矿井充水条件

矿井充水条件
第一节 影响矿井充水的自然因素
第二节
影响矿井充水的人为因素
第三节
矿井充水条件分析
矿井充水条件
矿井水： 矿井水：采矿过程中涌入矿井巷道 的水称为矿井水。 的水称为矿井水。 人们将矿井充水水源、 人们将矿井充水水源、充水通道和 影响矿井充水程度等三类因素 的综合作用结果称为矿床的充 水条件。 水条件。
（一）充水岩层对矿井充水的影响
1．充水岩层的含水空间特征
根据充水岩层的含水空间特征，分为孔隙充水、裂隙充水和岩溶充水岩层。 （1）当井筒穿过松散孔隙含水层时，常发现孔隙水和流砂溃入事故。 60年代以来采 取冻结、沉井、降水等特殊凿井方法通过这类含水层， 基本避免了这类水害的发生。
1）孔隙充 ） 水岩层
特点：
（一）周期性变化 ⒈ 季节性（年周期性)变化 2．多年周期性变化
（二）降水的影响随深度减弱
如图
图1 淄博洪山矿涌水量与降水量关系曲线图 1-月降水量；2-月矿井涌水量
二 地形
• 地形直接影响矿井水的汇集和排泄，它是控制矿井涌 地形直接影响矿井水的汇集和排泄， 水量大小和防治工作难易程度的主要因素之一。 水量大小和防治工作难易程度的主要因素之一。 • 地形影响反映在矿井相对于当地侵蚀基准面的位置。 地形影响反映在矿井相对于当地侵蚀基准面的位置。 （一）位于当地侵蚀基准面以上的矿井 （二）位于当地侵蚀基准面以下的矿井
（二）断层 • 1．断层对矿井充水的影响 • 充水重要通道，地下水、地表水，甚至大气降水都可能沿导水 断层渗入或涌入矿井。断层对矿井充水的影响表现在三个方面。 • 1）断层的导水和储水 导水和储水作用。当采掘工作面揭露或接近导水断 导水和储水 层时，充水岩层中的水便会沿断层涌入矿井。如山东肥城杨庄 矿9101工作面回风巷掘进时，揭露了FI-1断层，奥灰水和徐灰 水沿断层涌入矿井，最大涌水量达到4409m3/h（图8-8）。 • 2）断层缩短 缩短了煤层与对盘含水层的距离 距离，当采掘工作揭露或接 缩短 距离 近断层时突水。 • 除断层落差外，断层倾角的变缓也会使上盘煤层与下盘含水 层之间的距离缩短。如河南焦作冯营矿1301工作面位于断层的 上盘，原推测断层倾角为70°，留设37m的断层防水煤柱，煤 柱端点距下盘二灰含水层（L2）46m，实际断层面倾角在深部 变缓，为55～50°从而使煤柱宽度减为19m，煤柱端点至下盘 L2的距离减至36m，因煤柱抗水压能力变弱而使二灰水沿煤柱 突出（图8-9）。
开滦范各庄矿2171工作面陷落柱突水及 图8-6 开滦范各庄矿 工作面陷落柱突水及 封堵情况示意图
2．充水岩层的厚度和分布面积
越大，地下水储存量愈丰富，对矿井充水影响愈大； 反之，则小。如峰峰矿区，野青灰岩厚约2m，井巷揭露时涌水量约3m3/min～ 5m3/min，大青灰岩厚约6m，井巷揭露时达13m3/min～24m3/min，若分布范围 很大的巨厚奥灰含水层参与充水，矿井涌水量会更大。
四、 井巷围岩的性质
围岩为含水层时，储存于其中的地下水就 围岩为含水层时， 会成为矿井充水的水源。 会成为矿井充水的水源。 围岩为隔水层时，如果厚度大而稳定， 围岩为隔水层时，如果厚度大而稳定，且 具有足够的强度， 具有足够的强度，则可起阻止周围的水向 矿井充水的作用
（一）充水岩层对矿井充水的影响 1）孔隙充水岩层 ）
