第六章礦井水

第六章礦井水礦井水—是在煤礦消費過程中，流入 或滲入井筒、巷道和任務面的 大氣降水、地表水、地下水和 老窯積水的總稱。本章引見§水的根本知識§礦井充水條件§礦井水預防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、地下水的物理性質及化學性質〔一〕地下水的物理性質1、溫度：地下水的溫度主要受氣溫及地熱控制。淺層地下水可低于00C,火山活動區(qū)有時 超越1000。2、顏色：地下水在普通情況下是無色的。當水中含有某 些元素或有懸物質和膠質體物質時便有不同的 顏色。地下水顏色與其中存在物質的關系

水中存在的物質硫化氫低價鐵高價鐵硫細菌錳的化合物腐植酸粘土水的顏色翠綠色淺藍色淺綠色黃褐色紅色暗紅暗紅灰黑色無瑩光的淡黃色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 氣體成分和有機質。普通地下水是 無味的。含有H2S氣體時，有臭雞蛋味；含亞鐵離子時，有鐵腥味；含腐植酸時，有沼澤味； 普通溫度低時，不易區(qū)分，而加熱到400C左右時氣味最顯著。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〕大量有機質的存在能水具有甜味； 6〕二氧化碳在水中含量較多時，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。

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

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

酸性水對金屬有腐蝕性，煤礦中的地下水假設為酸性水，會腐蝕井下金屬設備和采煤機械。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值強酸性<5弱酸性5～7中性7弱堿性7～9強堿性>92、侵蝕性當含有CO2的地下水與混凝土或石灰?guī)r等接觸時，能夠溶解其CaCO3,使混凝土的構造遭到破，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，當水中含有一定數(shù)量的HCO3－時，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。當水中的CO2與HCO3－到達平衡之后假設又有一部分CO2進入水中，那么平衡就遭到破壞，反響向右進展，其中一部分CO2與CaCO3起化學反響，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.暫時硬度和永久硬度。硬度的表示方法普通有三種：毫克當量/升.德國度. 摩爾/升。地下水按硬度的分類水的類型硬度毫克當量/升德國度摩爾/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德國度。水的硬度隨著自然地理.地質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，并構成一層極薄得水膜，這一部分水稱為吸著水，也稱強結合水。其無法被利用，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合水。普通無法被利用，但外層水分子可被植物吸收。

〔四〕毛細水

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

〔五〕重力水

充溢于非毛細空隙中的，可以子有運動的液態(tài)水稱為重力水?！擦彻虘B(tài)水

當巖石的溫度低于0℃時，巖石中的水就會變成固態(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存空間，又是地下水的運動場所。

