矿井含水层水质特征

矿井含水层水质特征中奥陶系灰岩含水层：总硬度在10—18〔德国度287—570mg/l，ph7.25—8.35之间，属于奥灰水质HCO-—Ca2+-Mg2+型，Cl-、SO2-含量较低3 4Cl-、SO2-、HCO-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。4 3第一节地下水根本学问一、自然界中的水循环大循环〔外循环〕小循环〔内循环〕水循环意义使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不断地进展着能量交换和物质迁移。系统。二、地下水的概念1、地下水埋藏在地表以下、储存于岩石空隙之中的水。2、存在形式气态水〔水蒸气：分散成液态水后，可成为地下水的来源。结合水。薄膜水：包围在吸着水外层的水膜，又叫弱结合水。毛细水：储存在岩石孔隙、裂隙等毛细中的水，可垂直运动。要对象。三、含水层与隔水层地下水能穿过岩石内部连通的孔裂隙而运动。能被水透过的岩层叫透水层。透水性能好的岩层都是含水层。透水性能差的岩层叫隔水层或叫不透水层。四、地下水的分类〔一〕按埋藏条件分类1、上层滞水：埋藏在离地表不深的包气带中局部隔水层之上的重力水。分布局限，水量少，季节性明显，对煤矿生产无影响。2、潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上，且具有自由水面的重力水。潜水面—潜水的自由水面。潜水埋深—地表到潜水面的垂深。潜水含水层厚度—潜水面至其底板隔水层顶板的距离。潜水是矿井充水重要来源之一，必需重视。3、承压水：布满于上、下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水，又称为自流水。①自流盆地〔承压水盆地〕——泄区。②自流斜地〔承压水斜地〕——储存承压水的单斜构造。坡度、每一点的承压、水位与潜水的补给关系等。④承压水是矿井充水重要来源之一，需高度重视。〔二〕按含水层空隙性质分类1、孔隙水储存于疏松岩层孔隙中的水称为孔隙水。特点：岩石颗粒大而均匀，则孔隙大、透水性好、水量大；岩石颗粒细小而不均匀，则孔隙小，透性性差，水量小。2、裂隙水：埋藏于基岩裂隙中的地下水。按裂隙成因分三类：风化裂隙水多分布于基岩外表，大局部为潜水，补给来源为大气降水，可作为饮用水。成岩裂隙水触局部裂隙发育，形成富水带。构造裂隙水赋存在构造裂隙中的地下水。分为两类：①层状裂隙水：存在于沉积岩、变质岩节理中，可形成潜水，也可形成承压水。很大。3、喀斯特水埋藏于溶洞中的重力水，称为喀斯特水，又称为岩溶水。裸落石庆岩分布区的岩溶水为潜水为其它岩石的岩溶水深埋地下时则成承压水。特点：①水量大、运动快、分布不均衡；②易承受降水的渗入，在地下河流快；③埋藏深，常造成地水缺水④在谷地常形成泉水出露；⑤水量大，水质好，但对煤矿安全威逼极大。五、地下水的物理性质和化学成分〔一〕地下水的物理性质包括温度、颜色、透亮度、气味、觉味、密度、导电性、放射性等。1、温度：变化大；0℃以下--100℃以上2、颜色：取决于水中化学成分和悬浮物；一般应为无色，颜色深浅取决于含化学物质和悬浮物的多少。含FeOFe2O33、透亮度：取决于水中固体物质与胶体颗粒悬浮物含量。3050-100透亮：100半透亮：＞30微透亮：＜30不透亮：缩小水柱仍不能见图形和铅字。4、气味地下水应无气味，有气味取决于水中所含气体成分和有机物质：HS—臭鸡蛋味2含有机质—鱼腥臭味5、味觉地下水应无味，有味道的水与水中含盐分和气体分子有关：NaCl—咸味；含有机质—甜味；NaSO—涩味；含CO2 4 2MgSO46、密度取决于水中溶解盐分的多少，溶解较多盐分则密度可达1.2~1.3。〔二〕地下水的化学成分1、作为一种良好的溶剂，地下水不断从岩石中猎取化学元素，目前地下水中所觉察的702、化学成分在水中的状态离子状态：阳离子：H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。阴离子：OH-、Cl-、NO、CO 等。化合物状态：FeOAlO23 23气体状态：NOCOCH2 2 2 43、地下水的化学类型：表征地下水化学类型的七种离子：Cl-、SO2-、HCO-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。