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1、2023/2/17矿井水文地质类型矿井水文地质类型1矿井涌水条件分析矿井涌水条件分析 2矿井水文地质条件的调查矿井水文地质条件的调查 3提纲提纲矿井水文地质条件的探查工作矿井水文地质条件的探查工作4第1页/共93页一、矿井水文地质类型与矿床水文地 质类型划分的异同作为矿床的局部开采地段，在进行矿井水文地质类型划分时，矿床水文地质类型的划分原则也可以作为矿井水文地质类型的分类依据。但是矿井的范围小，受人为因素的影响更明显，二者分类异同的基本点见表1-12023/2/17 第一章第一章 矿井水文地质类型矿井水文地质类型 第2页/共93页 异 同类 别异同划分矿床水文地质类型1以指导井田水文地质勘探
2、为主要目的。2以整个井田或矿床产地为划分对象，范围较大。3考虑自然因素为主，类型较为固定。1划分的原则、考虑的主要因素基本相同。2矿井是矿床的一部分，故其类型有着内在的联系。划分矿井水文地质类型1以指导矿井防治水为主要目的，并考虑到与矿井地质勘探工作相结合。2分类既要全面考虑水文地质各方面的因素，又要突出其中的主要因素的作用。3以矿井为划分对象，范围要小，便于实际应用。4考虑自然因素与人为因素并重，类型易于转化2023/2/17第3页/共93页二、我国矿井水文地质类型的划分 依照矿井水文地质规程的要求，从矿井水文地质条件、井巷充水及其相互关系出发，根据受采掘破坏或影响的含水层性质、富水性、补给
3、条件、单井年平均涌水量和最大涌水量、开采受水害影响程度和防治水工作的难以程度。把矿井水文地质类型划分为简单、中等、复杂、极复杂四个类型（见表1-2）。2023/2/17第4页/共93页 分类依据类别水文地质简单水文地质中等水文地质复杂水文地质极复杂受采掘破坏或影响的含水层含水层性质及补给条件受采掘破坏或影响的孔隙裂隙、溶隙含水层、补给条件差，补给水源少或极少如：1露头区被粘土层覆盖2被断层切割封闭3地表泄水条件良好4属于深部井田5在当地侵蚀基准面以上开采6属高原山地背斜正地形，矿层底部灰岩无出露7矿层距顶底板上下富含水层距离很大受采掘破坏或影响的孔隙裂隙，溶隙含水层补给条件一般，有一定的补给水
4、源受采掘破坏或影响的主要是灰岩溶隙溶洞含水层，厚层砂砾石含水层（矿层直接顶底板为含水砂层），其补给条件好，补给水源充沛受采掘破坏或影响的为岩溶含水层，其补给条件很好，补给水源极其充沛：1矿井经常的直接或间接受煤层顶、底部灰岩溶洞溶隙高压富含水层突水的威胁；2灰岩露头分布范围广，河溪发育，山塘水库多；3在高原山地向斜正地形矿区灰岩岩溶特别发育，常形成暗河系统或汇水封闭洼地单位涌水量q(L/sm)0.10.10221010单位涌水量(m3/h)年平均180(西北地区0100)180600(西北地区100150)6002100(西北地区1501200)12003000最大3001200(西北地区12
5、0300)12003000(西北地区3003000)3000开采受水害影响程度采掘工程一般不受水害影响采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全采掘工程、矿井安全受水害威胁井突水频繁，来势凶猛，含泥砂率高，采掘工程、矿井安全受水害严重威胁防治水工作难易程度防治水工作简单防治水工作简单或易于进行防治水工作量较大，难度较高，防治水经济技术效果较差防治水工作量大，难度高，往往难以治本，或防治水的经济技术效果极差2023/2/17第5页/共93页2023/2/17第二章第二章 矿井涌水条件分析矿井涌水条件分析 影响矿井水害的四大要素A A、充水水源是否存在，如果存在，有何特征。充水水源是否存在，如果存在，有
6、何特征。B B、充水途径是否存在，如果存在，属何类型。充水途径是否存在，如果存在，属何类型。C C、充水强度如何，一旦出水有何后果。充水强度如何，一旦出水有何后果。D D 突然来水还是缓慢性涌水。突然来水还是缓慢性涌水。充水充水“水源水源”充水充水“途径途径”充水充水“水量水量”充水充水“方式方式”第6页/共93页2023/2/17人为充水人为充水水源分析水源分析自然充水自然充水水源分析水源分析矿井充水矿井充水水源分析水源分析 根据充水条件特征，可将矿井充水水源划分为：根据充水条件特征，可将矿井充水水源划分为：矿井充水水源分析矿井充水水源分析 第一节 充水水源第7页/共93页2023/2/17
