矿井充水条件 Microsoft Word 文档

3.4.1矿井充水条件矿床充水的水源和通道是矿井水形成的必备条件，其他因素则影响矿井涌水量的大小及其动态变化。

矿井充水水源、充水通道和影响矿井充水程度三类因素的综合作用称为矿井的充水条件。

根据我国矿井水害的形成特点和目前的研究成果，上述三个方面的矿井充水条件概括为表2-3-3。

表2-3-3矿井充水条件水源通道其他影响因素1、大气降水；2、地表水；3、地下水：*孔隙水；*裂隙水；*岩溶水；4、老空积水1、断裂构造；2、岩溶陷落柱；3、构造和地震裂隙；4、采动裂隙（导水裂隙带）5、导水钻孔；6、岩溶塌陷天窗7、风化裂隙（张新路加）1、含水层富水性及补给条件；2、边界条件；3、地质构造；4、地形条件；5、隔水层；6、地下水动态类型3.4.1.1矿井充水水源在矿井生产过程中，煤层附近各水体均可能通过各种通道进入矿井。

矿井水的来源是多方面的，主要有大气降水、地表水、地下水和老空积水四种充水水源。

⒈大气降水大气降水是地下水的主要补给来源，因此所有矿井的充水都不同程度地受到降水的影响。

降水对矿井充水的影响，既与降水的特点有关，又与降水的入渗条件有关。

对于有集中入渗通道的矿井：①降水沿集中入渗通道灌入矿井造成涌水，其水量大小既取决于降水量大小和集中通道连通地表部分的汇水条件，也取决于集中通道的过水断面和长度；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。

当降水是通过岩层的孔隙、裂隙渗入矿井时：①入渗机制比较复杂，矿井充水既决定于降水量的大小、降水强度（强度大易形成地表径流流失，强度小又不足以润湿包气带）和降水历时（历时长有利于入渗），更取决于入渗条件（地形及地表水发育情况、岩层渗透性和渗透距离、植被等）；②矿井充水与降水的关系不密切，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，在降水特点相同的情况下主要取决于入渗条件。

⒉地表水流经矿区或邻近矿区的地表水体，当其与井巷或充水岩层具有水力联系时，成为矿井充水水源，甚至导致淹井。

矿井常见的充水水源有：江河水、湖泊水、海洋水、水库水等。

地表水体除了海洋水外，其他类型的地表水可能具有季节性，即在雨季积水或流水，而在旱季干涸无水。

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，只有当地表水体和导水通道同时存在，才能形成矿井充水。

通常，地表水涌入或灌入矿井的途径是：（1）通过第四系松散砂砾层及基岩露头。

（2）通过小窑采空区。

（3）通过地表岩溶塌陷。

（4）通过采煤形成的冒落裂隙带与地表水体沟通。

⒊地下水1）充水岩层对矿井充水起作用的含水层称为充水岩层。

根据充水岩层对矿井充水所起的作用，可将其分为直接充水含水层和间接充水含水层。

直接充水含水层，是指露天坑或矿井巷道直接揭露的含水层，或通过煤层回采后的冒落裂隙带、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，是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。

直接充水含水层的富水性强弱决定矿井涌水量的大小，间接充水含水层是直接充水含水层的补给水源，对矿井充水的影响程度取决于间接充水含水层的富水性外，还取决于水力联系通道的性质和直接充水含水层的导水性。

2）地下水为充水水源的矿井基本特点以地下水作为主要充水水源的矿井有如下基本特点：（1）矿井涌水的强度与充水含水层的介质特征及其富水程度有密切关系。

（2）矿井充水特点和充水量变化规律与充水含水层中地下水的性质及其水量有关。

3）地下水水源不同时矿井充水基本特征不同的岩性决定不同岩体中的空隙发育特征，按空隙性质可把地下水水源分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三种基本形式。

