防治水基础知识

• ②巷道产生底鼓底裂，岩层发出破裂声，有嘶 嘶水叫声，帮壁见水珠及淋水加大；
• ③煤帮松软发潮，迎面突然变冷出现水雾，顺 断层或炮眼或探水钻有小股水流涌出；
• ④水中常夹杂岩石碎块、泥砂或黄泥等突出物。
矿井突(透)水水源分析与判断
• 1.直观分析法 • 矿井突(透)水后，根据不同水源的突(透)水现
• 在开采浅部煤层时，采空区垮落的岩层，如果 波及到上部孔隙含水层，则会有大量孔隙水和 松散沉积物涌入井下，从而造成透水事故。
某矿3771 工作面
透水透砂 示意图
裂隙水
• 裂隙水：储存于坚硬基岩裂隙中的地下水。
• 裂隙水由于埋藏条件不同，可形成裂隙潜水、 裂隙承压水。
• 裂隙含水层中水量大小，主要取决于含水层岩 性、裂隙发育程度及补给条件。
等水压线图
带压开采
• 矿井开采煤层或开采煤层的部分区域，当开采 煤层底板标高低于承压含水层对应的静止水位 （承压水位）标高，称为“带压开采”。
• 带压开采矿井只要有含水层与煤层间有导水通 道存在，就会将承压水导入煤层，当开采揭露 导水通道时，必然会发生矿井突水。
• 即使没有导水通道存在，如果承压含水层的静 水压力超过底板隔水层能够承受的强度极限， 承压水将沿着底板破坏带突入矿井。
• ⑵覆盖型岩溶水：埋藏于第四系松散沉积物下可溶 岩中的地下水，为潜水或承压水性质。
• ⑶埋藏型岩溶水：埋藏于非可溶岩层之下的岩溶层 中的地下水，为承压水性质。如华北石炭系灰岩及 奥陶系灰岩中的岩溶水。
岩溶水对煤矿生产的影响
• 我国北方石炭二叠系含煤地层基底是中奥陶统 巨厚石灰岩含水层；在石炭系含煤地层中还有 数层石灰岩含水层。
• ②工作面出现呈一定压力的水流流出(或射出)。 若水混浊，说明水源很近；若出水清澈，则水 源尚远；
• ③岩巷掘进遇断层水，有时可在岩缝中见到 “淤泥”，底部出现射流现象。
• 4.采空积水透水征兆及特点
• ①煤壁“挂红”。
• 近老窑的煤岩壁上所挂之“汗”常呈铁锈色， 煤岩壁上有铁锈色沉积。这是前方有老空积水 的征兆。
潜水等水位线图
承压水
• 承压水：充满于两个隔水层之间的地下水。
承压水位与承压水头
等水压线图及用途
• 等水压线图：承压水面等高线图，可反映承压 水面的起伏情况。
• 等水压线图用途： • ①确定地下水的流向； • ②确定承压水面的坡度(水力坡度); • ③确定承压含水层的埋藏深度; • ④确定地下水取水工程位置。
水中常有少量细砂。
• ②发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，水色 时清时浊。总的趋势是水量、砂量增加，直至 流砂大量涌出。甚至会导致地面出现塌陷坑。
• 2.工作面底板灰岩含水层突水征兆及特点 • ①工作面压力增大，底板鼓起； • ②工作面底板产生裂隙，并逐渐增大； • ③沿裂隙或煤帮向外渗水。随着裂隙的增大，
• 一般脆性岩石(如砂岩),经构造变动容易形成 较多裂隙，而质软并带有柔性岩石(如泥岩、 页岩)则裂隙极少。所以，当矿区含煤地层中 砂岩与页岩相间分布时，砂岩常成为裂隙含水 层，而泥岩、页岩则为隔水层。
裂隙水赋存特征
• 处于不同构造部位的裂隙含水层，其含水性差 异很大。裂隙发育的地方含水可能丰富，裂隙 不发育的地方含水就很少。
岩石储存水的条件
• 具有储水空间且这些空间联通性好的岩石即属 于容易让水透过的岩石，岩石允许水透过的能 力，叫岩石的透水性。
• 透水性好的岩石为地下水进入和储存提供了基 础条件，但地下水能否在其中保存下来，还取 决于其下部是否存在透水性差或不透水的岩层。
• 岩石透水能力用渗透系数表示。
• 渗透系数是指水力坡度为1时，水在岩石中通 过的速度，m/s。
• 通常在岩层发生挠曲的部位、褶曲转折端、断 裂带等部位，构造裂隙往往发育，这些部位常 为裂隙水富水部位。
• 裂隙含水层中水量多少还与补给条件有关。如 补给条件好，则含水层富水性强。
岩溶水
• 岩溶水：储存于石灰岩等可溶岩溶隙中的地下水。
• 按岩溶水的埋藏条件不同，可分为三类：
• ⑴裸露型岩溶水：分布于可溶岩大面积出露于地表 的地区，为潜水性质。
矿井水防治基础知识
岩石储存水的条件
• 地下某些岩石能够储存地下水，首要条件是岩 石中存在储存地下水的空间，并且这些储水空 间彼此联通，既能储存水，水又能在重力作用 下自由流出。
• 岩石中能够储存地下水的空间有孔隙、裂隙、 溶隙（溶孔、溶洞）。
• 具有储水孔隙的岩石主要是松散的砂、砾石层； 具有储水裂隙的岩石主要是裂隙发育的砂岩、 石灰岩；具有储水岩溶的主要是可溶性的碳酸 盐岩（石灰岩）。
