防治水Word下载.docx
《防治水Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《防治水Word下载.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
炭二叠系
岩溶一裂
隙水害区
亚湿润一亚干旱
600mm～1000mm
约占70％
200m～600mm
约占20％
涌水、突水较频繁，涌水
量大或特大（1000
～123180
），常常影响生产或淹井，排水费用负担较大，矿井安全生产受到严重
威胁，区内中深部下组煤有
几百亿吨因水害威胁不能开
采
煤田为分布范
围大、可采煤层
多、储量大、煤
种齐全的焦煤和
主焦煤重要产
地，对国民经济
影响重大
2
华南晚
二叠统岩
溶水水害
区
湿润气候区
1加0rrrn-2000ITIn
约占95％以上
涌水、突水很频繁，经常影
响生产或淹井，突水量大（2
700rr?
／h～刀000m3／h），矿井
正常涌水量亦大（3000m3／h
～8000m3／h）。
负担巨额排
水电费（400万元／a～1500
万元／a）；
地面塌陷严重，井
下黄泥突出堵塞井巷。
矿井
安全受到严重威胁，雨季更
危险
由于地面塌
陷，每年矿区付
出上百万元赔偿
费。
由于主巷布
设在强含水层
内，故突水、出
水频繁，主要为
底板茅口灰岩
水，江西是顶板
长兴灰岩水
续表0---1
气候区
名称
矿井水对生产危害程度
备注
3
东北侏
罗系裂隙
水水害区
湿润一亚湿润气
候区
400n1ITl～600ITlnl
约占60％
600mm～800InlTl
占25％
一般不影响生产，部分矿
区受地表水和第四系松散层
水的危害较重，有时造成淹
井事故
局部为亚干旱
区（15％）
4
西北侏
干旱气候区
25nlm～100IYIITI
占80％
100——400mrl／
占20％
本区严重缺水，存在供水
和生态系统与环境保护问
题，仅小部分地区存在地表
水和老窑水，造成煤矿水害
5
西藏一
滇西中生
界裂隙水
水害区
300Hml～600rnlTl
约占55％
800rnm～1000rfllTl
约占35％
1000rrrn～2000iTITI
约占10％
西藏一滇西和台湾中、新
生代煤田煤炭储量仅占全国
储量0.1％，水文地质条件
比较简单，水害也不严重
一小部分为亚
干旱区
6
台湾第
三系裂隙
一孔隙水
1800rrrn～40130i¨
二、我国煤矿水害的主要类型及特点
对我国煤矿曾发生的所有水害案例的系统分析研究，可以总结出八种主要煤矿水害类型。
（一）老窑积水透水水害
所谓老窑水，是指年代久远且采掘范围不明的老窑积水、矿井周围缺乏准确测绘资料的乱掘小窑积水或矿井本身自掘的废巷老塘水。
这种水贮集在采空区或与采空区相联的煤岩或岩石巷道内，水体的几何形状极不规则，不断推进的生产矿井采掘工程与这种水体的空间关系错综复杂，难以分析判断。
而这种水体又十分集中，压力传递迅速，其流动与地表水流相同，不同于含水层中地下水的渗透。
采掘工程一旦意外接近便可突然溃出，发生通常所说的“透水”事故。
事实表明，即使只有几立方米的这种积水，一旦溃出，也可能造成人员伤亡事故。
水量较大的老窑积水则可毁矿伤人。
这种水体不但存在于地下水资源丰富的矿区，也可能存在于干旱贫水的煤矿区，是煤矿生产普遍存在的一种水害，曾发生过多次意想不到的水害案例。
（二）地表山洪水害
在有地表水体分布的地区，如长年有水的河流、湖?