7、自然充水水源分析自然充水水源分析承压水承压水潜水潜水上层滞水上层滞水大气降水大气降水顶板水顶板水底板水底板水周边水周边水自然自然充水水源充水水源地表水地表水松散孔隙地下水松散孔隙地下水基岩裂隙地下水基岩裂隙地下水碳酸盐岩岩溶地下水碳酸盐岩岩溶地下水第8页/共93页2023/2/17人为充水水源分析人为充水水源分析人为充水水源人为充水水源老空水老空水袭夺水袭夺水袭夺水是由于矿井开采袭夺水是由于矿井开采,降落漏降落漏斗不断拓展斗不断拓展,人工流场强烈改造人工流场强烈改造矿区天然地下水流场矿区天然地下水流场,人工地下人工地下水流场获得新的补给水源叫做袭水流场获得新的补给水源叫做袭夺水夺水.第9页/共
8、93页矿井充水水源亦可划分为以下四个方面，矿床及矿床地层中的地下水、地表水、大气降水、老窖及淹没井巷积水。一、大气降水大气降水主要指雨、雪融水，一般情况它们先渗入地下再进入矿井，但有时也可直接灌入矿井，其水源特征见表2-1。2023/2/17第10页/共93页类型充水方式充 水 途 径对生产矿井的影响降雨融雪直接渗入1通过采后顶板冒落带贯通地表塌陷裂缝渗入；2通过地表裂隙、溶洞渗入。1涌水量大小与降水量、降水强度、频率及延续时间密切有关；2涌水量有明显的季节变化；3涌水量“高峰”与降水“高峰”大致吻合；4涌水量随井巷深度增加显著减小。含水层渗入作为被揭露含水层的补给源再渗入井巷。1涌水量增加有
9、明显季节性；2涌水量“高峰”与降水“高峰”时间不吻合，迟后几天至十几天，决定于含水层导水性厚度、补给区的远近；3随开采深度增加，降水的影响显著减小。注：我国幅员辽阔、地形复杂、气候差异，各地降水量大小、雨量分配、降水强度和降水类型，以及降水频率等变化很大。对各地区矿井涌水影响程度不同。有关区域降水情况可查阅当地气象站资料。表表2-1 2-1 大气降水的水源特征大气降水的水源特征2023/2/17第11页/共93页二、地表水类型充水途径对生产矿井的影响 河、湖、海、水库、水 塘等1、洪水冲毁井口围堤直接灌入；2、通过地表水体下松散岩层及基岩含水层露头再渗入井巷；3、通过采后顶板冒落贯通、地表塌陷
10、裂缝渗入；4、通过构造破碎带、老窑、直接溃入。1、充水程度决定于井巷距离地表水体的远近以及地表水体下岩层岩性、厚度和构造情况；2、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；3、贯通岩溶断裂带时，往往造成严惩的淹井事故。表2-2 地表水的水源特征2023/2/17第12页/共93页三、矿层及矿床地层中的地下水矿层及矿床地层中的地下水指地表以下含水层中赋存的水，是矿井最经常、最直接、最主要的充水水源，按其类型包括孔隙水、裂隙水及岩溶水。1 1 1 1孔隙水孔隙水孔隙水孔隙水 孔隙水的水源特征见表2-3。类型赋 存 条 件含 水 层 特 征对生产矿井的影响矿床上覆第四纪地
11、层中的孔隙水呈角度不整合覆盖于矿床岩层之上含水层松散未经胶结，属孔隙潜水或承压水；水量大小取决于含水层的成因类型、岩性结构、颗粒成分、厚度和分布面积。在井筒施工中和开采接近含水层底部的矿床时出现涌水、涌砂、片帮等问题；第四纪含水层可能成为矿床周围含水层的补给源。矿床岩层中的孔隙水经常构成矿层的直接或间接顶底板，或赋存与矿床周围 含水层通常胶结或半胶结。以孔隙承压水为主；水量决定于含水层岩性厚度，并随矿床产地范围内不同地段的沉积特征不同而有所变化。水压随含水层埋深增加而增大。揭露含水层时出现涌水、涌砂、片帮、垮顶。尤其是胶结程度差的粉、细砂岩含水层中涌砂、片帮和垮顶更严重；涌水量一般不大。202
12、3/2/17第13页/共93页 2 2 2 2裂隙水裂隙水裂隙水裂隙水 裂隙水的水源特征见表2-4。类型赋 存 条 件含 水 层 特 征对生产矿井的影响层状裂隙水基岩裸露区和被第四纪沉积物覆盖的基岩风化壳中多为潜水，局部承压水。呈层状（或似层状）分布，风化裂隙带厚度一般3060米左右。随深度增加裂隙不发育，含水性也相应减弱；富水性与岩性、风化程度、地貌条件等有关。揭露时经常涌水，但水量不大，雨季有显著增加，一般可以疏干。层间裂隙水分布于沉积岩、喷出岩和变质岩的一定层位中多数是承压水，局部潜水。呈层状分布，含水性与岩性、区域性裂隙、成岩裂隙的发育程度有关；不同构造部位富水性有明显的变化。揭露时水
