矿井水文地质及防治水

1、 矿井水文地质及水害防治矿井水文地质及水害防治 主讲人主讲人李兴照李兴照 本次分五节来讲：本次分五节来讲： 第一节第一节 矿井水文地质的基础知识矿井水文地质的基础知识 第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件 第三节第三节 矿井水害防治矿井水害防治 第四节第四节 地球物理勘探技术地球物理勘探技术 第五节第五节 煤矿常用的物探技术煤矿常用的物探技术 自然界中，水的存在形式有大气水、地表水和地 下水。存在于大气圈的水，称为大气水大气水。分布于 地表上的海、河湖、冰川中的水，称为地表水地表水； 埋藏于岩石空隙中的水称为地下水地下水。煤层周围岩 层（围岩）中蕴藏的地下水是复杂的自然系统， 他的形成条件、

2、赋存规律、物理性质、化学成分 和水动力特征等，与含水介质（岩石）和环境介 质（大气系统、地表水系统和人类工程系统）既 统一又互相制约。 第一第一 节节 地下水的基本知识地下水的基本知识 一、地下水的来源一、地下水的来源 各种起源的上，进入地壳岩石空隙中，并在其中 储存、运动和变化，则形成地下水。地下水是地 球上上循环的重要组成部分。 （一）地球上的水循环（一）地球上的水循环 自然界中的水（大气上、地表水和地下水）在太 阳辐射与地心引力的作用下，不断地运动循环， 往复交替着。 海洋是地球上水分的主要源地，在自然条件下， 地球上水的循环是从海洋蒸发开始，蒸发的水汽 进入大气圈，并被气流输送至各地，

3、一部分深入 内陆，一部分留在海洋上空，在适当条件下，凝 结而形成降水。 落在陆地表面的降水，除固体水分布区以外，一 部分沿地形坡度从高处向低处流动，汇入水的循 环是从海洋蒸发开始，蒸发的水汽进入大气圈， 并被气流输送至各地，一部分深入内陆，一部分 留在海洋上空，在适当条件下，凝结而形成降水。 河流，称为地表径流；另一部分渗入地下变为地 下水，在透上层中由水头高处向水头低处运动， 称为地下径流。地表径流和地下径流最后都汇入 海洋。这种从海洋出发最后又回到海洋，周而复 始的水分运动称为水循环。 从海洋大气陆地海洋的循环称为大循环； 从海洋大气海洋或者从陆地大气陆地的 循环称为小循环。 （二）地下水

4、的起源（二）地下水的起源 关于地下水的起源有多种学说，如渗入说（渗入 水）、凝结说（凝结水）、初生说（初生水）、 埋藏说（埋藏水）和脱出说（脱出水）。通常认 为，煤矿床地下水的起源主要是渗入水；分布于 沙漠、石漠和山区的矿井水，部分是凝结形成的 地下水。 1.渗入水渗入水。地表水和降雨融雪渗入地下形成地下 水，是普遍接受的观点。 2.凝结水凝结水。含水汽的空气进入地下以后与较冷的 岩石颗粒接触，即凝结于表面而成凝结水，由凝 结水不断地积聚而形成地下水。 二、水在岩石中的存在形式二、水在岩石中的存在形式 按物理性质和分布状态的不同，可将存在于岩石 空隙（孔隙、裂隙、岩溶等）中的水分为气体水、 液

5、体水（吸着水、薄膜水、毛细水和重力水）和 固体水等形式。 （一）气态水（一）气态水 气态水和空气一起分布于岩石的空隙中，其活动 性很大，但不能被植物吸收。即使在空气不移动 的情况下，气态水也可以从绝对湿度大的地方向 绝对湿度小的地方迁移，从而造成水在岩石中的 重新分配。 （二）液态水（二）液态水 液态水包括结合水、毛细水和重力水。其 中结合水有强结合水、弱结合水之分。 1、强结合水（也称吸着水）。岩石的颗粒 表面带有电荷，水分子又是偶极体。在静 电引力或分子引力的作用下，岩石颗粒表 面往往可以吸附水的分子，并形成一层极 薄的水层，这一部分水称为强结合水强结合水。 2、弱结合水（也称薄膜水）。在