白、水库、塘坝等，因煤矿井下防水煤（岩）柱留设不当，当井下采掘工程发生冒顶或沿断层带坍裂导水时，地表水将大量迅速灌人井下，类似水害事故曾多次发生。
尤其是在一些平时甚至长期无水的干河沟或低洼聚水区，多年来平安无事，未引起人们的注意和重视。
当突遇山洪暴发，洪水泛滥，会使某些早已隐没不留痕迹的古井筒、隐蔽的岩溶漏斗、浅部采空塌陷裂缝、甚至某些封孔不良的钻孔，由于洪水的侵蚀渗流而突然陷落，造成地面洪水大量倒灌井下；
也可沿某些强充水含水层的露头强烈渗漏，结果造成水害事故。
在特定条件下，有时可冲毁工业广场，直接从生产井口灌人井下，迫使井下作业人员无法撤出。
这种水害往往来势突然且迅猛，一时无法抗拒，可造成重大损失。
因此，煤矿生产有一条重要经验，即防水重于排水，防重于治。
只有事先做好调查分析，从最坏处着想，做好预防工作，才能真正保证矿井的安全生产。
（三）第四系松散孔隙含水层和第三系含水砂砾层水害
我国大部分煤矿目前主要开采中生代侏罗纪和古生代石炭二叠纪地层中的煤炭。
新生代第四系松散孔隙充水含水层甚至第三系充水含水砂砾层往往呈不整合覆盖在这些煤系地层之上。
它直接接受大气降水和展布其上的河流、湖?
自、水库等地表水体的渗透补给，形成在剖面和平面上结构极其复杂的松散孔隙充水含水体。
这些含水体常年累月地不断地向其下伏的煤层和煤层顶底板充水含水层以及断层裂隙带渗透补给，其水力联系的程度因彼此间接触关系的不同和隔水层厚度及其分布范围的不同而变化。
同时还会因各类钻孔封孔质量的好坏，引起水力联系的变化。
这些变化往往导致有关充水含水层的渗透性和采空区冒落裂隙带的导水强度难于真实判断，因而采掘工作面往往会发生涌水量突然增大的异常现象，情况严重时就会造成突水淹井事故。
在一些特定条件下，甚至可能造成水与流沙同时溃人矿坑的恶性事故。
例如，1963年7月徐州新河煤矿502工作面突然溃人孔隙地下水、流沙和黄泥，淤塞巷道1200m，停产达58d。
另外，生产实践还表明，在一些第四系松散孔隙含水层沉积厚度较大的地区，由于长期疏降地下水位，松散含水层多孔介质有效应力增加，含水层被压缩，穿过这一地层的井筒就会产生严重的变形破坏，引发另一类型的矿区地质灾害。
（四）煤层顶板充水含水层水害
煤系地层中一般包括多层可采煤层，其中有的可采煤层厚度又很大，在这些煤层顶板之上往往沉积有多层充水含水层，有的甚至是强岩溶充水含水层，如南方型龙潭组煤系的顶板就是长兴灰岩。
由于厚煤层与多煤层的重复采动和断层裂隙塌陷滑移程度不同，采动导水裂隙带发育高度和部位也随之变化，这些常使煤层顶板充水含水层未查明的一些富水带中地下水突然泄人采掘工作面，造成重大水害事故，有时甚至淹没整个采区或工作面或整个生产水平。
如果这类充水含水层在隐伏露头部位得到了第四系松散孔隙含水层地下水或在露头部位得到地表水或大气降水的强烈补给，并且它们位于煤层采动导水裂隙带影响范围之内，只要开采煤炭资源就无法躲避时，其水害的预防和治理就更加复杂困难，个别情况下甚至可能造成大量煤炭资源无法开采，或开采后经济效益极不合理。
（五）煤层底板承压充水含水层水害
这是我国煤矿水害频率最高、危害程度最大的一种灾害，曾多次造成突水淹井或淹整个生产水平的恶性事故，淹采区或淹采煤工作面的次数就更多了。
像山东淄博、肥城，河南焦作、鹤壁，河北开滦、峰峰、邯郸，湖南涟邵、煤炭坝和广西的合山等矿山，各种特定条件下的底板突水事故多达几十次甚至数百次。
究其原因就是我国主要煤矿床的基底沉积了巨厚层的碳酸盐岩岩溶充水含水层，如华北型煤田的奥陶系（甚至包括寒武系）碳酸盐岩和华南型煤田的茅口灰岩。
这些碳酸盐岩分布范围广，露头或隐伏在第四系松散孔隙含水层下的面积大，能接受大气降水和地表水或孔隙地下水的强烈补给，一次大的降雨过程，几乎可以补给回填其长期疏排消耗形成的地下水疏降漏斗。