4 3其类型分为：重碳酸钙型水：水中主要成分为HCO、Ca2+硫酸钠型水：水中主要成分为SO、Na+4、表征地下水化学性质的常用指标1〕氢离子浓度〔PH值〕强酸性地下水 PH＜5弱酸性地下水 PH为5~7中性地下水 PH=7弱碱性地下水 PH为7~9强碱性地下水 PH＞92〕硬度硬度取决于水中Ca2+、Mg2+的含量。又分为；①总硬度—水中所含Ca2+、Mg2+的总量，包括临时硬度和永久硬度。②临时硬度—水沸腾后，由HCO-与Ca2+、Mg2+结合生成碳盐沉淀出来3Ca2+、Mg2+的含量。③永久硬度—水沸腾后，残留于水中的Ca2+、Mg2+的含量硬度表示法有二种：①德国度H°1°相当于1升水中含有10mg的CaO或7.2mg的Mg，即17.2mgCa24.3mgMg2+。②1毫克当量每升meq/：1meq/L等于20.4mg/L的C2+或12.6mg/L的M2换算：1meq/L=2.8H硬度分类：依据水的总硬度将地下水分为五类。极软水软水微软水硬水极硬水总矿化度：指单位体积水中所含离子、分子和各种化合物的总量g/。总矿化度反映水的矿化程度，即水中溶剂盐分的多少，反映地下水的循环条件：矿化度高，地下水循环条件差；矿化质低，地下水循环条件好；据总矿化度将地下水分为五类。侵蚀性地下水侵蚀性取决于水中CO2

CO2

含量超过平衡需求时,将使地下水具有侵蚀性。六、泉地下水的自然露头叫泉。〔一〕下降泉由潜水含水层形成的泉称下降泉，又分为三类：1、侵蚀下降泉：因河谷、冲沟下切到潜水层所致。2、接触下降泉：地形被切割到含水层之下的隔水层，潜水从其接触处涌出地表。3、溢流下降泉：当岩石透水性变弱或隔水层底板隆起，潜水流淌受阻而溢出地表。〔二〕上升泉由承压含水层形成的泉叫上升泉，又分为二类：1、侵蚀上升泉：河底、冲沟切割承压含水层隔水顶板时，泉水涌出地表。2、断裂上升泉：导水断层或张性裂隙通过承压含水层时，沿断层或裂隙上升，当地面标凹凸于承压测压水位〔静止水位〕时便涌出地表成上升泉。〔三〕温泉1、温泉：一般均为上升泉；其热源为：地热增温、岩浆活动。2、类型：受地热增温影响形成的温泉，地下水埋藏很深，然后沿断裂带上升到地表。受地下侵入岩体岩浆余热、放射性蜕变热影响，使地下水加热而喷出地表。其次节矿井充水条件一、矿井水的来源直接水源：矿体及围岩空隙中的地下水地表水老窑积水间接水源：大气降水——起掌握作用〔一〕矿体及围岩空隙中的地下水1、孔隙水水源：存在于松散岩层的孔隙中。2、裂隙水水源：多为围岩裂隙水水量小、水压大，无水力联系时涌水量渐减至枯槁；假设有水力联系则涌水量增大造成事故。3、喀斯特水水源：在我国常见于奥陶系石灰岩地层中。水压高、水量大、来势凶，涌水量稳定，不易疏干、危害性大。〔二〕地表水源井充水水源。影响因素：距离水体的距离、季节变化、隔水层性质、开采方法等。〔三〕大气降水1、矿井充水程度与地区降水量大小、性质、强度及持续时间有关；2、矿井水量变化随气候季节性变化而变化。3、大气降水渗入量随开采深度增加而削减。〔四〕老窑及采空压积水强酸性水、腐蚀性大、突水时来势猛，假设有水力联系时难以疏干。二、矿井充水通道分析充水通道类型：孔隙、裂隙、溶隙、人工通道四种。〔一〕孔隙存在于疏松未胶结成岩的地层中。透水性能取决于孔隙大小和连通性。煤层围岩为大颗粒松散层或流砂层时，孔隙水才能构成威逼。〔二〕裂隙构造裂隙是矿井充水的主要通道1、隔水断层：压应力、局部扭应力所形成的扭性断裂，并充填胶结而成，本身不含水，并起隔水作用。2、透水断层：张扭性断层为多，少数是压扭性断层。本身含水，有水力联系，水量大而稳定，不易疏干。〔三〕溶隙溶洞发育规律一般分布在厚层石灰岩中分布在构造裂隙发育部位：断裂集中或穿插部位、褶曲核部部位，可溶性岩石、与非可溶性岩石接触部位。水循环交替及地壳运动使溶洞通道简单化。①垂直循环带：潜水面以上的岩体，地表水渗透形成垂直发育互不连通的溶洞。为主，形成垂直水平溶洞均发育。溶洞，暗河发育。④深部循环带：在当地侵蚀基准面以下，地下水运动缓慢，溶洞不发育，仅见溶孔。〔四〕人工通道1、勘探钻孔造成的充水通道2、采矿活动形成断裂：采穿上方岩层发生移动变形而形成“三带第Ⅰ带：岩层垮落带。垮落高度h=m/(k-1)cosαh—垮落带高度〔采空底界面超〕m；k—顶板岩石碎胀系数，一般承受1.3m—煤层采，m；α—煤层倾角。