07矿井水文地质与水害防治

1、煤矿地质学 高高 迪迪 河南理工大学资源环境学院河南理工大学资源环境学院 河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 影响煤炭资源的开发；影响煤炭资源的开发； 恶化矿井生产条件；恶化矿井生产条件； 增加采矿的成本；增加采矿的成本； 造成淹井事故。造成淹井事故。 矿井水的危害矿井水的危害 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 19841984年年6 6月月2 2日，我国自行勘察、设计、建设的日，我国自行勘察、设计、建设的“新新 中国第一矿中国第一矿

2、”开滦范各庄矿发生世界罕见的特大透开滦范各庄矿发生世界罕见的特大透 水灾害水灾害突，水量为突，水量为2053m2053m3 3/min/min ，不到，不到2121个小时就淹个小时就淹 没了这座年产煤没了这座年产煤300300万吨的大型矿井。三天后，涌水万吨的大型矿井。三天后，涌水 溃入吕家坨矿。到溃入吕家坨矿。到6 6月月1010日年产日年产200200万吨原煤的这座万吨原煤的这座 大型水采矿井也被淹没。吕家坨矿被淹后，涌水又大型水采矿井也被淹没。吕家坨矿被淹后，涌水又 直扑年产直扑年产300300万吨的林西矿。万吨的林西矿。 涌水量比之前世界上最大的矿山突水涌水量比之前世界上最大的矿山突水

3、南非金南非金 刚萨金矿突水量大刚萨金矿突水量大5 5至至1010倍以上。造成经济损失倍以上。造成经济损失5 5亿亿 元以上。元以上。 按每人每天平均需水180升-190升，可用31.2年。 桶装饮用水19升。 7.2 矿井充水条件矿井充水条件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水文地质基本知识水文地质基本知识 7.3 矿井水文地质观测与涌水量预计矿井水文地质观测与涌水量预计 7.4 矿井水害防治技术与方法矿井水害防治技术与方法 7.1.1 7.1.1 地球上水的循环地球上水的循环 v 自然界中自然界中水的组成水的组成：海水（咸水），淡水（冰川、河湖和地下：海水（咸水

4、），淡水（冰川、河湖和地下 水）。水）。 v 自然界中大气水、地表水和地下水是统一水体，它们之间存在自然界中大气水、地表水和地下水是统一水体，它们之间存在 着内在联系和不断相互转化的循环过程。着内在联系和不断相互转化的循环过程。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.1 地球上水的循环 v 水的循环可分为大循环和小循环。水的循环可分为大循环和小循环。 v 水的大循环，又称外循环。水的大循环，又称外循环。 它是指在全球范围内水分从海洋表面蒸

5、发，上升的它是指在全球范围内水分从海洋表面蒸发，上升的 水汽随气流运移到陆地上空、凝结成雨点降落到陆水汽随气流运移到陆地上空、凝结成雨点降落到陆 地表面，又以地表或地下径流的形式，最终流归海地表面，又以地表或地下径流的形式，最终流归海 洋中，再度受到蒸发。洋中，再度受到蒸发。 水在海洋和陆地之间，既整个地球范围内的循环水在海洋和陆地之间，既整个地球范围内的循环 v 水的小循环，又称内循环。水的小循环，又称内循环。 它是指水从海洋表面蒸发，又降落到海洋表面；或它是指水从海洋表面蒸发，又降落到海洋表面；或 者水从陆地上的湖泊表面、河流表面、地表、植物者水从陆地上的湖泊表面、河流表面、地表、植物 叶

6、面蒸发，又降落在陆地上。叶面蒸发，又降落在陆地上。 水在海洋或陆地各自范围内的循环水在海洋或陆地各自范围内的循环 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 自然界水的循环示意图自然界水的循环示意图 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 水循环意义 a.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。 b.使大气降水、地表水、地下水、土壤水之间相互转化， 使水资源形成不断更新的

7、统一系统。 7.1.2 7.1.2 地下水的概念地下水的概念 7.1.2.1 7.1.2.1 地下水形式地下水形式 n地下水是指埋藏在地表以下、储存在岩石空隙中的地下水是指埋藏在地表以下、储存在岩石空隙中的 水。水。 它主要以气态水、固态水、液态水和结合水等几种它主要以气态水、固态水、液态水和结合水等几种 形式存在。形式存在。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.2 7.1.2 地下水的概念地下水的概念 7.1.2.1 7.1.2.1 地下水形式地下水形式 n地下水是指埋藏在地表以下、储存在岩石空隙中的水。地下水是指埋藏在地表以

8、下、储存在岩石空隙中的水。 它主要以气态水、固态水、液态水和结合水等几种形式存在它主要以气态水、固态水、液态水和结合水等几种形式存在 于岩石的空隙中。于岩石的空隙中。 1.1.气态水即水蒸气气态水即水蒸气 2.2.固态水固态水 3.3.液态水包括毛细水和重力水液态水包括毛细水和重力水 n（1 1）毛细水由毛细力的作用而充满于岩石毛细空隙中的）毛细水由毛细力的作用而充满于岩石毛细空隙中的 水。它能作垂直方向的运动，有条件地传递静水压力，能水。它能作垂直方向的运动，有条件地传递静水压力，能 被植物吸收。被植物吸收。 按其形成特点，可分为支持毛细水，悬挂毛细水和孔角毛细按其形成特点，可分为支持毛细水