13、量一般不大（在无其它水源补给时），经过长期排水可以逐渐疏干；水压往往较大，可以发生突水。状裂隙水各类脆性岩石的构造破碎带（断层带）中多为承压水，呈带状，沿一定方向分布。含水性与构造破碎带的规模大小、力学性质、充填情况、补给条件等有关；断层带的不同部位因裂隙发育不均一，富水性有很大差别。破碎带本身含水量有限可以疏干。但当沟通上、下含水层或地表水体时会导致严惩的突水事故。不仅瞬时涌水量大，动水量也十分充沛，甚至造成淹井。2023/2/17第14页/共93页3 3 3 3、岩溶水、岩溶水、岩溶水、岩溶水岩溶水的水源特征见表2-5。2023/2/17第15页/共93页类 型赋 存 条 件含 水 层 特
14、 征对生产矿井的影响浅埋型岩溶地下水裸露型岩溶区地下水岩溶裂隙潜水落石出 弱岩溶化的白云岩、薄层灰岩，以及不纯的碳酸岩类地区 岩溶不发育，分布不均一，埋藏浅，属潜水。地下水一般作无压、层流渗流运动，动态变化较大。揭露时井巷涌水不大，但雨季显著增加。地下暗河水 气候湿润，均质厚层灰岩分布区，尤其是产状平缓，构造破碎的地段。岩溶发育，分布极不均一。强烈的差异溶蚀形成地下岩溶通道，构成地下河。地下水流速大，一般作无压紊流运动，局部为有压流、层流，动态变化幅度很大。井巷涌水量季节变化悬殊，暴雨后涌水量猛增，对矿井造成严重威胁；矿井大幅度疏干可能引起排泄暗河的河水倒灌。覆盖型岩溶地下水脉状岩溶裂隙不集中
15、径流带地下水 多在第四纪沉积物和岩溶岩层接触面附近或断层带中。岩溶不发育，分布不均一，埋藏浅，属承压水，但水压不大。地下水一般为层流渗流运动，水位变化幅度不大。井巷涌水量一般不大，季节性变化不如裸露区明显；强烈排水可以引起漏斗范围内岩溶区地表塌陷。在不均一的互层碳酸岩岩层的断裂带及其两侧裂隙中，或均一厚层灰岩岩溶发育地段。岩溶发育段集中，不均一，埋藏较深，属承压水。地下水层流与紊流取决于通道情况，水位变化幅度小。地下径流带为富水性强的地段，井巷涌水量大且稳定，不易疏干；在径流带排水疏干也会引起地表塌陷，塌陷带沿径流带分布，增大了雨季矿井涌水量。深埋型岩溶地下水层间裂隙岩溶水 分布在上覆和下伏非
16、岩溶化岩层所限制的岩溶岩层中 岩溶发育较均一，埋藏深，但有减弱的趋势，属承压水，水压一般较大。地下水多作层流运动，动态稳定。揭露时瞬时突水量和水压较大（尤为厚层灰岩），动水量也较稳定。脉状裂隙岩溶水 赋存在很厚的碳酸岩岩石的构造破碎带中，呈条带状分布。岩溶发育较均一，埋藏深，有时形成深部水循环。属承压水，地下水为层流渗流运动，动态稳定。井巷涌水量大小决定于补给源情况，来源充足时，涌水量大且稳定。2023/2/17第16页/共93页充水通道人为通道自然通道岩石空隙开采围岩破坏空隙构造空隙废弃钻孔2023/2/17矿井充水通道分析矿井充水通道分析第二节第二节第二节第二节 充水通道充水通道充水通道充
17、水通道 第17页/共93页一、自然通道 自然通道主要指岩石空隙和构造空隙。1.1.岩石空隙岩石空隙(见表2-6)。2.2.构造空隙，主要指断裂带构造空隙，主要指断裂带(见表2-7)。表2-6 矿井涌水通道类型 表2-7 断裂带对矿井的充水特征 2023/2/17第18页/共93页 表2-6 矿井涌水通道类型矿井涌水通道类型类型决定通道透水能力的因素采掘工作面揭露时涌水特征孔隙通道 多见于松散沉积层内，透水性取决于颗粒大小、形状、分选程度和排列方式等。粗粒均匀（分选性好）者，透水性大，反之则小。全面渗水、淋水或涌水，出水点多，水量较小，流速慢，水流喷出时压力已显著下降；降压漏斗扩展较慢；突水威胁
18、较小。裂隙通道 主要存在于坚硬脆性岩石、风化壳、构造破碎带内，岩体透水性取决于裂隙的成因大小、密度、充填情况以及相互的联通性。裂隙发育，而又未充填者，透水性大。裂隙淋水、涌水或突水。岩溶 (溶 隙)通道 只存在于可溶性岩层或被可溶性物质胶结的碎屑岩中，为地下水沿裂隙、节理溶蚀扩展而成。岩体透水性取决于岩溶率及岩溶发育的均一性，就单个溶隙而言，则取决于溶隙大小，充填情况和联通性。岩溶发育且充填率低者，透水性强。涌水、突水最为常见。突水时水压大，传递快，降压漏斗扩展迅速，瞬时涌水量大，对矿井危害最严重。注：注：注：注：1 1 1 1、孔隙、裂隙、岩溶通道三者可互相组合。、孔隙、裂隙、岩溶通道三者可
19、互相组合。、孔隙、裂隙、岩溶通道三者可互相组合。、孔隙、裂隙、岩溶通道三者可互相组合。2 2 2 2、构造空隙，主要指断裂带等构造裂隙见表构造空隙，主要指断裂带等构造裂隙见表构造空隙，主要指断裂带等构造裂隙见表构造空隙，主要指断裂带等构造裂隙见表2-82-82-82-8。2023/2/17第19页/共93页表2-7断裂带对矿井的充水特征断裂带对矿井的充水特征类型充水性分类模 式 图 示水 文 地 质 特 征隔水断裂带 天然状态下隔水开采后仍然隔水 断层两侧多为塑性岩层组成。多数属压性或压扭性断裂。少数为张性或张扭性，但断裂带充填良好，胶结致密，不透水。天然状态下隔水，开采后变为透水 断层两侧为