由于煤层的倾伏，随着开采水平的延深，作用于煤层底板的充水含水层水压越来越大，煤层底板相对隔水层的厚度及其岩性组合在剖面上又复杂多变，断裂裂隙的发育程度各不相同，采动矿压作用于煤层底板的强度和对其产生的影响和破坏也因地而异。
因此，煤层底板突水条件事前就很难分析查明，即使作了探查分析和判断，也常常发生意料之外的情况，故煤层底板突水的机率较高，稍一疏忽就会出现底板水害事故。
这是我国矿床水文地质研究领域目前未能圆满解决的一个难题。
（六）岩溶陷落柱水害
众所周知，1984年6月开滦范各庄矿在回采相距底板奥陶系灰岩还有200余米的七号煤层时，由于煤系地层在地质历史时期中不断向奥灰溶洞跨落，形成了一个短轴46m长轴67m的椭圆形岩溶陷落柱，柱体冒落高度竞达200nl，直到七号煤层顶板。
该岩溶陷落柱冒落的岩块冲填疏松，沟通了煤系与奥灰强充水含水层的水力联系，结果发生了突水量高达2053m3／min的恶性突水淹井事故，损失巨大，在世界采矿史上留下了令人难以置信的案例。
这种水害，赋存条件孤立而隐蔽，事前难以探查发现，防治难度极大。
这类水害事故在我国其他矿区也曾多次发生，只是突水水量较范各庄矿略小而已。
（七）断层破碎带突水水害
这种类型的水害，既可与老窑水发生联系，也可与煤层顶板含水层或底板承压含水层甚至与地表水体发生水力联系而引起，是煤矿水害类型中最普遍的一类。
它可以沿断层走向很长一段范围内普遍含（导）水而引发水害，也可以是很局部的一小段甚至是一个点导水而诱发突水。
更有甚者，原始状态是不含（导）水的，但在采动条件下引起顶板导水裂隙意外提高上限或底板岩体裂隙发生活化从而转化为导水断层而突水。
例如，开滦赵各庄矿九东工作面迟到滞后12年的突水事故（突水水量达50mm／min），淄博南定矿-300水平南大巷突水20．17m3／min，肥城国家庄矿1993年1月5日22点30分七层煤-210水平北大巷549.5m3／min的大突水，这些突水事故是出人预料的案例。
国家庄矿的这次突水，七层煤以下47m的太原统四灰含水层水位已降到-180m以下，在突水迎头以外仅76m处有5个打透四灰的钻孔证实确已疏干，并且在其下伏的五灰和奥水含水层中，没有发现向上导升补给的任何迹象，但当掘进迎头揭露落差仅1.2m、1.5m和2m的三条小断层后，即发生了距离69m以下奥灰水的突水，仅5．5h就淹没了-210水平，8.5h淹没了-70水平的主泵房，全井迅速覆殁后，7d又淹没与此相邻的隆庄矿-120水平，15d后又淹没南高余矿的-80水平，使三个被淹矿井的水位迅速上升到+31m标高，与奥灰区域水位相-致。
根据堵水钻孔资料初步分析看来，这次事故是由于距巷道迎头以外65m的一条落差20m的断层（倾角变小到20余度）在巷道底板与上述三条小断层相交的结果。
此类水害的预防和治理是非常困难和复杂的。
（八）地表滑坡和井上下泥石流灾害
此类灾害发生的前提条件是有层间软滑的粘土层、疏松破碎的断层带、粘土充填的节理裂隙等软弱结构面，但要形成灾害，还是与地表、地下的工程活动密切相关。
分布在高、中山区（如四川、贵州、云南等地区）的一些煤矿，此类灾害十分突出，造成的危害也很大。
解决这类灾害问题的方法，既要从水文地质角度去研究，也需从工程地质和岩土工程的角度去探讨分析。
第一章煤矿床充水条件分析
矿床充水条件分析，是矿床水文地质学重要研究内容之一，也是矿井水文地质工作的重要环节之一。
该项工作从普查一勘探阶段开始，直至矿床开采，贯穿于整个工作过程。
