【正文】 煤礦地質(zhì)學 高 迪 河南理工大學資源環(huán)境學院 河南省生物遺跡與成礦過程重點實驗室 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 ?影響煤炭資源的開發(fā)； ?惡化礦井生產(chǎn)條件； ?增加采礦的成本； ?造成淹井事故。 礦井水的危害 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 1984年 6月 2日，我國自行勘察、設(shè)計、建設(shè)的 “ 新中國第一礦 ” 開灤范各莊礦發(fā)生世界罕見的特大透水災(zāi)害 突，水量為 2053m3/min ，不到 21個小時就淹沒了這座年產(chǎn)煤 300萬噸的大型礦井。三天后，涌水潰入?yún)渭役绲V。到 6月 10日年產(chǎn) 200萬噸原煤的這座大型水采礦井也被淹沒。呂家坨礦被淹后，涌水又直撲年產(chǎn) 300萬噸的林西礦。 涌水量比之前世界上最大的礦山突水 ——— 南非金剛薩金礦突水量大 5至 10倍以上。造成經(jīng)濟損失 5億元以上。 按每人每天平均需水 180升 190升，可用 。 桶裝飲用水 19升。 礦井充水條件 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水文地質(zhì)基本知識 礦井水文地質(zhì)觀測與涌水量預(yù)計 礦井水害防治技術(shù)與方法 地球上水的循環(huán) ? 自然界中 水的組成 ：海水（咸水），淡水（冰川、河湖和地下水）。 ? 自然界中大氣水、地表水和地下水是統(tǒng)一水體，它們之間存在著內(nèi)在聯(lián)系和不斷相互轉(zhuǎn)化的循環(huán)過程。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 地球上水的循環(huán) ?水的循環(huán)可分為大循環(huán)和小循環(huán)。 ?水的大循環(huán)，又稱外循環(huán)。 它是指在全球范圍內(nèi)水分從海洋表面蒸發(fā)，上升的水汽隨氣流運移到陸地上空、凝結(jié)成雨點降落到陸地表面，又以地表或地下徑流的形式，最終流歸海洋中，再度受到蒸發(fā)。 水在海洋和陸地之間，既整個地球范圍內(nèi)的循環(huán) ?水的小循環(huán)，又稱內(nèi)循環(huán)。 它是指水從海洋表面蒸發(fā)，又降落到海洋表面；或者水從陸地上的湖泊表面、河流表面、地表、植物葉面蒸發(fā)，又降落在陸地上。 水在海洋或陸地各自范圍內(nèi)的循環(huán) 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 自然界水的循環(huán)示意圖 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水循環(huán)意義 、水圈、巖石圈和生物圈之間不斷地進行著能量交換和物質(zhì)遷移。 、地表水、地下水、土壤水之間相互轉(zhuǎn)化，使水資源形成不斷更新的統(tǒng)一系統(tǒng)。 地下水的概念 地下水形式 ? 地下水是指埋藏在地表以下、儲存在巖石空隙中的水。 它主要以氣態(tài)水、固態(tài)水、液態(tài)水和結(jié)合水等幾種形式存在。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 地下水的概念 地下水形式 ? 地下水是指埋藏在地表以下、儲存在巖石空隙中的水。 它主要以氣態(tài)水、固態(tài)水、液態(tài)水和結(jié)合水等幾種形式存在于巖石的空隙中。 ? （ 1）毛細水由毛細力的作用而充滿于巖石毛細空隙中的水。它能作垂直方向的運動，有條件地傳遞靜水壓力，能被植物吸收。 按其形成特點，可分為支持毛細水，懸掛毛細水和孔角毛 細水。 ? （ 2）重力水巖土中在重力作用下能自由運動的地下水。它能傳遞靜水壓力，有溶解能力，易于流動。可以被植物吸收和被人類利用。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 ? （ 1）強結(jié)合水又稱吸著水。由靜電引力作用緊密吸附于巖石顆粒及裂隙表面的水分子，其厚度相當于幾個到幾百個水分子厚度。 ? （ 2）弱結(jié)合水又稱薄膜水。位于強結(jié)合水外層的水分子，其厚度從幾十到幾千個水分子厚。 ? 無論是強結(jié)合水還是弱結(jié)合水，其在巖石中的數(shù)量都是微不足道的，因此，對礦井生產(chǎn)無影響，研究它們的實際意義不大。 ? 存在于礦物結(jié)晶內(nèi)部及其間，即沸石水、結(jié)晶水及結(jié)構(gòu)水。它們一般來說是不能被利用的。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 地下水的垂向分布 地下水面以上范圍稱為 包氣帶 ，地下水面以下稱為飽水帶 。 地下水的賦存 巖石中的空隙 ? 巖石空隙是地下水儲存場所和運動通道。 ? 巖石中的空隙，根據(jù)其成因和后期所受營力作用程度，分為 孔隙、裂隙和喀斯特 。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 孔隙 ： 松散沉積物是由大小不等的顆粒組成的，顆粒間普遍存在著孔隙 巖土孔隙率的大小，主要與顆粒的形狀、排列情況及顆粒的分選性和壓密、膠結(jié)情況有關(guān)。 松散沉積物的孔隙率一般很大，可達 20%～ 60% 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 裂隙 ：應(yīng)力作用下巖石破裂產(chǎn)生的裂縫 裂隙的大小、多少、張開性能、分布規(guī)律等，主要取決于巖石的性質(zhì)、裂隙成因、巖石所處的構(gòu)造部位，以及裂隙在形成過程中的各種自然因素 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 溶隙 ： 溶隙是可溶巖（如石灰?guī)r）在地下水流長期溶蝕下形成的空隙 喀斯特的發(fā)育程度、形態(tài)、分布規(guī)律、連通狀況等，主要與可溶巖的成分、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、地貌特征和地下水的活動等因素有關(guān)。 1 2 3 45 6 7 81— 分選良好、排列疏松的砂； 2— 分選良好、排列緊密的砂； 3— 分選不良、含泥砂的礫石； 4— 經(jīng)過部分膠結(jié)的砂巖； 5— 具有結(jié)構(gòu)性孔隙的黏土； 6— 經(jīng)過壓縮的黏土； 7— 具有裂隙的巖石； 8— 具有溶隙及洞穴的可溶巖 巖石中各種空隙（據(jù)王大純等， 1995） 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 含水層與隔水層 1．透水層與弱透水層、含水層與隔水層的概念 1）透水層與弱透水層 （ 1） 透水層 重力水能夠透過的土層或巖層。 （ 2）弱透水層允許地下水以極小速度流動的弱導水巖層。 2）含水層與隔水層 （ 1） 含水層 地下水面以下飽水的透水層（上部未飽水的部分則是透水但不含水的巖層。）水文地質(zhì)研究的主要對象。 構(gòu)成含水層的條件是： 土層或巖層有貯存重力水的空隙； 下伏有隔水層。 （ 2） 隔水層 重力水不能透過的土層或巖層，如黏土、致密完整的頁巖、火成巖、變質(zhì)巖等。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 Ⅰ — 透水層； Ⅱ — 含水層； Ⅲ — 地下水面 含水層與透水層 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 含水層的出水能力稱為富水性，一般以規(guī)定某一口徑井孔的最大涌水量來表示。 含水層的富水性有強弱之分。含水豐富的含水層，稱為強含水層；含水性較差的含水層，稱為弱含水層。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 含水層富水性等級 按鉆孔單位涌水量 q/（ Ls1m 1） 富水性極弱的 ＜ 弱富水性 ~ 中等富水性 ~ 強富水性 ~ 極強富水性 ＞ 含水層富水性的劃分 注：鉆孔單位涌水量以口徑 91mm，抽水水位降深 10m為準。若口徑、降深與上述不符時，應(yīng)進行換算再比較富水性。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 地下水的分類 地下水的綜合分類 ? 