20、不透水的塑性岩层，但距高压含水层较近，围岩强度较低，井巷开采后，在含水层水压和矿山压力作用下促使围害岩微裂隙扩大，或断层带充填物被冲蚀，压出而透水。透水断裂带不沟通其他水源者 多属张性、张扭性断裂。断层两侧常见脆性岩层组成。断裂带本身含水，但储水量有限。井巷初次揭露可能突水，以后逐渐疏干。沟通其他水源者 属张性、张扭性断裂较多，也可以是压性断裂带两侧低序次张性羽状透水裂隙带，当与一侧强含水层对接，或沟通上部强含水层、地表水体时，断层突水量大，水量稳定，不易疏干。2023/2/17第20页/共93页二、人为通道 人为通道主要指废弃钻孔和开采破坏裂隙(见表2-8)。表表2-82-8 人为通道类型人
21、为通道类型2023/2/17第21页/共93页类型模 式 图 示充水特征及对生产矿井的影响 未封闭或封闭质量差的钻孔1、起沟通矿层上、下含水层和地表水作用；2、回采揭露时涌水、水量、水压取决于是否贯通强含水层或地表水，以及钻孔孔径和水压差；3、对排水能力较小的矿井可能造成淹井事故。回采后顶板冒落和底板鼓胀裂隙1、冒落裂隙沟通地表（但无地表水体），矿井涌水量增加与雨季、融雪期有关。加强地面防水，可避免淹井事故；2、冒落裂隙沟通强含水层或地表水体，大量水压与隔水层厚度和底板岩石的力学强度（抗水压能力）有关。水压大的强含水层突破底板，容易发生淹井事故。矿井排水后因潜蚀、掏空产生的疏通裂隙和地表塌陷岩
22、溶塌陷（1，2，3表示发展阶段）1、矿井长期排水后，使岩溶通道疏通，增加联通性，引起大量涌水、涌砂（可达数千至几万立方米），造成堵巷、淹井事故；2、岩溶含水层大量排水，引起覆盖岩溶区地面严重塌陷，大量地表水溃入矿井，毁坏农田，地面建筑物坍塌道路破坏等严重后果表2-8 人为通道类型人为通道类型 2023/2/17第22页/共93页 三、影响矿井充水的因素 影响矿井充水有自自然然因因素素和人人为为因因素素，这些因素是综合分析矿井充水条件的主要依据，也是评价矿井水文地质条件复杂程度的重要指标(见表2-9)。2023/2/17第23页/共93页表2-9 影响矿井充水的因素影响矿井充水的因素充 水 因
23、素与 矿 井 充 水 的 关 系自然因素气 候降水为主，降水量多寡决定补给矿井水的动储量大小。地 形地表水汇集和渗入是否有利，与地形条件有关；矿床埋藏在侵蚀基准面以上或以下的矿井，地下水天然排泡和水动力条件不同，充水程度亦不同。矿床上、下岩层的组合型式决定含水层赋存条件、含水层类型、水量、水压，以及充水方式（来自顶板或底板）。地质构造构造型式与规模决定了地下水天然储量的大小。不同构造部位富水性差异，充水程度不同；断裂发育程度影响含水层之间，与地表水之间的水力联系，促使矿井充水条件复杂化。地 表 水是充水的重要水源之一，矿井距离地表水体远近不同（垂直与水平方向距离），充水影响程度也不同；当与地表
24、水发生联系时，一般充水条件复杂，动储量大。人为因素开拓方式与揭露含水层程度有关。开采方法开采方法不同，使上覆岩层裂隙的发育程度不同，矿井充水程度也随之而不同。疏干方法合理的疏干能有效减少水量，降低水压，保证安全生产。反之，可以改变地下水水动力条件，引进新水源，增加矿井涌水量。2023/2/17第24页/共93页第三第三第三第三节节节节 各类充水矿井的各类充水矿井的各类充水矿井的各类充水矿井的特征特征特征特征及其防治水措施及其防治水措施及其防治水措施及其防治水措施 一、孔隙含水层为主的充水矿井一、孔隙含水层为主的充水矿井 以以孔孔隙隙含含水水层层为为主主的的充充水水矿矿井井的的充充水水特特征及防
25、治水措施见表征及防治水措施见表2-102-10。2023/2/17第25页/共93页 表表2-10 2-10 以孔隙含水层为主的充水矿井的充水特征及防治水措施以孔隙含水层为主的充水矿井的充水特征及防治水措施水文地质条 件特 征防治水措施简 单 主要充水岩层为半胶结或松散的细粒砂、粉砂岩；含水层厚度较小，或呈透镜体分布，补给条件差；含水层与地表水之间无水力联系，涌水量一般10米3/分以上 1、2、3、同上；4在可能条件下处理地表水体，以减少矿井涌水量2023/2/17第26页/共93页 二、裂隙含水层为主的充水矿井二、裂隙含水层为主的充水矿井 以裂隙含水层为主的充水矿井的充水特征见表2-11。2