普查一勘探阶段的矿床充水条件分析，主要是依据矿床所处的自然地理、地质构造和矿区水文地质特征，重点分析天然条件下主要充水岩层（组）的地下水类型、赋存条件、循环条件和补给条件等，并初步预测矿床开采后矿床主要的充水水源和通道，为普查一勘探报告提供水文地质资料，为详细水文地质勘探的工程部署提供依据，为矿坑涌水量预测计算提供天然条件下的水文地质物理概念模型。
矿床开采阶段，井巷工程已形成，矿床充水条件分析更为具体，即改变为矿坑涌水或矿井涌水条件分析。
该阶段的充水条件分析工作重点是解决在开采条件下矿床充水的水源和通道问题，它们是该阶段矿井水文地质工作的核心。
这些工作对预测矿井正常和最大涌水量、对确定科学合理的防治水方案具有极其重要的理论意义和实用价值。
随着我国矿区普查一勘探和矿山开采事业的发展，矿床充水条件分析的理论也日趋完善。
我国20世纪50~60年代教课书中该部分内容被称为“矿床充水因素分析”，只讲天然状态下的充水条件；
70年代以后的教课书和有关讲义称该部分为“矿坑充水因素分析”、“矿井涌水条件分析”等，不仅名称有所改变，而且讲述内容也有较深入地发展。
矿床充水的基本条件可分为天然充水条件和人为充水条件两大类。
一、矿床充水的天然条件
（一）天然充水水源
矿床天然充水水源主要可分为大气降水、地表水和地下水三种水源。
1．大气降水水源
大气降水是地下水的主要补给来源，所有矿床充水都直接或间接地与大气降水有关。
这里所讲大气降水水源，是指对矿床直接充水的大气降水水源。
以大气降水补给为主的矿床具有下列特点：
（1）矿床矿层（体）埋藏较浅；
（2）矿床主要充水岩层（组）是裸露的或者其覆盖层很薄；
（3）降水量大且采场面积也大的大型露天矿；
（4）矿床处于分水岭或地下水位变幅带内。
2．地表水水源
在有大型地表水体分布（海、湖、大河流、水库、水池等）的矿床地区，查清天然条件下和矿床开采后的地表水体对矿床开采的影响，是矿区水文地质勘探和矿井水文地质工作的一个重要任务，是评价矿床开采价值的重要内容。
地表水体不仅可能造成矿井突然涌水，严重情况下会导致水沙同时溃人矿井。
3．地下水水源
矿床围岩地下水充水类型可划分为：
（1）根据充水岩层性质不同，可分为砂砾石孔隙充水、坚硬岩层裂隙充水和岩溶充水。
（2）根据矿层与充水岩层接触关系不同，可分为直接充水和间接充水。
（3）根据矿层与充水岩层相对位置不同，可分为顶板水充水、底板水充水和周边水充水。
（二）天然充水通道
矿床充水的天然通道主要包括点状岩溶陷落柱、线状断裂（裂隙）带、窄条状隐伏露头、面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄或尖灭）和地震裂隙等。
1．点状岩溶陷落柱通道
岩溶陷落柱在我国北方较为发育。
在地下水的长期物理和化学作用下，中奥陶统灰岩形成了大量的古喀斯特空洞。
在上覆岩层和矿层的长期重力作用下，空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实，下塌的破碎岩块所充填的柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟通了煤系充水含水层中地下水与中奥陶统灰岩水的水力联系。
特别位于富水带上的岩溶陷落柱，可造成不同充水含水层组中地下水的密切水力联系。
岩溶陷落柱的地表特征比较明显，特别在基岩裸露区更为明显。
在一般岩溶陷落柱出露处，岩层产状杂乱，无层次可寻，乱石林立，充填着上覆不同地层的破碎岩块。
陷落柱周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，并多向陷落区内倾斜。
井下陷落柱形态一般呈下大上小的圆锥体，陷落柱发育高度变化较大，主要取决于陷落的古溶洞规模，溶洞空间愈大则陷落柱发育高度也愈高，甚至可波及地表。
