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1、第七章第七章 矿井水文地质矿井水文地质第一节第一节 水文地质基本知识水文地质基本知识第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件第三节第三节 矿井涌水量的预测方法矿井涌水量的预测方法第四节第四节 矿井水的防治矿井水的防治第一节第一节 地下水的基本知识地下水的基本知识矿井水的危害：矿井水的危害：v 影响煤炭资源的开发；影响煤炭资源的开发；v 恶化矿井生产条件；恶化矿井生产条件；v 增加采矿的成本；增加采矿的成本；v 造成淹井事故。造成淹井事故。一、自然界中水的循环一、自然界中水的循环 自然界中大气水、代表水和地下水是统一水体，它们之间存在着内在自然界中大气水、代表水和地下水是统一水体，它们之间存在着内
2、在联系和不断相互转化的循环过程。联系和不断相互转化的循环过程。水循环 水通过水圈、大气圈、岩石圈和生物圈处于连续不断地循环运动的过水通过水圈、大气圈、岩石圈和生物圈处于连续不断地循环运动的过程，称为水循环。程，称为水循环。水循环包括水循环包括内陆循环、海陆循环、海洋循环内陆循环、海陆循环、海洋循环。水的循环示意图 水循环意义水循环意义 a.a.使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不断地进行着使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不断地进行着能量交换和物质迁移。能量交换和物质迁移。b.b.使大气使大气降水、地表水、降水、地表水、地下水、土壤地下水、土壤水之间相互转水之间相互转化，使水资源化，使水资源形
3、成不断更新形成不断更新的统一系统。的统一系统。地下水地下水是是埋藏埋藏在在地表以下地表以下松散堆积物和岩石松散堆积物和岩石空隙空隙中中的的水体水体。地下水主要是由地下水主要是由大气降水大气降水、地面流水、冰雪融地面流水、冰雪融水、湖泊水水、湖泊水渗透渗透到到地下地下而形成的，称为而形成的，称为渗透水渗透水。此。此外还有外还有凝结水、埋藏水、原生水凝结水、埋藏水、原生水等。等。二、地下水的概念（1）地下水的概念二、二、（2 2）水在岩石中的存在形式）水在岩石中的存在形式 水灾岩石空隙（空隙、裂隙、溶隙）中：水灾岩石空隙（空隙、裂隙、溶隙）中：1 1、气态水、气态水2 2、结合水：分子力作用、结合
4、水：分子力作用3 3、毛细水：表面张力、毛细水：表面张力4 4、重力水：重力作用、重力水：重力作用5 5、固态水、固态水6 6、矿物中的水、矿物中的水地下水能在岩石中赋存与运动，地下水能在岩石中赋存与运动，是因为岩石中具有一定的空隙。岩石是因为岩石中具有一定的空隙。岩石空空隙度隙度越越大大，含水量含水量越越大大；岩石空隙大而；岩石空隙大而多，连通性好，则岩石透水性越好。多，连通性好，则岩石透水性越好。三、地下水的赋存（1）岩石中的空隙 岩石中的空隙，根据其成因和后期所受营力作用程度，分为孔隙、裂隙和喀斯特。孔隙：是指分布于松散的沉积岩层中及半胶结的碎屑沉积岩中岩石颗粒或集合体之间的空隙。裂隙：
5、是指各种应力作用下岩石破裂产生的裂缝。喀斯特：是水对可溶性岩石进行以化学溶蚀作用为特征的综合地质作用。透水层透水层能够透过能够透过地下水的岩层。地下水的岩层。K1m/dK1m/d。主要有：。主要有：砂岩层、砂砾岩层砂岩层、砂砾岩层以及裂隙、洞穴发育的其它岩石。空隙大以及裂隙、洞穴发育的其它岩石。空隙大而多，连通性好。其中而多，连通性好。其中储满储满地下水的部分称为地下水的部分称为含水层含水层。两者之间过渡类型称为两者之间过渡类型称为半（弱）透水层半（弱）透水层。K=0.01-1m/dK=0.01-1m/d如泥岩、亚粘土、黄土、粉砂等。空隙密而小，连通性差。如泥岩、亚粘土、黄土、粉砂等。空隙密而
6、小，连通性差。不透水层不透水层不能透过不能透过地下水的岩层。地下水的岩层。K0.001m/dK0.001m/d主要主要有：粘土、页岩、岩浆岩、变质岩等。有：粘土、页岩、岩浆岩、变质岩等。不透水层对地下水不透水层对地下水的运动起着的运动起着阻隔作用阻隔作用，又称为，又称为隔水层隔水层。（2 2）岩石的水理性质岩石的水理性质 岩石的岩石的透水性：透水性：岩石或土层岩石或土层允许水透过允许水透过的性能称为的性能称为透水性透水性。取决于空隙大小（主）、多少、形状、连通性。与空取决于空隙大小（主）、多少、形状、连通性。与空隙度关系不大隙度关系不大 渗透系数渗透系数K K：单位时间内，水力坡度为：单位时间
