矿井水文地质学基础知识

1、矿井水文地质学矿井水文地质学 第一节第一节 地下水的基本知识地下水的基本知识 第二节第二节 矿井水的来源矿井水的来源 第三节第三节 矿井涌水量的预测方法矿井涌水量的预测方法 第四节第四节 矿井水的防治矿井水的防治 第一节第一节 地下水的基本知识地下水的基本知识 矿井水的危害：矿井水的危害： v 影响煤炭资源的开发；影响煤炭资源的开发； v 恶化矿井生产条件；恶化矿井生产条件； v 增加采矿的成本；增加采矿的成本； v 造成淹井事故。造成淹井事故。 一、自然界中水的循环一、自然界中水的循环 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自然界中大气水、代表水和地下水是统一水体，它们

2、之间存在着内在 联系和不断相互转化的循环过程。联系和不断相互转化的循环过程。 水循环 水通过水圈、大气圈、岩石圈和生物圈处于连续不断地循环运动的过水通过水圈、大气圈、岩石圈和生物圈处于连续不断地循环运动的过 程，称为水循环。程，称为水循环。 水循环包括水循环包括内陆循环、海陆循环、海洋循环内陆循环、海陆循环、海洋循环。 水的循环示意图 水循环意义水循环意义 a.a.使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不断地进行着使大气圈、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。能量交换和物质迁移。 b.b.使大气使大气 降水、地表水、降水、地表水、 地下水、土壤地下水、土壤 水之间相互转水之间

3、相互转 化，使水资源化，使水资源 形成不断更新形成不断更新 的统一系统。的统一系统。 二、含水层和隔水层二、含水层和隔水层 自然界中的岩层是在漫长的地质历史中形成，并经历了后期多次构造自然界中的岩层是在漫长的地质历史中形成，并经历了后期多次构造 运动与各种地质构造改造，因而发育了许多不同成因，不同方向，不同规运动与各种地质构造改造，因而发育了许多不同成因，不同方向，不同规 模的空隙。模的空隙。 含水层（带）含水层（带） 地下岩层空隙中，储存有在重力作用下可以自由流动水，称含水层地下岩层空隙中，储存有在重力作用下可以自由流动水，称含水层 （带）。（带）。 隔水层（带）隔水层（带） 有些岩层的空隙

4、不发育，不透水。有些岩层的空隙不发育，不透水。 含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存，从而构造含水地含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存，从而构造含水地 质结构，因为有不透水的隔水界面，含水层才具有赋存地下水；质结构，因为有不透水的隔水界面，含水层才具有赋存地下水； 三、地下水的分类三、地下水的分类 自然界有各种各样的地下水。有的埋藏很深、有的则很浅。有的水量自然界有各种各样的地下水。有的埋藏很深、有的则很浅。有的水量 大，有的水量大，有的水量小。总之，各种地下水在形咸、分布、运动、水质、水量等小。总之，各种地下水在形咸、分布、运动、水质、水量等 方面都有很大的不同。方面都有很大的

5、不同。 按地下水的埋藏条件分类按地下水的埋藏条件分类 潜水：潜水：是位于第一个稳定隔水层以上的含在透水层中、能够自由流动是位于第一个稳定隔水层以上的含在透水层中、能够自由流动 的地下水。其水面是起伏不平的面，称为的地下水。其水面是起伏不平的面，称为潜水面潜水面。 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。所以潜水的埋藏深度及含水层厚度经常是变化的，而且变化范围较大，致。所以潜水的埋藏深度及含水层厚度经常是变化的，而且变化范围较大， 其中以气候、地形的影响最为其中以气候、地形的影响最为显著。显著。 对采矿工作来说

6、，潜水对建井及露天开采的影响较大，对地下开采影对采矿工作来说，潜水对建井及露天开采的影响较大，对地下开采影 响较小。响较小。 潜水潜水 特征特征：A）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区一致；）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区一致； B）潜水面不承受静水压力；）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；）在重力作用下，由高向底流动，称潜水流； D）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关。）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关。 承压水（自流水）：是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水，其是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水

7、，其 运动受上下隔水层的运动受上下隔水层的约束和水压的作用，通常是从补给区流向排泄区。约束和水压的作用，通常是从补给区流向排泄区。其补其补 给区给区与分布区不一致，受大气降水变化的影响较小，不易受污染。与分布区不一致，受大气降水变化的影响较小，不易受污染。 特征：特征： A A）承压水具有静水压力；）承压水具有静水压力； B B）以侧向补给位主，因此补给区与分布区不一致；）以侧向补给位主，因此补给区与分布区不一致； C 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；）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 D）承压水的动态受降水、蒸发、水文等因素影响，但

