第六章矿井水

第六章矿井水矿井水—是在煤矿消费过程中，流入 或渗入井筒、巷道和任务面的 大气降水、地表水、地下水和 老窑积水的总称。本章引见§水的根本知识§矿井充水条件§矿井水预防jhdxjkdx.yutian.cc8qixingedu/dxbdx.4yang/dn1234/zjdx/dx/et110dx04131/dx.587766/dk110/第一节地下水的根本知识一、自然界中的水循环1、外循环〔大循环〕------水蒸气由 海洋到陆地，以降水的方式 落到地表再回到海洋的循环。2、内循环〔小循环〕------在陆地 或海洋各自范围内的循环。

二、地下水的物理性质及化学性质〔一〕地下水的物理性质1、温度：地下水的温度主要受气温及地热控制。浅层地下水可低于00C,火山活动区有时 超越1000。2、颜色：地下水在普通情况下是无色的。当水中含有某 些元素或有悬物质和胶质体物质时便有不同的 颜色。地下水颜色与其中存在物质的关系

水中存在的物质硫化氢低价铁高价铁硫细菌锰的化合物腐植酸粘土水的颜色翠绿色浅蓝色浅绿色黄褐色红色暗红暗红灰黑色无莹光的淡黄色3、透明度:地下水的透明度取决于其中固体 与胶体悬浮物的含量。常见的地 下水普通是透明的。4、气味：地下水的气味取决于水中所含有的 气体成分和有机质。普通地下水是 无味的。含有H2S气体时，有臭鸡蛋味；含亚铁离子时，有铁腥味；含腐植酸时，有沼泽味； 普通温度低时，不易区分，而加热到400C左右时气味最显著。5、味道：地下水的味道取决于其中所含的盐 分及气体。

例如：1〕含氯化钠的水具有苦味； 2〕含硫酸钠的水具有涩味；

3〕含氯化镁或硫酸镁的水具有苦味； 4〕含氧化铁的水具有锈味； 5〕大量有机质的存在能水具有甜味； 6〕二氧化碳在水中含量较多时，能使 水清凉可口；

7〕溶有重碳酸钙、重碳酸镁的水那么美 味适口。

味道的强弱，取决于各种有关成分的浓度和地下水的温度。在200C-300C时，水的味道比较明显。

〔二〕、地下水的化学成分地下水是一种复杂溶液形状:离子形状：阴离子CI－、soHCO阳离子K＋、Na＋、Ga２＋化合物形状：Fe2O3、AI2O3气体形状：N2O2CO2CH4H2S(三〕、地下水的化学性质1、酸碱度水的酸碱度通常用“氢离子浓度〞。即PH值来表示。当PH=7时，水呈中性；当PH<7时，水呈酸性；当PH>7时，水呈碱性。

酸性水对金属有腐蚀性，煤矿中的地下水假设为酸性水，会腐蚀井下金属设备和采煤机械。饮用水要求PH值在6～8之间。

水的酸碱性分类表水的酸碱性PH值强酸性<5弱酸性5～7中性7弱碱性7～9强碱性>92、侵蚀性当含有CO2的地下水与混凝土或石灰岩等接触时，能够溶解其CaCO3,使混凝土的构造遭到破，这也是在石灰岩地域产生岩溶作用的缘由之一。CaCO3+H2O+CO2Ca２＋＋2HCO3－

由上式可知，当水中含有一定数量的HCO3－时，就必需有一定数量的CO2与之平衡，这一平衡所需的CO2称为平衡CO2。当水中的CO2与HCO3－到达平衡之后假设又有一部分CO2进入水中，那么平衡就遭到破坏，反响向右进展，其中一部分CO2与CaCO3起化学反响，而使CaCO3被溶解，这部分就称为侵蚀性CO2。

3、总矿化度〔矿化度〕 地下水中所含各种离子，分子及化合物〔不包括游离形状的气体〕的总量，称为水的总矿化度，简称矿化度。矿化度阐明水中所含盐量的多少。即水的矿化程度，用克/升〔g/L)来表示。地下水按矿化度的分类类别矿化度/g.L－1水的主要类型