7、内，水力坡度为1 1时，水在岩时，水在岩石中的渗透距离。石中的渗透距离。m/d,m/sm/d,m/s1）透水层与不透水层 含水层（带）含水层（带）地下岩层空隙中，储存有在重力作用下可以自由流动水，称含水层（带）地下岩层空隙中，储存有在重力作用下可以自由流动水，称含水层（带）构成含水层的条件：土层或岩层有储存重力水的空隙；下伏有隔水层。构成含水层的条件：土层或岩层有储存重力水的空隙；下伏有隔水层。隔水层（带）隔水层（带）有些岩层的空隙不发育，不透水。有些岩层的空隙不发育，不透水。含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存，从而构造含水地质结构，含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存，从而构造
8、含水地质结构，因为有不透水的隔水界面，含水层才具有赋存地下水；因为有不透水的隔水界面，含水层才具有赋存地下水；3）含水层的类型及含水岩组 含水层划分，详见p283，表7-12）含水层与隔水层4）含水层的富水性分级 详见p284，表7-2四、地下水的分类四、地下水的分类（1）地下水的综合分类）地下水的综合分类 自自然然界界有有各各种种各各样样的的地地下下水水。有有的的埋埋藏藏很很深深、有有的的则则很很浅浅。有有的的水水量量大大，有有的的水水量量小小。总总之之，各各种种地地下下水水在在形形咸咸、分分布布、运运动动、水水质质、水水量量等等方方面面都都有有很很大大的的不不同同。我我国国在在煤煤矿矿建建
9、设设和和生生产产过过程程中中一一般般都都采采用用按按地地下下水水埋藏条件和含水层性质综合分类。埋藏条件和含水层性质综合分类。地下水按照埋藏条件分为地下水按照埋藏条件分为包气带水、潜水、承压水包气带水、潜水、承压水。1.1.包气带水包气带水（土壤水）（土壤水）从从地面地面到到地下水面地下水面（潜水面潜水面）之间的地带（包气带、不）之间的地带（包气带、不饱和带）所含的饱和带）所含的非重力地下水非重力地下水，暂时性水。以，暂时性水。以气态水气态水、吸着吸着水水、薄膜水薄膜水和和毛细水毛细水等状态存在。等状态存在。2.2.潜水潜水 埋藏在埋藏在地面以下地面以下，在第一个，在第一个隔水层隔水层之上，之上
10、，具有具有自由表面自由表面的的重力水重力水，称为潜水。，称为潜水。潜水的表面称为潜水的表面称为潜潜水面水面，随地形起伏，随地形起伏而变化，具有而变化，具有潜水潜水流流。同时因季节变。同时因季节变化而化而升降升降，雨季、，雨季、旱季潜水面的不同旱季潜水面的不同而形成一个而形成一个暂时饱暂时饱和带和带。3.3.承压水（层间水）承压水（层间水）埋藏在地下埋藏在地下两个两个隔水层之隔水层之间间的的含水层中含水层中的水。当两个隔水层之间的含水层的水。当两个隔水层之间的含水层被水充被水充满满时，就是有了一定的时，就是有了一定的静压力静压力，称为承压水。，称为承压水。自流井自流井当打井当打井凿穿凿穿上部隔水
11、层时，如果承压水的上部隔水层时，如果承压水的静水压力所达到的静水压力所达到的水头高度水头高度超过超过井口地面井口地面时，则时，则自行喷溢自行喷溢出地表，形成自流井。出地表，形成自流井。（2 2）按地下水的埋藏条件分类按地下水的埋藏条件分类 上层滞水：上层滞水：是指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔水层上的重力水是指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔水层上的重力水。潜水潜水特征特征：A）分布范围小，储水量不丰富；）分布范围小，储水量不丰富；B）埋藏浅，受气候条件影响大；）埋藏浅，受气候条件影响大；（2 2）按地下水的埋藏条件分类按地下水的埋藏条件分类 潜水：潜水：是位于第一个稳定隔水层以上的含在透水
12、层中、能够自由流动是位于第一个稳定隔水层以上的含在透水层中、能够自由流动的地下水。其水面是起伏不平的面，称为的地下水。其水面是起伏不平的面，称为潜水面潜水面。潜潜水水主主要要由由大大气气降降水水和和地地表表水水补补给给。多多数数情情况况下下，补补给给区区与与分分布布区区一一致致。所所以以潜潜水水的的埋埋藏藏深深度度及及含含水水层层厚厚度度经经常常是是变变化化的的，而而且且变变化化范范围围较较大大，其中以气候、地形的影响最其中以气候、地形的影响最为为显著。显著。对对采采矿矿工工作作来来说说，潜潜水水对对建建井井及及露露天天开开采采的的影影响响较较大大，对对地地下下开开采采影影响较小。响较小。潜水