6、强结合水 的外围继续吸附水分子，并形成一定厚度 的水膜，称为弱结合水弱结合水。 3、毛细水。含水介质中通常含有毛细空隙（直径 小于1mm的孔隙和宽度小于0.25mm的裂隙）， 由毛细力支持而充满于毛细空隙中的水，称为毛毛 细水细水。毛细水不仅受毛细力的作用，同时又受重 力的作用。 4、重力水。弱结合水的水膜厚度增大至分子引力 所不能控制时，在重力作用下，部分弱结合水将 脱离岩石颗粒的控制。在岩石空隙中自由运动的 这部分水，称为重力水重力水。平常从泉眼、水井、钻 孔及矿井巷道中流出的地下水，都是重力水。它 们不仅可以自由运动，也可以传递静水压力，并 且具有导电性。重力水是煤田水文地质学研究的 主

7、要对象。 （三）固态水（三）固态水 岩石中的水在温度低于0时，则变成固态水。冬季土壤 冻结，就是液态水变成固态水的缘故。 上述各种形式的水，在地壳表层分布有一定的规律性。例 如，在疏松岩石层中打井时，一开始似乎土石很干燥，其 实在这些土的空隙中和颗粒表面上已有气态水、强结合水 存在；继续向下挖时，土色变暗、潮湿度会增大，这是毛 细水出现的标志；再继续向下挖，井中会出现流动的液态 水，并逐渐汇集成一个稳定的地下水面，这些水即为重力 水。 在地下水面以上岩石的空隙中是没有重力水的，只有气态 水、结合水和毛细水的分布，这一范围称为包气带包气带，即岩 石空间未被水充满的地带。在地下水面以下，岩石的空隙

8、 被重力水充满的部分，称为饱和带饱和带。 三、地下水的基本类型及特征三、地下水的基本类型及特征 地下水分类的方法很多。按起源不同，可 将地下水分为渗入水、凝结水、初生水和 埋藏水等。按矿化度的不同，可分为淡水、 微咸水、咸水、盐水及卤水。此外，还可 以按地下水的温度、气体成分、运动性质 极其动态特征进行分类。 根据煤矿建设和生产的实际需要，对地下 水分类是按地下水的埋藏条件和含水岩体 空隙性质进行综合分类的。分为上层滞水、 潜水、承压水 （一）上层滞水（一）上层滞水 从赋存条件看，上层滞水是埋藏在包气带 中局部隔水层之上的重力水。由于它距地 表近，直接受降水补给，补给区与分布区 一致。季节性存

9、在，雨季出现，干旱季节 消失，其动态与气候、水文因素的变化密 切相关。因此分布范围有限，水量少，对 矿山的建设和生产几乎没有影响。 （二）潜水（二）潜水 1、潜水的特征。潜水是埋藏在地表以下第一个稳定隔水 层以上，具有自由水面的重力水。在自然界中，潜水一般 赋存于第四纪松散沉积物的空隙及坚硬岩层的风化裂隙、 溶洞内。 潜水的特征受其埋藏条件的影响，主要表现在三个方面： （1）潜水无隔水顶板，而有一个自由水面，称为潜水面。 （2）潜水面至隔水层之间充满重力水的部分，称为潜水潜水 含水层含水层。潜水面至隔水层的距离，称为潜水含水层厚度潜水含水层厚度。 潜水面向上至地表之间的距离，称为潜水的埋深潜水

10、的埋深。 （3）潜水在重力作用下，由高向低水位方向运动。潜水 的水量、水位、水质等变化与气象、水文因素的变化密切， 因此潜水的动态有明显的季节性特征。 2、潜水面的形状及其表示。 潜水面是一个自由表面，其形状可以是一个平面，也可以 是一个呈缓斜抛物线，其倾斜方向指向潜水水流的方向。 平面状的潜水面在自然界中是少见的，常见的是倾斜或缓 倾斜潜水面。潜水面的起伏通常与地形一致，但潜水面的 坡度一般小于地形坡度。排泄条件好的，潜水面坡降大； 反之则小。 潜水面的变化与含水层的透水性和厚度变化有一定的关系。 当含水层的透水性由弱增强或厚度由小增大时，潜水面的 坡度由陡变缓；反之，则由缓变陡。雨季由于降

