水文地质课件

1、矿井水文地质第一节 地下水基本知识第二节 矿井水起源第三节 矿井涌水量预测方法第四节 矿井水防治水文地质课件第1页第一节 地下水基本知识矿井水危害： 影响煤炭资源开发； 恶化矿井生产条件； 增加采矿成本； 造成淹井事故。一、自然界中水循环 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联络和不停相互转化循环过程。 水循环 水经过水圈、大气圈、岩石圈和生物圈处于连续不停地循环运动过程，称为水循环。 水循环包含内陆循环、海陆循环、海洋循环。水文地质课件第2页水循环示意图水文地质课件第3页 水循环意义 a.使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不停地进行着能量交换和物质迁移。 b.使大气降

2、水、地表水、地下水、土壤水之间相互转化，使水资源形成不停更新统一系统。水文地质课件第4页二、含水层和隔水层 自然界中岩层是在漫长地质历史中形成，并经历了后期屡次结构运动与各种地质结构改造，因而发育了许多不一样成因，不一样方向，不一样规模空隙。 含水层（带） 地下岩层空隙中，储存有在重力作用下能够自由流动水，称含水层（带）。 隔水层（带） 有些岩层空隙不发育，不透水。 含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存，从而结构含水地质结构，因为有不透水隔水界面，含水层才含有赋存地下水；三、地下水分类 自然界有各种各样地下水。有埋藏很深、有则很浅。有水量大，有水量小。总之，各种地下水在形咸、分布、运动、

3、水质、水量等方面都有很大不一样。 水文地质课件第5页 按地下水埋藏条件分类 潜水：是位于第一个稳定隔水层以上含在透水层中、能够自由流动地下水。其水面是起伏不平面，称为潜水面。 潜水主要由大气降水和地表水补给。多数情况下，补给区与分布区一致。所以潜水埋藏深度及含水层厚度经常是改变，而且改变范围较大，其中以气候、地形影响最为显著。 对采矿工作来说，潜水对建井及露天开采影响较大，对地下开采影响较小。 潜水特征：A）潜水直接接收大气降水和比它水位高地表水渗透补给区一致； B）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； D）潜水埋深因地而异，与水位、水量改变相关。水文地质课件第6

4、页 承压水（自流水）：是埋藏在两个隔水层之间透水层中地下水，其运动受上下隔水层约束和水压作用，通常是从补给区流向排泄区。其补给区与分布区不一致，受大气降水改变影响较小，不易受污染。 特征： A）承压水含有静水压力； B）以侧向补给位主，所以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结构； D）承压水动态受降水、蒸发、水文等原因影响，但不如潜水显著，水 位改变幅度小，普通有滞后性； F）因为有连续隔水层覆盖，承压水不易污染；水文地质课件第7页 在承压水区，当断裂或人工打井穿过其上面隔水层时，承压水即可上涌，如出水口低于水源区，就会出现自流井(泉)。水文地质课

5、件第8页 按含水层空隙性质分类 孔隙水：是指存在于疏松岩层孔隙中水； 导水性好补给充沛裂隙水：是赋存和运动于基岩裂隙中地下水；风化裂隙成岩裂隙结构裂隙岩溶水：是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中地下水；四、泉 泉是地下水天然露头，是地下水一个主要排泄方式，是蓄水结构水文地质特征主要表现。 研究意义：确定水文地质单元边界； 说明岩层富水性； 有帮于判断地下水类型和动态改变； 分析泉水了解补给水源水质； 是理想天然地下水资源； 可降低水文勘探工作量。水文地质课件第9页第二节 矿井水起源一、矿井水分析 大气降水：是露天矿直接充水水源； 是地下采煤间接充水水源。大气降水对矿井充水强度与涌水量年降水量；降水

6、性质；地形；煤层埋深；覆盖岩层透水性。 地表水：分布在井田范围或附近地表水，可能成为矿井充水水源；地表水性质和规模；地表水体与矿井间充水通道，其随矿井开采方式和采煤方式不一样而改变；水文地质课件第10页 含水层水：是矿井最经常和最主要充水水源； 多数情况：大气降水、地表水 含水层 矿井影响原因矿井充水含水层类型充水含水层厚度与分布含水层补给条件与蓄水结构类型空隙性富水性导水性静水压力含水层厚度越大、分布越广、储量越丰富、疏干越不易；向斜轴部大静水压力小含水层与煤层关系煤层下部含水层煤层上方含水层 塌陷情况距离遇断层巷道揭露水文地质课件第11页 老窑水：是古代和近期采空区及废弃巷道，长久停顿排水