9、，悬挂毛细水和孔角毛细 水。水。 n（2 2）重力水岩土中在重力作用下能自由运动的地下水。）重力水岩土中在重力作用下能自由运动的地下水。 它能传递静水压力，有溶解能力，易于流动。可以被植物它能传递静水压力，有溶解能力，易于流动。可以被植物 吸收和被人类利用。吸收和被人类利用。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 4.4.结合水分为强结合水和弱结合水结合水分为强结合水和弱结合水 n（1 1）强结合水又称吸着水。由静电引力作用紧密吸附于岩石）强结合水又称吸着水。由静电引力作用紧密吸附于岩石 颗粒及裂隙表面的水分子，其厚度相当于几个到几百个水

10、分颗粒及裂隙表面的水分子，其厚度相当于几个到几百个水分 子厚度。子厚度。 n（2 2）弱结合水又称薄膜水。位于强结合水外层的水分子，其）弱结合水又称薄膜水。位于强结合水外层的水分子，其 厚度从几十到几千个水分子厚。厚度从几十到几千个水分子厚。 n无论是强结合水还是弱结合水，其在岩石中的数量都是微不无论是强结合水还是弱结合水，其在岩石中的数量都是微不 足道的，因此，对矿井生产无影响，研究它们的实际意义不足道的，因此，对矿井生产无影响，研究它们的实际意义不 大。大。 5.5.矿物中的水矿物中的水 n存在于矿物结晶内部及其间，即沸石水、结晶水及结构水。存在于矿物结晶内部及其间，即沸石水、结晶水及结构

11、水。 它们一般来说是不能被利用的。它们一般来说是不能被利用的。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.2.2 地下水的垂向分布地下水的垂向分布 地下水面以上范围称为地下水面以上范围称为包包 气带气带，地下水面以下称为，地下水面以下称为 饱水带饱水带。 7.1.3 7.1.3 地下水的赋存地下水的赋存 7.1.3.1 7.1.3.1 岩石中的空隙岩

12、石中的空隙 n岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。 n岩石中的空隙，根据其成因和后期所受营力作用程度，岩石中的空隙，根据其成因和后期所受营力作用程度， 分为分为孔隙、裂隙和喀斯特孔隙、裂隙和喀斯特。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 孔隙孔隙：松松 散沉积物散沉积物 是由大小是由大小 不等的颗不等的颗 粒组成的，粒组成的， 颗粒间普颗粒间普 遍存在着遍存在着 孔隙孔隙 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识

13、 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 裂隙裂隙： 应力作应力作 用下岩用下岩 石破裂石破裂 产生的产生的 裂缝裂缝 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 溶隙溶隙：溶 隙是可溶 岩（如石 灰岩）在 地下水流 长期溶蚀 下形成的 空隙 1234 5678 1分选良好、排列疏松的砂；2分选良好、排列紧密的砂； 3分选不良、含泥砂的砾石；4经过部分胶结的砂岩； 5具有结构性孔隙的黏土；6经过压缩的黏土； 7具有裂隙的岩石；8具有溶隙及洞穴的可溶岩 岩石中各种空隙（据王大纯等，1995） 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识

14、7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.3.2 7.1.3.2 含水层与隔水层含水层与隔水层 1 1透水层与弱透水层、含水层与隔水层的概念透水层与弱透水层、含水层与隔水层的概念 1 1）透水层与弱透水层）透水层与弱透水层 （1 1）透水层透水层重力水能够透过的土层或岩层。重力水能够透过的土层或岩层。 （2 2）弱透水层允许地下水以极小速度流动的弱导水岩层。）弱透水层允许地下水以极小速度流动的弱导水岩层。 2 2）含水层与隔水层）含水层与隔水层 （1 1）含水层含水层地下水面以下饱水的透水层（上部未饱水的地下水面以下饱水的透水层（上部未饱水的 部分则是透水但不含水的岩层。）

15、水文地质研究的主部分则是透水但不含水的岩层。）水文地质研究的主 要对象。要对象。 构成含水层的条件是：构成含水层的条件是： 土层或岩层有贮存重力水的空隙；土层或岩层有贮存重力水的空隙； 下伏有隔水层。下伏有隔水层。 （2 2）隔水层隔水层重力水不能透过的土层或岩层，如黏土、致重力水不能透过的土层或岩层，如黏土、致 密完整的页岩、火成岩、变质岩等。密完整的页岩、火成岩、变质岩等。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 透水层；含水层；地下水面 含水层与透水层 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质

16、与水害防治 3.3.含水层的富水性分级含水层的富水性分级 含水层的出水能力称为富水性，一般以规定某一口径井孔的最含水层的出水能力称为富水性，一般以规定某一口径井孔的最 大涌水量来表示。大涌水量来表示。 含水层的富水性有强弱之分。含水丰富的含水层，称为强含含水层的富水性有强弱之分。含水丰富的含水层，称为强含 水层；含水性较差的含水层，称为弱含水层。水层；含水性较差的含水层，称为弱含水层。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 含水层富水性等级按钻孔单位涌水量q/（ls-1m-1） 富水性极弱的0.01 弱富水性0.010.1 中等富水性0.

