10 矿床充水条件.ppt

第三篇矿床水文地质,矿床水文地质概述,一、矿床水文地质学研究的目的和任务矿床水文地质学研究与矿床开采有关的各种水文地质问题及解决这些问题的方法和途径。矿床水文地质工作目的在于综合评价矿床的水文地质条件，为矿区规划、矿井设计、建设施工和生产提供水文地质依据，以保证矿井建设和生产的安全、经济、合理的进行，并充分利用与保护国家资源包括矿产资源与水资源。,矿床水文地质工作的任务,矿床水文地质工作的任务是随采矿事业的发展而不断完善。大体包括五个方面①研究矿区水文地质条件，查明矿井水的来源及影响矿井建设和生产的水文地质因素；②预测矿井涌水量的大小，为矿区规划和矿井设计、建设、生产提供定量依据；③研究防治地下水对煤矿建设和生产危害的措施，确保矿井安全生产和最佳经济效益；④研究和解决矿区的供水水源；⑤研究采矿对矿区水文地质条件所引起的变化及保护矿区地下水资源和环境的措施。,二、矿床水文地质工作的阶段性,采矿工作的进行从矿床的发现到开采结束要经历若干阶段，每一个采矿阶段都有一个相应的地质-水文地质工作阶段与之对应，提供所需的地质-水文地质依据。,例矿区水文地质勘查阶段划分,普查勘探阶段,生产建设阶段,普查详查（初步勘探）精查（详细勘探）,,,,勘探,在矿区地质一水文地员工作中，水文地质多是从属地质工作，作为地质工作的一部分来进行的，只有当水文地质条件极复杂或部分复杂的矿区，才进行专门的水文地质勘查工作。,三、矿床地下水的特点,一矿床地下水的两重性矿床地下水是采矿的一大危害，轻则恶化采掘条件，影响劳动生产率；重则增大矿井涌水量，提高排水费用和采煤成本；严重时造成矿井突水，淹没工作而、采区或整个矿井，造成重大经济损失，甚至人员伤亡。另一方面，矿床地下水又是煤矿生产、矿区生活和其它工农业生产所不可缺少的。此外，在一些矿区还开发利用可供饮用的天然矿泉水和低温热水，充分发挥矿床地下水的资源作用。,（二）、矿床水文地质条件的复杂多变性,由于自然地理、地质和水文地质条件的差异，我国不同地区，甚至同一矿区的不同矿井或同一矿井的不同采区、不同煤层、同一煤层的不同开采水平，水文地质条件的复杂程度多存在一定、甚至较大的差异。如，我国矿井水害分区华北石炭、二叠岩溶裂隙水水害区华南晚二叠统岩溶水水害区东北侏罗系裂隙水水害区西北侏罗系裂隙水水害区藏滇中生界裂隙水水害区台湾第三系裂隙孔隙水水害区,,据煤矿水害事故典型案例汇编统计,矿床水文地质条件的复杂性还表现为多变性，一是随季节变化，二是随采矿活动和矿区排水面变化。因此在研究矿床水文地质条件时，要注意分阶段由浅入深地进行；在分析矿床地下水规律时，既要注意分析空间上的变化规律，又要注意分析时间上的变化规律；在治理矿床地下水时，既要想到除弊兴利，更要想到变害为利。,本篇内容安排,第十章矿井充水条件第十一章矿井突水及其预测评价第十二章矿井涌水量预测第十三章矿井水的防治,第一章矿井充水条件,,矿床充水自然状态下矿床和围岩中赋存的水；矿井涌水采矿时流入井巷的水；矿井突水超过矿井正常排水能力的瞬时大量涌水。,充水水源充水通道影响涌水强度的因素,矿井充水条件,形成矿井涌水的必备条件,三者综合作用,,,正确地掌握矿床充水条件，是认识矿床水文地质规律的第一步，是进行矿床水文地质工作的基础。,矿井充水条件,由于不同矿井的充水水源不同、充水通道不一和充水程度的差异，决定了矿井水的涌入特征、水量大小和动态变化，即决定了矿井水文地质条件的复杂程度。因此正确评价矿井充水条件，认识矿井水文地质规律，对于指导矿井水文地质勘查，以及预测和计算矿井涌水量、预测矿井突水、制定矿井防治水规划及进行防治水工程设计乃至矿区水资源的合理开发与矿并水的综合利用等，都具有十分重要的意义。,矿井充水条件,内容安排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,第一节影响矿井充水的自然因素,影响矿井充水的自然因素有大气降水、地形、地表水、井巷围岩的性质，以及地质构造、岩溶陷落柱等。