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穩(wěn)定隔水層之間。①無壓層間水：兩個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)過斷層等流出地面就構成泉，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---在煤礦建立和消費過程中，進入井筒、巷道和任務面的各種類型水源的水稱為礦井水。水進入礦井的過程稱礦井充水。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井水的重要補給來源，特別是開采地形低洼并且埋藏較淺的煤層時，大氣降水往往是礦井涌水的主要來源。①礦井涌水量的大小與該區(qū)降水 量的大小、降水性質及延續(xù)時 間有關。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會遇到此類水 源。②充水水源為裂隙水：當采掘任務面揭露 裂隙水的圍巖時，這種水就會流入工 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，常會 遇到此類水源。〔二〕地表水位于礦井附近或直接位于礦井以上的河流、湖泊、水池、水庫等地表水，可經(jīng)過一定的通道進入礦井，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：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，由于長期停頓排水而積存的地下水，通常稱為老窯積水，其特點如下：①來勢兇猛，在短暫時間內(nèi)可有大量的水涌入井巷，且水中常攜帶著煤塊、石塊等，有時含有有害氣體，破壞性很大。②老窯積水普通為堿性水，對 金屬有腐蝕性，易破壞井下 的金屬設備。③假設它與其他水源無水力聯(lián)絡 時。那么易疏干；假設與其他水 源有水力聯(lián)絡時，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。〔二〕巖層的裂隙巖層的風化裂隙、成巖裂隙、構造裂隙 等都能構成礦井充水的通道?！踩硯r層的溶隙這種空隙存在于碳酸鹽類的可溶性巖層中?！菜摹橙巳蝿沼煤浅獾某渌ǖ?、封鎖不良的鉆孔當鉆孔未封鎖或封鎖質量不符合規(guī)定要求時，這些鉆孔就 構成了溝通煤層頂、底板含水層或地表水的通道，在采掘過 程中遇到或接近它時，就會發(fā)生涌水等事故。2、采礦活動煤層采空后，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，這些裂隙假設與地表水或地下水溝通，也會引起礦井涌水。3、礦井長期排水在煤礦長期排水過程中，所構成的水位降落漏斗，在不穩(wěn)定的情況下，逐漸向外擴展，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 的關系?！踩车匦螛嬙斓挠绊懙匦螛嬙旒葲Q議了地下水的埋藏條件，有控制著地下水的運動，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，按照設計要求進展，假設采掘工程違反規(guī)程沒有按設計要求去做，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、就會使水進入礦井，增大礦井的涌水量。四、實例分析〔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、水文地質觀測及實例礦井水源的分析正確與否，主要取決于觀測資料的全面性和可靠性，假設沒有必要的觀測結果作為根據(jù)，分析問題往往出現(xiàn)錯誤。〔一〕礦井水的觀測主要包括水位觀測、流量觀測、水質觀測等。1、水位觀測〔1〕、預告浸透事故的發(fā)生例如開灤礦務局唐山礦，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?！?〕、了解斷層的導水性例如焦作礦務局某礦，在井巷掘進過程中發(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大?！?〕、了解突水水源例如圖6~20所示為淄博礦務局某礦1958年10月28日回采十行頭炭過程中，任務面底板忽然透水，涌水量達5㎡/min部分巷道被淹沒?！?〕、了解地下水與地表水的補給關系2、流量觀測〔1〕礦井涌水量與降水量的關系根據(jù)礦井涌水量的變化和降雨的關系可表現(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，這闡明降水對礦井涌水量的影響很小。一、水文地質觀測〔一〕、地面水文地質觀測：從四方面分析：1、氣候觀測：觀測內(nèi)容：降水量、蒸發(fā)量、氣溫、相對濕度等。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系圖。2、地表水觀測：①對河流、水溝觀測：流量、水位、雨季最大 流量和水位、經(jīng)過構造斷裂帶的流失量，洪 水期淹沒帶等。②對湖泊、水庫、大型塌陷段水區(qū)的觀測：積 水范圍、水深、水量、水位標高。對以上觀測應整理成各種曲線圖并標在平面圖上。3、地下水觀測： 對象：泉、井、鉆孔、探巷、被淹井巷并組成觀測系統(tǒng)。資料整理：編制各種綜合圖件如等水位線 〔等水壓線〕圖、水化學剖面圖等。4、導水斷裂帶發(fā)育高度的觀測： 觀測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|觀測1、巷道充水性觀測：分巷道充水性觀測和礦井涌水量觀測兩部分〔1〕含水層觀測巷道經(jīng)過含水層：含水層厚度、巖性、裂隙、巖溶、標高、水壓、水溫、涌水量并取水樣化驗水質。〔2〕巖層裂隙發(fā)育調(diào)查觀測井下見含水層的裂隙調(diào)查：裂隙產(chǎn)狀要素、長度、寬度、成因類型、張開和充填程度、充填物成分、地下水活動痕跡，丈量裂隙率〔面密度〕。裂隙率〔K〕Li：落入統(tǒng)計面積內(nèi)的某一裂隙長度，m；bi：某一裂隙寬度，m；F：觀測統(tǒng)計面積，m2。u：節(jié)理數(shù)目〔3〕斷裂構造觀測斷層性質、產(chǎn)狀要素、落差、破碎帶寬度，充填物性質及透水性。〔4〕出水點觀測出水時間、地點、層位、巖性、厚度、出水方式、出水量、水壓、標高、圍巖、巷道變形等情況，分析出水緣由及水源，采水樣化學分析。〔5〕出水征兆觀測〔任務面〕潮濕、滴水、淋水、頂?shù)装寮爸е冃吻闆r。2、礦井涌水量觀測：1〕觀測要求觀測點布置：各巷道排水溝出口處、主巷道排水溝流入水倉處、采區(qū)石門排水溝出口處、井下出水點并分程度觀測。觀測時間：普通每旬觀測一次。水文復雜礦區(qū)那么每旬2-3次，雨季次數(shù)應添加。2〕觀測方法〔1〕容積法：①單位時間內(nèi)流入量水桶中的水量〔時間 普通為小時、分、秒〕。②迎頭水窩容積計算法〔2〕浮標法：在規(guī)那么水溝上下游測定兩個過水 斷面面積，取平均值F，兩斷面之間隔 為L，浮標漂流時間為t，涌水量Q為：〔3〕堰測法：使排水溝的水經(jīng)過外形固定的堰口，量測堰口的水頭高度，即可計算出涌水量：①三角堰：適宜流量小于0.5m3/s的情況：