26、023/2/17第27页/共93页表2-11 以裂隙含水层为主的充水矿井的充水特征以裂隙含水层为主的充水矿井的充水特征以裂隙含水层为主的充水矿井的充水特征以裂隙含水层为主的充水矿井的充水特征水文地质条 件特 征防治水措施简 单 位于侵蚀基准面以上，或以下，但远离地表水体，区域降水量小，补给条件差；主要充水岩层为细粒砂岩、砂质页岩。裂隙不发育，构造较简单，涌水量10米3/分以上 1同上；2留设防水岩柱预防塌陷，裂隙贯通地表水体2023/2/17第28页/共93页 三、岩溶含水层为主的充水矿井三、岩溶含水层为主的充水矿井 以岩溶含水层为主的充水矿井的充水特殊性征见表2-12。2023/2/17第2
27、9页/共93页表2-12以岩溶含水层为主的充水矿井的充水特殊性征以岩溶含水层为主的充水矿井的充水特殊性征水文地质条件特征防治水措施简单1干旱、半干旱区，侵蚀基准面以上，溶隙为主含水层充水的矿井；2侵蚀基准面以下，构造简单，与地表水无水力联系，厚度不大的溶隙为主含水层充水的矿井，涌水量20米3/分1加强排水能力，留有充分的余地；2设置密闭式泵房，建筑防水闸门，分区隔离；3对地表河流采取防渗，改道等措施；4查明集中迳流带、暗河通道，进行堵塞，灌注防水帷幕截流；5堵塞地表塌陷裂缝和井下突水点；6留设防水岩柱；7加强对断层和强含水层的探放水；8带压开采或疏水降压2023/2/17第30页/共93页第三
28、章第三章 矿井水文地质条件调查矿井水文地质条件调查 矿矿井井水水文文地地质质工工作作是是保保证证矿矿井井安安全全生生产产和和国国家家资资源源合合理理回回收收的的重重要要工工作作。而而这这些些工工作作是是在在矿矿区区水水文文地地质质条条件件清清楚楚的的基基础础上上开开展展的的。只只有有查查明明矿矿区区工工程程水水文文地地质质条条件件，才才能能正正确确分分析析矿矿床床充充水水因因素素。预预计计矿矿井井涌涌水水量量、为为矿矿井井设设计计、建建井井和和生生产产提提供供必必要要的的工工程程水水文文地地质质条条件件，并并在在此此基基础础上上对对矿矿井井充充水水的的防防治治、矿矿区区地地下下水水的的综综合合
29、利利用用及及矿矿井井疏疏干干排排水水过过程程中中出出现现的的工工程地质问题作出评价或提出可行的措施。程地质问题作出评价或提出可行的措施。地地质质构构造造则则控控制制矿矿区区地地下下水水的的分分布布，并并是是突突水水的的主主要要渠渠道道，也也必必需需调调查查清清楚楚。而而工工程程地地质质条条件件的的调调查查，则则有有利利于于井井巷巷岩岩体体稳稳定定性性的的评评价价 ，预预防各种工程地质灾害。防各种工程地质灾害。2023/2/17第31页/共93页第一第一第一第一节节节节 矿区矿区矿区矿区地质构造特征及规律的调查研究地质构造特征及规律的调查研究地质构造特征及规律的调查研究地质构造特征及规律的调查研
30、究 地质构造是影响矿井生产的重要因素，它不仅是地质变化的控制因素，同时，对地下水的埋藏、径流条件也具有明显的控制作用，它的存在常常造成煤矿突水事故、井下岩体失稳。因此，地质构造是矿区工程水文地质条件调查的主要内容。2023/2/17第32页/共93页 一、矿区格局的特征 构造格局是指井田或矿区总的构造类型、组合模式及分构造格局是指井田或矿区总的构造类型、组合模式及分布规律。布规律。如总的构造类型可以分为单斜构造、褶曲构造、断块构造等。从地质力学观点可用构造体系要领来分析。如以褶曲为主要构造类型，要了解其次级褶曲的规模、数目、组合、分布及主要构造线方向等；又如以断块为主要构造类型，则要了解各级断
31、裂的性质、断块规模、数目、断裂组合及分布规律，主延展方向等。2023/2/17第33页/共93页二、构造力学性质及构造应力场特征 构造力学性质对地下水的存、移及其导水、阻水性起着决定作用。对工程地质条件也有所影响，常构成各种岩体结构面，如断层、节理、劈理等。断层按受力形式不同，可分为张性、压性、扭性、张扭及压扭性五种类型。2023/2/17第34页/共93页三、构造控水特征地地质质构构造造对对地地下下水水赋赋存存和和运运移移具具有有明明显显的的控控制制作作用用。这种控制作用主要是由透水岩层的导水作用和隔水岩层的阻水作用而构成的，地质构造对岩层含水性隔水性的控制作用主要表现在：1地质构造控制岩层