17、11.0 强富水性1.05.0 极强富水性5.0 含水层富水性的划分 注：钻孔单位涌水量以口径91mm，抽水水位降深10m为准。若口径、降深与上 述不符时，应进行换算再比较富水性。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.4 地下水的分类 7.1.4.1 地下水的综合分类 n我国在煤矿建设和生产过程中一般都采用按 地下水埋藏条件和含水层性质的综合分类。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 按埋藏条件 按含水层空隙性质 孔隙水（松散沉积物孔 隙中的水） 裂隙水（坚硬岩石裂隙 中

18、的水） 喀斯特水（喀斯特 化岩石中的水） 包 气 带 上层滞水 包气带中局部隔水层以 上季节性存在的水。广 义上也包括包气带中其 它形式的水，如土壤水 岩石风化层中季节性存 在的水。区域地下水位 以上局部隔水层上的季 节性存在的水 喀斯特化岩石垂直 渗入带中季节性存 在的水 饱 水 带 潜水 各种成因类型松散沉积 物中的水。当十分接近 或成片出露地表时成为 沼泽水。沙漠及滨海沙 丘中的水 坚硬岩石上部风化裂隙 和构造裂隙中的水。 裸露喀斯特化岩层 中的水 承压水 由松散沉积物构成的自 流盆地和单斜山前平原 中的水，以及平原的深 部水 构造盆地、向斜或单斜 构造中层状裂隙岩层中 的水。构造破碎带

19、中的 水，以及独立裂隙系统 中的脉状水 构造盆地、向斜或 单斜构造中喀斯特 化岩层中的水 地下水的综合分类 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.4.2 7.1.4.2 按地下水的埋藏条件分类按地下水的埋藏条件分类 n地下水按埋藏条件，可分为上层滞水、潜水和承地下水按埋藏条件，可分为上层滞水、潜水和承 压水压水3 3种类型。种类型。 1.1.上层滞水上层滞水指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔 水层上的重力水。水层上的重力水。 2.2.潜水潜水指埋藏在地表指埋藏在地表 以下、第一个稳定隔以下、第一个

20、稳定隔 水层以上，且具有自水层以上，且具有自 由水面的重力水。由水面的重力水。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 潜水的自由水面称为潜水的自由水面称为潜水潜水 面面。地表至潜水面的垂。地表至潜水面的垂 距，称为距，称为潜水埋藏深度潜水埋藏深度。 潜水面至其底板隔水层潜水面至其底板隔水层 顶面之间的距离，称为顶面之间的距离，称为 潜水含水层厚度潜水含水层厚度。潜水。潜水 面上任一点的标高，称面上任一点的标高，称 为为潜水位潜水位。 潜水面的形状可用等水位潜水面的形状可用等水位 线图来表示。线图来表示。 7.1 水 文 地 质 基 本 知

21、 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 包气带；包气带；饱水带；饱水带；aa地面；地面；bb潜水面；潜水面； cc隔水层顶面；隔水层顶面；oo基准面；基准面；h1潜水埋藏深度；潜水埋藏深度； h2含水层厚度；含水层厚度；h潜水位潜水位 上层滞水和潜水示意图上层滞水和潜水示意图 n根据潜水面等高线图可解决一些实际问题，如根据潜水面等高线图可解决一些实际问题，如确定潜水确定潜水 的流向的流向垂直等水位线由高水位流向低水位，确定垂直等水位线由高水位流向低水位，确定潜潜 水的水力坡度水的水力坡度任意两条等水位线的水位差与相应等任意两条等水位线的水位差与相应等 水位线间流长的平距之比

22、（即潜水面坡度两等水位线水位线间流长的平距之比（即潜水面坡度两等水位线 的水位差两等水位线间的平距），的水位差两等水位线间的平距），确定地表水与潜水确定地表水与潜水 的相互补给关系，确定潜水埋藏深度的相互补给关系，确定潜水埋藏深度（将地形等高线和（将地形等高线和 等水位线绘于同一图纸或两图叠置，各点标高与相应点等水位线绘于同一图纸或两图叠置，各点标高与相应点 的水位之差，即为该点潜水埋藏深度），确定引水和排的水位之差，即为该点潜水埋藏深度），确定引水和排 水工程的位置等。水工程的位置等。 n对于许多煤矿来说，潜水是矿坑充水的重要水源之一，对于许多煤矿来说，潜水是矿坑充水的重要水源之一， 必须引