8、不如潜水显著，水）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；位变化幅度小，一般有滞后性； F F）由于有连续的隔水层的覆盖，承压水不易污染；）由于有连续的隔水层的覆盖，承压水不易污染； 在承压水区，当断裂或人工 打井穿过其上面的隔水层时，承 压水即可上涌，如出水口低于水 源区，就会出现自流井(泉)。 按含水层空隙性质分类按含水层空隙性质分类 孔隙水：孔隙水：是指存在于疏松岩层的孔隙中的水；是指存在于疏松岩层的孔隙中的水； 导水性好导水性好 补给充沛补给充沛 裂隙水：裂隙水：是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水；是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水； 风化

9、裂隙风化裂隙 成岩裂隙成岩裂隙 构造裂隙构造裂隙 岩溶水：岩溶水：是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水；是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水； 四、泉四、泉 泉是地下水的天然露头，是地下水的一种重要排泄方式，是蓄水构造泉是地下水的天然露头，是地下水的一种重要排泄方式，是蓄水构造 水文地质特征的重要表现。水文地质特征的重要表现。 研究意义：研究意义：确定水文地质单元的边界；确定水文地质单元的边界； 阐明岩层的富水性；阐明岩层的富水性； 有帮于判断地下水的类型和动态变化；有帮于判断地下水的类型和动态变化； 分析泉水了解补给水源水质；分析泉水了解补给水源水质； 是理想的天然地下水资源；是理想

10、的天然地下水资源； 可减少水文勘探工作量。可减少水文勘探工作量。 第二节第二节 矿井水的来源矿井水的来源 一、矿井水的分析一、矿井水的分析 v 大气降水：大气降水：是露天矿的直接充水水源；是露天矿的直接充水水源； 是地下采煤的间接充水水源。是地下采煤的间接充水水源。 大气降水对矿井大气降水对矿井 充水强度与涌水量充水强度与涌水量 年降水量；年降水量； 降水性质；降水性质； 地形；地形； 煤层埋深；煤层埋深； 覆盖岩层的透水性。覆盖岩层的透水性。 v 地表水地表水：分布在井田范围或附近的地表水，可能成为矿井充水水源；分布在井田范围或附近的地表水，可能成为矿井充水水源； 地表水的性质和规模；地表水

11、的性质和规模； 地表水体与矿井间的充水通道，其随矿井开采方式和地表水体与矿井间的充水通道，其随矿井开采方式和 采煤方式的不同而变化；采煤方式的不同而变化； v 含水层水：含水层水：是矿井的最经常和最主要的充水水源；是矿井的最经常和最主要的充水水源； 多数情况：多数情况：大气降水、地表水大气降水、地表水 含水层含水层 矿井矿井 影响因素影响因素 矿井充水含水层的类型矿井充水含水层的类型 充水含水层厚度与分布充水含水层厚度与分布 含水层的补给条件与蓄水构造类型含水层的补给条件与蓄水构造类型 空隙性空隙性 富水性富水性 导水性导水性 静水压力静水压力 含水层厚度越大、分布越广、储含水层厚度越大、分布

12、越广、储 量越丰富、疏干越不易；量越丰富、疏干越不易； 向斜轴部向斜轴部大大 静水压力静水压力小小 含水层与煤层的关系含水层与煤层的关系 煤层下部含水层煤层下部含水层 煤层上方含水层煤层上方含水层 塌陷情况塌陷情况 距离距离 遇断层遇断层 巷道揭露巷道揭露 v 老窑水：老窑水：是是古代和近期的采空区及废弃巷道，长期停止排古代和近期的采空区及废弃巷道，长期停止排 水而积存的地下水；水而积存的地下水； 其特点如下：其特点如下： 老窑积水以静储量为主；一旦巷道揭露或巷道与老窑之间的老窑积水以静储量为主；一旦巷道揭露或巷道与老窑之间的 煤岩柱强度小于它的静水压力时，积水倾出，瞬时涌水量大，煤岩柱强度小

13、于它的静水压力时，积水倾出，瞬时涌水量大， 来势凶猛，具有很大的破坏性，可造成严重事故；来势凶猛，具有很大的破坏性，可造成严重事故； 老窑积水与其它水源无联系时，短期突出易于疏干；老窑一老窑积水与其它水源无联系时，短期突出易于疏干；老窑一 般位于浅部，若与地表水有水力联系，则造成稳定的充水水源般位于浅部，若与地表水有水力联系，则造成稳定的充水水源 危害较大；危害较大； 老窑一般深度部大，但查清位置较困难，准确位置无法查清，老窑一般深度部大，但查清位置较困难，准确位置无法查清， 又无人敢下去查；又无人敢下去查； 老窑积水长期处于停滞，一般酸性大，腐蚀性强，别是高速老窑积水长期处于停滞，一般酸性大