第Ⅱ带：断裂带位于第Ⅰ带上方，因顶板垮落，岩层下沉而消灭很多张性裂隙，其高质2-3第Ⅲ带：整体沉降弯曲带位于Ⅱ上方，岩层缓慢沉降弯曲，但一般不消灭裂隙，即能起到隔水作用。三、影响矿井涌水量的因素〔一〕掩盖层的透水性及煤层围岩的出露条件上覆岩层透水性好，补给水量和井下涌水量大；煤层围岩在地表出露面段愈大，承受大气降水越多。〔二〕地形条件矿井开采深度高于当地侵蚀基准面、涌水量较少；矿井开采深度低于地侵蚀基准面，水文地质条件简单，涌水量较大。〔三〕地质构造1、断裂面的力学性质压性断裂面：影响小，透水性差，能隔水。张性断裂面：断裂充填物孔隙多而大，常有次级断裂面，对矿井涌水影响较大。扭性断裂面：延展这发育深度大，次级断裂发育，也是良好的通道，对矿井涌水量影响较大。2、不同构造部位对矿井充水的影响断层端点及其两侧岩层裂隙特别发育，易消灭突水；断层穿插部位应力集中，裂隙发育，导水性能好；断层密度大的地段，应力集中，岩层裂开，导水性能好；断层上盘裂隙较发育，易消灭突水现象。第三节矿井水文地质观测及其水害防治一、矿井水文地质观测〔一〕地面水文地质观测1、气象观测观测内容：降水量、蒸发量、气温、相对湿度等。资料整理：绘制气象要素变化图、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、通过构造断裂带的流失量，洪水期漂浮带图等。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图。资料整理：编制各种综合图件、等水位线〔等水压线〕图、水化学剖面图。4、导水断裂带发育高度的观测煤层采空后的地面形变〔二〕井下水文地质观测1、巷道充水性观测含水层观测巷道通过含水层：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。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，测量裂隙率〔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。断裂构造观测断层性质、产状要素、落差、裂开带宽度，充填物性质及透水性。出水点观测出水时间、地点、层位、岩性、厚度、出水形式、出水量、水压、标高、围岩、巷道变形等状况，分析出水缘由及水源，采水样化学分析。出水征兆观测〔工作面〕潮湿、滴水、淋水、顶底板及支柱变样子况。2、矿井涌水量观测观测要求井下出水点并与水平观测。观测时间：一般每旬观测一次。水文简单矿区则每旬2-3次，雨季次数应增加。观测方法容积法：①单位时间内流入量水桶中的水量〔时间一般为小时、分、秒。②迎头水窝容积计算法浮标法：在规章水沟上下游测定两个过水断面面积，取平均F，两断面之距离为L，浮标漂流时间t为，是涌水量QQ=0.85F.L/t2〕观测方法堰测法：使排水沟的水通过外形固定的堰口，量测堰口的头高度，即可计算出涌水量：0.5m3/s其中，Q—流量L/s；h—水头高度，cm。②梯形堰③矩形堰④流速仪法：在巷道水沟中选定一个面，用流速仪测流速⑤水仓水位观法：用标尺读出时间内的水位差H-H，而水仓平面积F是可测度的：2 1⑥水泵有效功率法：利用水泵排水量和实际效率进展换算。二、矿井水的综合治理〔一〕地表防治水1、合理选择井筒位置井口标高均应高于历年最高洪水位。受地形限制时应，筑防水堤或河流改道。2、河流改道穿过或四周流经矿区的河流严峻影响井下生产时应使其改道。3、铺设人工河床上述河流不能改道，可铺设不透水的人工河床。4、修建排〔截〕水沟在井田外围或漏水区段的上游修建排水沟使其改道。5、堵漏地表裂隙、地窖、陷坑，可用粘土堵塞。〔二〕井下防治水1、探放水—超前探放水1〕小窑老空区积水的探放①确定老窑范围、划定“三线”积水边界限：以其最深下山确定探水线：按积水范围牢靠程度、积水量、水头压力、煤厚60-150m戒备线：沿探水线在平行外推50-150m②老窑积水量估算1、探放水—超前探放水1〕小窑老空区积水的探放③探、放水钻孔的布置钻孔布置：上山巷道布置成扇形煤层平巷布置成半扇形在允许推动距离终点，探水孔间距≤3m超前距为20m，帮距约等于超前跟，超前距的计算：其中：a—超前距，m；l—巷道最大跨度〔宽或高p—水头压力kg/m2。Kp—煤柱的抗张强度,kg/cm22