第六章礦井水

第六章礦井水礦井水—是在煤礦消費(fèi)過(guò)程中，流入 或滲入井筒、巷道和任務(wù)面的 大氣降水、地表水、地下水和 老窯積水的總稱。本章引見(jiàn)§水的根本知識(shí)§礦井充水條件§礦井水預(yù)防jhdxjkdx.yutian.cc8qixingedu/dxbdx.4yang/dn1234/zjdx/dx/et110dx04131/dx.587766/dk110/第一節(jié)地下水的根本知識(shí)一、自然界中的水循環(huán)1、外循環(huán)〔大循環(huán)〕------水蒸氣由 海洋到陸地，以降水的方式 落到地表再回到海洋的循環(huán)。2、內(nèi)循環(huán)〔小循環(huán)〕------在陸地 或海洋各自范圍內(nèi)的循環(huán)。

二、地下水的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)〔一〕地下水的物理性質(zhì)1、溫度：地下水的溫度主要受氣溫及地?zé)峥刂?。淺層地下水可低于00C,火山活動(dòng)區(qū)有時(shí) 超越1000。2、顏色：地下水在普通情況下是無(wú)色的。當(dāng)水中含有某 些元素或有懸物質(zhì)和膠質(zhì)體物質(zhì)時(shí)便有不同的 顏色。地下水顏色與其中存在物質(zhì)的關(guān)系

水中存在的物質(zhì)硫化氫低價(jià)鐵高價(jià)鐵硫細(xì)菌錳的化合物腐植酸粘土水的顏色翠綠色淺藍(lán)色淺綠色黃褐色紅色暗紅暗紅灰黑色無(wú)瑩光的淡黃色3、透明度:地下水的透明度取決于其中固體 與膠體懸浮物的含量。常見(jiàn)的地 下水普通是透明的。4、氣味：地下水的氣味取決于水中所含有的 氣體成分和有機(jī)質(zhì)。普通地下水是 無(wú)味的。含有H2S氣體時(shí)，有臭雞蛋味；含亞鐵離子時(shí)，有鐵腥味；含腐植酸時(shí)，有沼澤味； 普通溫度低時(shí)，不易區(qū)分，而加熱到400C左右時(shí)氣味最顯著。5、味道：地下水的味道取決于其中所含的鹽 分及氣體。

例如：1〕含氯化鈉的水具有苦味； 2〕含硫酸鈉的水具有澀味；

3〕含氯化鎂或硫酸鎂的水具有苦味； 4〕含氧化鐵的水具有銹味； 5〕大量有機(jī)質(zhì)的存在能水具有甜味； 6〕二氧化碳在水中含量較多時(shí)，能使 水清涼可口；

7〕溶有重碳酸鈣、重碳酸鎂的水那么美 味適口。

味道的強(qiáng)弱，取決于各種有關(guān)成分的濃度和地下水的溫度。在200C-300C時(shí)，水的味道比較明顯。

〔二〕、地下水的化學(xué)成分地下水是一種復(fù)雜溶液形狀:離子形狀：陰離子CI－、soHCO陽(yáng)離子K＋、Na＋、Ga２＋化合物形狀：Fe2O3、AI2O3氣體形狀：N2O2CO2CH4H2S(三〕、地下水的化學(xué)性質(zhì)1、酸堿度水的酸堿度通常用“氫離子濃度〞。即PH值來(lái)表示。當(dāng)PH=7時(shí)，水呈中性；當(dāng)PH<7時(shí)，水呈酸性；當(dāng)PH>7時(shí)，水呈堿性。

酸性水對(duì)金屬有腐蝕性，煤礦中的地下水假設(shè)為酸性水，會(huì)腐蝕井下金屬設(shè)備和采煤機(jī)械。飲用水要求PH值在6～8之間。

水的酸堿性分類表水的酸堿性PH值強(qiáng)酸性<5弱酸性5～7中性7弱堿性7～9強(qiáng)堿性>92、侵蝕性當(dāng)含有CO2的地下水與混凝土或石灰?guī)r等接觸時(shí)，能夠溶解其CaCO3,使混凝土的構(gòu)造遭到破，這也是在石灰?guī)r地域產(chǎn)生巖溶作用的緣由之一。CaCO3+H2O+CO2Ca２＋＋2HCO3－