14、，腐蚀性强，别是高速 运转中的水泵叶轮，由于水的冲击和摩擦，腐蚀损坏得更快。运转中的水泵叶轮，由于水的冲击和摩擦，腐蚀损坏得更快。 断层水对矿井的影响，主要是由于巷道揭露或由采掘活动破坏了围岩断层水对矿井的影响，主要是由于巷道揭露或由采掘活动破坏了围岩 的隔水性能造成断层带的水涌入井下；的隔水性能造成断层带的水涌入井下； 断层水主要特点：其静储量不大，但往往与地表水、高压强含水层沟断层水主要特点：其静储量不大，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；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的岩溶水对口相接；或者由于间层的存断层有时使煤层与富水性很强的岩溶水对

15、口相接；或者由于间层的存 在碰坏了岩层的完整性，因而降低了岩层的强度，这些常是矿井水文地质在碰坏了岩层的完整性，因而降低了岩层的强度，这些常是矿井水文地质 条件复杂化；条件复杂化； 也有的断层破碎带内充填了许多破碎的柔性岩石（如粘土岩）、煤粉、也有的断层破碎带内充填了许多破碎的柔性岩石（如粘土岩）、煤粉、 断层泥等，也可能起隔水作用。因此对断层的透水性质应作具体分析。如断层泥等，也可能起隔水作用。因此对断层的透水性质应作具体分析。如 果在矿井中有许多条断层，断层的交叉处是最容易发生透水事故的位置，果在矿井中有许多条断层，断层的交叉处是最容易发生透水事故的位置， 应特别注意。应特别注意。 v 断

16、层水：断层水：断层破碎带，常是地下水良好聚集场所和通道断层破碎带，常是地下水良好聚集场所和通道 除此而外，还有其它人为因素的导水通道；除此而外，还有其它人为因素的导水通道； 如：未封好的钻孔如：未封好的钻孔 二、地下水的动态观测二、地下水的动态观测 地下水埋藏在地下，始终处于运动和变化之中，这种运动和变化主要表现在地下水埋藏在地下，始终处于运动和变化之中，这种运动和变化主要表现在 水位、水量、水温、水质等方面。水位、水量、水温、水质等方面。 从事矿井水文地质工作的人员，要经常的、全面的对矿区各水文地质观测点从事矿井水文地质工作的人员，要经常的、全面的对矿区各水文地质观测点 进行观测，掌握地下水

17、运动规律和分析矿井水的变化，观察内容包括：水位观测，进行观测，掌握地下水运动规律和分析矿井水的变化，观察内容包括：水位观测， 水量观测，水温水量观测，水温和水质观测。和水质观测。 v 水位观测水位观测 在观测孔中，按设计要求定期观测地下水水位；在观测孔中，按设计要求定期观测地下水水位； 利用水位观测预报透水事故发生；利用水位观测预报透水事故发生； 利用水位观测，了解断层导水性；利用水位观测，了解断层导水性；（断层两侧的水位差、地表泉水）（断层两侧的水位差、地表泉水） 利用水位观测了解突水水源；利用水位观测了解突水水源； 利用水位观测，了解地下水与地表水的补给关系；利用水位观测，了解地下水与地表

18、水的补给关系； 可解决问题可解决问题 v 流量观测流量观测 矿井涌水量与降雨量的关系；矿井涌水量与降雨量的关系； 河流流量观测；河流流量观测； 矿井涌水量观测。（浮标法、堰测法、容积法、观测水仓法）矿井涌水量观测。（浮标法、堰测法、容积法、观测水仓法） v 水质的研究水质的研究 通过水样（水质）分析化验，分析含水层的补给和迳流及排泄条件，含水层间通过水样（水质）分析化验，分析含水层的补给和迳流及排泄条件，含水层间 及地表水之间的水力联系，以及评价水资源等提供数据；及地表水之间的水力联系，以及评价水资源等提供数据； 水温变化也反应了地下水变化的一个侧面，对分析矿井水的来源具有一定参考水温变化也反

19、应了地下水变化的一个侧面，对分析矿井水的来源具有一定参考 价值；价值； 水质研究水质研究聚类分析与模糊综合评判聚类分析与模糊综合评判 三、表示矿井充水程度的方法三、表示矿井充水程度的方法 矿井充水程度反映矿井水文地质条件的复杂情况。通常，生产矿井用含水系矿井充水程度反映矿井水文地质条件的复杂情况。通常，生产矿井用含水系 数来表数来表示；基建矿井用涌水量大小来表示示；基建矿井用涌水量大小来表示。 v 用含水系数表示矿井充水程度用含水系数表示矿井充水程度 含水系数又称富水系数，是指矿井中排出的水量含水系数又称富水系数，是指矿井中排出的水量 Q Q（米）与同一时期煤炭开采（米）与同一时期煤炭开采 量