23、起重视。必须引起重视。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 1等水位线；2水流方向 地表水（河流）与潜水间的补给关系示意图 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 潜水的特征：潜水的特征： a a）潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗）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；入补给； b b）潜水面不承受静水压力；）潜水面不承受静水压力； c 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 d）潜水的埋深因地而异，与水位、

24、水量变化有关。）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 3.3.充满于上、下两个相对稳定隔水层之间的含水层中，对充满于上、下两个相对稳定隔水层之间的含水层中，对 顶板产生静水压力的地下水，称为顶板产生静水压力的地下水，称为承压水承压水。 n最适宜承压水形成的构造形式有向斜和单斜。最适宜承压水形成的构造形式有向斜和单斜。 n储存承压水的向斜构造，在水文地质学上通常称为承压储存承压水的向斜构造，在水文地质学上通常称为承压 水盆地或自流盆地。自流盆地按其水文地质特征可分为水盆地或自流盆地。自流盆地按其水

25、文地质特征可分为 补给区、承压区及排泄区补给区、承压区及排泄区3 3部分。部分。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 补给区补给区：指大气降水和地表水直接补给自流水的部位。：指大气降水和地表水直接补给自流水的部位。 承压区承压区：指含水层上方具有隔水层的地段。：指含水层上方具有隔水层的地段。 排泄区排泄区：指水位低于补给区水位，自流水流出的地区。：指水

26、位低于补给区水位，自流水流出的地区。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 n储存承压水的单斜构造，称承压水斜地或自流斜地。储存承压水的单斜构造，称承压水斜地或自流斜地。 n承压水含水层的水面特征，可用等水压线图来描述。承压水含水层的水面特征，可用等水压线图来描述。 n根据等水压线图可以测定根据等水压线图可以测定承压水的流向、水力坡度及每承压水的流向、水力坡度及每 一点的承压水位，判定各承压含水层之间以及与潜水的一点的承压水位，判定各承压含水层之

27、间以及与潜水的 相互补给关系，相互补给关系，为矿井疏干降压提供资料。为矿井疏干降压提供资料。 n地下水过大，就会使大量地下水流入井下，甚至造成淹地下水过大，就会使大量地下水流入井下，甚至造成淹 井事故，必须引起高度重视。井事故，必须引起高度重视。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 承 压承 压 水水 与与 潜 水潜 水 之 间之 间 的 补的 补 给 关给 关 系系 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水

28、文地质与水害防治 承压水的特征： 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 7.1.4.3 7.1.4.3 按含水介质性质分类按含水介质性质分类 n地下水按含水介质性质（空隙类型），可分为孔隙水、地下水按含水介质性质（空隙类型），可分为孔隙水、 裂隙水和喀斯特水三种类型。裂隙水和喀斯特水三种类型。 1.1.孔隙水存在于岩层孔隙中的重力水。孔隙水存在于岩层孔

29、隙中的重力水。 2.2.裂隙水存在于岩层裂隙中的重力水。分为风化裂隙水、裂隙水存在于岩层裂隙中的重力水。分为风化裂隙水、 成岩裂隙水和构造裂隙水成岩裂隙水和构造裂隙水3 3类。类。 3.3.喀斯特水存在于可溶性岩层的溶蚀空隙（如溶洞、溶喀斯特水存在于可溶性岩层的溶蚀空隙（如溶洞、溶 隙、溶孔等）中的重力水。隙、溶孔等）中的重力水。 n在喀斯特化岩石中的地下水，可以是潜水，也可以是在喀斯特化岩石中的地下水，可以是潜水，也可以是 承压水。一般在裸露的石灰岩分布区的喀斯特水，主承压水。一般在裸露的石灰岩分布区的喀斯特水，主 要是潜水；当喀斯特化岩层为其它岩层所覆盖时，喀要是潜水；当喀斯特化岩层为其它

30、岩层所覆盖时，喀 斯特潜水可转变为喀斯特承压水。斯特潜水可转变为喀斯特承压水。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 喀斯特水一般水量大、水质好，可作大型供水水源，喀斯特水一般水量大、水质好，可作大型供水水源， 但喀斯特水对煤矿生产安全构成严重威胁，尤其但喀斯特水对煤矿生产安全构成严重威胁，尤其 喀斯特化岩层厚度巨大时，如华北的奥陶纪灰岩、喀斯特化岩层厚度巨大时，如华北的奥陶纪灰岩、 华南的长兴组及茅口组灰岩，其喀斯特水多是造华南的长兴组及茅口组灰岩，其喀斯特水多是造 成矿井重大水患的水源。成矿井重大水患的水源。 7.1 水 文 地 质

31、基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.5 7.1.5 地下水的性质地下水的性质 7.1.5.1 7.1.5.1 地下水的物理性质地下水的物理性质 n地下水的物理性质，包括温度、颜色、透明度、地下水的物理性质，包括温度、颜色、透明度、 气味、觉味、密度、导电性和放射性等。气味、觉味、密度、导电性和放射性等。 1.1.温度变化极大，有温度变化极大，有00以下至以下至100100以上的地下水。以上的地下水。 地下水温度的变化与自然地理条件、地质条件、地下水温度的变化与自然地理条件、地质条件、 水的埋藏深度有关。水的埋藏深度有关。 2.2.颜色取决于水的化学成分