11、水的渗入， 潜水面升高；干旱季节因缺乏补给来源，潜水面则下降。 洪水期间由于河流水位猛涨，当河流水位高于潜水水位时， 即产生河水补给潜水现象。人工浇灌、排水，对潜水面变 化的影响也很明显。 总之，潜水面是一个随时间变化而不断变化的自由水面。 为了反应潜水面的形状及特征，通常用水文地质剖面图和 等水位线图来表示。 （三）承压水（三）承压水 1、承压水的特征。承压水是充满于两个稳定隔水 层之间的含水层中的重力水。凡是具备上述埋藏 条件的孔隙水、裂隙水和岩溶水等，都可称为承承 压水压水。其基本特征为： （1）由于承压水受上下隔水层限制并充满于含水 层之间，因而承受静水压力。当所承受的静水压 力较大，

12、且地形条件也适合时，即可喷出地表而 自流。 （2）由于承压水有隔水的顶板存在，因此大气降 水和地表水只能通过承压水的补给区进行补给， 造成补给区与分布区不一致。 （3）由于承压水受隔水层限制，它与大气圈、地 表水圈的联系较弱，因此，气象、水文因素的变 化对承压水的影响较小，常表现出较稳定的状态。 2、承压水的形成与地质构造条件的关系 从赋存条件看，承压水的形成主要取决于地质构造。最适 合形成承压水的地质构造为向斜构造和单斜构造。向斜构 造称为承压水盆地（自流盆地承压水盆地（自流盆地）；单斜构造称为承压水承压水 斜地（自流斜地）。斜地（自流斜地）。 1）承压水盆地承压水盆地 按照水文地质特征，承

13、压水盆地由补给区、承压区和排泄 区三个部分组成。 在盆地四周位置较高处，含水层出露的范围称为补给区。 它直接接受大气降水或地表水的补给，迳流条件好，不承 受静水压力，为无压区。因此，在承压区当有钻孔或水井 揭穿承压水含水层的顶板后，承压水便涌入孔内，并继续 上升到一定高度后稳定下来，此时的水位，称为静止水静止水 位或测压水位。位或测压水位。从静止水位到隔水顶板面的垂直距离， 称为承压水头。承压水头。隔水顶、底板之间的垂直距离称为含水含水 层厚度。层厚度。 盆地的低洼处通常是排泄区的分布范围，在该区 范围内，承压水通过泉或其他方式排出。承压水 有两种排泄方式：一种是承压水沿隔水顶板被切 割的导水

14、断层排泄，该承压水盆地属于开放型自 流盆地；另一种是在含水层完全封闭的情况下， 承压水只能通过上覆弱透水性的隔水层或天窗以 越流方式进行缓慢排泄，该盆地属于封闭性自流 盆地。 在向斜构造的承压水盆地中，往往存在多个承压 含水层，每个含水层又有各自的补给区、承压区 和排泄区。承压水盆地有顺地形与反地形的例子 类型。前者，地形与构造一致；后者，地形与构 造不一致。不论何种类型，测压水位高的含水层 都会通过越流或钻孔、断裂带补给测压水位低的 含水层。 2）承压水斜地 通常有两种类型，一种是断块构造形成的承压水 斜地，其含水层的上部出露地表，成为补给区， 下部为断层所切。若断层不导水，当补给水量超 过

15、含水层所能容纳的水量时，地下水就要通过补 给区的较低部位进行排泄，造成补给区与排泄区 一致或相邻的情形；若断层导水，则地下水可以 通过断层排泄。另一种是由含水层岩性发生相变 或受各种侵入体阻挡而形成的承压水斜地，含水 层上部出露地表，下部尖灭或突变，地下水只能 通过补给区进行排泄。 3.承压水测压水位面的表示 反映承压水测压水位面特征的基本图件是等水压 线图，也称承压水测压水位等高线图，它是根据 承压水面上测压水位标高相同点的连线绘制而成。 根据等水位线图，可以解决以下四个问题： （1）确定承压水的流向、水头梯度。承压水的运 动方向垂直等水位线，由高水位向低水位方向运 动。等水位线越密，水头梯

16、度越大。 （2）判断含水层岩性和厚度的变化。 （3）确定承压水的埋深和承压水头值。 （4）确定潜水与承压水的水力联系。 （四）孔隙水（四）孔隙水 第四纪和部分第三纪沉积物及坚硬基岩的风 化壳，通常较为疏松，赋存于这些疏松岩层 孔隙中的地下水，称为孔隙水。 孔隙水因埋藏条件不同，则有上层滞水、潜 水和承压水之分，分别称为孔隙上层滞水、 孔隙滞水、孔隙承压水。孔隙水的存在 条件和特征，取决于岩层的孔隙情况。由于 孔隙水的分布及其形成规律直接与疏松岩层 的形成条件有关，因此不同成因的疏松岩层， 其中的孔隙水往往具有不同的分布规律和形 成特征。重点介绍矿区最常见的两种孔隙水。 1、洪积物中的孔隙水 山