（2）井下开采第三系煤层时，煤层顶、底板含水砂层中的水及流砂会 溃入矿井。 （3）隐伏煤田露天开采时，覆盖层中的孔隙水是露天矿坑的主要充水水 源，必须在剥离前进行预先疏干。 （4）露天剥离岩层中孔隙水的存在还会改变岩层的物理力学性质，导致 粘土膨胀、流砂冲溃、边坡滑动等工程地质问题。 （5）在松散含水层下采煤时，随着顶板岩层的冒落，也会产生溃水、溃 砂和溃泥的事故。
• 3）断层降低 降低岩层的强度 断层构造的存在，除破坏岩层 强度。 降低 强度 的完整性外，还显著降低断层附近岩层的强度。由于断层 破碎带地段隔水层的强度比正常地段低，断层破碎带及其 近旁常是整个隔水岩层最薄弱的地段。钻探和物探资料表明，在
1．充 ． 水岩 层的 含水 空间 特征
2）裂隙充水岩层 ）
3）岩溶充水岩层 ）
1）孔隙充水岩层
（1）当井筒穿过松散孔隙含水层时，常发现孔隙 水和流砂溃入事故。 （2）井下开采第三系煤层时，煤层顶、底板含 水砂层中的水及流砂会溃入矿井。 （3）隐伏煤田露天开采时，覆盖层中的孔隙水 是露天矿坑的主要充水水源，必须在剥离前进行 预先疏干。 （4）露天剥离岩层中孔隙水的存在还会改变岩的 物理力学性质，导致粘土膨胀、流砂冲溃、边坡滑 动等工程地质问题。 （5）在松散含水层下采煤时，随着顶板岩层的 冒落，也会产生溃水、溃砂和溃泥的事故。
矿井充水条件既取决 于矿井所处的自然地理、 于矿井所处的自然地理、 地质和水文地质特征， 地质和水文地质特征，也 取决于矿井建设和生产过 程中采矿活动对天然水文 地质条件的改变， 地质条件的改变，它是一 系列自然因素和人为因素 影响结果。 错综复杂的 影响结果。 因此在正确分析和评价矿井 充水条件前， 充水条件前，应首先了解 各种自然因素和人为因素 对矿井充水所起的作用。 对矿井充水所起的作用。
三、 地表水 能否成为充水水源，取决于地表水体与井巷之间有无直接 或间接联系的通道 通道。 通道 （一）地表水涌入或灌入矿井的途径 1．通过第四系松散砂砾层及基岩露头。如山东新汶西港矿大汶 河水通过松散砂砾层补给四灰含水层而导致矿井充水。
2．通过小窑采空区，如山东淄博洪山矿1962年雨季 东大沟洪水位上升，淹没沟两岸的南北炮台两对小 窑，地表水沿小窑采空隙泄入井，最大涌水量达 614m3/h； 3．通过地表岩溶塌陷，如湖南涟邵恩口二井，木杉 河洪水冲垮河堤，灌入塌陷区，溃入矿井，最大涌 水量达3500m3/h。 4．地表水体下采煤，冒落裂隙带与地表水体沟通， 如吉林辽源梅河一井水库透水造成淹井。
3．充水岩层的出露和补给条件
可分为平面边界（周边界）和剖面边界（上、下边界）。 前者指充水岩层与区域地下水的联系，反映其接受侧向补给的能力；后者 指充水岩层和上、下含水层的水力联系，反映其接受垂向补给的能力。 按边界透水与否，可分为隔水边界和透水边界。透水边界习惯上称为补给 边界，又分为定水头边界和定流量边界。透水边界还可按透水性强弱，分 为强透水边界和弱透水边界。
峰峰二矿2673外溜子道突水点剖面示意图 图8-7 峰峰二矿 外溜子道突水点剖面示意图