淡水<1碳酸氢钙型，硫酸盐型

弱矿化水1～3较少氢化物型

中等矿化水3～10

强矿化水10～50碳酸盐型.氯化物型

盐水>50氯化钠型饮用水总矿化度普通小于1g/L,即为淡水。4、水的硬度地下水的硬度大小，主要决议于地下水中Ca２＋和Mg２＋的含量，水的硬度通常分为总硬度.暂时硬度和永久硬度。硬度的表示方法普通有三种：毫克当量/升.德国度. 摩尔/升。地下水按硬度的分类水的类型硬度毫克当量/升德国度摩尔/升极饮水<1.5<4.2<7.5×10-4软水1.5～3.04.2～8.47.5×10-4～1.5×10-3微硬水3.0～6.08.4～16.81.5×10-3～3×10-3硬水6.0～9.016.8～25.23×10-3～4.5×10-3极硬水>9.0>25.2>4.5×10-3 饮用水硬度普通不超越25德国度。水的硬度随着自然地理.地质等要素的变化而变化。

三、水在岩石存在的方式

存在于岩石中的地下水，按其物理性质和分布形状不同，可分为以下几种。

〔一〕气态水

成气体形状充溢与岩石空隙之中的水蒸气称气态水。其不能直接被利用，也不能被植物吸收。

〔二〕吸着水

在静电引力或分子引力的作用下使水分子附着与岩石颗粒外表，并构成一层极薄得水膜，这一部分水称为吸着水，也称强结合水。其无法被利用，也不能被植物吸收。

〔三〕薄膜水

包围在吸着水外面的具有一定厚度的水膜称为薄膜水或弱结合水。普通无法被利用，但外层水分子可被植物吸收。

〔四〕毛细水

充溢于岩石毛细孔隙〔直径小于1mm的空隙和宽度小于0.25mm的裂隙〕中的水称为毛细水，毛细水可传送静水压力，可被植物吸收。

〔五〕重力水

充溢于非毛细空隙中的，可以子有运动的液态水称为重力水。〔六〕固态水

当岩石的温度低于0℃时，岩石中的水就会变成固态水。

四、含水层、隔水层、透水层

地下水之所以可以储存于岩石中，由于岩石中具有或多或少的空隙，岩石的空隙既是地下水的储存空间，又是地下水的运动场所。

能透水且含有重力水的岩层称为

----含水层。

不透水又不能含重力水的岩层称为

----隔水层。

只能透水，但不能含重力水的岩层称为

----透水层。

五.地下水的分类

〔一〕按照地下水埋藏条件的不同，将地下水分为上层滞水.潜水.层间水三类。

1、上层滞水

上层滞水存在于包气袋中部分含水层之上的重力水。

2、潜水

潜水是埋藏在地表以下，第一个稳定隔水层之上，具有自在水面的重力水。

3、层间水

层间水是指存在于两个稳定隔水层之间。①无压层间水：两个隔水层间的含水层未被重力水 充溢。

②承压层间水〔承压水〕充溢于两个稳定隔水层之 间，含水层之中具有压力的重力水称为承压水。

〔二〕地下水按含水层性质分类

1、孔隙水指存在于疏松岩孔隙中的水。2、裂隙水埋藏在岩石裂隙中的地下水，称为裂隙 水。3、岩溶水赋存于石灰岩、白云岩等可溶性岩石裂 隙、溶洞中的地下水称为岩溶水。六、泉 泉是地下水的天然露头，地下水经过断层等流出地面就构成泉，它是排泄地下水的一种重要方式。第二节矿井充水条件矿井充水---在煤矿建立和消费过程中，进入井筒、巷道和任务面的各种类型水源的水称为矿井水。水进入矿井的过程称矿井充水。一、矿井充水水源矿井充水必然有某种水源的补给，普通矿井充水的水源主要有大气降水、地表水地下水和老窑积水。