17、洪形成的沉积物称为洪积物洪积物，多分布于山前平 原和山间盆地，呈扇形，故又称洪洪 2、冲击物中的孔隙水 河流冲击作用形成的冲击物，通常由黏土、亚砂 土及砂砾组成，岩性无论在水平或垂直方向上均 有很大的变化。在河流的不同地段，冲击物的分 布不一样，其水文地质特征各有不同。 河流上游以冲刷为主，冲击物一般不发育，河谷深切且常 常成为排泄地下水的通道。 中游地段，河流两岸发育着阶地，岩性上细下粗，上部为 亚黏土、亚砂土；下部为砂砾层，透水性好，富水性强， 局部具有承压性质。 下游以沉积为主，冲击物多形成宽广的平原或三角洲，其 岩性在垂直河谷方向上呈有规律的带状分布。距离河谷近 处为细砂、粉砂，距离河

18、谷远处，依次为砂土、亚砂土、 亚粘土及黏土。在垂直方向上，不同岩性的沉积物成透镜 体互相交错，组成统一的含水层。地下水面坡度平缓，迳 流条件差，埋藏深度浅。 地下水在垂直河谷方向上的变化规律是：地下水面坡度自 分水岭向河谷变缓，迳流变弱，埋藏深度变浅，蒸发作用 加强，水的矿化度增大。 （五）裂隙水（五）裂隙水 赋存于基岩裂隙中的地下水，称为裂隙水裂隙水。根据 裂隙的成因，可将裂隙水划分为风化裂隙水、成 岩裂隙水和构造裂隙水三种类型；按含水裂隙的 产状，又分为层状裂隙水和脉状裂隙水；按其埋 藏条件，还可分为裂隙潜水和裂隙承压水。 1、风化裂隙水。 风化裂隙水是赋存于裸露基岩表层风化带中的地 下水

19、，大都为潜水。只有在基岩风化带上部为新 的沉积物所覆盖时，才可能出现承压水。风化裂 隙水属于层状水，一般具有统一的水动力系统和 统一的水面。由于风化裂隙的发育随深度的增加 而减弱，所以含水层的厚度通常是以下部新鲜基 岩为其下限。 2、成岩裂隙水。是赋存于喷发岩的裂隙中，并呈 层状分布的地下水。当其出露地表接受大气降水 补给时，多形成潜水。其特点与风化裂隙中的潜 水相似。虽分布有限，但富水性往往较强，裂隙 不随深度减弱。在沉积岩地区，成岩裂隙水主要 分布于性质较为脆硬的砂岩和砾岩层中，水量大 小相差悬殊。 3、构造裂隙水。通常赋存于坚脆的岩石和变质很 深的岩石、背斜挠曲的轴部、大断裂带和横断层

20、附近等构造裂隙发育处。其发育程度很大程度上 受岩性、变质程度及所处的构造部位等因素的控 制。在同一地区的不同地点，裂隙水的水量、水 位可有很大的差别。 4、层状裂隙水。是赋存于层状岩石的风化 裂隙、成岩裂隙和区域构造裂隙中的地下 水，呈层状分布。含水层的分布与一定层 位裂隙发育的岩层相一致，且常与裂隙不 发育的隔水岩层互层。 5、脉状裂隙水。是赋存于构造断裂带、侵 入岩体与围岩接触带中的地下水，沿断裂 带呈带状或脉状分布，长度和深度远比宽 度大，且具有一定的方向性。既可以形成 潜水，也可以形成承压水。含水层的形态 不受岩层界面的限制，可以穿越不同层位 和不同性质的岩层或岩体。 （六）岩溶水（六

21、）岩溶水 储存和运动于可溶岩中的溶蚀裂隙、溶洞和溶蚀 通道中的地下水，称为岩溶水岩溶水。岩溶水在运动过 程中，不断地与可溶性岩石（碳酸盐、硫酸盐和 卤化物类岩石）发生溶蚀和冲蚀作用，从而不断 地改变着自己的赋存和运动条件。因而，岩溶水 不仅是一种具有独特性质的地下水，同时也是一 种地质营力。岩石的可溶性及透水性、水的侵蚀 性及流动性是岩溶形成的基本条件。 第二节第二节 矿井充水条件矿井充水条件 采矿过程中，一方面揭露破坏了含水层、隔水层 和导水断层，另一方面引起围岩岩层移动和地表 塌陷，从而产生地下水或地表水向煤矿井下涌水 的现象，称为矿井充水。矿井充水。 矿井充水补给的来源，称为充水来源充水

