底鼓或裂隙，这些裂隙若与地表水或地下水沟通，也会引起矿井涌水。3、矿井长期排水在煤矿长期排水过程中，所形成的水位降落漏斗，在不稳定的情况下，逐渐向外扩展，可能涉及到新的水源，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。三、影响涌水量大小的因素涌水量是指单位时间内流入矿井的水量（一）地形的影响地形直接控制含水层的出露部位和出露程度，控制着大气降水和地表水的汇集、渗透，因此，地形间接的影响矿井涌水量。（二）覆盖层和煤层围岩的影响大气降水和地表水能否透入地下，进入矿井中，与煤层上腹岩层的透水性及围岩的出露程度，透水性有直接的关系。（三）地形构造的影响地形构造既决定了地下水的埋藏条件，有控制着地下水的运动，影响着矿井涌水量得大小。（四）不正确的采矿工程采掘工程必须在符合《煤矿安全规程》的前提下，按照设计要求进行，若采掘工程违反规程没有按设计要求去做，如开采了防水煤柱，或减小了隔离煤柱的厚度等，触及了积水水源、就会使水进入矿井，增大矿井的涌水量。四、实例分析（一）河北某矿由于断层的作用造成矿井突水。（二）淮南某矿由于封闭不良的钻孔造成矿井涌水。第三节矿井水害防治一、水文地质观测及实例矿井水源的分析正确与否，主要取决于观测资料的全面性和可靠性，如果没有必要的观测结果作为依据，分析问题往往出现错误。（一）矿井水的观测主要包括水位观测、流量观测、水质观测等。1、水位观测（1）、预报渗透事故的发生例如开滦矿务局唐山矿，地表被百余米厚的冲积岩所覆盖，冲击层下部是厚卵石层，含水极其丰富。（2）、了解断层的导水性例如焦作矿务局某矿，在井巷掘进过程中发现许多小断层，而且都有涌水现象出现，有些小断层被揭露后用水还相当大。（3）、了解突水水源例如图6~20所示为淄博矿务局某矿1958年10月28日回采十行头炭过程中，工作面底板突然透水，涌水量达5㎡/min部分巷道被淹没。（4）、了解地下水与地表水的补给关系2、流量观测（1）矿井涌水量与降水量的关系根据矿井涌水量的变化和降雨的关系可表现出三种不同的情况：第一种情况：一年中各月的降水量虽有不同，但矿井涌水量的变化幅度不大，基本稳定，这表明降水对矿井涌水量的影响很小。一、水文地质观测（一）、地面水文地质观测：从四方面分析：1、气象观测：观测内容：降水量、蒸发量、气温、相对湿度等。资料整理：绘制气象要素变化图、降水量与矿井涌水量变化关系图。2、地表水观测：①对河流、水沟观测：流量、水位、雨季最大流量和水位、通过构造断裂带的流失量，洪水期淹没带等。②对湖泊、水库、大型塌陷段水区的观测：积水范围、水深、水量、水位标高。对以上观测应整理成各种曲线图并标在平面图上。3、地下水观测：对象：泉、井、钻孔、探巷、被淹井巷并组成观测系统。资料整理：编制各种综合图件如等水位线（等水压线）图、水化学剖面图等。4、导水断裂带发育高度的观测