由上式可知，當(dāng)水中含有一定數(shù)量的HCO3－時(shí)，就必需有一定數(shù)量的CO2與之平衡，這一平衡所需的CO2稱為平衡CO2。當(dāng)水中的CO2與HCO3－到達(dá)平衡之后假設(shè)又有一部分CO2進(jìn)入水中，那么平衡就遭到破壞，反響向右進(jìn)展，其中一部分CO2與CaCO3起化學(xué)反響，而使CaCO3被溶解，這部分就稱為侵蝕性CO2。

3、總礦化度〔礦化度〕 地下水中所含各種離子，分子及化合物〔不包括游離形狀的氣體〕的總量，稱為水的總礦化度，簡(jiǎn)稱礦化度。礦化度闡明水中所含鹽量的多少。即水的礦化程度，用克/升〔g/L)來(lái)表示。地下水按礦化度的分類類別礦化度/g.L－1水的主要類型

淡水<1碳酸氫鈣型，硫酸鹽型

弱礦化水1～3較少氫化物型

中等礦化水3～10

強(qiáng)礦化水10～50碳酸鹽型.氯化物型

鹽水>50氯化鈉型飲用水總礦化度普通小于1g/L,即為淡水。4、水的硬度地下水的硬度大小，主要決議于地下水中Ca２＋和Mg２＋的含量，水的硬度通常分為總硬度.暫時(shí)硬度和永久硬度。硬度的表示方法普通有三種：毫克當(dāng)量/升.德國(guó)度. 摩爾/升。地下水按硬度的分類水的類型硬度毫克當(dāng)量/升德國(guó)度摩爾/升極飲水<1.5<4.2<7.5×10-4軟水1.5～3.04.2～8.47.5×10-4～1.5×10-3微硬水3.0～6.08.4～16.81.5×10-3～3×10-3硬水6.0～9.016.8～25.23×10-3～4.5×10-3極硬水>9.0>25.2>4.5×10-3 飲用水硬度普通不超越25德國(guó)度。水的硬度隨著自然地理.地質(zhì)等要素的變化而變化。

三、水在巖石存在的方式

存在于巖石中的地下水，按其物理性質(zhì)和分布形狀不同，可分為以下幾種。

〔一〕氣態(tài)水

成氣體形狀充溢與巖石空隙之中的水蒸氣稱氣態(tài)水。其不能直接被利用，也不能被植物吸收。

〔二〕吸著水

在靜電引力或分子引力的作用下使水分子附著與巖石顆粒外表，并構(gòu)成一層極薄得水膜，這一部分水稱為吸著水，也稱強(qiáng)結(jié)合水。其無(wú)法被利用，也不能被植物吸收。

〔三〕薄膜水

包圍在吸著水外面的具有一定厚度的水膜稱為薄膜水或弱結(jié)合水。普通無(wú)法被利用，但外層水分子可被植物吸收。

〔四〕毛細(xì)水

充溢于巖石毛細(xì)孔隙〔直徑小于1mm的空隙和寬度小于0.25mm的裂隙〕中的水稱為毛細(xì)水，毛細(xì)水可傳送靜水壓力，可被植物吸收。

〔五〕重力水

充溢于非毛細(xì)空隙中的，可以子有運(yùn)動(dòng)的液態(tài)水稱為重力水。〔六〕固態(tài)水

當(dāng)巖石的溫度低于0℃時(shí)，巖石中的水就會(huì)變成固態(tài)水。

四、含水層、隔水層、透水層

地下水之所以可以儲(chǔ)存于巖石中，由于巖石中具有或多或少的空隙，巖石的空隙既是地下水的儲(chǔ)存空間，又是地下水的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所。

能透水且含有重力水的巖層稱為

----含水層。

不透水又不能含重力水的巖層稱為

----隔水層。

只能透水，但不能含重力水的巖層稱為

----透水層。

五.地下水的分類

〔一〕按照地下水埋藏條件的不同，將地下水分為上層滯水.潛水.層間水三類。

1、上層滯水

上層滯水存在于包氣袋中部分含水層之上的重力水。

2、潛水

潛水是埋藏在地表以下，第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上，具有自在水面的重力水。

3、層間水

層間水是指存在于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間。①無(wú)壓層間水：兩個(gè)隔水層間的含水層未被重力水 充溢。