22、来源。 水流入矿井的通道，称为充水通道充水通道。 充水来源和充水通道构成了矿井的充水条件。 在影响矿井充水条件的一系列因素中，开采方式、 回采方法等在一定程度上起着控制作用。 一、回采对矿井充水条件的影响一、回采对矿井充水条件的影响 井巷工程系统形成和回采工作面布置后，采煤方 法和顶板管理的方法，对矿井充水影响很大。采 用不同的顶板管理方法（如塌落法和充填法）， 对围岩破坏程度是很不相同的。 （一）采动引起的围岩破坏特征（一）采动引起的围岩破坏特征 采掘活动会造成围岩变形、破坏，并导致一系列 矿山压力现象的发生。工作面的不断推进，使煤 层顶板处于持续不断的移动变形和破坏之中。通 常，顶板下沉开

23、始于工作面前方40m左右，底板 开始移动是始于工作面前方35m左右，因此在工 作面前后围岩中形成两个典型的矿山压力破坏的 移变带。 回采工作面前方为增压区（支承压力带）， 回采工作面后方采空区为减压区（卸荷 带）。通常在增压区造成围岩挤压变形和 破坏。工作面推过以后，支承压力带逐步 转化为采空区，围岩所受的应力比回采前 要小得多，由强烈的挤压破坏状态变为卸 荷释放状态，产生卸荷裂隙和构造应力释 放裂隙。当工作面推过约12m27m范围时， 顶板岩层急剧下沉，在上覆岩层中产生了 破坏程度不同的三个区域，即所谓的“三 带”冒落带、裂隙带和弯曲带。 （1）冒落带。靠近采空区的岩层破坏带， 破碎的岩块杂

24、乱无章地堆积，岩块间空隙 多而大，为散体块状结构，透水性强。 （2）裂隙带。冒落带上方的岩层破裂带， 断裂既可垂直层面产生，也可顺层裂开， 呈排列整齐的岩块，为层体块状结构。裂 隙连通性好，导水性强。 （3）弯曲带。裂隙带上方的岩层整体弯曲 下沉带，该带裂隙不发育，在地表形成塌 陷盆地，塌陷盆地的边缘往往产生楔形张 开裂隙，一般深度3m10m。 除顶板“三带”出现外，支承压力变化对底板岩 层也有破坏作用。煤层开采后，工作面前后支承 压力引起的底板岩层内的等值应力分布情况是， 在增压区，当作用力超过岩层的强度时，岩层产 生变形破坏，阻隔地下水能力降低。采空区底板 岩层原岩应力得到释放，引起岩体膨

25、胀，当其发 展超过弹性限度时，便会发生破裂。采空区底板 的这种破裂，称为卸荷裂隙卸荷裂隙。底板破坏也应出现 类似于底板“三带”的现象。既破坏带、完整带 和原始导高带。 （二）回采引起的矿井水文地质条件的变（二）回采引起的矿井水文地质条件的变 化化 （1）在开采情况下，围岩会产生冒落、裂 隙和弯曲下沉。冒落带和裂隙带内岩层强 度低，阻隔性能大大减弱，透水性强。其 一旦连通周围水体，将会造成矿井水害。 岩层因弯曲下沉可形成塌陷盆地，而发育 于盆地边缘的一系列的裂隙，将使大气降 水和地表水与矿井充水动态的连系更为密 切。 （2）开采引起的围岩变形与破坏，必然造成井田 水文地质结构和条件的变化，增强岩

26、层的透水性， 引进新水源。因而，开采活动会使矿井充水水源 和充水通道增多增强。 （3）采动引起的底板破坏而造成的底板含水层向 矿井充水，称为底板涌水，底板涌水，大者称为“底板突底板突 水水”。随开拓采掘的延伸，矿井底板突水的威胁 日趋严重。 （4）采掘引起的矿井涌水规律，通常是初期涌水 量由小变大，经过一定时间后，涌水量由大变小。 若涌水主要来源于静储量，补给水源不足时，涌 水便逐渐消失；若涌水主要来源于补给量，补给 水源充足时，则逐渐趋于一个稳定涌水量。 二、充水水源及其影响因素二、充水水源及其影响因素 大气降水、地表水、含水层（带）水和老窑水 （采空区积水）均可能成为矿井充水水源。一些 矿