〔一〕大气降水大气降水是矿井水的重要补给来源，特别是开采地形低洼并且埋藏较浅的煤层时，大气降水往往是矿井涌水的主要来源。①矿井涌水量的大小与该区降水 量的大小、降水性质及延续时 间有关。②矿井涌水量的大小随季节的 不同而变化。③大气降水渗入量随开采的深 度添加而减少。〔三〕地下水地下水是矿井充水最直接、最主要的充水水源。①充水水源为孔隙水：多数情况下在开采 松散岩层的下伏煤层时会遇到此类水 源。②充水水源为裂隙水：当采掘任务面揭露 裂隙水的围岩时，这种水就会流入工 作面，水量较小，水压较高。③充水水源为岩溶水：在开采顶、底板为 石灰岩等可溶性岩层的煤层时，常会 遇到此类水源。〔二〕地表水位于矿井附近或直接位于矿井以上的河流、湖泊、水池、水库等地表水，可经过一定的通道进入矿井，成为矿井充水的水源。地表水作为矿井充水水源有以下特点：①煤层距地表水体越近，矿井涌水量 越大。②年年性水体，其水体越大，矿井涌水量 越大。③多数季节性河流，在旱季地表虽然断 流，但地下径流却依然存在，依然起 到含水层的作用。 古代和近期的采空区及废弃巷道，由于长期停顿排水而积存的地下水，通常称为老窑积水，其特点如下：①来势凶猛，在短暂时间内可有大量的水涌入井巷，且水中常携带着煤块、石块等，有时含有有害气体，破坏性很大。②老窑积水普通为碱性水，对 金属有腐蚀性，易破坏井下 的金属设备。③假设它与其他水源无水力联络 时。那么易疏干；假设与其他水 源有水力联络时，那么可呵斥 稳定的涌水，危害性极大。二、矿井充水的通道矿井只需充水水源存在，还不能矿井能否充水，还必需有把水源水引入矿井的通道，即充水通道，矿井充水的通道主要有以下几种：〔一〕岩层的孔隙这种通道多存在于疏松的堆积物中。〔二〕岩层的裂隙岩层的风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙 等都能构成矿井充水的通道。〔三〕岩层的溶隙这种空隙存在于碳酸盐类的可溶性岩层中。〔四〕人任务用呵斥的充水通道1、封锁不良的钻孔当钻孔未封锁或封锁质量不符合规定要求时，这些钻孔就 构成了沟通煤层顶、底板含水层或地表水的通道，在采掘过 程中遇到或接近它时，就会发生涌水等事故。2、采矿活动煤层采空后，在矿山压力作用下，使采空上部岩层产生冒落裂隙、是煤层底板也产生底鼓或裂隙，这些裂隙假设与地表水或地下水沟通，也会引起矿井涌水。3、矿井长期排水在煤矿长期排水过程中，所构成的水位降落漏斗，在不稳定的情况下，逐渐向外扩展，能够涉及到新的水源，另外，还能够引起地面沉降、开裂、塌陷等，呵斥地表水灌入井下，使矿井涌水量增大。三、影响涌水量大小的要素涌水量是指单位时间内流入矿井的水量〔一〕地形的影响地形直接控制含水层的出露部位和 出露程度，控制着大气降水和地表水 的聚集、浸透，因此，地形间接的影 响矿井涌水量。〔二〕覆盖层和煤层围岩的影响大气降水和地表水能否透入地下， 进入矿井中，与煤层上腹岩层的透水 性及围岩的出露程度，透水性有直接 的关系。〔三〕地形构造的影响地形构造既决议了地下水的埋藏条件，有控制着地下水的运动，影响着矿井涌水量得大小。〔四〕不正确的采矿工程采掘工程必需在符合<煤矿平安规程>的前提下，按照设计要求进展，假设采掘工程违反规程没有按设计要求去做，如开采了防水煤柱，或减小了隔离煤柱的厚度等，触及了积水水源、就会使水进入矿井，增大矿井的涌水量。四、实例分析〔一〕河北某矿由于断层的作用呵斥矿井突水。