20、量 P P（吨）的比值，通常用吨）的比值，通常用KB表示表示吨煤排水量吨煤排水量 ； 涌水小的矿井：涌水小的矿井： KB 2 2； 涌水中等的矿井：涌水中等的矿井： KB2 25 5； 涌水大的矿井：涌水大的矿井： KB = 5 = 51010； 涌水最大的矿井：涌水最大的矿井： KB 1010； 不同矿井，甚至同一个矿井不同时期的不同矿井，甚至同一个矿井不同时期的 KB 值的变化往往很大，因为它与自然条值的变化往往很大，因为它与自然条 件（地质水文地质）和人为因素（开采件（地质水文地质）和人为因素（开采 方法、开采强度等）的变化有关；方法、开采强度等）的变化有关； v用矿井涌水量表示充水程度

21、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的水量，通常见所谓矿共涌水量，是指单位时间内流入矿井的水量，通常见Q Q表示。表示。 根据涌水量的大小可将矿井分为：根据涌水量的大小可将矿井分为： 涌水小的矿井：涌水小的矿井： Q Q100m100m3 3小时小时； 涌水中等的矿井：涌水中等的矿井：Q Q100100500m500m3 3小时小时； 涌水大的矿井：涌水大的矿井： Q Q5005001000m1000m3 3小时小时； 涌水最大的矿井：涌水最大的矿井：Q Q1000m1000m3 3小时。小时。 第三节第三节 矿井涌水量的预测方法矿井涌水量的预测方法 正确的计算未来

22、井巷及采区的涌水量大小，是一项重要而复杂的工作。正确的计算未来井巷及采区的涌水量大小，是一项重要而复杂的工作。 它对煤田的技术经济评价有很大的影响，并且也是开采设计部门选择采掘它对煤田的技术经济评价有很大的影响，并且也是开采设计部门选择采掘 方案，制定疏于措施，确定排方案，制定疏于措施，确定排水设备的主要依据。水设备的主要依据。 一、地下水的运动规律一、地下水的运动规律 v 地下水的运动条件地下水的运动条件 沿水流方向具沿水流方向具有水位差有水位差 岩层必须透水岩层必须透水 运动速度及水量运动速度及水量 必备条件必备条件 岩石透水性岩石透水性 地下水水位差地下水水位差 水力坡度水力坡度 =（H

23、1-H2）/L v 地下水的运动状态地下水的运动状态 紊流：紊流：水流质点运动不连续，流来混杂而不平行水流质点运动不连续，流来混杂而不平行； 层流：层流：水流质点运动连续不断，流束手行而不混杂；水流质点运动连续不断，流束手行而不混杂； v 地下水运动的基本定律地下水运动的基本定律达尔西定律达尔西定律 Q=KH / L 其中：其中：Q渗透流量（渗透流量（m3/s）；）； K渗透系数（渗透系数（m/s）；）； H水位差（水位差（m）；）； L砂岩长度（砂岩长度（m）；）； 过水断面积（过水断面积（m2）。）。 二、井筒涌水量计算二、井筒涌水量计算 v 潜水完整井涌水量计算潜水完整井涌水量计算: :

24、 系指井筒开凿在潜水含水层中，并打穿含水层到隔水底板；系指井筒开凿在潜水含水层中，并打穿含水层到隔水底板； v 自流水完整井涌水量计算：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，并全部揭露含水层；系指井筒开凿在自流水含水层中，并全部揭露含水层； v 巷道涌水量预测方法：巷道涌水量预测方法： 第三节第三节 矿井水的防治矿井水的防治 以防为主，法治结合以防为主，法治结合 一、井筒位置选定一、井筒位置选定 q 制定防治工程计划前，进行大量的实际调查和必要的观测工作；制定防治工程计划前，进行大量的实际调查和必要的观测工作； q 坚持矿井防治水与矿井水的利用用相结合、地表与井下相结合、多种

25、坚持矿井防治水与矿井水的利用用相结合、地表与井下相结合、多种 方法相结合的综合治水方针；方法相结合的综合治水方针； q 防水工程布置，按照矿井的开拓程序及速度，结合地形等天然条件，防水工程布置，按照矿井的开拓程序及速度，结合地形等天然条件， 来用来用由近到远由近到远（即先采区上部，后向外围扩展），（即先采区上部，后向外围扩展），由线到面由线到面（即先修沟，（即先修沟， 然后逐渐到大面积），然后逐渐到大面积），由低到高由低到高（即先低洼处，后山坡）；（即先低洼处，后山坡）；先重点后一般先重点后一般 （即先修漏水最严重的地段），因地制宜、随高就低、因陋就简、就地取（即先修漏水最严重的地段），因地制

26、宜、随高就低、因陋就简、就地取 材等原则。材等原则。 v 力求避免穿过强含水层或富水带；力求避免穿过强含水层或富水带； v 井筒所选定地点的岩层要完整、稳定，避开破碎带和岩溶发育地段；井筒所选定地点的岩层要完整、稳定，避开破碎带和岩溶发育地段； v 距离矿井可能突水的危险地段要有足够的安全距离；距离矿井可能突水的危险地段要有足够的安全距离； 另外，在地表、井口标高高于历年最高洪水水位，保证在任何情况下均使另外，在地表、井口标高高于历年最高洪水水位，保证在任何情况下均使 井口或其他地面设施，不致于被水所淹。井口或其他地面设施，不致于被水所淹。 二、地表防水二、地表防水 地表水的下渗是矿井涌水量剧