27、井在疏降矿井水的过程中，可能引进新的水源， 称为袭夺水源称为袭夺水源。矿井充水水源分为直接和间接两 种充水水源。在采掘过程中，充水水源的水直接 向矿井充水的称为直接充水水源称为直接充水水源。它的富水性和 导水性对矿井涌水量大小起主导作用。间接充水 水源则是需要经过一定渗透途径才能与矿井或直 接充水含水层发生密切水力联系的水源，这种途 径包括构造裂隙带、隔水层变薄或缺失的地段、 采动导水裂隙带等。间接充水水源富水性、导水 性、补给条件对矿井涌水的时间和涌水量变化幅 度有重要影响。 （一）大气降水（一）大气降水 对于地下开采矿井，大气降水是通过补给充水含水层构成 矿井的间接充水水源。 大气降水对矿

28、井的充水强度，取决于年降水量、降水性质 和矿区地形、煤层埋藏深度及上覆岩层的透水性等因素。 1、年降水量大小与矿井涌水量的季节性变化 我国南北降水量相差很大，但大气降水是矿井充水的主要 因素。晋城地区降水多集中在7、8、9三个月。 降水量的季节性变化，使得矿井涌水量也有相应的干、雨 季规律变化。根据多年涌水量观测结果，可求出矿井涌水 量季节变化系数（n），即 ： 年涌水量最大值/年涌 水量最小值 季节变化系数反映了矿井涌水量的变化程度。影响季节变 化系数的因素，除降水量大小和降水强度外，还有煤层埋 藏深度、覆盖层厚度、岩石透水性以及开采方法等因素。 2、降水性质及矿井地形对矿井涌水量的影响 一

29、般情况下，降水性质对地表水渗入量影响较大。 暴雨不利于大气降水的补给。但对于坐落于裸露 岩溶山区的煤矿，地表岩溶十分发育，吸收降水 量最大，暴雨往往对矿井涌水量产生极大影响， 造成威胁最大。 矿区地形直接决定矿井水的汇集条件和排泄条件。 分布于山区分水岭或斜坡地带的矿井，由于所处 位置高于当地最低排水基准面，充水水源只有降 水渗入补给，深切陡峻的地形有利于自然排水， 因此对矿井涌水量影响一般不大；位于山前平原 和山间盆地中的矿井，降水容易汇集，又由于可 采煤层埋藏在当地最低排泄基准面以下，在一定 条件下，降水对矿井涌水量影响很大。 3、煤层埋深及上覆岩层透水性对矿井涌水 量的影响 由于作为渗流

30、通道的岩层裂隙或岩溶的发育 程度是随埋藏深度的增加而减小，岩层的透 水性随深度增加而减弱，且越往深处地下水 渗透途径越长，降水的影响越小，因此煤层 埋藏较浅的比埋藏较深的受大气降水影响要 大。 在有些平原地区的煤矿，由于存在分布稳定 的弱透水或隔水的松散覆盖层（5m以上）， 一般认为大气降水基本对矿井无多大影响。 （二）地表水（二）地表水 分布于井田范围或附近的地表水，可能成为矿井 的充水水源。当其以溃入形式进入矿井时，水砂 俱下，导致井巷淹没。 地表水对矿井充水强度和涌水量的影响，决定于 地表水的性质、地表水体与矿井间的水力联系、 地表水与矿井开采深度、相对位置及煤层间岩石 的透水性等因素。

31、一般常年性水流以定水头渗入 矿井中，将会形成大而稳定的矿井涌水量。季节 性的小河，在雨季时可能对矿井有一定威胁。 1、地表水体与矿井间的水力联系 地表水体通常是通过断裂、直接充水含水层及采 动裂隙等与矿井发生水力联系，这种联系随矿井 开采方式、采煤方法以及开采规模的不同而变化。 2、地表水体与矿井位置 在垂直方向上，只有当地表水体所处的高程高于 矿井开采系统高程时，地表水才有可能进入矿井 中；在水平方向，当地表水体位于矿井疏降排水 形成的降落漏斗范围时，才有可能成为矿井充水 水源。 （三）含水层（带）水（三）含水层（带）水 采场围岩中含水层（带）水，通常是矿井最重要 的充水水源。在沁水煤田的矿