32、裂隙岩溶的发育程度。2控制含水层分布埋藏特征。3控制地下水的运动特征。对地下水赋存和运动起着控制作用的地质构造，称为控水构造。主要表现为蓄水作用、导水作用、阻水作用和汇水作用。故分别称之为蓄水构造、导水构造、阻水构造和汇水构造。控水构造主要有褶皱构造和断裂构造，另外，单斜构造及其它构造对地下水也有一定的控制作用。2023/2/17第35页/共93页褶皱控水作用褶皱控水作用在褶皱构造中，如果同时分布有透水岩层（或岩石透水带）与相对隔水岩层时，相对隔水层构成隔水边界。透水岩层成为含水介质。这种褶皱构造在适宜补给条件下，即形成蓄水构造，它包括向斜蓄水构造和背斜蓄水构造。背斜蓄水构造，必须具备含水层，
33、相对隔水层，同时地形上又具备有利的补给条件。向斜蓄水构造就是能够富集和储存地下水的向斜盆地。2023/2/17第36页/共93页断层控水作用断层控水作用 断层对地下水的控制作用，与断层的力学性质有关。张性、张扭性断层，其构造岩带疏松且多孔隙，透水性和含水性强，常构成富水带或导水带，或者形成蓄水构造，而压性及压扭性断层，结构面紧密，构造岩多为压片岩、糜棱岩，断层泥及构造透镜体等物质，并常有不同的动力变质作用，如硅化蛇纹石化等，透水性和含水性都很低，构成相对隔水层，起阻水作用。1断层蓄水作用2断层导水作用3断层阻水作用2023/2/17第37页/共93页构造对地下水的控制作用，还表现在控制地下水的
34、补给、径流、排泄条件及其运动特征。例如：切穿承压含水层的断层，即可接受地表水浅部地下水的补给。同时又可在承压水压力作用下排泄地下水，使原来地下水径流条件改变，阻水断层的存在可以使处于流动的承压水变成封存水。2023/2/17总之，在矿产开采过程中，要特别注意，在矿产开采过程中，要特别注意控水控水构造构造，对地质构造进行力学分析，查清构造形迹，对地质构造进行力学分析，查清构造形迹及力学性质，及力学性质，确定其主构造线确定其主构造线。一个矿区，有几。一个矿区，有几组构造线时，要区分构造序次，组构造线时，要区分构造序次，建立构造体系并建立构造体系并分析各构造体系之间的关系分析各构造体系之间的关系，掌
35、握地下水的空隙掌握地下水的空隙发育规律及地下水富集规律发育规律及地下水富集规律。构造的其他控水作用构造的其他控水作用构造的其他控水作用构造的其他控水作用 第38页/共93页第二第二第二第二节节节节 矿区水文地质特征及其规律的调查研究矿区水文地质特征及其规律的调查研究矿区水文地质特征及其规律的调查研究矿区水文地质特征及其规律的调查研究 从水文地质角度研究地质构造。了解地下水的分布规律，进行地下水分类，这不仅便于地下水的研究，也有助于地下水的勘探和涌水量的预测，了解地下水化学成分特征，并根据这些特征决定其用途以及作为研究地下水污染和矿井来源分析的重要手段。矿区水文地质条件是评价矿井能否安全经济合理
36、地开采的关键性因素之一。2023/2/17第39页/共93页一、含水层、隔水层特征含水层（带）的特征含水层（带）的特征含水层（带）的特征含水层（带）的特征贮存有可以自由流动的重力水的岩体，称为含水层（带）。它有两种主要形式，一种是岩石空隙主要受岩层等地质体所控制，并随岩层呈层状均匀分布的含水层，如砾岩和砂岩组成的碎屑岩层等岩层。另一种是岩石的空隙主要受地质构造或风化带所控制，而不受岩层界面限制的含水带，如风化含水带，侵入岩与石灰岩接触破碎带等。1 1含水层的构造条件：含水层的构造条件：蓄水空间储存地下水的地质结构充足的补给水源2023/2/17第40页/共93页2 2含水层分类含水层分类 20
37、23/2/17(2)(2)根据含水层贮藏条件及水力状态划分为：根据含水层贮藏条件及水力状态划分为：承压含水层：是两个不透水层或弱透水层之间所夹的完全饱水的含水层，承压含水层中任一点的水压力都大于大气压。潜水含水层（又称无压含水层）：其岩性较单一。为散体粒状或块状结构，呈统一含水层体。根据含水层空隙类型划分为根据含水层空隙类型划分为：孔隙含水层：大多数为松散沉积物，如砂砾石含水层，各种砂粒含水层等。裂隙含水层：主要为各种坚硬岩石所构成的含水层，如砂岩裂隙含水层等。岩溶含水层：是指可溶岩层溶蚀发育而构成的含水层，以碳酸盐类岩石为主，如石灰岩含水层。第41页/共93页2023/2/17据岩层含水性可