13、潜水特征特征：A）潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给区一致；潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给区一致；B）潜水面不承受静水压力；潜水面不承受静水压力；C）在重力作用下，由高向底流动，称潜水流；在重力作用下，由高向底流动，称潜水流；D）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关。潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关。承压水（自流水）承压水（自流水）：是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水，其是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水，其运动受上下隔水层的运动受上下隔水层的约束和水压的作用，通常是从补给区流向排泄区。约束和水压的作用，通常是从补给区流向排泄区。其其
14、补补给给区区与分布区不一致，受大气降水变化的影响较小，不易受污染。与分布区不一致，受大气降水变化的影响较小，不易受污染。特征：特征：A A）承压水具有静水压力；承压水具有静水压力；B B）以侧向补给位主，因此补给区与分布区不一致；以侧向补给位主，因此补给区与分布区不一致；C 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；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 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；位变化幅度小，一般有滞后性；F F）由于有连续
15、的隔水层的覆盖，承压水不易污染；由于有连续的隔水层的覆盖，承压水不易污染；补给条件补给条件 含含水水层层的的补补给给条条件件主主要要决决定定于于含含水水层层出出露露地地表表的的地地形形、溶溶洞洞裂裂隙隙发发育育情情况况和和有有无无常常年年存存在在的的地地表表水水体体。在在地地形形平平缓缓、特特别别是是容容易易内内涝涝的的地地区区，降降水水不不易易从从地地表表流流走走，造造成成常常年年积积水水，为为含含水水层层提提供供了了大大量量补补给给来来源源，含含水水层层的的露露头头溶溶洞洞裂裂隙隙又又发发育育，这这样样含含水水层层的的水水量量就就大大；相相反反，在在地地形形较较陡陡的的情情况况下，降水大部
16、分形成地表水流流走，补给地下水量就少。下，降水大部分形成地表水流流走，补给地下水量就少。排泄条件排泄条件 任任何何一一个个含含水水层层都都有有补补给给区区和和排排泄泄区区。在在排排泄泄区区有有大大量量泉泉水水出出露露，泉泉的的多多少少和和水水量量大大小小直直接接表表示示了了含含水水层层的的富富水水强强度度。凡凡是是在在含含水水层层出出露露地地区区，泉泉很很多多，但但每每个个泉泉的的水水量量很很小小，这这是是弱弱含含水水层层的的特特点点；泉泉水水流流量量大大而而且且集集中中，这这是是强强含含水水层层的的排排泄泄特特点点。西西南南地地区区不不少少的的煤煤矿矿，主主要要强强含含水水层层是是茅茅口口灰
17、灰岩岩和和长长兴兴灰灰岩岩，在在其其排排泄泄区区，都都表表现现了了泉泉水水集集中中流流量量很很大大的的规律。规律。在在承压水区，承压水区，当断裂或人工当断裂或人工打井穿过其上面的隔水层时，承打井穿过其上面的隔水层时，承压水即可上涌，如出水口低于水压水即可上涌，如出水口低于水源区，就会出现自流井源区，就会出现自流井(泉泉)。（3 3）按含水层空隙性质分类）按含水层空隙性质分类 孔隙水：孔隙水：是指存在于疏松岩层的孔隙中的水；是指存在于疏松岩层的孔隙中的水；导导水性好水性好补给充沛补给充沛裂隙水：裂隙水：是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水；是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水；风化裂隙风化裂隙成岩裂隙成
18、岩裂隙构造裂隙构造裂隙岩溶水：岩溶水：是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水；是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水；五、地下水的性质五、地下水的性质（1 1）物理性质）物理性质1 1、温度、温度2 2、颜色、颜色3 3、透明度、透明度4 4、气味、气味5 5、味道、味道6 6、密度、密度7 7、导电性、导电性8 8、放射性、放射性（2 2）化学性质）化学性质1.1.地下水的化学成分地下水的化学成分2.2.化学成分表示方法化学成分表示方法 1 1、库尔洛夫式、库尔洛夫式 2 2、总矿化度：水中所含各种离子、分子和化合物的总量，、总矿化度：水中所含各种离子、分子和化合物的总量，g/Lg/L。