,一、大气降水,大气降水是地下水的主要补给来源，直接受大气降水渗入补给的矿床，多分布于包气带中、埋藏较浅、充水层裸露、位于分水岭地段。大气降水的复杂多变，对矿井充水的影响也千差万别，下面分三种矿井来研究,对于露天矿,①降水直接陷落在矿坑内，形成降雨径流，其水量大小决定于降水量、露天坑范围及其汇水条件；②矿坑充水与降水关系极为密切，雨后境内水量立即增大。,美国犹他州露天铜矿,有集中人渗通道的矿井,①降水沿集中入渗通道灌入矿井造成涌水，其水量取决于降水量、汇水条件和通道的过水断面积、长度；②矿井充水与降水关系密切，矿井充水滞后于降水的时间，一般为数小时至数日，有时易构成水害。,降水沿孔隙、裂隙渗入的矿井,①入渗机制比较复杂，矿井充水既决定于降水量大小、降水强度和降水历时、更决定于入渗条件；②矿井充水与降水的关系不如前两种情况密切，矿井涌水量增大滞后于降水的时间较长，一般为十几天至几十天不等。,矿井涌水量的变化特点,周期性变化降水的影响随深度减弱同一矿井，降水对矿井充水的影响有随深度减弱的趋势，表现为深水平矿井涌水量比浅水平小，涌水量峰值滞后于降水量峰值的时间延长，其减小的幅度和滞后的时间长短取决于入渗条件的变化。,二、地形,地形直接影响矿井水的汇集和排泄，它是控制矿井涌水量大小和防治工作难易程度的主要因素之一。地形对矿井充水的影响集中反映在矿井相对于当地侵蚀基准面的位置上，一般分为两类。,大山嘴，有泉水；沟相交，水滔滔；弯对弯，水不干；龙戏珠，水不枯。,1、位于当地侵蚀基准面以上的矿井,分布位置多位于山区分水岭或斜坡地带地形条件通常不利于充水水源的汇集而有利于排泄充水特征以大气降水为主要充水水源，矿井正常涌水量较小，雨季短期增大，水文地质条件比较简单。注意当侵蚀基准面以上的井巷上方存在封闭汇水洼地，并有集中入渗通道与矿井相通时，也会造成很大的涌水，甚至发生灾害事故。,2、位于当地侵蚀基准面以下的矿井,分布位置一般位于山前平原地带或山间盆地内地形条件有利于充水水源向矿井汇集而不利于排泄充水特征在岩性和构造适宜的条件下，地表水和地下水使矿井大量充水，矿井涌水量大而稳定，水文地质条件较复杂注意近地表水体的矿井其充水条件比远离地表水体的复杂,三、地表水,当矿井附近有江河、湖泊、池塘、水库、沟渠、沼泽等积水，以及季节性雨水时，如果当水位暴涨超过矿井井口标高，这些水就会涌入井下，或由裂隙、断层或塌陷区渗入井下，成为矿井充水水源，甚至导致淹井，占水害事故总量的比例为10。地表水体能否成为矿井充水水源，取决于地表水体与井巷之间有无直接或间接联系的通道。,1、地表水涌入矿井的通道,①第四系松散砂砾层及基岩露头例如山东新汶西港矿大汶河水→松散砂砾层→四灰含水层→矿井,地表水涌入矿井的通道,②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，地表水沿小窑采空区泄入三井，最大水量达614m3/h；③地表岩溶塌陷如湖南涟邵恩口二井木杉河洪水冲垮河堤，涌入塌陷区，溃人矿井，最大涌水量达3500m3/h；,地表水涌入矿井的通道,④地表水体下采煤形成的导水裂隙带如吉林辽源梅河一井水库透水掩井,地表水,,地表水涌入矿井的通道,⑤暴雨径流沿低洼处的井筒直接涌入矿井,,,,,,,,,井口,地面,,井筒,2004年6月16日，湖北省阳新县白沙镇鹏凌矿业有限公司井下193米作业面中段发生特大透水事故，11名矿工被困井下345米处。