27、增的一个重要因素地表水的下渗是矿井涌水量剧增的一个重要因素 v 地表水防治地表水防治 挖沟排（截）洪挖沟排（截）洪 堵塞通道堵塞通道 河流改道河流改道 铺整河床铺整河床 v 井下防治水井下防治水 老容积水的探放老容积水的探放 ：采空区，由于地表水和地下水的补给，充满了大量积水。采空区，由于地表水和地下水的补给，充满了大量积水。 其特点：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。强、水头压力高、危害大。 要隔离积水需保留大量的安全煤柱，一方面影响资源的回收，另一方面，要隔离积

28、水需保留大量的安全煤柱，一方面影响资源的回收，另一方面， 由于资料不清、范围不确，可能引起积水的突然涌出，酿成灾害事故。由于资料不清、范围不确，可能引起积水的突然涌出，酿成灾害事故。 因此，探故老窑水是采因此，探故老窑水是采矿工作中防患于未然的必要措施，是探明可采边界矿工作中防患于未然的必要措施，是探明可采边界 和安全开来的主要手段。和安全开来的主要手段。 一般按下列程序进行探放：一般按下列程序进行探放： 1. 调查老窑水的分布调查老窑水的分布 2. 2. 探水起点探水起点 3. 3. 探水钻孔的布置探水钻孔的布置 绝大多数是探水与绝大多数是探水与掘掘进相结合，即探水进相结合，即探水掘进掘进探

29、探水循环进行，方能找到水循环进行，方能找到 老窑放出积水。因此在考虑探水钻孔的布置时，必须保证掘进巷道的前方仍有相老窑放出积水。因此在考虑探水钻孔的布置时，必须保证掘进巷道的前方仍有相 当厚度的保安煤柱。此外，老窑内的巷道当厚度的保安煤柱。此外，老窑内的巷道极极不规则，在探水掘进过程中，如果钻不规则，在探水掘进过程中，如果钻 孔密度不够，古巷道就可能从两个钻眼之间漏过而孔密度不够，古巷道就可能从两个钻眼之间漏过而发生透水事故。发生透水事故。 4. 4. 探水作业探水作业 严格遵循安全规程，大致注意：严格遵循安全规程，大致注意： 1 1）加强顶板支护：加强顶板支护：探水巷道一般为双巷掘进，以便于

30、通风和抢险。为了保探水巷道一般为双巷掘进，以便于通风和抢险。为了保 证探水地点、避灾路线、来水时必经的巷道不发生冒顶片帮，探水前和整个施工证探水地点、避灾路线、来水时必经的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。期间要加强顶板支护。 2 2）加强深水迎头的通风和瓦斯检查：加强深水迎头的通风和瓦斯检查：探水地点，随时可能透老窑而散出探水地点，随时可能透老窑而散出COCO2 2、 CHCH2 2、H H2 2S S等有害气体，因此，必须加大探水地点的供风量，加强瓦斯检查，一旦等有害气体，因此，必须加大探水地点的供风量，加强瓦斯检查，一旦 发现有害气体含量增高，应查明原因，它往往是

31、接近老窑的征兆。发现有害气体含量增高，应查明原因，它往往是接近老窑的征兆。 3 3）安排避灾路线：安排避灾路线：探放水时，所有可能受水威胁的地点，特别是采掘中的探放水时，所有可能受水威胁的地点，特别是采掘中的 下山区域，必须安排避灾路线下山区域，必须安排避灾路线；在开始探水前，工人必须熟悉避灾路线。在开始探水前，工人必须熟悉避灾路线。 4 4）设立警铃信号及其他通讯联络设备：设立警铃信号及其他通讯联络设备：探放水地点要设军电话、与井口调探放水地点要设军电话、与井口调 度室进行通讯联络，以便及时汇报钻眼过程中发现的地质变化或透水征兆。度室进行通讯联络，以便及时汇报钻眼过程中发现的地质变化或透水征

32、兆。 5 5）安装安全套管：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，防止钻眼被水冲刷扩大，在初透积水时，安全套管还可用来测定水头压放水量，防止钻眼被水冲刷扩大，在初透积水时，安全套管还可用来测定水头压 力。力。 6 6）钻孔透空征兆时的措施；钻孔透空征兆时的措施； 7 7）严格鉴定放水效果）严格鉴定放水效果 完全不消水，向里进风或向外出风完全不消水，向里进风或向外出风； 水流始终不断，但没有压力水流始终不断，但没有压力； 通通捣捣时有小水流，不通捣时无水等。时有小水流，不通捣时无水等。 这时即可停止放水，继续进行掘

