矿井充水条件分析

矿井充水条件分析郝先虎邮箱：[e-mail]电话：[phone]（办）手机：[phone]前言一、矿井充水水源（一）自然充水水源1.大气降水2.地表水水源3.围岩地下水水源（二）人为充水水源1.袭夺水源2.老窖水目录二、矿井充水通道（一）自然充水通道1.点状岩溶陷落柱通道2.断裂(裂隙)带通道3.窄条状隐伏露头通道4.面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)通道5.网状地震通道（二）人为充水通道1.顶板冒落裂隙带2.地面岩溶疏干塌陷带3.封孔质量不良的钻孔三、矿井充水强度分析四、表示矿井充水强度的方法1.含水系数法2.矿井涌水量法前言在矿井开拓、采掘过程中，因井巷、工作面接近或直接沟通充水水源(含水层、地表水体、老空)或充水通道（导水裂隙带、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等），各种水渗入、滴入、淋入、流入、涌入和溃入井巷或工作面，简称矿井充水。影响矿井充水的因素很多，形成矿井充水的主要因素是矿井水的来源、通道及充水强度。掌握这些资料，对于计算涌水量、预测矿井突水的可能性及制定防治水措施具有重要意义。一、矿井充水水源（一）自然充水水源1.大气降水大气降水是地表水和地下水的补给来源，所有矿床充水都直接或间接地与大气降水有关。降水的条件是在一定温度下，当空气不能再容纳更多的水汽时，就成了饱和空气。空气饱和时如果气温降低，空气中容纳不下的水汽就会附着在空气中以尘埃为主的凝结核上，形成微小水滴——云、雾。云中的小水滴互相碰撞合并，体积就会逐渐变大，成为雨、雪、冰雹等降落到地面。从云中降落到地面上的液态水或固态水，统称为大气降水，包括雨、雪、霰、冰雹等。大气降水可分为地形雨、对流雨、锋面雨三种基本类型。降水量即从云中降到地面的液态水和固态水，未经渗透、蒸发和流失而在水平面上积聚的水层深度（或厚度），以毫米（mm）为单位。常见的表示方法有日、月、年降水量，月、年平均降水量及多年（日、月）平均降水量等。降水强度等级（24小时强度等级（mm））小雨10中雨10~24.9大雨25~49.9暴雨50小雪≤2.5中雪2.5~5.0大雪5.0讨论:大气降水对我矿地表水的影响？大气降水对我矿地下水的影响？大气降水对我矿防治水工作的影响？2.地表水水源在有大型地表水体分布（海、湖、大河流、水库、水池）的矿床地区，必须要查清天然条件下和矿床开采后的地表水对矿床开采的影响，地表水不仅可能造成矿井突然涌水，严重情况下会导致水砂同时溃入矿井。地表水体能否成为矿井涌水水源，取决于地表水体与井巷之间有无直接或间接联系的通道。讨论：我矿矿界内的地表水体对我矿防治水工作的影响?3.围岩地下水水源围岩地下水充水类型划分:①根据充水岩层性质不同可分为：砂砾石孔隙充水矿床，坚硬岩层裂隙充水矿床，岩溶充水矿床。②根据矿床与充水岩层接触关系不同可分为：直接充水矿床，间接充水矿床。③根据矿床与充水岩层相对位置不同可分为：顶板水充水矿床，底板水充水矿床，周边水充水矿床。讨论：我矿地下含水层有哪些，如何归类？（二）人为充水水源1、老窑水：是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。老窑水一般分布在老矿山的浅部，它具有下列充水特点：老窖水以静储量为主，静储量与采空区分布范围有关；老窑积水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，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；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；老窑积水长期处于停滞，水循环条件差，水中含有大量H2S气体，硫化氢气体危害性大。一般酸性大，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。2.袭夺水源由于矿床开采，降落漏斗不断扩展，人工流场强烈改造矿区天然地下水流场，人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。袭夺水源存在下列几种情况：①位于矿床地下水排泄区的泉水；②位于矿床地下水排泄区的地表水（海、湖、河）体；③位于矿床地下水迳流带内的排泄区一侧相邻含水层；④相邻水文地质单元的地下水。举例：矿井排水在充水含水层中形成疏降漏斗，随着疏降漏斗的不断扩大，引起地下水天然分水岭的位置改变，造成水源的袭夺。右图中，矿井排水前，地下水分水岭与地表水分水岭一致，地下水主要以泉的形式排泄。矿井排水后，排水巷道成为排泄点，分水岭不断向右移动，随着排水降落漏斗的扩大，矿井涌水量不断增加，直至袭夺泉水，使原来的排泄区变成了补给区二、矿井充水通道分析（一）天然充水通道矿床充水天然通道主要包括点状岩溶陷落柱、线状断裂（裂隙）带、窄条状隐伏露头、面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄或尖灭）和地震裂隙等。1.