矿井水文地质及水害防治.ppt

矿井水文地质工作是煤矿地质工作的重要方面，主要任务是研究煤炭资源开发过程中与地下水危害进行斗争的有效措施和合理利用地下水资源的方法。矿井突水是危害煤矿建设、生产的主要因素之一。有些地区由于水文地质条件的复杂性，造成煤层不能开采；有些矿井由于水大，不仅大大增加了原煤成本，同时也威胁着煤矿的安全生产。为保证煤矿安全生产，改善井下劳动条件，同时也为了合理利用地下水资源，有必要了解矿井水文地质的基础知识和矿井水的防治方法。 7.1.1 地球上水的循环 地球上各种形态的水在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽运移、凝结降水、下渗及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动，这种过程称为水的循环。 水的循环可分为大循环和小循环2种（图7-1）。 水的大循环，又称外循环。它是指在全球范围内水分从海洋表面蒸发，上升的水汽随气流运移到陆地上空、凝结成雨点降落到陆地表面，又以地表或地下径流的形式，最终流归海洋中，再度受到蒸发。 水的小循环，又称内循环。它是指水从海洋表面蒸发，又降落到海洋表面；或者水从陆地上的湖泊表面、河流表面、地表、植物叶面蒸发，又降落在陆地上。 7.1.2 地下水的概念 7.1.2.1 地下水形式 地下水是指埋藏在地表以下、储存在岩石空隙中的水。它主要以气态水、固态水、液态水和结合水等几种形式存在于岩石的空隙中。 1.气态水即水蒸气 2.固态水 3.液态水包括毛细水和重力水 （1）毛细水由毛细力的作用而充满于岩石毛细空隙中的水。它能作垂直方向的运动，有条件地传递静水压力，能被植物吸收。 按其形成特点，可分为支持毛细水，悬挂毛细水和孔角毛细水。 （2）重力水岩土中在重力作用下能自由运动的地下水。它能传递静水压力，有溶解能力，易于流动。可以被植物吸收和被人类利用。 4.结合水分为强结合水和弱结合水 （1）强结合水又称吸着水。由静电引力作用紧密吸附于岩石颗粒及裂隙表面的水分子，其厚度相当于几个到几百个水分子厚度。 （2）弱结合水又称薄膜水。位于强结合水外层的水分子，其厚度从几十到几千个水分子厚。 无论是强结合水还是弱结合水，其在岩石中的数量都是微不足道的，因此，对矿井生产无影响，研究它们的实际意义不大。 5.矿物中的水 存在于矿物结晶内部及其间，即沸石水、结晶水及结构水。它们一般来说是不能被利用的。 7.1.2.2 地下水的垂向分布 地下水面以上范围称为包气带，地下水面以下称为饱水带（图7-2）。 7.1.3 地下水的赋存 7.1.3.1 岩石中的空隙 岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。 岩石中的空隙，根据其成因和后期所受营力作用程度，分为孔隙、裂隙和喀斯特（图7-3）。 1.孔隙指分布于松散的沉积岩层中及半胶结的碎屑沉积岩中岩石颗粒或颗粒集合体之间的空隙。 孔隙的大小和多少，取决于岩石颗粒的大小、形状、分选程度、排列方式、胶结程度及充填物的性质等因素。 2.裂隙指各种应力作用下岩石破裂产生的裂缝。 裂隙的大小、多少、张开性能、分布规律等，主要取决于岩石的性质、裂隙成因、岩石所处的构造部位，以及裂隙在形成过程中的各种自然因素（气候、地形、地下水活动等）。 3.喀斯特（岩溶、溶隙、溶洞、溶穴）可溶性岩石（如岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等）在地下水的溶蚀、冲蚀下产生的空洞。 喀斯特的发育程度、形态、分布规律、连通状况等，主要与可溶岩的成分、结构、地质构造、地貌特征和地下水的活动等因素有关。 7.1.3.2 含水层与隔水层 1．透水层与弱透水层、含水层与隔水层的概念 1）透水层与弱透水层 （1）透水层重力水能够透过的土层或岩层。 （2）弱透水层允许地下水以极小速度流动的弱导水岩层。 2）含水层与隔水层 （1）含水层地下水面以下饱水的透水层（上部未饱水的部分则是透水但不含水的岩层（图7-4））。 构成含水层的条件是：土层或岩层有贮存重力水的空隙；下伏有隔水层。 含水层它是水文地质研究的主要对象。 （2）隔水层重力水不能透过的土层或岩层，如黏土、致密完整的页岩、火成岩、变质岩等。 含水层与隔水层的划分是相对的。 2.含水层的类型及含水岩组 根据不同的标准或目的，可将含水层划分为若干类型，详见表7-1。 3.含水层的富水性分级 含水层的富水性有强弱之分。含水丰富的含水层，称为强含水层；含水性较差的含水层，称为弱含水层。含水层的出水能力称为富水性，一般以规定某一口径井孔的最大涌水量来表示。含水层富水性的等级划分，见表7-2。 7.1.4 地下水的分类 7.1.4.1 地下水的综合分类 我国在煤矿建设和生产过程中一般都采用按地下水埋藏条件和含水层性质的综合分类，详见表7-3。 7.1.4.2 按地下水的埋藏条件分类 地下水按埋藏条件，可分为上层滞水、潜水和承压水3种类型。 1.上层滞水指埋藏在离地表不深的包气带中局部