32、井主要充水水源为 煤层顶底板砂岩含水层和岩溶含水层（石灰岩岩 溶含水层） （四）老窑水、采空区积水（四）老窑水、采空区积水 不同年代废弃的小煤窑，称为老窑老窑。老窑积水区 通常是煤矿下部开采的重要充水水源。老窑水突 水时，瞬间涌水量很大，来势凶猛，具有很大的 破坏性。老窑水若与其他水源无联系，则易于疏 干；若与地表水有水力联系，则会造成矿井稳定 的充水水源，危害较大。当代煤矿开采的采空区 积水对下组煤层开采也造成了极大的隐患。 （五）袭夺水源（五）袭夺水源 开采过程中，矿井因长期疏降排水，水位不断下降，降落 漏斗逐渐向外扩张，将有可能袭夺地下水迳流带下游的排 泄量。当漏斗中心低于当地排泄基准面

33、时，原有排泄地下 水的泉、井干枯，排泄区变成矿井水补给区，使地表水补 给矿井；在两毗邻的水文地质单元为透水边界条件下，矿 井漏斗进一步扩展，将地下水分水岭向外推移，从而袭夺 临近水文地质单元的水源。 上述各种矿井充水水源，具体的矿井应结合矿区自然地理、 地质和矿井开采技术等条件作具体分析。通常矿井涌水是 以某一种或几种水源为主。随着生产的发展，矿井充水水 源会发生一定的变化。这种变化的决定因素是充水通道的 增或减。 三、充水通道分析三、充水通道分析 矿井充水通道决定着矿井涌水形式、涌水地点和 涌水量的大小。依据充水通道的形式和矿井涌水 作用的大小，充水通道分为断裂构造带（包括岩 溶发育带、天窗

34、）、顶底板采动裂隙（带）、矿 井地表塌陷、岩溶陷落柱、工程充水通道（井筒、 小煤窑和钻孔）等。这里重点介绍断裂构造带、 顶底板采动裂隙（带）充水通道特征及其对煤矿 充水的影响。 （一）断裂构造带（一）断裂构造带 煤矿生产中遇到的各种断裂构造，其规模大小及 水文地质性质不仅相同，对煤矿的充水影响各有 差异。国内外煤矿的突水有90%以上是断层和裂 隙引起的。根据它们与矿井充水水源的关系，以 及断裂构造对采矿的影响，可将断裂构造分为含 水的、导水的、隔水的三类。 根据不连续面两侧岩层有无明显错动，断裂构造 分为断层和裂隙。裂隙与节理在概念上是有区别 的。裂隙泛指岩层中的裂缝；节理是岩层中成组 发育有

35、规律分布的缝隙。 不同水文地质类型的断裂构造，对矿井充水有不 同的影响 （1）断层的错动，使开采煤层与含水层接近或直 接接触，特别是将强含水层（底部奥陶系灰岩） 抬起，会成为矿井最易突水的危险地段。 （2）断裂构造破坏了地层的完整性，降低其力学 强度，通常会形成地下水突破的软弱带。在可溶 岩地区，断裂构造控制岩溶的发育。因而，采掘 工程揭露导（富）水断裂或在导（富）水断裂附 近施工采掘工程时，富水断裂可成为矿井直接充 水水源，导水断裂可成为矿井充水通道。它们可 以将与之相联系的地下水、地表水、老窑水等导 入井下，增大矿井涌水量。 （3）开采引起的不导（含）水断裂的活化，是煤 矿安全生产的潜在隐

36、患。在天然条件下一些不导 水及不含水的断层，因采掘深度增大或矿井长期 排水，疏降漏斗不断地向外扩展等影响，在矿山 压力和承压含水层静水压力共同作用下，可转化 为导水断裂。 由此可见，断裂构造的存在是矿井突水的重要因 素。因此，煤矿生产中要详细研究断裂带的产状 要素、规模、延伸方向、发育密度、充填情况、 胶结程度及其两侧的岩性和伴生裂隙等。 （二）顶板采动裂隙（二）顶板采动裂隙 回采工作面上方岩层，因其强度及距离采空区距 离不同，通常在采动条件下表现出不同的变形破 坏特征。煤矿生产中，把位于煤层顶板之上的一 层或几层岩层称为直接顶。称为直接顶。直接顶通常是由砂质 泥岩、粉砂岩组成，具有一定的稳定