19、矿化度高，地下水循环条件差，反之则反。矿化度高，地下水循环条件差，反之则反。3 3、硬度：总硬度、硬度：总硬度=暂时硬度暂时硬度+永久硬度永久硬度3.3.地下水的化学性质地下水的化学性质 1 1、酸碱度、酸碱度 2 2、侵蚀性：酸性侵蚀，、侵蚀性：酸性侵蚀，COCO2 2侵蚀。侵蚀。4.4.地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用 地下水的化学成分是很复杂的。不同成因的地下水的化学成分是很复杂的。不同成因的地下水有不同的原始成分，它们在形成过程中与地下水有不同的原始成分，它们在形成过程中与周围介质不断作用，使水的成分也随之发生变化，周围介质不断作用，使水的成分也随之发生变化，与原始成分
20、往往产生很大的差别。因此，现在所与原始成分往往产生很大的差别。因此，现在所遇到的地下水成分，都是在一定的自然历史过程遇到的地下水成分，都是在一定的自然历史过程中，在各种因素影响下，各种作用综合的结果。中，在各种因素影响下，各种作用综合的结果。由于各种作用所处的条件不同，其主次也不相同。由于各种作用所处的条件不同，其主次也不相同。其中，对于地下水化学成分的形成最有意义的作其中，对于地下水化学成分的形成最有意义的作用，主要有用，主要有溶滤及溶解作用溶滤及溶解作用、阳离子交替吸附作阳离子交替吸附作用用、蒸发浓缩作用蒸发浓缩作用、混合作用混合作用、脱碳作用脱碳作用和和生物生物化学作用化学作用等等6种。
21、种。第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件一、矿井充水来源一、矿井充水来源v 大气降水：大气降水：是露天矿的直接充水水源；是露天矿的直接充水水源；是地下采煤的间接充水水源。是地下采煤的间接充水水源。大气降水对矿井大气降水对矿井充水强度与涌水量充水强度与涌水量年年降水量；降水量；降水性质；降水性质；地形；地形；煤层埋深；煤层埋深；覆盖岩层的透水性。覆盖岩层的透水性。v 地表水地表水：分布在井田范围或附近的地表水，可能成为矿井充水水源；分布在井田范围或附近的地表水，可能成为矿井充水水源；地表水的性质和规模；地表水的性质和规模；地表水体与矿井间的充水通道，其随矿井开采方式和地表水体与矿井间的充水通道
22、，其随矿井开采方式和采煤方式的不同而变化；采煤方式的不同而变化；v 一般认为，煤层距地表水体越近的，受其影响越大；一般认为，煤层距地表水体越近的，受其影响越大；v 在煤层上覆岩层透水性差，而且没有断裂破坏时；在煤层上覆岩层透水性差，而且没有断裂破坏时；v 一般认为，煤层和地表水体之间垂距如大于煤厚的一般认为，煤层和地表水体之间垂距如大于煤厚的5050倍左右，倍左右，地表水的影响逐渐消失。地表水的影响逐渐消失。v 含水层水：含水层水：是矿井的最经常和最主要的充水水源；是矿井的最经常和最主要的充水水源；多数情况：多数情况：大气降水、地表水大气降水、地表水 含水层含水层 矿井矿井影响因素影响因素矿井
23、充水含水层的类型矿井充水含水层的类型充水含水层厚度与分布充水含水层厚度与分布含水层的补给条件与蓄水构造类型含水层的补给条件与蓄水构造类型空隙性空隙性富水性富水性导水性导水性静水压力静水压力含水层厚度越大、分布越广、储含水层厚度越大、分布越广、储量越丰富、疏干越不易；量越丰富、疏干越不易；向斜轴部向斜轴部大大静水压力静水压力小小含水层与煤层的关系含水层与煤层的关系煤层下部含水层煤层下部含水层煤层上方含水层煤层上方含水层 塌陷情况塌陷情况距离距离遇断层遇断层巷道揭露巷道揭露岩层崩陆带岩层崩陆带裂隙带裂隙带无裂隙沉降带无裂隙沉降带煤层上方含水层煤层上方含水层塌陷情况塌陷情况v 老窑水：老窑水：是是古
24、代和近期的采空区及废弃巷道，长期停止排古代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；水而积存的地下水；其特点如下：其特点如下：老老窑窑积积水水以以静静储储量量为为主主；一一旦旦巷巷道道揭揭露露或或巷巷道道与与老老窑窑之之间间的的煤煤岩岩柱柱强强度度小小于于它它的的静静水水压压力力时时，积积水水倾倾出出，瞬瞬时时涌涌水水量量大大，来势凶猛，具有很大的破坏性，可造成严重事故；来势凶猛，具有很大的破坏性，可造成严重事故；老老窑窑积积水水与与其其它它水水源源无无联联系系时时，短短期期突突出出易易于于疏疏干干；老老窑窑一一般般位位于于浅浅部部，若若与与地地表表水水有有水水力力联联系系，则则造