38、分为：据岩层含水性可分为：富含水层：其钻孔平均单位涌水量g2L/s.m，泵水最大流量Q30L/S，如砂砾石含水层 等。弱含水层：如粉砂、细砂土 等。2 2含水层分类含水层分类 按岩层透水性在空间变化可分为：按岩层透水性在空间变化可分为：均质含水层：指透水性能与区域坐标位置无关，含水层中渗透系数变化不大的含水层。非均质含水层：含水层的透水性能随区域坐标而变化，即渗透系数在含水层不同空间位置数值不同。第42页/共93页3 3含水层水文地质特征的定量表示含水层水文地质特征的定量表示表示含水层过水能力的大小渗透系数（K）即T=KM导水系数（T）式中：M含水层厚度承压含水层中，承压水头下降1米时从单位面
39、积含水层中释放的弹性水量贮水系数（S）给水度（u）指疏干潜水含水层时，单位体积的岩石内流出的水量2023/2/17第43页/共93页隔水层（带）的特征隔水层（带）的特征隔水层（带）的特征隔水层（带）的特征 自然界中隔水界面有两种形式，即隔水层和隔水带。由不透水岩石组成的岩层，称为隔水层，如页岩、泥岩、泥灰岩以及裂隙不发育的基岩。隔水层对地下水的阻隔作用，称为隔水作用。隔水层的隔水作用应从隔水层厚度，构成隔水层岩石的密度性质和力学性质，以及岩层的结构和构造等多因素分析。2023/2/17第44页/共93页二、主要含水层含水性的研究 从区域来看，岩溶水具有明确的水平和垂直分带规律。在水平方向上，强
40、含水带在褶皱轴部，断层破碎带，可溶岩与非可溶岩接触带呈脉带体分布，具有明显的方向性。矿区主要含水层分类1 1矿床上覆松散含水层矿床上覆松散含水层主要为第四系松散含水层及少量第三系半胶结含水层。2 2矿床内部砂岩裂隙含水层或薄层灰岩含水层矿床内部砂岩裂隙含水层或薄层灰岩含水层对砂岩裂隙含水层要研究其含水裂隙的分布规律及最大出水量，以便凿井时不致遇裂隙出水淹井。3 3厚层岩溶含水层厚层岩溶含水层厚层岩溶含水层虽然含水丰富，但其含水性并不均一通常在一个井田范围内可明显存在强含水区和弱含水区。在强含水区中，又有均匀含水的部位和集中迳流带。2023/2/17第45页/共93页 强含水带外围，一般含水较小
41、。在垂直方向上，由于岩溶发育具有向深部减弱的规律，但并不绝对。因此浅部岩溶发育，富水性强，为强水带，深部岩溶发育较弱，含水性差，为弱含水带。2023/2/17为了有的放矢地防治岩溶水患，应在详细勘察的基础上，将岩溶含为了有的放矢地防治岩溶水患，应在详细勘察的基础上，将岩溶含为了有的放矢地防治岩溶水患，应在详细勘察的基础上，将岩溶含为了有的放矢地防治岩溶水患，应在详细勘察的基础上，将岩溶含水层进行水层进行水层进行水层进行水平分区水平分区水平分区水平分区和和和和垂直分带垂直分带垂直分带垂直分带，即在水平方向上确定其富水区和强迳流，即在水平方向上确定其富水区和强迳流，即在水平方向上确定其富水区和强迳
42、流，即在水平方向上确定其富水区和强迳流带，在垂直方向上确定其富水的标高范围，以便为开采设计、疏干降压、带，在垂直方向上确定其富水的标高范围，以便为开采设计、疏干降压、带，在垂直方向上确定其富水的标高范围，以便为开采设计、疏干降压、带，在垂直方向上确定其富水的标高范围，以便为开采设计、疏干降压、堵水截流、防治水患提供依据。堵水截流、防治水患提供依据。堵水截流、防治水患提供依据。堵水截流、防治水患提供依据。由于构造的分割作用，造成含水层在平面分布上被抬起或深陷，可使上述垂向分带转为平面分区。第46页/共93页三、矿区水文地质边界、补给、迳流排泄特征矿区的水文地质边界条件对矿区地下水的补给和水量有控
43、制作用。水文地质边界，可按岩石水文地质性质及水文地质边界的表现形式进行分类如下。2023/2/171 1、按岩石水文地质性质的不同，可分为、按岩石水文地质性质的不同，可分为隔水边界隔水边界与与透水边界透水边界。透水边界透水边界是由透水岩石组成，它对地下水起补给或排泄作用。是由透水岩石组成，它对地下水起补给或排泄作用。隔隔水水边边界界是是指指隔隔水水层层（带带）或或隔隔水水岩岩体体，对对矿矿区区地地下下水水起起封封闭闭作作用用，如如隔隔水水层（带）的分界面、阻水断层、阻水岩体等。层（带）的分界面、阻水断层、阻水岩体等。补给边界与排泄边界并不都是绝对的，在人工流场下可以互相转化。补给边界与排泄边界
44、并不都是绝对的，在人工流场下可以互相转化。2 2、按按水水文文地地质质边边界界的的表表现现形形式式，一一般般有有下下列列四四类类：地地形形边边界界，地质边界地质边界，水文边界水文边界，人工边界人工边界。第47页/共93页 地下水的补给来源主要有大气降水，地表水的渗入和含水层之间的互相补给。大气降水的渗入为潜水的主要补给来源，它取决于降水性质、降水量的大小、地形、植被、覆盖情况、包气带岩石透水性和包气带的厚度等。地表水可以通过各种通道（如：断层、开采裂隙）补给地下水。当承压含水层补给区位于地表水体之下时，地表水可直接补给承压水。第48页/共93页2023/2/17地下水的排泄是含水层失去水量的过