②承壓層間水〔承壓水〕充溢于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之 間，含水層之中具有壓力的重力水稱為承壓水。

〔二〕地下水按含水層性質(zhì)分類

1、孔隙水指存在于疏松巖孔隙中的水。2、裂隙水埋藏在巖石裂隙中的地下水，稱為裂隙 水。3、巖溶水賦存于石灰?guī)r、白云巖等可溶性巖石裂 隙、溶洞中的地下水稱為巖溶水。六、泉 泉是地下水的天然露頭，地下水經(jīng)過(guò)斷層等流出地面就構(gòu)成泉，它是排泄地下水的一種重要方式。第二節(jié)礦井充水條件礦井充水---在煤礦建立和消費(fèi)過(guò)程中，進(jìn)入井筒、巷道和任務(wù)面的各種類型水源的水稱為礦井水。水進(jìn)入礦井的過(guò)程稱礦井充水。一、礦井充水水源礦井充水必然有某種水源的補(bǔ)給，普通礦井充水的水源主要有大氣降水、地表水地下水和老窯積水?！惨弧炒髿饨邓髿饨邓堑V井水的重要補(bǔ)給來(lái)源，特別是開采地形低洼并且埋藏較淺的煤層時(shí)，大氣降水往往是礦井涌水的主要來(lái)源。①礦井涌水量的大小與該區(qū)降水 量的大小、降水性質(zhì)及延續(xù)時(shí) 間有關(guān)。②礦井涌水量的大小隨季節(jié)的 不同而變化。③大氣降水滲入量隨開采的深 度添加而減少。〔三〕地下水地下水是礦井充水最直接、最主要的充水水源。①充水水源為孔隙水：多數(shù)情況下在開采 松散巖層的下伏煤層時(shí)會(huì)遇到此類水 源。②充水水源為裂隙水：當(dāng)采掘任務(wù)面揭露 裂隙水的圍巖時(shí)，這種水就會(huì)流入工 作面，水量較小，水壓較高。③充水水源為巖溶水：在開采頂、底板為 石灰?guī)r等可溶性巖層的煤層時(shí)，常會(huì) 遇到此類水源?！捕车乇硭挥诘V井附近或直接位于礦井以上的河流、湖泊、水池、水庫(kù)等地表水，可經(jīng)過(guò)一定的通道進(jìn)入礦井，成為礦井充水的水源。地表水作為礦井充水水源有以下特點(diǎn)：①煤層距地表水體越近，礦井涌水量 越大。②年年性水體，其水體越大，礦井涌水量 越大。③多數(shù)季節(jié)性河流，在旱季地表雖然斷 流，但地下徑流卻依然存在，依然起 到含水層的作用。 古代和近期的采空區(qū)及廢棄巷道，由于長(zhǎng)期停頓排水而積存的地下水，通常稱為老窯積水，其特點(diǎn)如下：①來(lái)勢(shì)兇猛，在短暫時(shí)間內(nèi)可有大量的水涌入井巷，且水中常攜帶著煤塊、石塊等，有時(shí)含有有害氣體，破壞性很大。②老窯積水普通為堿性水，對(duì) 金屬有腐蝕性，易破壞井下 的金屬設(shè)備。③假設(shè)它與其他水源無(wú)水力聯(lián)絡(luò) 時(shí)。那么易疏干；假設(shè)與其他水 源有水力聯(lián)絡(luò)時(shí)，那么可呵斥 穩(wěn)定的涌水，危害性極大。二、礦井充水的通道礦井只需充水水源存在，還不能礦井能否充水，還必需有把水源水引入礦井的通道，即充水通道，礦井充水的通道主要有以下幾種：〔一〕巖層的孔隙這種通道多存在于疏松的堆積物中?！捕硯r層的裂隙巖層的風(fēng)化裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙 等都能構(gòu)成礦井充水的通道。〔三〕巖層的溶隙這種空隙存在于碳酸鹽類的可溶性巖層中?！