32、及其悬浮物。颜色取决于水的化学成分及其悬浮物。 3.3.透明度取决于水中固体物质与胶体颗粒悬浮物的透明度取决于水中固体物质与胶体颗粒悬浮物的 含量。含量。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 4.4.气味取决于水中所含气体成分和有机物质。气味取决于水中所含气体成分和有机物质。 5.5.味道与水中含有某些盐分或气体成分有关。味道与水中含有某些盐分或气体成分有关。 6.6.密度取决于水中所溶解盐分的多少。密度取决于水中所溶解盐分的多少。 7.7.导电性取决于地下水中离子的含量。导电性取决于地下水中离子的含量。 8.8.放射性地下水中溶解有铀

33、、镭、氡气等时，可表现出放射性地下水中溶解有铀、镭、氡气等时，可表现出 放射性。放射性。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 类别类别非常冷的水非常冷的水 极冷的极冷的 水水 冷水冷水温水温水热水热水极热水极热水沸腾水沸腾水 温度温度/0044202037374242100100 水中存在物质水中存在物质硬水硬水低价铁低价铁 高价高价 铁铁 硫化氢硫化氢硫细菌硫细菌锰的化合物锰的化合物腐植酸盐腐植酸盐 水的颜色水的颜色浅蓝浅蓝灰蓝灰蓝黄褐黄褐翠绿翠绿红色红色暗红暗红暗黄或灰黑暗黄或灰黑 表7-4 地下水按温度分类表 表7-5 水中存在物

34、质与水的颜色的关系 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 分级分级野外鉴别特征野外鉴别特征 透明的透明的无悬浮物及胶体，无悬浮物及胶体，60cm水深可见水深可见3mm的粗线的粗线 微浊的微浊的有少量悬浮物，大于有少量悬浮物，大于30cm水深可见水深可见3mm的粗线的粗线 混浊的混浊的有较多的悬浮物，半透明状，小于有较多的悬浮物，半透明状，小于30cm水深可见水深可见3mm的粗线的粗线 极浊的极浊的有大量的悬浮物或胶体，似乳状，水深很小也不能清楚看见有大量的悬浮物或胶体，似乳状，水深很小也不能清楚看见3mm的粗线的粗线 表7-6 地下水透明

35、度的野外分级 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 等级等级程度程度说明说明 0无无没有任何气味没有任何气味 极微弱极微弱有经验分析者能觉察有经验分析者能觉察 弱弱注意辨别时，一般人能觉察注意辨别时，一般人能觉察 显著显著易于觉察，不加处理不能饮用易于觉察，不加处理不能饮用 强强气味引人注意，不能饮用气味引人注意，不能饮用 极强极强气味强烈扑鼻，不能饮用气味强烈扑鼻，不能饮用 表7-7 地下水气味的强度等级 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 表7-8 水中存在物质与味道的关系 7

36、.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 存在 物质 naclna2so4 mgso4 mgcl2 大量 有机 质 铁 盐 腐植 物 h2s与碳酸 气同时存在 co2及适量 ca（hco3）2 mg（hco3）2 味道咸味涩味苦味甜味 涩 味 沼泽 味 酸味可口 分级分级氡水中射气含量氡水中射气含量/埃曼埃曼镭水中镭的含量镭水中镭的含量/（gl-1） 强放射性水强放射性水30010-9 中等放射性水中等放射性水10030010-1010-9 弱放射性水弱放射性水3510010-1110-10 表7-9 地下水的放射性分级 7.1 水 文 地 质

37、 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.5.1 7.1.5.1 地下水的化学成分及其化学性质地下水的化学成分及其化学性质 1.1.地下水的化学成分地下水的化学成分 1 1）地下水中的主要离子成分）地下水中的主要离子成分 地下水中分布最广、含量较多的离子共有地下水中分布最广、含量较多的离子共有7 7种，即氯离种，即氯离 子（子（c1c1- -）、硫酸根离子（）、硫酸根离子（soso4 42- 2-）、重碳酸根离子）、重碳酸根离子 （hcohco3 3- -）、钠离子（）、钠离子（nana+ +）、钾离子（）、钾离子（k k+ +）、钙离）、钙离 子（子（c

38、aca2+ 2+）及镁离子（ ）及镁离子（mgmg2+ 2+）。 ）。 2 2）地下水中的主要气体成分）地下水中的主要气体成分 地下水中常见的气体成分有地下水中常见的气体成分有o o2 2、n n2 2、coco2 2、chch4 4及及h h2 2s s 等，尤以前等，尤以前3 3种为主。种为主。 3 3）地下水的其他成分）地下水的其他成分 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 2.2.地下水化学成分表示方法地下水化学成分表示方法 n1 1）库尔洛夫式）库尔洛夫式 n库尔洛夫式库尔洛夫式是用类似数学分式的形式来表示水的化学成是用类似数学