〔二〕淮南某矿由于封锁不良的钻孔呵斥矿井涌水。第三节矿井水害防治一、水文地质观测及实例矿井水源的分析正确与否，主要取决于观测资料的全面性和可靠性，假设没有必要的观测结果作为根据，分析问题往往出现错误。〔一〕矿井水的观测主要包括水位观测、流量观测、水质观测等。1、水位观测〔1〕、预告浸透事故的发生例如开滦矿务局唐山矿，地表被百余米厚的冲积岩所覆盖，冲击层下部是厚卵石层，含水极其丰富。〔2〕、了解断层的导水性例如焦作矿务局某矿，在井巷掘进过程中发现许多小断层，而且都有涌水景象出现，有些小断层被揭露后用水还相当大。〔3〕、了解突水水源例如图6~20所示为淄博矿务局某矿1958年10月28日回采十行头炭过程中，任务面底板忽然透水，涌水量达5㎡/min部分巷道被淹没。〔4〕、了解地下水与地表水的补给关系2、流量观测〔1〕矿井涌水量与降水量的关系根据矿井涌水量的变化和降雨的关系可表现出三种不同的情况：第一种情况：一年中各月的降水量虽有不同，但矿井涌水量的变化幅度不大，根本稳定，这阐明降水对矿井涌水量的影响很小。一、水文地质观测〔一〕、地面水文地质观测：从四方面分析：1、气候观测：观测内容：降水量、蒸发量、气温、相对湿度等。资料整理：绘制气候要素变化图、降水量与矿井涌水量变化关系图。2、地表水观测：①对河流、水沟观测：流量、水位、雨季最大 流量和水位、经过构造断裂带的流失量，洪 水期淹没带等。②对湖泊、水库、大型塌陷段水区的观测：积 水范围、水深、水量、水位标高。对以上观测应整理成各种曲线图并标在平面图上。3、地下水观测： 对象：泉、井、钻孔、探巷、被淹井巷并组成观测系统。资料整理：编制各种综合图件如等水位线 〔等水压线〕图、水化学剖面图等。4、导水断裂带发育高度的观测： 观测煤层采空后的地面形变、采空区垮落带、断裂带〔三带〕的高度。〔二〕井下水文地质观测1、巷道充水性观测：分巷道充水性观测和矿井涌水量观测两部分〔1〕含水层观测巷道经过含水层：含水层厚度、岩性、裂隙、岩溶、标高、水压、水温、涌水量并取水样化验水质。〔2〕岩层裂隙发育调查观测井下见含水层的裂隙调查：裂隙产状要素、长度、宽度、成因类型、张开和充填程度、充填物成分、地下水活动痕迹，丈量裂隙率〔面密度〕。裂隙率〔K〕Li：落入统计面积内的某一裂隙长度，m；bi：某一裂隙宽度，m；F：观测统计面积，m2。u：节理数目〔3〕断裂构造观测断层性质、产状要素、落差、破碎带宽度，充填物性质及透水性。〔4〕出水点观测出水时间、地点、层位、岩性、厚度、出水方式、出水量、水压、标高、围岩、巷道变形等情况，分析出水缘由及水源，采水样化学分析。〔5〕出水征兆观测〔任务面〕潮湿、滴水、淋水、顶底板及支柱变形情况。2、矿井涌水量观测：1〕观测要求观测点布置：各巷道排水沟出口处、主巷道排水沟流入水仓处、采区石门排水沟出口处、井下出水点并分程度观测。观测时间：普通每旬观测一次。水文复杂矿区那么每旬2-3次，雨季次数应添加。2〕观测方法〔1〕容积法：①单位时间内流入量水桶中的水量〔时间 普通为小时、分、秒〕。②迎头水窝容积计算法〔2〕浮标法：在规那么水沟上下游测定两个过水 断面面积，取平均值F，两断面之间隔 为L，浮标漂流时间为t，涌水量Q为：〔3〕堰测法：使排水沟的水经过外形固定的堰口，量测堰口的水头高度，即可计算出涌水量：①三角堰：适宜流量小于0.5m3/s的情况：