菜摹橙巳蝿?wù)用呵斥的充水通道1、封鎖不良的鉆孔當(dāng)鉆孔未封鎖或封鎖質(zhì)量不符合規(guī)定要求時(shí)，這些鉆孔就 構(gòu)成了溝通煤層頂、底板含水層或地表水的通道，在采掘過(guò) 程中遇到或接近它時(shí)，就會(huì)發(fā)生涌水等事故。2、采礦活動(dòng)煤層采空后，在礦山壓力作用下，使采空上部巖層產(chǎn)生冒落裂隙、是煤層底板也產(chǎn)生底鼓或裂隙，這些裂隙假設(shè)與地表水或地下水溝通，也會(huì)引起礦井涌水。3、礦井長(zhǎng)期排水在煤礦長(zhǎng)期排水過(guò)程中，所構(gòu)成的水位降落漏斗，在不穩(wěn)定的情況下，逐漸向外擴(kuò)展，能夠涉及到新的水源，另外，還能夠引起地面沉降、開裂、塌陷等，呵斥地表水灌入井下，使礦井涌水量增大。三、影響涌水量大小的要素涌水量是指單位時(shí)間內(nèi)流入礦井的水量〔一〕地形的影響地形直接控制含水層的出露部位和 出露程度，控制著大氣降水和地表水 的聚集、浸透，因此，地形間接的影 響礦井涌水量。〔二〕覆蓋層和煤層圍巖的影響大氣降水和地表水能否透入地下， 進(jìn)入礦井中，與煤層上腹巖層的透水 性及圍巖的出露程度，透水性有直接 的關(guān)系?！踩车匦螛?gòu)造的影響地形構(gòu)造既決議了地下水的埋藏條件，有控制著地下水的運(yùn)動(dòng)，影響著礦井涌水量得大小?！菜摹巢徽_的采礦工程采掘工程必需在符合<煤礦平安規(guī)程>的前提下，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)展，假設(shè)采掘工程違反規(guī)程沒(méi)有按設(shè)計(jì)要求去做，如開采了防水煤柱，或減小了隔離煤柱的厚度等，觸及了積水水源、就會(huì)使水進(jìn)入礦井，增大礦井的涌水量。四、實(shí)例分析〔一〕河北某礦由于斷層的作用呵斥礦井突水?！捕郴茨夏车V由于封鎖不良的鉆孔呵斥礦井涌水。第三節(jié)礦井水害防治一、水文地質(zhì)觀測(cè)及實(shí)例礦井水源的分析正確與否，主要取決于觀測(cè)資料的全面性和可靠性，假設(shè)沒(méi)有必要的觀測(cè)結(jié)果作為根據(jù)，分析問(wèn)題往往出現(xiàn)錯(cuò)誤?！惨弧车V井水的觀測(cè)主要包括水位觀測(cè)、流量觀測(cè)、水質(zhì)觀測(cè)等。1、水位觀測(cè)〔1〕、預(yù)告浸透事故的發(fā)生例如開灤礦務(wù)局唐山礦，地表被百余米厚的沖積巖所覆蓋，沖擊層下部是厚卵石層，含水極其豐富?！?〕、了解斷層的導(dǎo)水性例如焦作礦務(wù)局某礦，在井巷掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)許多小斷層，而且都有涌水景象出現(xiàn)，有些小斷層被揭露后用水還相當(dāng)大?！?〕、了解突水水源例如圖6~20所示為淄博礦務(wù)局某礦1958年10月28日回采十行頭炭過(guò)程中，任務(wù)面底板忽然透水，涌水量達(dá)5㎡/min部分巷道被淹沒(méi)?！?〕、了解地下水與地表水的補(bǔ)給關(guān)系2、流量觀測(cè)〔1〕礦井涌水量與降水量的關(guān)系根據(jù)礦井涌水量的變化和降雨的關(guān)系可表現(xiàn)出三種不同的情況：第一種情況：一年中各月的降水量雖有不同，但礦井涌水量的變化幅度不大，根本穩(wěn)定，這闡明降水對(duì)礦井涌水量的影響很小。