25、造成成稳稳定定的的充充水水水水源源危害较大；危害较大；老老窑窑一一般般深深度度部部大大，但但查查清清位位置置较较困困难难，准准确确位位置置无无法法查查清清，又无人敢下去查；又无人敢下去查；老老窑窑积积水水长长期期处处于于停停滞滞，一一般般酸酸性性大大，腐腐蚀蚀性性强强，别别是是高高速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。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；的隔水性能造成断层带的水涌入井下；断层水主要特点：其
26、静储量不大，但往往与地表水、高压强含水层沟断层水主要特点：其静储量不大，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；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；或者由于间层的存断层有时使煤层与富水性很强的岩溶水对口相接；或者由于间层的存在碰坏了岩层的完整性，因而降低了岩层的强度，这些常是矿井水文地质在碰坏了岩层的完整性，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；条件复杂化；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、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
27、质应作具体分析。如断层泥等，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，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。应特别注意。v 断层水：断层水：断层破碎带，常是地下水良好聚集场所和通道断层破碎带，常是地下水良好聚集场所和通道除此而外，还有其它人为因素的导水通道；除此而外，还有其它人为因素的导水通道；如：未封好的钻孔如：未封好的钻孔二、矿井充水通道二、矿井充水通道1、岩石的孔隙与岩层裂隙2、断层：矿井充水的主要通道之一。断层导通地表水或地下水，造成矿井突水。正断层或断层交叉切割处易发生突
28、水3、岩溶洞隙：巷道靠近或揭露时易突水。4、未封闭或封闭不良钻孔5、矿井长期排水：造成地表水倒灌下渗和地下水流入巷道。6、采矿活动造成的塌陷和裂隙三、影响矿井充水程度的其他因素三、影响矿井充水程度的其他因素 矿井充水水源和充水通道直接控制矿井涌水量大小。矿井充水水源和充水通道直接控制矿井涌水量大小。还有其他因素影响矿井充水程度。还有其他因素影响矿井充水程度。1 1、地形：巷道是否位于侵蚀基准面以上决定矿井水源、地形：巷道是否位于侵蚀基准面以上决定矿井水源是大气降水、地表水，决定涌水量。是大气降水、地表水，决定涌水量。2 2、煤层的埋藏条件：、煤层的埋藏条件：l 华北华北CPCP煤田开采深部煤层
29、会导通奥灰水，引起突水煤田开采深部煤层会导通奥灰水，引起突水l 煤层倾角于厚度越大，开采后冒落高度及塌陷范围煤层倾角于厚度越大，开采后冒落高度及塌陷范围越大，可能沟通地下水、地表水，引起突水事故越大，可能沟通地下水、地表水，引起突水事故3 3、煤层出露程度上部隔水层岩性、煤层出露程度上部隔水层岩性4 4、开采方法、开采方法第三节 矿井水文地质观测与涌水量预计一、矿井水文地质观测 矿井水文地质观测是矿井水文地质工作的主要项目，一般包括两部分内容：地面水文地质观测和井下水文地质观测。（一）、地面水文地质观测 主要包括：气象观测、地表水观测和地下水观测。1.气象观测：主要是观测降水量。2.地表水观测
30、：对分布于矿区范围内的地表水都应对其进行定期观测。主要包括江河、溪流、大水沟、湖泊、水库和大塌陷坑积水。观测所获资料应整理成曲线图，以便研究其流量、水位的变化规律，找出其变化原因，并预测地表水对矿井涌水的影响。此外，还应将河水漏失地段、洪水淹没范围等，标注在相应图纸上。3.地下水的动态观测地下水的动态观测 地地下下水水埋埋藏藏在在地地下下，始始终终处处于于运运动动和和变变化化之之中中，这这种种运运动动和和变变化化主主要要表表现现在在水位、水量、水温、水质等方面。水位、水量、水温、水质等方面。从从事事矿矿井井水水文文地地质质工工作作的的人人员员，要要经经常常的的、全全面面的的对对矿矿区区各各水水