•3） 褶曲形成过程中产生的层间裂隙有利于 灰岩中岩溶的发育和地下水的汇集与运移。通 常，褶曲两翼过于平缓，表明构造变动轻微； 褶曲两翼岩层倾角过大，表明构造变动强烈， 层面近似压性结构面的特征，层间裂隙均不发 育；褶曲两翼倾角为30～50º时，极易发育张 开程度较好的层间裂隙，有利于地下水的储存 和运移。如江苏徐州新河一井，南翼灰岩近于 直立，局部倒转，层面裂隙不发育，岩溶发育 差，富水性弱；而北翼地层倾角较缓，层面裂 隙发育，张开程度好，灰岩岩溶亦相应较发育， 富水性强，井下突水点亦都分布于北翼。此外， 褶曲转折端断裂较为发育，也是矿井突水的重 要部位。
⒈ 隔水岩层的阻水能力
2．隔水岩层的厚度和稳定性
3．隔水岩层的岩性组合关系
⒈ 隔水岩层的阻水能力
• 松散层中粘土、坚硬岩石中含泥质高的柔性岩石和胶结很好 且裂隙、岩溶不发育的岩层，以及经过后期胶结的断层破碎 带都可以起到良好的阻水作用。 • 例如，水体与导水裂隙带之间只要有一定厚度的粘土层或泥 质岩层，即可实现安全采煤；当巷道围岩是隔水层时，可阻 止含水层或其它水体中的水向矿井渗透；隔水断层和岩浆侵 入体可阻止地下水的侧向补给。 • 需要指出的是，地质剖面中的砂质粘土、粘质砂土、粉砂 岩或一些裂隙不发育的坚硬岩层等，其透水性介于含水层与 隔水层之间，当其垂向渗透系数较大时，含水层与含水层之 间或者充水岩层与井巷之间仍可能通过其产生越流补给，向 矿井充水，特别是在上、下含水层水头差很大或水压较大时； 隔水岩层的隔水性质不是不变的，粘土或隔水断层在水压作 用或长期渗透影响及矿压等人为因素影响下，可由阻水变为 导水。
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大多数矿井突水都与地质构造有关。 （一） 褶曲构造 1．褶曲的类型和规模 褶曲的类型决定地下水的储存条件和储存量大小。向斜构造与单斜、 背斜相比，易于汇集和储存地下水，常形成蓄水构造或自流盆地。 同属向斜构造，其规模愈大，含水层的分布范围愈广，地下水储存 量愈丰富，对矿井充水的影响愈大。 2．褶曲伴生裂隙的导水作用 褶曲形成过程中，由于地层的弯曲，常在褶曲的不同部位产生一系 列伴生裂隙。 1）平行主应力的横张裂隙导水性强。如徐州新河一井沿NW向主应 力方向产生的张裂面与近似SW和NWW方向的两组剪裂面相比较， NW向断裂导水最好，突水点多分布在NW向断裂附近。 2）褶曲轴部，特别是向斜轴部的纵张裂隙常常是底板突水的通道， 如峰峰二矿的11个底板大青灰岩突水点中除与断层有关外，向斜轴 部的纵张裂隙也有重要的作用（图8-7）。
图2 地表水通过松散沙砾层补给薄层灰岩导致矿井 充水 1-石灰岩；2-含水砂砾岩；3-河水位；4-黄土层； 5-煤层；6-断层；一～六为灰岩名称
（二）影响涌入量大小的因素 1．井巷与地表水体间的岩石渗透性 2．地表水体与井巷的相对位置 井巷低成为充水水源；如湖南某矿，距河下50m 深的巷道涌水量为132m3/h～360m3/h，其中76% ～81%为河水补给；距河下125m～250m深的井 巷，涌水量减为11m3/h～17m3/h, 河水几乎没有 影响。 3．地表水体的性质和规模 当常年性水体，则水体为定水头补给边界，量大 而稳，淹井后不易恢复；若为季节性水体，间断 补给，量随季节变化。
2）裂隙充水岩层
含水空间发育不均一，且具有
一定的方向性，其富水性 受裂隙发育程度、分布规律和补给条件的控制，一般富 水性不强。3）岩溶充水岩ຫໍສະໝຸດ 由于其含水空间分布极不均一， ）
吕家坨矿3771 3771工作面透水透砂示意图 图8-5 吕家坨矿3771工作面透水透砂示意图