7、而积存地下水；其特点以下： 老窑积水以静储量为主；一旦巷道揭露或巷道与老窑之间煤岩柱强度小于它静水压力时，积水倾出，瞬时涌水量大，来势凶猛，含有很大破坏性，可造成严重事故； 老窑积水与其它水源无联络时，短期突出易于疏干；老窑普通位于浅部，若与地表水有水力联络，则造成稳定充水水源危害较大； 老窑普通深度部大，但查清位置较困难，准确位置无法查清，又无人敢下去查； 老窑积水长久处于停滞，普通酸性大，腐蚀性强，别是高速运转中水泵叶轮，因为水冲击和摩擦，腐蚀损坏得更加快。水文地质课件第12页 断层水对矿井影响，主要是因为巷道揭露或由采掘活动破坏了围岩隔水性能造成断层带水涌入井下； 断层水主要特点：其静储

8、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； 断层有时使煤层与富水性很强岩溶水对口相接；或者因为间层存在碰坏了岩层完整性，因而降低了岩层强度，这些常是矿井水文地质条件复杂化； 也有断层破碎带内充填了许多破碎柔性岩石（如粘土岩）、煤粉、断层泥等，也可能起隔水作用。所以对断层透水性质应作详细分析。假如在矿井中有许多条断层，断层交叉处是最轻易发生透水事故位置，应尤其注意。 断层水：断层破碎带，常是地下水良好聚集场所和通道除此而外，还有其它人为原因导水通道；如：未封好钻孔水文地质课件第13页二、地下水动态观察 地下水埋藏在地下，一直处于运动和改变之中，这种运动和改变主要表现在水位

9、、水量、水温、水质等方面。 从事矿井水文地质工作人员，要经常、全方面对矿区各水文地质观察点进行观察，掌握地下水运动规律和分析矿井水改变，观察内容包含：水位观察，水量观察，水温和水质观察。 水位观察 在观察孔中，按设计要求定时观察地下水水位； 利用水位观察预报透水事故发生；利用水位观察，了解断层导水性；（断层两侧水位差、地表泉水）利用水位观察了解突水水源；利用水位观察，了解地下水与地表水补给关系；可处理问题 流量观察 矿井涌水量与降雨量关系； 河流流量观察； 矿井涌水量观察。（浮标法、堰测法、容积法、观察水仓法） 水文地质课件第14页 水质研究 经过水样（水质）分析化验，分析含水层补给和迳流及排

10、泄条件，含水层间及地表水之间水力联络，以及评价水资源等提供数据； 水温改变也反应了地下水改变一个侧面，对分析矿井水起源含有一定参考价值； 水质研究聚类分析与含糊综合评判三、表示矿井充水程度方法 矿井充水程度反应矿井水文地质条件复杂情况。通常，生产矿井用含水系数来表示；基建矿井用涌水量大小来表示。 用含水系数表示矿井充水程度 含水系数又称富水系数，是指矿井中排出水量 Q（米）与同一时期煤炭开采量 P（吨）比值，通惯用KB表示吨煤排水量 ； 涌水小矿井： KB 2； 涌水中等矿井： KB25； 涌水大矿井： KB = 510； 涌水最大矿井： KB 10； 不一样矿井，甚至同一个矿井不一样时期 K

11、B 值改变往往很大，因为它与自然条件（地质水文地质）和人为原因（开采方法、开采强度等）改变相关；水文地质课件第15页用矿井涌水量表示充水程度 所谓矿共涌水量，是指单位时间内流入矿井水量，通常见Q表示。 依据涌水量大小可将矿井分为： 涌水小矿井： Q100m3小时； 涌水中等矿井：Q100500m3小时； 涌水大矿井： Q5001000m3小时； 涌水最大矿井：Q1000m3小时。 水文地质课件第16页第三节 矿井涌水量预测方法 正确计算未来井巷及采区涌水量大小，是一项主要而复杂工作。它对煤田技术经济评价有很大影响，而且也是开采设计部门选择采掘方案，制订疏于办法，确定排水设备主要依据。 一、地下