37、性，易随回 柱而垮落。在煤层与直接顶之间有时有一层 0.3m0.5m的极易垮落的（随开采随冒落）较松 软岩层，称为伪顶称为伪顶；位于直接顶之上，有时直接 位于煤层之上的坚硬岩层，称为基本顶（老顶）称为基本顶（老顶）， 它通常是由砂岩、石灰岩及砂砾岩等组成。开采 时。在回采工作面推进到一定距离后顶板急剧下 沉，基本顶（老顶）及上覆岩层折断，引起第一 次来压，叫老顶初次来压叫老顶初次来压。 随回采工作面的不断推进，在老顶垮落的 同时，煤层上覆岩层的移动变形和破坏也 开始了。这种破坏是直接顶板冒落、老顶 裂开，向上发展为弯曲、下沉，直至地表。 在煤矿水文地质学上，将采动破坏的顶板 冒落带、裂隙带统称

38、为导水裂隙带称为导水裂隙带。 1、导水裂隙带高度的确定 为了防止采掘工作面工程免受上方水体的 水害威胁，通常在上方水体与采掘工作面 之间留设一定高度的煤层不采。这段煤层 称为防水煤柱称为防水煤柱，其下限标高称为开采上限称为开采上限。 防水煤（岩）柱高度的确定方法是采动后顶板岩层破坏的 最大高度（即导水裂隙高度）加上一定高度（或厚度）的 保护层。导水裂隙带发育高度与采厚、分层数、顶板岩性 及其不同岩性岩层的组合、煤层倾角、顶板管理方法等因 素有关。一般导水裂隙带高度是随采厚的增大而增大，随 分层开采数目的增加而减小。顶板管理的垮落法对覆岩破 坏最严重，充填法破坏性小，支撑法介于二者之间。 煤层顶

39、板岩层结构不同，其破坏程度不同，覆岩破坏高度 与岩性有着密切关系。一般来说，煤层直接顶板至老顶全 由多层结构的坚硬岩层（如砂岩、石灰岩）组成时，一旦 破坏，导水裂隙带发展得相对较大；若为多层结构的软弱 岩层组成时，则导水裂隙带不发育。 生产经验表明，开采缓倾斜煤层，覆岩导水裂隙带的高度 为开采厚度的1016倍；开采急倾斜煤层，覆岩导水裂隙 带高度为开采厚度的613倍. 2、采动覆岩破坏对矿井涌水量的影响 采动引起的覆岩破坏，所形成的导水裂隙带若波 及上覆水体时，则会引起矿井涌水量急剧增加。 在有些情况下，导水裂隙带虽未波及到水体，但 由于破坏了煤层上覆隔水层，使导水裂隙与透水 层沟通，同样会增

40、加矿井涌水量。 若导水裂隙带所波及到水体为弱含水层，由于补 给来源不大，涌水量有限，对矿井无大的影响。 如果开采煤层与上覆水体之间若分布有一定厚度 （一般认为黏土岩层大于5m）且分布稳定的隔水 层，既能抑制导水裂隙带的高度，又有阻隔上覆 水体中的水涌入矿井。 总之，对煤层顶板进水问题，不仅要详细研 究天然条件下煤层上覆岩层主要含水层和充 水通道，还必须分析开采活动的影响。顶板 管理的充填法，可以减轻围岩的破坏，因而 对矿井涌水量影响较小；塌陷法，由于采后 不充填，造成围岩破坏，形成人工裂隙，使 矿井涌水量随开采面积的增大而相应增加。 因此，应根据矿井岩层水文地质特征，制定 合理的采煤方法和顶板管理方法，将充水水 源控制在导水裂隙带以外。 （三）底板采动裂隙（三）底板采动裂隙 采掘活动同样破坏了岩层底板岩层的天然受力状 态，造成煤层底板破坏，从而造成煤层与下伏含 水层之间有效隔水层厚度减小。采动底板破坏深 度与开采强度、底板岩性及构造等因素有关。通 常，煤层底板以下含水层中的地下水是具有一定 压力水头的承压水。一定条件下底板水在水压和 矿山压力作用下突破底板进入矿井，称为矿井底称为矿井底 板突水。板突水。 1、矿井底板突水因素 生产实践证明，矿井底板突水是矿井水文地质条件与矿山 压力综合作用的结果，其决定因素是底板充水含水层静水 压的大小、煤层与底板充水含水层