31、文文地地质质观观测测点点进进行行观观测测，掌掌握握地地下下水水运运动动规规律律和和分分析析矿矿井井水水的的变变化化，观观察察内内容容包包括括：水水位位观观测测，水量观测，水温水量观测，水温和水质观测。和水质观测。v 水位观测水位观测 在观测孔中，按设计要求定期观测地下水水位；在观测孔中，按设计要求定期观测地下水水位；利用水位观测预报透水事故发生；利用水位观测预报透水事故发生；利用水位观测，了解断层导水性；利用水位观测，了解断层导水性；（断层两侧的水位差、地表泉水）（断层两侧的水位差、地表泉水）利用水位观测了解突水水源；利用水位观测了解突水水源；利用水位观测，了解地下水与地表水的补给关系；利用水
32、位观测，了解地下水与地表水的补给关系；可可解解决决问问题题v 流量观测流量观测 矿井涌水量与降雨量的关系；矿井涌水量与降雨量的关系；河流流量观测；河流流量观测；矿井涌水量观测。（浮标法、堰测法、容积法、观测水仓法、等）矿井涌水量观测。（浮标法、堰测法、容积法、观测水仓法、等）19611961年年7 7月月7 7日，日，观观测测人人员发现观测员发现观测孔内水位突然下孔内水位突然下降降1 1米，米，这这是井下突水的明是井下突水的明显显预预兆。兆。观测观测人人员员立即向立即向矿矿领领导导做了做了汇报汇报，随后采取了，随后采取了紧紧急措施，将回采工作面的人急措施，将回采工作面的人员员立即全部撤出，第二
33、天果立即全部撤出，第二天果然大量的地下水然大量的地下水夹杂夹杂着泥砂着泥砂涌入井下涌入井下；一一个个钻钻孔孔的的水水位位变变化化，准准确确地地预预报报了了透透水水事事故故的的发发生生，为为保保证证煤煤矿矿安安全全生生产产起起了重大作用。了重大作用。华北某矿，煤层被百余米厚冲积层所覆盖，华北某矿，煤层被百余米厚冲积层所覆盖，冲冲积积层层下部分布着很厚的下部分布着很厚的卵石卵石层层，含水极其丰富，含水极其丰富；为为了开了开采采冲冲积层积层下面的急下面的急倾倾斜煤斜煤层层，避免冲，避免冲积层积层水突然水突然流入流入矿矿井而造成事故，在采煤工作面上方打了井而造成事故，在采煤工作面上方打了观测观测孔，派
34、孔，派专职专职人人员员进进行水位行水位观团观团工作工作；利用水位观测预报透水事故发生；利用水位观测预报透水事故发生；河河南南某某矿矿，为为了了查查明明断断层层导导水水性性，在在断断层层的的两两盘盘分分别别布布置置了了观观测测孔孔，观测断层两盘同一含水层的水位变化；观测断层两盘同一含水层的水位变化；经经过过对对两两个个钻钻孔孔水水位位的的长长期期观观测测，发发现现水水位位差差别别很很大大，说说明明断断层层两两盘盘没有直接的水力联系，此断层实际不导水；没有直接的水力联系，此断层实际不导水；由由于于断断层层的的导导水水性性问问题题得得到到解解决决，施施工工就就果果断断大大胆胆了了。巷巷道道穿穿过过断
35、断层层时果然无水。时果然无水。利用水位观利用水位观测，了解断测，了解断层导水性；层导水性；（断层两侧（断层两侧的水位差、的水位差、地表泉水）地表泉水）山山东东某某矿矿1958年年10月月 28日日回回采采十十行行头头炭炭过过程程中中，工工作作面面底底板板突突然然透透水，涌水量达水，涌水量达 5m3m，部分巷道被淹没。部分巷道被淹没。突突水水后后发发现现打打在在本本溪溪群群徐徐家家庄庄灰灰岩岩中中的的CK1，钻钻孔孔水水位位明明显显下下降降，而奥陶纪石灰岩的而奥陶纪石灰岩的CK2观测孔，观测孔，水位没有变化；水位没有变化；说说明明这这次次突突水水主主要要是是徐徐家家庄庄灰灰岩岩水水，而而与与奥奥
36、陶陶纪纪灰灰岩岩含含水水层层无无直直接接联联系。系。利用水位观测了解突水水源；利用水位观测了解突水水源；西西南南某某矿矿在在掘掘进进底底板板茅茅口口运运输输大大巷巷时时，发发生生了了突突水水事事故故，涌涌水水量量最最高高可可达达80008000吨吨小小时时。开开始始有有人人怀怀疑疑水水源源主主要要来来自自附附近近河河流流。为为了了证实这一推断，在河流的岸边打了两个钻孔证实这一推断，在河流的岸边打了两个钻孔CK1CK1；CK2CK2。经经过过对对钻钻孔孔中中水水位位的的观观测测，发发现现CK1CK1中中水水位位高高于于河河流流水水面面，CK2中中水水位位又又高高于于CK1；根根据据地地下下水水又
37、又高高流流向向低低的的规规律律，指指示示地地下下水水补补给给河流，井下突水与河流无关；河流，井下突水与河流无关；后经研究确实与地表河流无关，而是与地下河有关。后经研究确实与地表河流无关，而是与地下河有关。利用水位观测，了解地下水与地表水的补给关系；利用水位观测，了解地下水与地表水的补给关系；测测水位工具水位工具降水与矿井涌水降水与矿井涌水的三种关系的三种关系1基本不变；基本不变；2同步；同步；3滞后；滞后；（二）、井下水文地质观测 井下水文地质观测工作，应与矿井巷道掘进及回采工作同时进行。其主要观测内容有巷道充水性观测和矿井涌水量观测。1.巷道充水性观测：包括含水层观测、岩层断裂发育情况观测、