39、分式的形式来表示水的化学成 分的方法。它是将阴、阳离子分别在分子、分母位置上，分的方法。它是将阴、阳离子分别在分子、分母位置上， 按毫克当量百分数自大而小顺序排列，同时将原子由下按毫克当量百分数自大而小顺序排列，同时将原子由下 角移至上角。凡是含量小于角移至上角。凡是含量小于10%10%的离子不列入式中。分的离子不列入式中。分 式前端依次表示气体成分、微量成分的含量及水的总矿式前端依次表示气体成分、微量成分的含量及水的总矿 化度（以字母化度（以字母mm为代号，见后述），三者单位均为为代号，见后述），三者单位均为g/lg/l； 分式后端列出水温分式后端列出水温t t（摄氏度）与涌水量（摄氏度）与

40、涌水量d d（单位为（单位为g/lg/l），）， 如下式。如下式。 0 52 8 .276 .71 4 3 .148 .84 2 . 3 2 031. 0 3 07. 0 2 t cana socl mcosioh 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 n2 2）总矿化度）总矿化度 总矿化度表明水中含盐量的多少，即水的矿化程度，故又总矿化度表明水中含盐量的多少，即水的矿化程度，故又 简称为矿化度。简称为矿化度。 按矿化度的大小，可将地下水分为五类按矿化度的大小，可将地下水分为五类 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地

41、质与水害防治矿井水文地质与水害防治 名称名称矿化度矿化度/（gl-1） 淡水淡水 微咸水微咸水 咸水咸水 盐水盐水 卤水卤水 1 13 310 1050 50 表表7-10 7-10 地下水的矿化度分类表地下水的矿化度分类表 3 3）水的硬度）水的硬度 水的硬度通常分为总硬度，暂时硬度和永久硬度。水的硬度通常分为总硬度，暂时硬度和永久硬度。 （1 1）总硬度总硬度指水中指水中caca2+ 2+、 、mgmg2+ 2+的总含量。它是暂时硬 的总含量。它是暂时硬 度和永久硬度的总和。度和永久硬度的总和。 （2 2）暂时硬度暂时硬度将水加热煮沸后，形成碳酸盐沉淀的将水加热煮沸后，形成碳酸盐沉淀的 这

42、部分这部分caca2+ 2+、 、mgmg2+ 2+的浓度（标准术语称为碳酸盐钙镁 的浓度（标准术语称为碳酸盐钙镁 离子浓度）。离子浓度）。 （3 3）永久硬度永久硬度水煮沸后，不沉淀的仍以离子形式存水煮沸后，不沉淀的仍以离子形式存 在于水中的在于水中的caca2+ 2+、 、mgmg2+ 2+的浓度（标准术语称为非碳酸 的浓度（标准术语称为非碳酸 盐钙镁离子浓度）。盐钙镁离子浓度）。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 n硬度的表示方法很多，通常用的单位有德国度、硬度的表示方法很多，通常用的单位有德国度、 mol/lmol/l、mg/

43、lmg/l、meqmeq/l/l（毫克当量，已废止）。当（毫克当量，已废止）。当 前国家标准采用的硬度单位是换算成前国家标准采用的硬度单位是换算成cacocaco3 3时的总时的总 量，用量，用mg/lmg/l表示。表示。 n煤矿地区的老窑水和深层的地下水，一般有较高煤矿地区的老窑水和深层的地下水，一般有较高 的硬度，酸性岩浆岩和砂岩地区的水，一般硬度的硬度，酸性岩浆岩和砂岩地区的水，一般硬度 较低。较低。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 名称矿化度/（gl-1） 淡水 微咸水 咸水 盐水 卤水 1 13 310 1050 50 表

44、7-10 地下水的矿化度分类表 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 硬度单位mmol/l德国度 mg/l（以caco3 计） meq/l mmol/l15.6077100.0862 德国度0.17833117.8480.35665 mg/l（以caco3 计） 0.0099910.0560310.01998 meq/l0.52.803950.0431 表7-11 常用硬度单位之间的关系 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 水的 类型 硬度/ 水的 类型 硬度（以caco3计） /

45、（mgl-1） 德国度 （meql-1） （moll-1） 极软水4.21.525.29.04.5103550 表7-12 地下水的硬度分类表 注：按法定计量单位，水的化学单位已经不采用meq/l而采用mol/l。但关于库尔洛夫式及水 化学类型的划分仍然采用了meq/l,故本表暂用meq/l。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 3.3.地下水的化学性质地下水的化学性质 n1 1）地下水的酸碱性）地下水的酸碱性 n根据地下水中根据地下水中phph值的大小，将水分成值的大小，将水分成5 5级（表级（表7-137-13） n2 2）地下水的