12、水运动规律 地下水运动条件沿水流方向含有水位差 岩层必须透水 运动速度及水量 必备条件 岩石透水性 地下水水位差 水力坡度 =（H1-H2）/L 地下水运动状态 紊流：水流质点运动不连续，流来混杂而不平行； 层流：水流质点运动连续不停，流束手行而不混杂； 水文地质课件第17页 地下水运动基本定律达尔西定律 Q=KH / L其中：Q渗透流量（m3/s）； K渗透系数（m/s）； H水位差（m）； L砂岩长度（m）； 过水断面积（m2）。二、井筒涌水量计算 潜水完整井涌水量计算: 系指井筒开凿在潜水含水层中，并打穿含水层到隔水底板； 自流水完整井涌水量计算： 系指井筒开凿在自流水含水层中，并全部揭

13、露含水层； 巷道涌水量预测方法：水文地质课件第18页第三节 矿井水防治 以防为主，法治结合一、井筒位置选定 制订防治工程计划前，进行大量实际调查和必要观察工作； 坚持矿井防治水与矿井水利用用相结合、地表与井下相结合、各种方法相结合综合治水方针； 防水工程布置，按照矿井开拓程序及速度，结合地形等天然条件，来用由近到远（即先采区上部，后向外围扩展），由线到面（即先修沟，然后逐步到大面积），由低到高（即先低洼处，后山坡）；先重点后普通（即先修漏水最严重地段），因地制宜、随高就低、因陋就简、就地取材等标准。 力争防止穿过强含水层或富水带； 井筒所选定地点岩层要完整、稳定，避开破碎带和岩溶发育地段； 距

14、离矿井可能突水危险地段要有足够安全距离； 另外，在地表、井口标高高于历年最高洪水水位，确保在任何情况下均使井口或其它地面设施，不致于被水所淹。水文地质课件第19页二、地表防水地表水下渗是矿井涌水量剧增一个主要原因 地表水防治挖沟排（截）洪堵塞通道河流改道铺整河床 井下防治水 老容积水探放 ：采空区，由于地表水和地下水补给，充满了大量积水。其特点： 一般积水范围不明（特别是一些老矿井），串联关系复杂、水量大、酸性强、水头压力高、危害大。 要隔离积水需保留大量安全煤柱，一方面影响资源回收，其次，由于资料不清、范围不确，可能引起积水突然涌出，酿成灾害事故。 所以，探故老窑水是采矿工作中防患于未然必要

15、措施，是探明可采边界和安全开来主要伎俩。 水文地质课件第20页普通按以下程序进行探放： 1. 调查老窑水分布 2. 探水起点 3. 探水钻孔布置 绝大多数是探水与掘进相结合，即探水掘进探水循环进行，方能找到老窑放出积水。所以在考虑探水钻孔布置时，必须确保掘进巷道前方仍有相当厚度保安煤柱。另外，老窑内巷道极不规则，在探水掘进过程中，假如钻孔密度不够，古巷道就可能从两个钻眼之间漏过而发生透水事故。 4. 探水作业 严格遵照安全规程，大致注意： 1）加强顶板支护：探水巷道普通为双巷掘进，方便于通风和抢险。为了确保探水地点、避灾路线、来水时必经巷道不发生冒顶片帮，探水前和整个施工期间要加强顶板支护。

16、2）加强深水迎头通风和瓦斯检验：探水地点，随时可能透老窑而散出CO2、CH2、H2S等有害气体，所以，必须加大探水地点供风量，加强瓦斯检验，一旦发觉有害气体含量增高，应查明原因，它往往是靠近老窑征兆。 3）安排避灾路线：探放水时，全部可能受水威胁地点，尤其是采掘中下山区域，必须安排避灾路线；在开始探水前，工人必须熟悉避灾路线。 水文地质课件第21页 4）设置警铃信号及其它通讯联络设备：探放水地点要设军电话、与井口调度室进行通讯联络，方便及时汇报钻眼过程中发觉地质改变或透水征兆。 5）安装安全套管：探故老空积水时，应该在孔口设置安全套管阀门，控制放水量，预防钻眼被水冲刷扩大，在初透积水时，安全套