38、断裂构造观测、出水点观测和出水征兆的观测。2.矿井涌水量的观测：容积法、浮标法、堰测法、流速仪法和水仓水位观测法。二、矿井涌水量预计 正正确确的的计计算算未未来来井井巷巷及及采采区区的的涌涌水水量量大大小小，是是一一项项重重要要而而复复杂杂的的工工作作。它它对对煤煤田田的的技技术术经经济济评评价价有有很很大大的的影影响响，并并且且也也是是开开采采设设计计部部门门选选择择采采掘掘方案，制定疏于措施，确定排方案，制定疏于措施，确定排水设备的主要依据。水设备的主要依据。一、地下水的运动规律一、地下水的运动规律:渗流渗流v 地下水的运动条件地下水的运动条件沿水流方向具沿水流方向具有水位差有水位差 岩层
39、必须透水岩层必须透水 运动速度及水量运动速度及水量 必备条件必备条件 岩石透水性岩石透水性 地下水水位差地下水水位差 水力坡度水力坡度I I=（H1-H2）/Lv 地下水的运动状态地下水的运动状态 紊流：紊流：水流质点运动不连续，流来混杂而不平行水流质点运动不连续，流来混杂而不平行；层流：层流：水流质点运动连续不断，流束手行而不混杂；水流质点运动连续不断，流束手行而不混杂；v 地下水运动的基本定律地下水运动的基本定律达尔西定律达尔西定律 Q=KH/LV=Q/=KH/L=KI其中：其中：Q渗透流量（渗透流量（m3/s）；）；K渗透系数（渗透系数（m/s）；）；H水位差（水位差（m）；）；L砂岩长
40、度（砂岩长度（m）；）；过水过水断面积（断面积（m2）。）。（一）矿井涌水量预计内容与步骤 1.矿井涌水量预计内容：包括矿井正常涌水量、矿井最大涌水量、开拓井巷涌水量和疏干工程排水量。2.矿井涌水量预测步骤：（1）建立预测矿井涌水量的水文地质模型 （2）建立相应的数学模型 （3）解算数学模型，分析结果（二）矿井涌水量预计方法 矿井涌水量预计的方法很多，归纳起来可分为相关比拟法、解析法、水均衡法、数值模拟法、等。三、表示矿井充水程度的方法三、表示矿井充水程度的方法 矿矿井井充充水水程程度度反反映映矿矿井井水水文文地地质质条条件件的的复复杂杂情情况况。通通常常，生生产产矿矿井井用用含含水水系系数数
41、来来表表示示；基基建建矿矿井井用用涌涌水水量量大小来表示。大小来表示。v 用含水系数表示矿井充水程度用含水系数表示矿井充水程度 含含水水系系数数又又称称富富水水系系数数，是是指指矿矿井井中中排排出出的的水水量量 Q Q（米米3 3）与与同同一一时时期期煤煤炭炭开开采采量量 m m（吨吨）的的比比值值，通通常常用用Km表示表示吨煤排水量吨煤排水量；涌水小的矿井：涌水小的矿井：Km 2 2；涌水中等的矿井：涌水中等的矿井：Km2 25 5；涌水大的矿井：涌水大的矿井：Km=5=51010；涌水最大的矿井：涌水最大的矿井：Km 1010；不同矿井，甚至同一个矿井不同矿井，甚至同一个矿井不同时期的不同
42、时期的 Km值的变化往往值的变化往往很大，因为它与自然条件很大，因为它与自然条件（地质水文地质）和人为因（地质水文地质）和人为因素（开采方法、开采强度等）素（开采方法、开采强度等）的变化有关；的变化有关；v用矿井涌水量表示充水程度用矿井涌水量表示充水程度所所谓谓矿矿井井涌涌水水量量，是是指指单单位位时时间间内内流流入入矿矿井井的的水水量，通常见量，通常见Q Q表示。表示。根据涌水量的大小可将矿井分为：根据涌水量的大小可将矿井分为：涌水小的矿井：涌水小的矿井：Q100mQ100m3 3小时；小时；涌水中等的矿井：涌水中等的矿井：Q Q100100500m500m3 3小时小时；涌水大的矿井：涌水
43、大的矿井：Q Q5005001000m1000m3 3小时；小时；涌水最大的矿井：涌水最大的矿井：Q Q1000m1000m3 3小时。小时。第四节第四节 矿井水的防治矿井水的防治 以防为主，防治结合以防为主，防治结合一、矿井水害防治总体要求一、矿井水害防治总体要求 矿矿井井水水害害防防治治工工作作是是在在矿矿井井涌涌水水条条件件分分析析和和矿矿井井涌涌水水量量观观测测的的基基础础上上，根据涌水水源、通道和水量大小的不同，分别采取不同的防治措施。根据涌水水源、通道和水量大小的不同，分别采取不同的防治措施。1.1.坚持坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采预测预报、有疑必探、先探后掘、先治