33、进工作。这时即可停止放水，继续进行掘进工作。 煤矿酸性水的防治煤矿酸性水的防治 ：煤层及煤系岩石中的黄铁矿及有机硫，当氧化后就形成煤层及煤系岩石中的黄铁矿及有机硫，当氧化后就形成 硫酸，从而使地下水具有酸性。硫酸，从而使地下水具有酸性。 1. 当煤中硫的含量在当煤中硫的含量在2%以下时，一般不形成酸性水；以下时，一般不形成酸性水； 2. 2. 煤层厚、倾角大时容易形成酸性水；煤层厚、倾角大时容易形成酸性水； 3 3地下水循环条件好，水中富含氧亦易于形成酸性水；地下水循环条件好，水中富含氧亦易于形成酸性水； 4 4煤的灰分高，并存在厚层粘土岩，能阻碍酸性水的形成；煤的灰分高，并存在厚层粘土岩，能

34、阻碍酸性水的形成； 5 5采掘范围扩大，与富含氧的地下水接触的煤炭增多，特别是当回来率较采掘范围扩大，与富含氧的地下水接触的煤炭增多，特别是当回来率较 低时，遗弃低时，遗弃的煤炭多，更能促使酸性水的形成。的煤炭多，更能促使酸性水的形成。 介绍排除酸性水的几项措施：介绍排除酸性水的几项措施： 分区排除酸性水，减少酸性水的危害范围分区排除酸性水，减少酸性水的危害范围； 分级排水，降低水泵扬程；分级排水，降低水泵扬程； 冲淡酸性水，使矿井中的游离硫酸含量降低到最小限度；冲淡酸性水，使矿井中的游离硫酸含量降低到最小限度； 中中和酸性水（如加入生石灰等）；和酸性水（如加入生石灰等）； 利用牛皮罐代替水泵

35、排酸性水；利用牛皮罐代替水泵排酸性水； 改善水泵、水管的耐酸性能；改善水泵、水管的耐酸性能； 其他方法：其他方法： q 从开拓布局上设法减少矿井排除酸性水的年限从开拓布局上设法减少矿井排除酸性水的年限； q 防止地表水及降水渗入；防止地表水及降水渗入； q 提高回采率提高回采率。 地下暗河的防治地下暗河的防治： 暗河也有大小型之分。大型暗河与地表河流相似，雨季河水猛涨，汹涌澎湃，暗河也有大小型之分。大型暗河与地表河流相似，雨季河水猛涨，汹涌澎湃， 旱季则河水变小。小型的地下赌河实际上是一个复杂的管道系统。这个旱季则河水变小。小型的地下赌河实际上是一个复杂的管道系统。这个“管道管道”在在 平面上

36、左弯右招；在垂直方向上也是上上下下宽窄不一。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，暗河我国西南许多煤矿，常在灰岩中开凿巷道，暗河对生产的影响不能不予以重对生产的影响不能不予以重 视。视。 1. 地下暗河对煤矿生产的影响：井巷末揭露暗河前，暗河对生产的影响甚微。地下暗河对煤矿生产的影响：井巷末揭露暗河前，暗河对生产的影响甚微。 一旦巷道揭露了暗河，暗河的水将一旦巷道揭露了暗河，暗河的水将“破门破门”而出，向巷道中大量倾泄，巷道顿时变而出，向巷道中大量倾泄，巷道顿时变 成水流使完四成水流使完四 “河道河道”，轻者被迫暂时停工，重者可能淹没矿井，轻

37、者被迫暂时停工，重者可能淹没矿井 ； 2.2.地下暗河的分布规律：目前对暗河分布的研究工作，还不能满足生产上的地下暗河的分布规律：目前对暗河分布的研究工作，还不能满足生产上的 要求。要求。 地下暗河只存在于灰岩、白云岩等可溶性岩层中；地下暗河只存在于灰岩、白云岩等可溶性岩层中； 地下暗河往往受构造的控制，如常沿走向断层发育起来；或沿格曲轴部张裂地下暗河往往受构造的控制，如常沿走向断层发育起来；或沿格曲轴部张裂 隙溶蚀隙溶蚀扩大而成；在急倾斜的岩层中，也有沿某一被错动的纯质灰岩层发育；扩大而成；在急倾斜的岩层中，也有沿某一被错动的纯质灰岩层发育；所以所以 地下暗河常与地下暗河常与岩层的走向大致平