我國在煤礦建設(shè)和生產(chǎn)過程中一般都采用按地下水埋藏條件和含水層性質(zhì)的綜合分類。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 按埋藏條件 按含水層空隙性質(zhì) 孔隙水（松散沉積物孔隙中的水） 裂隙水（堅硬巖石裂隙中的水） 喀斯特水（喀斯特化巖石中的水） 包 氣 帶 上層滯水 包氣帶中局部隔水層以上季節(jié)性存在的水。廣義上也包括包氣帶中其它形式的水，如土壤水 巖石風化層中季節(jié)性存在的水。區(qū)域地下水位以上局部隔水層上的季節(jié)性存在的水 喀斯特化巖石垂直滲入帶中季節(jié)性存在的水 飽 水 帶 潛水 各種成因類型松散沉積物中的水。當十分接近或成片出露地表時成為沼澤水。沙漠及濱海沙丘中的水 堅硬巖石上部風化裂隙和構(gòu)造裂隙中的水。 裸露喀斯特化巖層中的水 承壓水 由松散沉積物構(gòu)成的自流盆地和單斜山前平原中的水，以及平原的深部水 構(gòu)造盆地、向斜或單斜構(gòu)造中層狀裂隙巖層中的水。構(gòu)造破碎帶中的水，以及獨立裂隙系統(tǒng)中的脈狀水 構(gòu)造盆地、向斜或單斜構(gòu)造中喀斯特化巖層中的水 地下水的綜合分類 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 按地下水的埋藏條件分類 ? 地下水按埋藏條件，可分為上層滯水、潛水和承壓水 3種類型。 指埋藏在離地表不深的包氣帶中局部隔水層上的重力水。 指埋藏在地表 以下、第一個穩(wěn)定隔 水層以上，且具有自 由水面的重力水。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 潛水的自由水面稱為 潛水面 。地表至潛水面的垂距，稱為 潛水埋藏深度 。潛水面至其底板隔水層頂面之間的距離，稱為潛水含水層厚度 。潛水面上任一點的標高，稱為 潛水位 。 潛水面的形狀可用等水位線圖來表示。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 Ⅰ — 包氣帶； Ⅱ — 飽水帶； aa’— 地面； bb’— 潛水面； cc’— 隔水層頂面； oo’— 基準面； h1— 潛水埋藏深度； h2— 含水層厚度； H— 潛水位 上層滯水和潛水示意圖 ? 根據(jù)潛水面等高線圖可解決一些實際問題，如 確定潛水的流向 —— 垂直等水位線由高水位流向低水位，確定 潛水的水力坡度 —— 任意兩條等水位線的水位差與相應(yīng)等水位線間流長的平距之比（即潛水面坡度＝兩等水位線的水位差／兩等水位線間的平距）， 確定地表水與潛水的相互補給關(guān)系，確定潛水埋藏深度 （將地形等高線和等水位線繪于同一圖紙或兩圖疊置，各點標高與相應(yīng)點的水位之差，即為該點潛水埋藏深度），確定引水和排水工程的位置等。 ? 對于許多煤礦來說，潛水是礦坑充水的重要水源之一，必須引起重視。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 1— 等水位線； 2— 水流方向 地表水（河流）與潛水間的補給關(guān)系示意圖 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 潛水的特征： A）潛水直接接受大氣降水和比它水位高的地表水的滲入補給； B）潛水面不承受靜水壓力； C）在重力作用下，由高向底流動，稱潛水流； D）潛水的埋深因地而異，與水位、水量變化有關(guān)。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 、下兩個相對穩(wěn)定隔水層之間的含水層中，對頂板產(chǎn)生靜水壓力的地下水，稱為 承壓水 。 ? 最適宜承壓水形成的構(gòu)造形式有向斜和單斜。 ? 儲存承壓水的向斜構(gòu)造，在水文地質(zhì)學上通常稱為承壓水盆地或自流盆地。自流盆地按其水文地質(zhì)特征可分為補給區(qū)、承壓區(qū)及排泄區(qū) 3部分。 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 水文地質(zhì)基本知識 7 礦井水文地質(zhì)與水害防治 補給區(qū) ：指大氣降水和地表水直接補給自流水的部位 。 承壓區(qū) ：指含水層上方具有隔水層的地段 。