其矿井充水的基本特征如下：（1）孔隙充水岩层。

孔隙充水岩层含水空间发育比较均一，其富水性取决于颗粒成分、胶结程度、分布规模、埋藏及补给条件。

孔隙充水岩层对矿井充水的影响如下：①当井筒穿过松散孔隙含水层时，常发生孔隙水和流沙溃入矿井。

②井下开采第三系煤层时，煤层顶、底板含水砂层中的水及流砂会溃入矿井。

③在松散含水层下采煤时，随着顶板岩层的冒落，也会产生溃水、溃沙和溃泥的事故。

（2）裂隙充水岩层。

裂隙充水岩层含水空间发育不均一，且具有一定的方向性，其富水性受裂隙发育程度、分布规律和补给条件的控制，一般富水性不强。

裂隙充水岩层常构成煤层的顶、底板，是煤矿采掘工作最常揭露的含水层。

由于其富水性较弱，通常表现为淋水、滴水或渗水，水量一般不大，且分布不均一。

当无其他水源补给时，单个出水点的水量常随时间而减少，矿井涌水量初期随巷道掘进长度和回采面积的增加而增大，逐渐趋于稳定。

后期巷道掘进长度和回采工作面积进一步增加，矿井涌水量无明显增大，甚至略有减少。

裂隙充水含水层在矿井生产中较少构成水害威胁，而在建井过程中受排水能力限制有时造成淹井。

当有其他水源补给时，矿井涌水量可能较大，甚至构成水害。

（3）岩溶充水岩层。

岩溶充水岩层一般富水性强，具有承压性、岩溶发育极不均一、宏观上具有统一的水力联系而局部水力联系不好等特点，对矿井安全威胁较大、防治困难。

特别是华北型矿区，底板奥灰含水层具有厚度大、强富水、高承压的特点，对矿井威胁极大，多次造成突水淹井事故。

岩溶充水岩层造成的矿井突水有两个重要特点：一是位于岩溶发育强径流带上的矿井易发生突水且突水频率高，矿井涌水量大；二是通常具有承压或高承压的特点，极易发生突水和淹井事故。

岩溶充水岩层导致矿井充水，除水量大、来势猛外，在一些岩溶充水岩层裸露或半裸露、溶洞被大量粘土充填且开采水平距地面较近的矿区，特别在华南的一些矿区，突水的同时常发生突泥事故。

4）流入矿井水量的分类及对矿井影响流入矿井的水往往包含两部分：（1）静储量，指充水含水层中储存水的体积。

这部分水量大小及其对矿井充水的能力主要取决于含水层厚度、分布规模、空隙性质以及储存水的给出能力。

（2）动储量，指含水层中获得的补给水量。

该部分水量是以一定的补给和排泄为前提，以地下径流的形式在充水含水层中不断地进行交替。

若充水含水层中的水以静储量为主，则初期矿井涌水量较大，随着排水时间的延续，矿井涌水会逐渐减少，易于疏干。

若矿井充水含水层以动储量为主，则矿井涌水量相对比较稳定，矿井涌水量的动态特点往往会受充水含水层补给量的动态变化的影响，一般不易疏干。

⒋老空积水采掘范围内不明的古井、小窑积水，以及近代矿井采空区与废巷的积水，统称为老空积水。

矿井采掘工程一旦揭露或接近老空积水区，老空积水便成为矿井新的充水水源，轻则增大矿井涌水量，重则淹没巷道、工作面或采区，甚至冲毁巷道，造成人员伤亡。

老空积水对矿井充水的影响有以下特点：（1）位置不清，水体几何形状极不规则，空间分布极不规律，因对积水区位置难于分析判断和准确掌握，其对矿井充水的影响常带有突发性。