堆积在陷落柱内的岩石碎块呈棱角状，形状不规则，排列紊乱，分选性差。
岩溶陷落柱的导水形式多种多样，有的岩溶陷落柱柱体本身导水；
有的柱体则是阻水的，但陷落柱四周或局部由于受塌陷作用影响而形成较为密集的次生裂隙带，从而成为沟通多层含水层组之间地下水的水力联系；
还有的岩溶陷落柱柱体内部分导水，部分阻水。
影响岩溶陷落柱发育分布的控制因素较为复杂，其展布规律至今研究不够。
但根据目前研究成果，我们认为，地质构造是控制岩溶陷落柱分布的主要控制因素之一。
2．线状断裂（裂隙）带通道
断裂（裂隙）带是否能够成为充水通道，主要取决于断裂带本身水力性质和矿床开采时人为采矿活动方式与强度。
这里重点分析断裂带本身性质。
矿床水文地质勘探中为查明断层水力性质，往往需投入很大工作量，我们应该根据大量勘探及水文地质试验资料进行断层水文地质性质的分析研究。
根据以往勘探及矿山开采资料，断层的水文地质性质一般可划分为两种情况：
（1）隔水断层。
一般为压性断层或断层带被粘土质充填，两侧含水层组之间不发生水力联系。
但在矿床开采时，由于人为工程活动，有些天然状态下呈隔水性质的断层常转变为导水断层。
隔水断层处于不同空间位置，其水文地质意义亦不同。
当隔水断层切割于主要充水岩层组内时，常阻止充水岩层组之间的水力联系；
但当隔水断层分布在充水岩层组边界周围时，将阻止区域地下水对充水岩层组的补给。
（2）导水断层。
导水断层所处位置不同，其水文地质意义亦不同。
当导水断层位于充水岩层组的区域边界时，常形成对充水岩层组或临近充水岩层组的补给通道；
当导水断层与地表水体沟通时，常形成地表水补给矿床的主要导水通道；
当在充水岩层组展布区分布有导水断层时，将提高充水岩层组与外界的水力联系程度；
当导水断层切割矿层隔水顶、底板时，断层常引起顶板或底板涌（突）水问题。
、
沟通充水岩层组之间密切水力联系的线状断裂（裂隙）带多分布在断层密集带、断层交叉点、断层收敛处或断层尖灭端等部位。
3．窄条状隐伏露头通道
在我国大部分煤矿山，煤系薄层灰岩充水含水层、中厚层砂岩裂隙充水含水层以及巨厚层的碳酸盐岩充水含水层，多呈窄条状的隐伏露头与上覆第四系松散沉积物不整合接触。
影响隐伏露头部位多层充水含水层组地下水垂向间水力交替的因素主要有两个：
（1）隐伏露头部位基岩风化带的渗透能力大小；
（2）上覆第四系底部卵石孔隙含水层组底部是否存在较厚层的粘性土隔水层。
一般地说，基岩风化带的风化程度太强或太弱，其地下水的渗透性均较弱。
基岩风化程度和深度除与外动力地质条件有关外，一般与其基岩的岩性和裂隙发育程度有关。
最易风化的岩石有泥岩、沉凝灰岩以及分选性差或胶结性差的中、粗粒砂岩和长石含量高的砂岩。
在岩层风化过程中，水流参与是一个甚为重要的影响因素。
所以，风化深度较深者多为裂隙较发育的岩层。
泥岩虽然极易风化，但由于它的塑性强，一般裂隙发育有限，因此其风化深度往往较浅。
探测隐伏露头部位基岩风化带的渗透能力一般可采用压（抽）水试验方法。
在我国第四系松散物沉积较厚的煤矿区，其沉积类型较为复杂，各种陆相沉积，如冲积、洪积、湖积、残积、坡积和冰川堆积等较为广布，海相和海陆交互相仅在海滨和局部内陆地区可见。
因此，第四系含水层组的沉积结构千变万化。
在某些矿区，第四系含水层组底部沉积了较厚的粘土或亚粘土隔水层，在这些部位，无论煤系和中奥陶统基岩风化带的渗透性能如何强，这些粘性隔水层基本可以完全阻隔多层含水层组地下水在隐伏露头部位的垂向水力联系；
但在另一部分矿区，第四系含水层组底部的粘性沉积物由于沉积尖灭或其他原因，沉积厚度极其有限，甚至局部缺失形成“天窗”。