38、行；岩层的走向大致平行； 地下地下暗暗河的发育还受地形的控制，地下水和地表水一样，具有从高处流向低河的发育还受地形的控制，地下水和地表水一样，具有从高处流向低 处的处的特点。特点。 3 3地下暗河的治理地下暗河的治理 堵塞堵塞 绕过绕过 截流截流 断源断源 三、矿井水的防止方法三、矿井水的防止方法 防止方法防止方法 抽排法：排水系统，将水抽排到地表抽排法：排水系统，将水抽排到地表 堵截法堵截法 疏降法疏降法 注浆堵水注浆堵水 井筒注浆堵水井筒注浆堵水 井筒地面预注浆井筒地面预注浆 井筒工作面预注浆井筒工作面预注浆 井壁注浆井壁注浆 巷道注浆堵水巷道注浆堵水 注浆恢复被淹矿区或采区注浆恢复被淹矿

39、区或采区 四、井下防止煤柱的留设四、井下防止煤柱的留设 v 煤层直接与疏松含水层掩盖；煤层直接与疏松含水层掩盖； v 煤层直接与含水丰富的岩层接触时。煤层直接与含水丰富的岩层接触时。 在这种条件下，保安煤柱不应小于在这种条件下，保安煤柱不应小于2020米。米。 v 煤层被强含水层所掩盖时。煤层被强含水层所掩盖时。 在这种情况下，煤柱的围设主要应考虑在这种情况下，煤柱的围设主要应考虑 煤层开来后的塌陷裂隙，最好不要波及煤层开来后的塌陷裂隙，最好不要波及 到上部强含水层。到上部强含水层。 v 巷道接近导水断层带时，应留保安煤柱巷道接近导水断层带时，应留保安煤柱30305050米米。 防水煤柱尺寸的

40、确定是个非常复杂的问题，应考虑到含水层的水压、防水煤柱尺寸的确定是个非常复杂的问题，应考虑到含水层的水压、 水量、煤层的机械强度、厚度等因素。多数煤矿采用经验数据，如冲积水量、煤层的机械强度、厚度等因素。多数煤矿采用经验数据，如冲积 层下急倾斜煤层的安全煤柱、接近强层下急倾斜煤层的安全煤柱、接近强含水层或导水断层的保安煤柱等等。含水层或导水断层的保安煤柱等等。 总之，应通过实践求得既安全又经济合理的数据。总之，应通过实践求得既安全又经济合理的数据。 本章结束 v 一般认为，煤层距地表水体越近的，受其影响越大；一般认为，煤层距地表水体越近的，受其影响越大； v 在煤层上覆岩层透水性差，而且没有断

41、裂破坏时；在煤层上覆岩层透水性差，而且没有断裂破坏时； v 一般认为，煤层和地表水体之间垂距如大于煤厚的一般认为，煤层和地表水体之间垂距如大于煤厚的5050倍左倍左 右，地表水的影响逐渐消失。右，地表水的影响逐渐消失。 岩层崩陆带岩层崩陆带 裂隙带裂隙带 无裂隙沉降带无裂隙沉降带 下降泉下降泉 上升泉上升泉 补给条件补给条件 含水层的补给条件主要决定于含水层出露地表的地形、溶洞含水层的补给条件主要决定于含水层出露地表的地形、溶洞 裂隙发育情况和有无常年存在的地表水体。在地形平缓、特别是裂隙发育情况和有无常年存在的地表水体。在地形平缓、特别是 容易内涝的地区，降水不易从地表流走，造成常年积水，为

42、含水容易内涝的地区，降水不易从地表流走，造成常年积水，为含水 层提供了大量补给来源，含水层的露头溶洞裂隙又发育，这样含层提供了大量补给来源，含水层的露头溶洞裂隙又发育，这样含 水层的水量就大；相反，在地形较陡的情况下，降水大部分形成水层的水量就大；相反，在地形较陡的情况下，降水大部分形成 地表水流流走，补给地下水量就少。地表水流流走，补给地下水量就少。 排泄条件排泄条件 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，泉的多少和水量大小直接表示了含水层的富水强度。凡是出露，泉的多少和水量大小直接表示了含水层的富水强度。凡是 在含水

43、层出露地区，泉很多，但每个泉的水量很小，这是弱含水在含水层出露地区，泉很多，但每个泉的水量很小，这是弱含水 层的特点；泉水流量大而且集中，这是强含水层的排泄特点。西层的特点；泉水流量大而且集中，这是强含水层的排泄特点。西 南地区不少的煤矿，主要强含水层是茅口灰岩和长兴灰岩，在其南地区不少的煤矿，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的规律。排泄区，都表现了泉水集中流量很大的规律。 19611961年年7 7月月7 7日，日，观观测人测人 员发现观测孔内水位突然下员发现观测孔内水位突然下 降降1 1米，这是井下突水的明显米，这是井下突水的明显 预兆。观测人员立即