（2）采空积水区都分布于矿井浅部，位置居高临下，且采空积水突出不同于地下水渗流，不受含水介质制约。

无论积水量大小，突水量都很集中，瞬时水量大、持续时间短、流速快、来势凶猛，即使水量不大也能造成人员伤亡，水量大则矿毁人亡，危害更大。

（3）水中含SO42-高，p H值低，具酸性，有较强的腐蚀性，对矿山设备危害大。

必须指出的是，矿井充水大都是以某种水源为主，接受多种水源补给。

因此必须区分出矿井的直接充水水源和间接充水水源，同时还要研究两种水源直接的水力联系，为开展矿井防治水工作提供可靠依据。

3.4.1.2矿井充水通道矿井充水通道主要有导水断裂、构造裂隙、导水陷落柱、采矿裂隙、岩溶塌陷及“天窗”、封闭不良的钻孔等。

⒈断裂构造断层是矿井充水的重要通道，地下水、地表水甚至大气降水都可能沿导水断层渗入或涌入矿井。

在我国的许多矿区，断裂构造是主要的导水通道，频繁导致矿井突水事故，严重时甚至造成淹井。

1）断裂构造对矿井充水的作用断裂构造对矿井充水的作用有以下三个方面：（1）断层的导水和储水作用。

当采掘工作面揭露或接近导水断层时，充水岩层中的水便会沿断层涌入矿井。

（2）断层缩短了煤层与对盘含水层的距离。

除断层落差外，断层倾角的变缓也会使上盘煤层与下盘含水层之间的距离缩短，甚至使开采煤层与对盘的含水层对接，大大增加了矿井突水的威胁。

（3）断层降低了岩石的强度。

断裂构造的存在，除破坏岩层的完整性外，还显著降低了断层附近岩层的强度。

由于断层破碎带地段隔水层的强度比正常地段低，断层破碎带及其近旁常是整个隔水层最薄弱的地段。

钻探和物探资料表明，在某些条件下，隔水层底部的承压水常沿裂隙上升到煤层底板隔水层中的某一高度（甚至沿断层越过煤层），形成承压水的原始导高，使隔水层的有效厚度降低，甚至完全丧失隔水、阻水作用。

因此，断裂构造及其近旁是矿井突水最多的部位。

据不完全统计，在井陉、峰峰和淄博矿区，与断层有关的突水点分别占各矿区全部突水点的97%、84%-90%和70%-80%。

在焦作矿区，与断裂构造有关的突水常发生在两条主干断裂的复合部位及其锐角一侧，以及主干断裂旁侧的“人”字形小构造、断裂密集带，断层尖灭端、断层交叉点等部位。

2）影响断层导水性的因素通常断层是形成矿井充水的主要通道，有时是唯一的通道；但并非所有的断层都导水，有些还起着良好的隔水阻水作用，构成矿井或充水岩层的天然隔水边界。

断裂是否导水，主要取决于下述因素：（1）断裂面的力学性质。

断裂带的结构、构造和断裂两旁影响带内的裂隙发育程度，均受断裂面力学性质的支配。

在断裂面两侧岩性相同的前提下，张性断裂的导水性好，压性断裂差，扭性断裂介于两者之间。

（2）断裂两盘的岩性。

相同力学性质的断裂，两盘均为刚性岩层时导水性好，为柔性岩石时导水性差。

（3）断裂的规模。

在其他条件相同时，断层的走向愈长，断裂带宽度愈宽，导水条件愈好。

断层的落差大小通常对断裂是否导水不起决定作用，断层导水与否主要取决于两盘岩性接触关系。

在我国华北型煤田中，有些井田边界的大断层，使井田内主要充水岩层（奥灰或太原组薄层灰岩含水层）与断层另一盘的石盒子组或石千峰组对接，断层成为充水岩层的隔水边界，反使矿井的充水条件变得简单。

（4）断层的活化。

许多矿区的开采实践表明，在开采条件下，由于围岩应力的重分布及周期性演化，一些天然条件下隔水的断层，可能在多次的应力扰动下重新活化而转为导水断层，甚至导致突水事故。

另外需要指出,对于同一条断层,尤其是走向很长的大断层,沿走向不同地段的落差、宽度和两盘岩性接触关系不同，导水性存在一定差异，即使在沿断层倾向的不同深度上，导水性也可能变化很大。

所在以矿床水文地质工作中，必须根据工作要求，结合断层的实际条件加以具体分析，切实掌握断裂导水性沿走向及倾向的变化规律，而不要仅根据一个点或少数几个点的资料，便作出整条断层（尤其是大断层）导水或隔水的结论。