44、后采”的原则，落实的原则，落实“防、堵疏、排、截防、堵疏、排、截”综合治理措施。综合治理措施。2.2.应在查明矿井地质、水文地质条件的基础上，因地制宜的采取措施应在查明矿井地质、水文地质条件的基础上，因地制宜的采取措施加以防治。加以防治。3.3.应坚持先易后难，先近后远，先地面后井下，先重点后一般，地面应坚持先易后难，先近后远，先地面后井下，先重点后一般，地面与井下相结合，重点与一般相结合。与井下相结合，重点与一般相结合。4.4.应注意矿井水的综合利用，实现供排结合，保护矿区地下水资源和应注意矿井水的综合利用，实现供排结合，保护矿区地下水资源和环境。环境。二、地表防治水二、地表防治水 1、合理
45、选择井筒位置、合理选择井筒位置:井口标高均应高于历年最高井口标高均应高于历年最高洪水位洪水位,如受地形限制时，应筑防水堤或改变水流方向。如受地形限制时，应筑防水堤或改变水流方向。地表水的下渗是矿井涌水量剧增的一个重要因素地表水的下渗是矿井涌水量剧增的一个重要因素v 力求避免穿过强含水层或富水带；力求避免穿过强含水层或富水带；v 井筒所选定地点的岩层要完整、稳定，避开破碎带和岩溶发育地段；井筒所选定地点的岩层要完整、稳定，避开破碎带和岩溶发育地段；v 距离矿井可能突水的危险地段要有足够的安全距离；距离矿井可能突水的危险地段要有足够的安全距离；另另外外，在在地地表表、井井口口标标高高高高于于历历年
46、年最最高高洪洪水水水水位位，保保证证在在任任何何情情况况下下均均使使井口或其他地面设施，不致于被水所淹。井口或其他地面设施，不致于被水所淹。2、河流改道、河流改道:穿过或附近流经矿区的河流严重影响穿过或附近流经矿区的河流严重影响井下生产时应使其改道。井下生产时应使其改道。3、铺设人工河床、铺设人工河床:上述河流不能改道，可铺设不透上述河流不能改道，可铺设不透水的人工河床。水的人工河床。4、修筑排（截）水沟、修筑排（截）水沟:山区降水后在井田外围或漏山区降水后在井田外围或漏水区段的上游垂直水流方向修筑排水沟使其不流入矿水区段的上游垂直水流方向修筑排水沟使其不流入矿区范围。区范围。5、堵漏、堵漏:
47、地表裂隙、洞穴、陷坑，可用粘土堵塞。地表裂隙、洞穴、陷坑，可用粘土堵塞。三、井下防治水三、井下防治水 老容积水的探放老容积水的探放：采空区，由于地表水和地下水的补给，充满了大量积水。采空区，由于地表水和地下水的补给，充满了大量积水。其特点：其特点：一一般般积积水水范范围围不不明明（特特别别是是一一些些老老矿矿井井），串串联联关关系系复复杂杂、水水量量大大、酸酸性性强强、水头压力高、危害大。水头压力高、危害大。要要隔隔离离积积水水需需保保留留大大量量的的安安全全煤煤柱柱，一一方方面面影影响响资资源源的的回回收收，另另一一方方面面，由由于资料不清、范围不确，可能引起积水的突然涌出，酿成灾害事故。于
48、资料不清、范围不确，可能引起积水的突然涌出，酿成灾害事故。因因此此，探探故故老老窑窑水水是是采采矿矿工工作作中中防防患患于于未未然然的的必必要要措措施施，是是探探明明可可采采边边界界和和安全开来的主要手段。安全开来的主要手段。井下防水措施包括探放水、留设防水煤柱、设置防水闸门和防水墙。（一）探放水一般按下列程序进行探放：一般按下列程序进行探放：1.调查老窑水的分布调查老窑水的分布 2.2.探水起点探水起点 3.3.探水钻孔的布置探水钻孔的布置 绝绝大大多多数数是是探探水水与与掘掘进进相相结结合合，即即探探水水掘掘进进探探水水循循环环进进行行，方方能能找找到到老老窑窑放放出出积积水水。因因此此在
49、在考考虑虑探探水水钻钻孔孔的的布布置置时时，必必须须保保证证掘掘进进巷巷道道的的前前方方仍仍有有相相当当厚厚度度的的保保安安煤煤柱柱。此此外外，老老窑窑内内的的巷巷道道极极不不规规则则，在在探探水水掘掘进进过过程程中中，如如果果钻钻孔密度不孔密度不够够，古巷道就可能从两个，古巷道就可能从两个钻钻眼之眼之间间漏漏过过而而发生透水事故。发生透水事故。4.4.探水作业探水作业 严格遵循安全规程，大致注意：严格遵循安全规程，大致注意：1 1）加加强强顶顶板板支支护护：探探水水巷巷道道一一般般为为双双巷巷掘掘进进，以以便便于于通通风风和和抢抢险险。为为了了保保证证探探水水地地点点、避避灾灾路路线线、来来
50、水水时时必必经经的的巷巷道道不不发发生生冒冒顶顶片片帮帮，探探水水前前和和整整个个施施工工期期间间要加要加强强顶顶板支板支护护。2 2）加加强强深深水水迎迎头头的的通通风风和和瓦瓦斯斯检检查查：探探水水地地点点，随随时时可可能能透透老老窑窑而而散散出出COCO2 2、CHCH2 2、H H2 2S S等等有有害害气气体体，因因此此，必必须须加加大大探探水水地地点点的的供供风风量量，加加强强瓦瓦斯斯检检查查，一一旦旦发现发现有害气体含量增高，有害气体含量增高，应查应查明原因，它往往是接近老窑的征兆。明原因，它往往是接近老窑的征兆。3 3）安安排排避避灾灾路路线线：探探放放水水时时，所所有有可可能