46、侵蚀性）地下水的侵蚀性 n（1 1）碳酸侵蚀性）碳酸侵蚀性 n（2 2）硫酸盐侵蚀性）硫酸盐侵蚀性 n（3 3）镁化性侵蚀性）镁化性侵蚀性 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 n主要有溶滤及溶解作用、阳离子交替吸附作用、蒸发浓主要有溶滤及溶解作用、阳离子交替吸附作用、蒸发浓 缩作用、混和作用、脱碳作用和生物化学作用等缩作用、混和作用、脱碳作用和生物化学作用等6 6种。种。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 酸碱度ph值 强酸性水 弱酸性水 中性水 弱碱性水 强碱性水 5 5.06.4 6.58.0 8.110.0

47、 10.0 表7-13 地下水按ph值的分类 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.6 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 水力坡度（水水力坡度（水 力梯度）力梯度）：水：水 位差与渗透长位差与渗透长 度之比，以度之比，以i 表示，如：表示，如： l h i 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.6 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 1、层流运动的线性渗透定律：、层流运动的线性渗透定律： 层流运动层流运动是指地下水在较小的孔隙或裂隙中运动时，水是指地下水

48、在较小的孔隙或裂隙中运动时，水 流质点运动连续不断，流束相互平行而彼此不相混杂，流束流质点运动连续不断，流束相互平行而彼此不相混杂，流束 亦较小。亦较小。 地下水层流运动遵守地下水层流运动遵守达西定律达西定律，即：，即： ikv 式中：式中：v 渗透速度；渗透速度； k 渗透系数；渗透系数； i 水力坡度。水力坡度。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.1.6 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 2、紊流运动的非线性渗透定律：、紊流运动的非线性渗透定律： 紊流运动紊流运动是指地下水在岩石大的孔洞和裂隙中运动时，是指地下水在岩石

49、大的孔洞和裂隙中运动时， 水流质点连续不断的运动，但流束不平行而且彼此混杂，运水流质点连续不断的运动，但流束不平行而且彼此混杂，运 动速度大。动速度大。 地下水紊流运动哲才地下水紊流运动哲才克拉斯诺勃利斯基公式来表示，克拉斯诺勃利斯基公式来表示， 即：即： 2 1 kiikv 式中：式中：v 渗透速度；渗透速度； k 渗透系数；渗透系数； i 水力坡度。水力坡度。 7.1 水 文 地 质 基 本 知 识 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 v 矿井充水，是指矿井开采时，矿区范围内及其附近矿井充水，是指矿井开采时，矿区范围内及其附近 各种来源的水（大气降水、地表水、地下水及老巷

50、各种来源的水（大气降水、地表水、地下水及老巷 积水等），通过各种方式流入矿井的现象。积水等），通过各种方式流入矿井的现象。 v 矿井水矿井水: :采矿过程中流入矿井巷道的水。采矿过程中流入矿井巷道的水。 v 矿床（井）充水条件矿床（井）充水条件: :矿井水的形成条件（水源、矿井水的形成条件（水源、 通道、水量大小、动态变化、涌入特征等）。通道、水量大小、动态变化、涌入特征等）。 它既取决于矿区的自然地理、地质和水文地质条件，它既取决于矿区的自然地理、地质和水文地质条件， 也取决于矿井生产过程中采矿活动和矿井排水对矿也取决于矿井生产过程中采矿活动和矿井排水对矿 区天然水文地质条件的影响。区天然水

51、文地质条件的影响。 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.2.1 7.2.1 矿井充水水源及其影响因素矿井充水水源及其影响因素 7.2.1.1 7.2.1.1 矿井充水水源矿井充水水源 矿井充水水源指矿井水的来源。矿井充水水源主要为大矿井充水水源指矿井水的来源。矿井充水水源主要为大 气降水、地表水、地下水及老窑水。气降水、地表水、地下水及老窑水。 1.1.大气降水的渗入大气降水的渗入 大气降水是大多数矿井充水，尤其是开采地形低洼且埋大气降水是大多数矿井充水，尤其是开采地形低洼且埋 藏较浅的煤层的矿井充水的主要水源。藏较浅的煤层的矿井充水的主要

52、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。是露天矿的直接充水水源，是地下采煤的间接充水水源。 当大气降水为矿井主要充水水源时，矿井充水有如下规当大气降水为矿井主要充水水源时，矿井充水有如下规 律：律： （1 1）与降水特征有关）与降水特征有关 （2 2）与季节有关）与季节有关 （3 3）与开采深度有关）与开采深度有关 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 2.2.地表水的渗入地表水的渗入 n地表水能否进入井下，主要取决于巷道与水体的距离和地表水能否进入井下，主要取决于巷道与水体的距离和 水体与巷道之间的地层及构造，其次与所采用的开

53、采方水体与巷道之间的地层及构造，其次与所采用的开采方 法有关。法有关。 n地表水体包括江河、湖海、池沼、水库等。地表水体包括江河、湖海、池沼、水库等。 n以地表水为主要充水水源时，矿井充水有如下特点：以地表水为主要充水水源时，矿井充水有如下特点： （1 1）与距地表水体的距离有关）与距地表水体的距离有关 （2 2）与水体的大小有关）与水体的大小有关 （3 3）与地层的渗透性有关）与地层的渗透性有关 （4 4）与开采方式有关）与开采方式有关 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 2.2.地表水的渗入地表水的渗入 7.2 矿 井 充 水 条 件 7