44、向矿预兆。观测人员立即向矿领领 导做了汇报，随后采取了紧导做了汇报，随后采取了紧 急措施，将回采工作面的人急措施，将回采工作面的人 员立即全部撤出，第二天果员立即全部撤出，第二天果 然大量的地下水夹杂着泥砂然大量的地下水夹杂着泥砂 涌入井下涌入井下； 一个钻孔一个钻孔的水位变化，的水位变化， 准确地预报了透水事故的发准确地预报了透水事故的发 生，为保证煤矿安全生产起生，为保证煤矿安全生产起 了重大作用。了重大作用。 华北某矿，煤层被百余米厚冲积层所覆盖，华北某矿，煤层被百余米厚冲积层所覆盖，冲冲积积层下部分布着很厚的层下部分布着很厚的 卵石层，含水极其丰富卵石层，含水极其丰富；为了开为了开采采

45、冲积层下面的急倾斜煤层，避免冲积层冲积层下面的急倾斜煤层，避免冲积层 水突然水突然流入流入矿井而造成事故，在采煤工作面上方打了观测孔，派专职人员矿井而造成事故，在采煤工作面上方打了观测孔，派专职人员 进行水位观团工作进行水位观团工作； 河南某矿，为了查明断层导水性，在断层的两盘分别布置了观测孔，河南某矿，为了查明断层导水性，在断层的两盘分别布置了观测孔， 观测断层两盘同一含水层的水位变化；观测断层两盘同一含水层的水位变化； 经过对两个钻孔水位的长期观测，发现水位差别很大，说明断层两盘经过对两个钻孔水位的长期观测，发现水位差别很大，说明断层两盘 没有直接的水力联系，此断层实际不导水；没有直接的水

46、力联系，此断层实际不导水； 由于断层的导水性问题得到解决，由于断层的导水性问题得到解决，施工就果断大胆了。巷道穿过断层施工就果断大胆了。巷道穿过断层 时果然无水。时果然无水。 山东某矿山东某矿1958年年10月月 28日回采十行头炭过程中，工作面底板突然透日回采十行头炭过程中，工作面底板突然透 水，涌水量达水，涌水量达 5m3m，部分巷道被淹没。，部分巷道被淹没。 突水后发现打在本溪群徐家庄灰岩中的突水后发现打在本溪群徐家庄灰岩中的CK1，钻孔水位明显下降，钻孔水位明显下降， 而奥陶纪石灰岩的而奥陶纪石灰岩的CK2观测孔，观测孔，水位没有变化；水位没有变化； 说明这次突水主要是徐家庄灰岩水，而

47、与奥陶纪灰岩含水层无直接联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 系。系。 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 最高可达最高可达80008000吨小时。开始有人怀疑水源主要来自附近河流。为了吨小时。开始有人怀疑水源主要来自附近河流。为了 证实这一推断，在河流的岸边打了两个钻孔证实这一推断，在河流的岸边打了两个钻孔CK1CK1；CK2CK2。 经过对钻孔中水位的观测，发现经过对钻孔中水位的观测，发现CK1CK1中水位中水位高于河流水面，高于河流水面，CK2 中水位又高于中水位又高于CK1；根据地下

48、水又高流向低的规律，指示地下水补给；根据地下水又高流向低的规律，指示地下水补给 河流，井下突水与河流无关；河流，井下突水与河流无关； 后经研究确实与地表河流无关，而是与地下河有关。后经研究确实与地表河流无关，而是与地下河有关。 x R r R v 抽水实验确定影响半径抽水实验确定影响半径Rv 经验公式确定经验公式确定R R= 10 SK1/2 K-渗透系数（渗透系数（m/昼夜）昼夜） 承压水承压水 测水位工具测水位工具 降水与矿井涌水降水与矿井涌水 的三种关系的三种关系 基本不变；基本不变； 滞后；滞后； 同步；同步； 由于老窑积水资料不可能绝对准确，必须留出适当的安全煤柱。由于老窑积水资料不

49、可能绝对准确，必须留出适当的安全煤柱。 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； 安全煤柱过小安全煤柱过小, ,则则安全没有保证；安全没有保证； 我国有些煤矿分别按照积水线、探水线、警戒线三条线处理。我国有些煤矿分别按照积水线、探水线、警戒线三条线处理。 积水线积水线指调查核定的来空区预定边界；指调查核定的来空区预定边界； 探探水线水线一条沿积水线向外推移一条沿积水线向外推移60150米的一条线；米的一条线； 警戒线警戒线在深水线的外沿平行外推在深水线的外沿平行外推5050100100米斯圈定一条线米斯圈定一条线；掘进巷道进入这掘进巷道进入这 一界线一界线后，必须警戒积水的威胁。后，必须警戒积水的威胁。 探水起点探水起点 近积水区，透水前有如下征兆：近积水区，透水前有如下征兆： 煤壁或顶板渗出水珠，或者煤煤壁或顶板渗出水珠，或者煤 层松软发潮；层松软发潮； 顶板淋水或底板涌水；顶板淋水或底板涌水； 煤层内出现暗红色水锈或渗水煤层内出现暗红色水锈或渗水 后挂红；后挂红； 迎头空