一、水文地質(zhì)觀測(cè)〔一〕、地面水文地質(zhì)觀測(cè)：從四方面分析：1、氣候觀測(cè)：觀測(cè)內(nèi)容：降水量、蒸發(fā)量、氣溫、相對(duì)濕度等。資料整理：繪制氣候要素變化圖、降水量與礦井涌水量變化關(guān)系圖。2、地表水觀測(cè)：①對(duì)河流、水溝觀測(cè)：流量、水位、雨季最大 流量和水位、經(jīng)過(guò)構(gòu)造斷裂帶的流失量，洪 水期淹沒(méi)帶等。②對(duì)湖泊、水庫(kù)、大型塌陷段水區(qū)的觀測(cè)：積 水范圍、水深、水量、水位標(biāo)高。對(duì)以上觀測(cè)應(yīng)整理成各種曲線圖并標(biāo)在平面圖上。3、地下水觀測(cè)： 對(duì)象：泉、井、鉆孔、探巷、被淹井巷并組成觀測(cè)系統(tǒng)。資料整理：編制各種綜合圖件如等水位線 〔等水壓線〕圖、水化學(xué)剖面圖等。4、導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的觀測(cè)： 觀測(cè)煤層采空后的地面形變、采空區(qū)垮落帶、斷裂帶〔三帶〕的高度?！捕尘滤牡刭|(zhì)觀測(cè)1、巷道充水性觀測(cè)：分巷道充水性觀測(cè)和礦井涌水量觀測(cè)兩部分〔1〕含水層觀測(cè)巷道經(jīng)過(guò)含水層：含水層厚度、巖性、裂隙、巖溶、標(biāo)高、水壓、水溫、涌水量并取水樣化驗(yàn)水質(zhì)。〔2〕巖層裂隙發(fā)育調(diào)查觀測(cè)井下見(jiàn)含水層的裂隙調(diào)查：裂隙產(chǎn)狀要素、長(zhǎng)度、寬度、成因類型、張開和充填程度、充填物成分、地下水活動(dòng)痕跡，丈量裂隙率〔面密度〕。裂隙率〔K〕Li：落入統(tǒng)計(jì)面積內(nèi)的某一裂隙長(zhǎng)度，m；bi：某一裂隙寬度，m；F：觀測(cè)統(tǒng)計(jì)面積，m2。u：節(jié)理數(shù)目〔3〕斷裂構(gòu)造觀測(cè)斷層性質(zhì)、產(chǎn)狀要素、落差、破碎帶寬度，充填物性質(zhì)及透水性?！?〕出水點(diǎn)觀測(cè)出水時(shí)間、地點(diǎn)、層位、巖性、厚度、出水方式、出水量、水壓、標(biāo)高、圍巖、巷道變形等情況，分析出水緣由及水源，采水樣化學(xué)分析?！?〕出水征兆觀測(cè)〔任務(wù)面〕潮濕、滴水、淋水、頂?shù)装寮爸е冃吻闆r。2、礦井涌水量觀測(cè)：1〕觀測(cè)要求觀測(cè)點(diǎn)布置：各巷道排水溝出口處、主巷道排水溝流入水倉(cāng)處、采區(qū)石門排水溝出口處、井下出水點(diǎn)并分程度觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)間：普通每旬觀測(cè)一次。水文復(fù)雜礦區(qū)那么每旬2-3次，雨季次數(shù)應(yīng)添加。2〕觀測(cè)方法〔1〕容積法：①單位時(shí)間內(nèi)流入量水桶中的水量〔時(shí)間 普通為小時(shí)、分、秒〕。②迎頭水窩容積計(jì)算法〔2〕浮標(biāo)法：在規(guī)那么水溝上下游測(cè)定兩個(gè)過(guò)水 斷面面積，取平均值F，兩斷面之間隔 為L(zhǎng)，浮標(biāo)漂流時(shí)間為t，涌水量Q為：〔3〕堰測(cè)法：使排水溝的水經(jīng)過(guò)外形固定的堰口，量測(cè)堰口的水頭高度，即可計(jì)算出涌水量：①三角堰：適宜流量小于0.5m3/s的情況：