54、7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 2007年8月17日，山东省新 汶地区突降暴雨，河水暴 涨，冲毁河堤，通过煤矿 废弃砂井，溃入新矿集团 矿井下，当时井下共有756 人，有584人安全升井， 172人下落不明。 3.3.地下水的渗入地下水的渗入 n在开采初期，流进矿井的地下水以静储量为在开采初期，流进矿井的地下水以静储量为 主（即疏干漏斗范围内的水量）；随着排水主（即疏干漏斗范围内的水量）；随着排水 时间的延长，时间的延长，静储量静储量不断被消耗，这时流进不断被消耗，这时流进 矿井中的地下水，以矿井中的地下水，以动储量动储量为主。为主。 n流进矿井的地下水，包括孔隙水、裂隙水和

55、流进矿井的地下水，包括孔隙水、裂隙水和 喀斯特水。喀斯特水。 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 4.4.老窑水的渗入老窑水的渗入 是早期或近期的采空区及废弃巷道，长期停止排水而是早期或近期的采空区及废弃巷道，长期停止排水而 积存的地下水。老窑水的特点：积存的地下水。老窑水的特点： 1 1）像地下水库，且浅部分布较多。）像地下水库，且浅部分布较多。 2 2）分布无规则，准确位置不易确定。）分布无规则，准确位置不易确定。 3 3）酸性大，多为强酸性水。）酸性大，

56、多为强酸性水。 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 4.4.老窑水的渗入老窑水的渗入 7.2.1.2 7.2.1.2 影响矿井充水的因素影响矿井充水的因素 1.1.覆盖层覆盖层 n地表水和大气降水能否渗入地下，以及渗入地下的数量地表水和大气降水能否渗入地下，以及渗入地下的数量 多少，与煤层上覆岩层的透水性及围岩的出露条件有着多少，与煤层上覆岩层的透水性及围岩的出露条件有着 直接的关系。直接的关系。 2.2.地形地形 n地形直接控制含水层出露部位和出露程度，控制大气降地形直接控制含水层出露部位和出露程度，控制大气降 水和地表水的汇集。因此，矿区的

57、地形特征直接关系到水和地表水的汇集。因此，矿区的地形特征直接关系到 矿井涌水量的大小和疏干的难易程度。矿井涌水量的大小和疏干的难易程度。 3.3.地质构造地质构造 n在矿区范围内，受构造体系控制的蓄水构造的类型和规在矿区范围内，受构造体系控制的蓄水构造的类型和规 模，决定着地下水的运动与汇集条件，因而也影响着矿模，决定着地下水的运动与汇集条件，因而也影响着矿 井涌水量的大小。井涌水量的大小。 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 就断层而言，除前面所讲断层面的力学性质不同，对矿井涌水量的就断层而言，除前面所讲断层面的力学性质不同，对矿井涌水量的

58、影响不相同外，同一构造体系不同部位对矿井涌水量的影响程度影响不相同外，同一构造体系不同部位对矿井涌水量的影响程度 也不同。也不同。 n（1 1）断层端点）断层端点 断层端点部位及其两侧的岩层裂隙发育，为地下水的运动及埋藏创断层端点部位及其两侧的岩层裂隙发育，为地下水的运动及埋藏创 造了良好的条件。造了良好的条件。 n（2 2）主干断裂与分支断裂交叉处）主干断裂与分支断裂交叉处 一个构造体系的主干断裂与分支断裂的交叉处，富水性较强，导水一个构造体系的主干断裂与分支断裂的交叉处，富水性较强，导水 性也好。性也好。 n（3 3）断层密度大的地段）断层密度大的地段 因该地段应力集中，造成岩层破碎，裂隙

59、发育，形成了地下水运因该地段应力集中，造成岩层破碎，裂隙发育，形成了地下水运 动和赋存的良好场所，一旦采掘工作面接近或通过此地段，易发动和赋存的良好场所，一旦采掘工作面接近或通过此地段，易发 生突水。生突水。 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 断层交叉点与突水点关系 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 地点演马王封朱村焦西韩王李村 断层数/km2 突水次数/次 0.34 1 0.83 2 1.5 4 3.0 6 3.1 6 3.7 9 表7-14 断层密度与突水的关系 7.2 矿 井 充 水

60、条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 断层上盘与突水点的关系 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 （4 4）断层上盘上盘形成的低序次断裂相应比下盘发育，故）断层上盘上盘形成的低序次断裂相应比下盘发育，故 上盘部位突水性强。上盘部位突水性强。 7.2 矿 井 充 水 条 件 7 7 矿井水文地质与水害防治矿井水文地质与水害防治 4.4.开采方法开采方法 矿井的开采方法，从目前来看，可以分为矿井的开采方法，从目前来看，可以分为2 2种基本方法种基本方法 ，即充填法与陷落法。，即充填法与陷落法。 充填法充填法：采矿后用废石将采