45、程。其排泄方式主要有：泉的溢出、向地表水泄流蒸发及人工排泄等。在矿井生产中，人工排泄即矿井的排水、疏放水等都为主要排泄方式。地下水从补给向排泄区运动的过程，称为径流。它主要受到补给区和排泄区的水位差、含水层的透水性及地质构造等因素的影响。在在矿矿区区中中，要要查查清清主主要要含含水水层层的的富富（透透）水水性性能能在在水水平平和和垂垂直直方方向向上上的的分分布布规规律律，编编制制矿矿区区强强、弱弱径径流流带带分分布布的的平平面面和和剖剖面面图图，从从而而找找出出主主要要径径流流带带，对对巷巷道道布布置置、防治矿井水具有指导作用。防治矿井水具有指导作用。第49页/共93页四、降水、地表水与地下水
46、的联系及各含水层之间的联系特征大大气气降降水水、地地表表水水与与地地下下水水是是矿矿井井涌涌水水的的主主要要水水源源。在生产过程中，了解它们之间的水力联系，对于计算矿井涌水量，预测涌水的可能性，以及制定矿井防水措施都具有重要的意义。降水、地表水与地下水发生水力联系，一般有如下几种形式：2通过第四纪松散层及基岩露头，渗入补给地下水。1通过构造破碎带或古井直接补给地下水。3在水体下开采时，由于矿物开采后，顶板岩层冒落和产生裂隙，使降水、地表水进入井下，补给地下水。2023/2/171、降水、地表水与地下水的联系特征第50页/共93页 1 1、矿矿层层围围岩岩含含水水层层（带带）水水，是是矿矿井井经
47、经常常的的最最主主要要的的充充水水水水源源。含水层类型在各井田中是不尽相同的，主要有孔隙含水层、裂隙含水层及岩溶含水层。这些含水层除了接受大气降水、地表水的补给之外，还接受相邻含水层或其它含水层的补给。2023/2/172、各含水层之间的联系特征2 2、在松散沉积物中，粘性土层构成半含水半隔水层。、在松散沉积物中，粘性土层构成半含水半隔水层。一方面含水层之间可通过粘性土层中的“天窗”发生联系。另外，当上下含水层具有足够的水头差时，水头较高的含水层可以通过半隔水层越流补给水头较低的一层。第51页/共93页2023/2/17查明矿区含水层之间的补给关系及其联系特征，是很有实际意义的。矿区供水利用某
48、一含水层时，如果该含水层的其它含水层获得补给，则可开采利用的水量将有所增加。矿区疏干排水时，如果不考虑这种关系那将作出错误的排水设计，则达不到预期的疏干降之目的。3 3、穿过数个含水层的钻孔，可以人为地沟通含水层，、穿过数个含水层的钻孔，可以人为地沟通含水层，使之发生水力联系。使之发生水力联系。在矿区、井、巷也有可能使含水层发生水力联系。另外，含水层之间的联系，还有其它方式（如：第四纪松散沉积岩中的潜水对下伏含水层的补给，等等）。第52页/共93页五、岩溶分布规律调查研究 岩溶体的空隙形成、发展、分布是有规律的。岩溶发育的两个基本条件：其一，具有溶蚀岩石能力和不断循环于岩石空隙中的地下水，它是
49、岩溶形成的动力条件。其二，具有裂隙发育且透水的可溶岩，它是岩溶形成的物质基础，二者缺一不可。1 1岩溶主要分布在质纯的可溶岩地段岩溶主要分布在质纯的可溶岩地段 可溶岩的存在是岩溶发育的先决条件，其成分和结构在很大程度上控制岩溶的发育程度。就岩性而言，岩溶发育由强到弱顺序大致是：纯石灰岩，白云质灰岩，白云岩，大理岩。2023/2/17第53页/共93页 2 2岩溶主要分布在断裂带部位岩溶主要分布在断裂带部位 地质构造控制岩溶发育的空间分布规律。由于地质构造破坏了岩石的完整性，增加岩石的渗透性能，扩大了水与岩石接触可溶机会，加强了岩溶发育规律。构造裂隙对岩溶的形成和发育最有意义，在断层附近和褶曲轴
50、部位，为构造裂隙最为发育地段，岩石透水性好，地下水交替循环迅速，因而岩溶最为发育。构造体系的复合部位，由于多次构造运动的作用，应力集中，裂隙极为发育，岩溶发育强烈。2023/2/17第54页/共93页3 3岩岩溶溶主主要要分分布布在在可可溶溶岩岩与与非非可可溶溶岩岩接接触触部部位位:由于非可溶岩的阻挡，地下水沿接触部位的可溶岩中汇集或沿着非可溶岩以及裂隙改变流动状态，因而加强地下水对可溶岩的溶解冲蚀能力，使这里的岩溶发育。4 4岩岩溶溶主主要要分分布布在在岩岩层层近近地地表表的的部部位位：岩溶矿区岩溶发育程度，均反映出随深度的增加而逐渐减弱，即浅部岩溶发育强，深部发育弱的特征。在浅部由于风化裂