17、管还可用来测定水头压力。 6）钻孔透空征兆时办法； 7）严格判定放水效果 完全不消水，向里进风或向外出风； 水流一直不停，但没有压力； 通捣时有小水流，不通捣时无水等。 这时即可停顿放水，继续进行掘进工作。 煤矿酸性水防治 ：煤层及煤系岩石中黄铁矿及有机硫，当氧化后就形成硫酸，从而使地下水含有酸性。 1. 当煤中硫含量在2%以下时，普通不形成酸性水； 2. 煤层厚、倾角大时轻易形成酸性水； 3地下水循环条件好，水中富含氧亦易于形成酸性水；水文地质课件第22页 4煤灰分高，并存在厚层粘土岩，能妨碍酸性水形成； 5采掘范围扩大，与富含氧地下水接触煤炭增多，尤其是当回来率较低时，遗弃煤炭多，更能促使

18、酸性水形成。 介绍排除酸性水几项办法： 分区排除酸性水，降低酸性水危害范围； 分级排水，降低水泵扬程； 冲淡酸性水，使矿井中游离硫酸含量降低到最小程度； 中和酸性水（如加入生石灰等）； 利用牛皮罐代替水泵排酸性水； 改进水泵、水管耐酸性能； 其它方法： 从开拓布局上设法降低矿井排除酸性水年限； 预防地表水及降水渗透； 提升回采率。水文地质课件第23页 地下暗河防治： 暗河也有大小型之分。大型暗河与地表河流相同，雨季河水猛涨，汹涌澎湃，旱季则河水变小。小型地下赌河实际上是一个复杂管道系统。这个“管道”在平面上左弯右招；在垂直方向上也是上上下下宽窄不一。 我国西南许多煤矿，常在灰岩中开凿巷道，暗河

19、对生产影响不能不给予重视。 1. 地下暗河对煤矿生产影响：井巷末揭露暗河前，暗河对生产影响甚微。一旦巷道揭露了暗河，暗河水将“破门”而出，向巷道中大量倾泄，巷道顿时变成水流使完四 “河道”，轻者被迫暂时停工，重者可能淹没矿井 ； 2.地下暗河分布规律：当前对暗河分布研究工作，还不能满足生产上要求。 地下暗河只存在于灰岩、白云岩等可溶性岩层中； 地下暗河往往受结构控制，如常沿走向断层发育起来；或沿格曲轴部张裂隙溶蚀扩大而成；在急倾斜岩层中，也有沿某一被错动纯质灰岩层发育；所以地下暗河常与岩层走向大致平行； 地下暗河发育还受地形控制，地下水和地表水一样，含有从高处流向低处特点。 水文地质课件第24

20、页3地下暗河治理堵塞绕过截流断源三、矿井水预防方法预防方法抽排法：排水系统，将水抽排到地表堵截法疏降法注浆堵水井筒注浆堵水井筒地面预注浆井筒工作面预注浆井壁注浆巷道注浆堵水注浆恢复被淹矿区或采区水文地质课件第25页四、井下预防煤柱留设 煤层直接与疏松含水层掩盖； 煤层直接与含水丰富岩层接触时。 在这种条件下，保安煤柱不应小于20米。 煤层被强含水层所掩盖时。 在这种情况下，煤柱围设主要应考虑 煤层开来后塌陷裂隙，最好不要涉及 到上部强含水层。 巷道靠近导水断层带时，应留保安煤柱3050米。 防水煤柱尺寸确实定是个非常复杂问题，应考虑到含水层水压、水量、煤层机械强度、厚度等原因。多数煤矿采取经验