（梅雨季节）,,2、地表水涌入量的大小,取决于下列三个重要的因素⑴井巷与地表水体间的岩石渗透性⑵地表水体与井巷的相对位置⑶地表水体的性质和规模,⑴井巷与地表水体间的岩石渗透性,相对隔水层（稳定分布、具有一定厚度的粘土）只要开采冒落裂隙带不波及地表水体，地表水对矿井充水影响不大强透水岩层相距很远，也可能导致矿井充水,根据井巷与地表水体间岩石的渗透性不同，可将地表水体与矿井的关系分为,①无水力联系②微弱水力联系③正常渗入补给,地表水体为定水头补给边界，补给量较为稳定，矿井涌水量主要取决于透水岩层的透水性、过水断面和水力梯度。当充水通道为砂砾石孔隙或岩溶管道时，矿井涌水量可能很大，甚至造成灾害性影响。,⑵地表水体与井巷的相对位置,,河流,,,,,,,,50m,125m,,,,,,,,,,河流,,分水岭,,,,,,250-300m,400-500m,⑶地表水体的性质和规模,时空性质常年性定水头补给边界，矿井涌水量通常大而稳定，淹井后因不易疏排而难以恢复生产季节性定期间断补给，矿井涌水量随季节变化，一般雨季多旱季少,3、矿区地表水体勘查工作,①查明水体与井巷的相对位置；②勘查水体与井巷之间的岩层透水性，判断地表水有无渗入矿井的通道及其性质；③根据地表水体的性质和规模大小、动态特征，结合通道的性质确定地表水体对矿井充水的影响程度；④计算河流渗漏量。,四、井巷围岩的性质,一充水岩层-对矿井充水起作用的含水层,直接充水含水层指露天坑或矿井巷道直接揭露的含水层，或通过煤层回来后的冒落裂隙带、回采工作面及巷道底板破坏带等直接向矿井充水的含水层。,间接充水含水层指与直接充水含水层有水力联系，并通过直接充水含水层向矿井充水的含水层。,充水岩层隔水岩层,,充水岩层,,充水岩层对矿井充水的影响取决于以下因素,充水岩层的含水空间特征孔隙充水岩层裂隙充水岩层岩溶充水岩层充水岩层的厚度和分布面积充水岩层的出露和补给条件,隔水岩层对矿井充水的作用,三个因素隔水岩层的阻水能力隔水岩层的厚度和稳定性隔水岩层的岩性组合关系,五、地质构造,褶曲构造褶曲的类型和规模褶曲伴生裂隙的导水作用平行主应力的横张裂隙导水性褶曲轴部，特别是向斜轴部的纵张裂隙常常是底板突水的通道褶曲形成过程中产生的层间裂隙有利于灰岩中岩镕的发育和地下水的汇集与运移,断裂构造,断裂构造对矿井充水的影响断层的导水和储水作用断层缩短了煤层与对盘含水层的距离断层降低岩层的强度影响断层导水位的因素断裂面的力学性质断裂两盘的岩性断裂的规模,地震,地震对矿井充水的影响引起水位和涌水量波动涌水量变化幅度与地震强度、距震源距离的关系,,,,由于地球在不断运动和变化，逐渐积累了巨大的能量，在地壳某些脆弱地带，造成岩层突然发生破裂，或者引发原有断层的错动，这就是地震。地震共分为构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震四种。,唐山大地震1976.7.28.342,,六、岩溶陷落柱,分布华北石炭二叠系煤田成因由于煤系地层下伏的奥陶系灰岩顶部岩溶发育，常形成巨大的溶洞，使上覆地层失去支撑，从而在重力作用下不断向下垮落而形成。分类全充水型边缘充水型疏干型,山西4个井田,1020个岩溶陷落柱；河北井陉矿区，71个岩溶陷落柱，突水38次。1984.6.2.1020开滦范各庄矿2171工作面9号陷落柱，最大突水量2053m3/min。,第二节影响矿井充水的人为因素,老空积水概念对矿井充水的影响短时间有大量水涌入矿井，具有很大的破坏性与其它水源无联系时，短期可疏干；有联系时可能涌水量大而稳定，危害很大多属于酸性强腐蚀水，破坏矿山设备多分布在矿床边缘或矿体浅埋处防治留设防水煤柱,人为因素,导水钻孔未进行封孔或虽封孔，但质量不合乎要求的钻孔便成为沟通煤层上部或下部含水层的导水钻孔。采掘破坏顶板突水底板突水断层突水,,冒落带、裂隙带、弯曲带,底板导水破坏带、完整岩层带、承压水导高带,人为因素,矿井长期排水引起充水条件的变化疏降漏斗扩大导致充水岩层地下水补排关系的变化岩溶塌陷形成新的充水通道,,,,第三节矿井充水条件分析,分析内容充水水源充水通道充水影响因素充水评价和分类,富水系数同时期内，涌水量与采出矿藏量之比。,