这样，如果煤系和巨厚层的碳酸盐岩充水含水层组在隐伏露头的风化带部位渗透性较好，呈高承压水头的巨厚层碳酸盐岩充水含水层组地下水首先直接通过“越流”或“天窗”部位，上补第四系松散孔隙含水层组，而第四系孔隙水又以同样方式下补被疏降的煤系薄层灰岩含水层组或中厚层砂岩裂隙含水层组。
第四系孔隙含水层组像座畅通无阻的桥梁在煤系和巨厚层碳酸盐岩充水含水层组两个窄条状隐伏露头处，接通了它们彼此间的水力联系。
4．面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄区）通道
根据含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析，在华北型煤田的北部一带，煤系含水层组主要以厚层状砂岩裂隙充水含水层组为主，薄层灰岩沉积较少。
在厚层状砂岩裂隙含水层组之间沉积了以粉细砂岩、细砂岩为主的隔水层组。
在地质历史的多期构造应力作用下，脆性的隔水岩层在受力情况下以破裂形式释放应力，致使隔水岩层产生了不同方向的较为密集的裂隙和节理，形成了较为发育的呈整体面状展布的裂隙网络。
这种面状展布的裂隙网络，随着上、下充水含水层组地下水水头差增大，以面状越流形式的垂向水交换量也将增加。
开平煤田东欢坨矿位于车轴山向斜收敛翘起部位，西北翼陡立，东南翼舒缓，这种构造形态反映了不对称力源的挤压作用。
由于力源强度的不对称性，使得受力较小的东南翼层间滑动速率和错动距离增大，即在平行层面的力偶作用下，形成了近于垂直层面的共轭剪切破裂面。
这种呈面状展布的高角度裂隙网络系统已被矿山大量地质勘探钻孔和井下采掘工程所证实。
5．地震裂隙通道
根据开滦唐山矿在唐山地震时矿井涌水量和矿区地下水水位的长期观测资料，地震前区域含水层受张力作用时，区域地下水水位下降，矿坑涌水量减少。
当地震发生时，区域含水层压缩，区域地下水水位瞬时上升数米，矿坑涌水量瞬时增加数倍。
强烈地震过后，区域含水层逐渐恢复正常状态，区域地下水水位逐渐下降，矿井涌水量也逐渐减少。
震后区域含水层仍存在残余变形，所以矿井涌水在很长时间内恢复不到正常涌水量。
矿井涌水量变化幅度与地震强度成正比，与震源距离成反比。
二、矿床充水的人为条件
（一）人为充水水源
1．袭夺水源
为了保证矿井安全生产，必须疏降高承压的充水含水层，由于矿床开采范围的不断扩大，地下水位降落漏斗也不断延展。
人工疏降强烈改造着矿区的天然地下水流场。
人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。
袭夺水源主要包括以下三种情况：
（1）位于矿床所在区的地下水流动系统排泄区的泉水；
（2）位于矿床开采区的地表水（海、湖、河）体；
（3）相邻水文地质单元地下水。
2．老窖水
老窖水一般分布在老矿山的浅部，它具有以下充水特点：
（1）老窖水以静储量为主，其储量与采空区分布范围有关。
（2）老窖水为多年积水，水循环条件差，水中含有大量H2S气体，并多为酸性水，有较强的腐蚀性。
（3）老窖突水一般水势迅猛，硫化氢气体对人体危害性较大。
（二）人为充水通道
矿坑充水人为通道主要包括顶板冒落裂隙带、地面岩溶塌陷带和封孔质量不佳钻孔等。
1．顶板冒落裂隙带
采空区冒落后，形成的冒落带和导水裂隙带是矿坑充水的人为通道。
其特点如下：
（1）当冒落裂隙带发育高度达到煤层顶板充水含水岩层时，矿坑涌水量将有显著增加；
但如未能达到顶板充水含水岩层时，矿坑涌水无明显变化。
（2）当顶板冒落裂隙带发育高度达到地表水体时，矿井涌水量将迅猛增加，同时常伴有井下涌砂现象。
2．地面岩溶塌陷带
随着我国岩溶充水矿床大规模抽放水试验和疏干开采实践，煤矿区及其周围地区的地表岩溶塌陷随处可见，地表水和大气降水通过塌陷坑直接充人井下。
有时随着塌陷
升级会员 