21、数据，如冲积层下急倾斜煤层安全煤柱、靠近强含水层或导水断层保安煤柱等等。 总之，应经过实践求得既安全又经济合理数据。水文地质课件第26页本章结束水文地质课件第27页 普通认为，煤层距地表水体越近，受其影响越大； 在煤层上覆岩层透水性差，而且没有断裂破坏时； 普通认为，煤层和地表水体之间垂距如大于煤厚50倍左右，地表水影响逐步消失。岩层崩陆带裂隙带无裂隙沉降带水文地质课件第28页下降泉上升泉水文地质课件第29页 补给条件 含水层补给条件主要决定于含水层出露地表地形、溶洞裂隙发育情况和有没有常年存在地表水体。在地形平缓、尤其是轻易内涝地域，降水不易从地表流走，造成常年积水，为含水层提供了大量补给起

22、源，含水层露头溶洞裂隙又发育，这么含水层水量就大；相反，在地形较陡情况下，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 任何一个含水层都有补给区和排泄区。在排泄区有大量泉水出露，泉多少和水量大小直接表示了含水层富水强度。凡是在含水层出露地域，泉很多，但每个泉水量很小，这是弱含水层特点；泉水流量大而且集中，这是强含水层排泄特点。西南地域不少煤矿，主要强含水层是茅口灰岩和长兴灰岩，在其排泄区，都表现了泉水集中流量很大规律。水文地质课件第30页 1961年7月7日，观测人员发觉观察孔内水位突然下降1米，这是井下突水显著预兆。观察人员马上向矿领导做了汇报，随即采取了紧急办法，将回采工作面人

23、员马上全部撤出，第二天果然大量地下水夹杂着泥砂涌入井下； 一个钻孔水位改变，准确地预报了透水事故发生，为确保煤矿安全生产起了重大作用。 华北某矿，煤层被百余米厚冲积层所覆盖，冲积层下部分布着很厚卵石层，含水极其丰富；为了开采冲积层下面急倾斜煤层，防止冲积层水突然流入矿井而造成事故，在采煤工作面上方打了观察孔，派专职人员进行水位观团工作；水文地质课件第31页 河南某矿，为了查明断层导水性，在断层两盘分别布置了观察孔，观察断层两盘同一含水层水位改变； 经过对两个钻孔水位长久观察，发觉水位差异很大，说明断层两盘没有直接水力联络，此断层实际不导水； 因为断层导水性问题得到处理，施工就果断大胆了。巷道穿

24、过断层时果然无水。 水文地质课件第32页 山东某矿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 5m3m，部分巷道被淹没。 突水后发觉打在本溪群徐家庄灰岩中CK1，钻孔水位显著下降，而奥陶纪石灰岩CK2观察孔，水位没有改变； 说明这次突水主要是徐家庄灰岩水，而与奥陶纪灰岩含水层无直接联络。水文地质课件第33页 西南某矿在掘进底板茅口运输大巷时，发生了突水事故，涌水量最高可达8000吨小时。开始有些人怀疑水源主要来自附近河流。为了证实这一推断，在河流岸边打了两个钻孔CK1；CK2。 经过对钻孔中水位观察，发觉CK1中水位高于河流水面，CK2中水位又高于CK1；依据地下

25、水又高流向低规律，指示地下水补给河流，井下突水与河流无关； 后经研究确实与地表河流无关，而是与地下河相关。 水文地质课件第34页xRr R水文地质课件第35页 抽水试验确定影响半径R 经验公式确定RR= 10 SK1/2K-渗透系数（m/昼夜）水文地质课件第36页承压水水文地质课件第37页水文地质课件第38页测水位工具降水与矿井涌水三种关系基本不变；滞后；同时；水文地质课件第39页水文地质课件第40页因为老窑积水资料不可能绝对准确，必须留出适当安全煤柱。安全煤柱过宽，会大大加重钻探工作量，延误掘进速度，对生产不利；安全煤柱过小,则安全没有确保；我国有些煤矿分别按照积水线、探水线、警戒线三条线处理。 积水线指调查核定来空区预定边界； 探水线一条沿积水线向外推移60150米一条线； 警戒线在深水线外沿平行外推50100米斯圈定一条线；掘进巷道进入这一界限后，必须警戒积水威胁。 探水起点近积水区，透水前有以下征兆： 煤壁或顶板渗出水珠，或者煤层松软发潮； 顶板淋水或底板涌水； 煤层内出现暗红色水锈或渗水后挂红； 迎