点状岩溶陷落柱通道岩溶陷落柱在我国北方较为发育，在地下水的长期物理和化学作用下，中奥陶统灰岩形成了大量的古喀斯特空洞,在上覆岩层和矿床的重力作用下,空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实，被下陷的破碎岩块所充填的柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟通了煤系充水含水层中地下水与中奥陶统灰岩水的联系,特别位于富水带上的岩溶陷落柱,可造成不同充水含水层组中地下水的密切水力联系。如开滦矿区范各庄煤矿2171工作面1984年6月发生的奥灰水通过陷落柱的突水（右图），最大水量达到2053m3/min。2.线状断裂(裂隙)带通道断裂带是否能够成为充水通道主要取决于断裂带性质和矿井开采时人为采矿活动方式与强度。3.窄条状隐伏露头通道在我国大部分煤矿,煤系薄层灰岩含水层和中厚层砂岩裂隙含水层以及巨厚层的碳酸盐岩溶含水层多呈窄条状的隐伏露头形式与上覆第四系松散沉积物不整合接触.讨论：我矿成为导水通道的含水层有哪些？根据含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析,在华北煤田的北部一带,煤系含水层组主要以厚层状砂岩含水层组为主,薄层灰岩沉积较少。4.面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)在厚层砂岩含水层组之间沉积了以细砂岩、粉细砂岩和泥岩为主的隔水层组.在地质历史的多期构造应力作用下,脆性的隔水岩层受力后以破裂形式释放应力,致使隔水岩层产生了不同方向的较为密集的裂隙和节理,形成了较为发育的呈整体面状展布的裂隙网络。5.地震通道根据开滦唐山矿在唐山地震时矿井涌水量和矿区地下水水位观测资料，地震前区域含水层受张时，区域地下水水位下降，矿井涌水量明显减少；地震发生时，区域含水层压缩，区域水位瞬时上升数米，矿井涌水量瞬时增加数倍；强烈地震过后，区域含水层逐渐恢复正常状态，区域地下水逐渐下降，矿井涌水量也逐渐减少。震后区域含水层仍存在残余变形，所以矿井涌水在很长时间内恢复不到正常涌水量。矿井涌水量变化幅度与地震强度成正比，与震源距离成反比。1.顶板冒落裂隙带（二）人为充水通道矿井充水人为通道包括顶板冒落裂隙带、地面岩溶疏干塌陷带和封孔质量不量钻孔等。①当冒落裂隙带发育高度达到顶板充水岩层时，矿井涌水量将有显著增加，当未能达到顶板充水岩层时，矿井涌水无明显变化；采空区冒落后，形成的冒落带和导水裂隙带是矿井充水的人为通道，其特点如下：②当顶板冒落裂隙带发育高度达到地表水体时，矿井涌水量将迅猛增加.2.地面岩溶疏干塌陷带随着我国岩溶充水矿床大规模抽放水试验和疏干实践，矿区及其周围地区的地表岩溶塌陷随处可见，地表水和大气降水通过塌陷坑充入矿井。有时随着塌陷面积的增大，大量砂砾石和泥砂与水一起涌入矿井。3.封孔质量不良的钻孔底板充水矿床常因封孔质量不佳，某些钻孔变成了人为导水通道，当掘进巷道或采区工作面经过没有封好的钻孔时，顶、底板含水层地下水将沿着钻孔补给矿层，造成涌（突）水事故。三、矿井充水强度分析在自然界分布的矿床中，单一充水水源和充水通道是少见的。就充水含水层来说，从水文地质剖面可以看出，矿床上部和下部往往分布多个充水含水层组究竟哪个是充水含水层？哪个不是充水含水层？哪个是强充水含水层？哪个是弱充水含水层？解答这些问题的方法称为矿井充水强度分析。根据矿山调查资料表明，矿井开采后矿井充水强度除取决于充水含水层的富水性、导水性、厚度和分布面积外，还取决于三个条件。即含水层充水的关键性条件1、充水含水层组出露和接受补给水源的条件：划分为五种情况：①矿区位于山前地带，煤系地层与煤系充水含水层大面积被第四系粘土、新近系覆盖。此类矿井的特点：A、矿井疏干时地下水位随采掘工作面向深部移动、降低。B、矿井疏干涌水量较小，矿井开采初期涌水量稍大，后期变小。C、矿井水量相对稳定，季节变化不大。②矿区位于平原地区，煤系地层与煤系充水含水层大面积与第四系砂砾石含水层直接接触，矿床开采时由于第四系砂砾石含水层强烈充水，形成拟定水头强渗边界，矿井涌水较大。③矿床分布于湖底下，煤系地层与煤系充水含水层位于湖底下。④一般矿床，井田范围内无第四系松散覆盖沉积层和地表水体分布，煤系地层直接出露地表。⑤矿床分布于季节性河流下部，季节性河流成为矿床开采的季节性充水水源。2、充水含水层组侧向边界的导水与隔水条件3、矿层顶、底板岩层的隔水条件四、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，生产矿井用含水系数来表示；基建矿井用涌水量大小来表示。1、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Q（米）与同一时期煤炭开采量P（吨）的比值，通常用KB表示——吨煤排水量；涌水小的矿井：KB2；涌水中等的矿井：KB＝2～5；涌水大的矿井：KB=5～10；涌水最大的矿井：KB＞10；2、用矿井涌水量表示充水程度所谓矿井涌水量，是指单位时间内流入矿井的水量，通常见Q表示。根据涌水量的大小可将矿井分为：涌水小的矿井：Q＝100m3／小时；涌水中等的矿井：Q＝100～500m3／小时；涌水大的矿井：Q＝500～1000m3／小时；涌水最大的矿井：Q＞1000m3／小时。讨论：试对我矿矿井充水条件进行分析？