含水层和隔水层
• 含水层：具有透水性并储存有地下水的岩层。
• 隔水层：对地下水运动、渗透具有一定阻隔限 制作用的不透水或透水性差的岩层。
• 含水层与隔水层是相对的。隔水层在一定条件 下可以转化为含水层。
• 在煤矿区最为常见的隔水层有松散沉积物中的 粘土层以及基岩中所夹的粘土层(如泥岩、页岩 等)。当在干裂收缩或较高水压作用下，隔水层 可以转化为含水层。
• 其中奥灰含水层无论水量还是水压往往都很大。 常使矿井开采煤层呈带压开采。奥灰水是威胁 矿井安全生产的重大隐患水源。
• 如果煤矿带压开采对奥灰水认识不清、管理不 善，就可能引发矿毁人亡的突水事故。
不同水源的突(透)水特点
• 1.工作面顶板冲积层水的透水征兆及特点 • ①透水部位开始出 储存于地面之下包气带中不稳定局部隔水层之 上的地下水。
潜水
• 潜水：地表以下第一个稳定隔水层以上的地下水。 • 潜水具有自由表面，可在重力作用下由潜水位较高
处向较低处流动，又称为“无压水”。
潜水等水位线图及用途
• 潜水等水位线图：潜水面等高线图，可反映潜 水面的起伏情况。
• 潜水等水位线图的用途 ： • ①确定地下水的流向； • ②确定潜水面的坡度(水力坡度); • ③确定地下水的埋藏深度; • ④确定潜水与地表水的补给关系; • ⑤确定含水层厚度及其变化情况; • ⑥确定地下水取水工程位置。
• 地层时代相同和岩石成因类型相同的几 个含水层，其间有厚度不大的弱含水层 或隔水层，他们对生产实际影响意义大 致相同，甚至他们本身相互间就存在水 力联系，可以把它们归并在一起，称为 一个含水（岩）组。
地下水分类
• 按地下水埋藏状态分类： 上层滞水 潜水
承压水
• 按岩层空隙性质分类： 孔隙水 裂隙水
• 当奥灰水水位高于开采煤层的底板标高 时，就形成带压开采。
• 当奥灰含水层与煤层间的隔水层厚度较 薄或存在断裂等导水通道时，奥灰水对 煤层开采就造成突水威胁。
• 奥灰水突入井巷之前，一般都有个过程，这个 过程有的很短，几小时至一两天，有时则是开 拓后半月、数月甚至更长。
• 奥灰水突出征兆：
• ①突水点或附近矿压明显加大；
• 奥灰水：HCO3-Ca-Mg型 • 煤系薄层灰岩水：SO4·HCO3-Ca型 • 煤系砂岩水：HCO3-Na型 • 老空水：SO4-Ca型 或SO4·HCO3-Ca型 • 冲积层水：HCO3·Cl-Ca型
• 4.地下水动态分析法
• ①地下水动态观测孔、水井、泉群中水位发生 明显变化的含水层，往往是主要突水水源；
水量增加，水色时清时浊(底板活动时水变混 浊，底板稳定时水色变清)； • ④底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有 “嘶嘶”声或刺耳水声； • ⑤底板发生“底爆”，伴有巨响，水大量涌出， 水色乳白或呈黄色。
• 3.断层水突水征兆及特点
• ①在断层附近突水前会出现工作面来压、淋水 增大、底板鼓起产生裂隙并出现渗水；
• ②地表发生塌陷，或泉水干枯、水量减少，突 水水源是和这些现象有直接联系的含水层；
• ③当矿井突水时，水位(压)反映最灵敏、水力 坡度平缓、泉水水量减少或断流的时间早于其 它方向的地段或含水层，是主要突水水源
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象及突(透)水特征进行判断。
• 2.水文地质条件分析法 • ①煤层底板接近强含水层； • ②采掘工作面接近或揭露含水层、含水溶洞、
含水断层、陷落柱； • ③采掘工作面接近或揭露与强含水层串通的钻
孔； • ④浅部露头补给，或地表水和冲积层水补给； • ⑤上下采空区被导水裂隙带连通。
• 3.水化学类型分析法
• ②水味发涩，酸性大，腐蚀性强。
• ③常积存有大量CO2、CH4和H2S等有害气体，有 臭鸡蛋气味。有害气体在透水时会随水溢出， 容易造成窒息事故。
• 5.奥灰突水征兆及特点
• 奥灰是“奥陶系石灰岩”的简称，奥灰 岩是华北地区煤系地层的基底地层。
• 奥灰是可溶岩，岩层中常发育岩溶溶洞， 溶洞中常赋存丰富的岩溶水，常称之为 “奥灰水”。
孔隙水
• 孔隙水：储存于松散岩层中的地下水。
• 孔隙水由于埋藏条件不同，可形成孔隙潜水、 孔隙承压水。
• 孔隙水对矿井建设、生产的影响： • 在表土层中开凿井筒时，遇到颗粒大而均匀的
沉积物，需要加大排水能力井筒才能穿过；而 颗粒细小又很均匀的砂层，因饱含孔隙水，容 易形成“流砂层”，如果事先没有准备，大量 流砂可涌入井筒，造成事故难以处理。