第一部分 礦井水文地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)

第一部分礦井水文地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)

張文泉主講人：山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院二〇一六年三月2023/2/4山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院工學(xué)博士、教授、博導(dǎo)、副所長中國煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)防治水專家中國煤礦開采損害技術(shù)鑒定委員會(huì)委員國土部礦山地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)評(píng)審專家科技部與山東省科技計(jì)劃與獎(jiǎng)勵(lì)評(píng)審專家教育部優(yōu)秀博士論文評(píng)審專家山東科技大學(xué)水文學(xué)與水資源學(xué)科帶頭人山東省安全工程泰山學(xué)者學(xué)術(shù)骨干兼任中國民建泰安市委員會(huì)副主委、泰安市政協(xié)常委

張文泉主講人青泰辦)wenquanzhang@163.com2023/2/4礦井水文地質(zhì)類型1礦井涌水條件分析2礦井水文地質(zhì)條件的調(diào)查3提綱礦井水文地質(zhì)條件的探查工作4一、礦井水文地質(zhì)類型與礦床水文地質(zhì)類型劃分的異同

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第一章礦井水文地質(zhì)類型

表1-12023/2/4二、我國礦井水文地質(zhì)類型的劃分

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表1-22023/2/42023/2/4第二章礦井涌水條件分析影響礦井水害的四大要素A、充水水源是否存在，如果存在，有何特征。B、充水途徑是否存在，如果存在，屬何類型。C、充水強(qiáng)度如何，一旦出水有何后果。D突然來水還是緩慢性涌水。充水“水源”充水“途徑”充水“水量”充水“方式”2023/2/4人為充水水源分析自然充水水源分析礦井充水水源分析

根據(jù)充水條件特征，可將礦井充水水源劃分為：礦井充水水源分析

第一節(jié)充水水源2023/2/4自然充水水源分析承壓水潛水上層滯水大氣降水頂板水底板水周邊水自然充水水源地表水松散孔隙地下水基巖裂隙地下水碳酸鹽巖巖溶地下水2023/2/4人為充水水源分析人為充水水源老空水襲奪水襲奪水是由于礦井開采,降落漏斗不斷拓展,人工流場(chǎng)強(qiáng)烈改造礦區(qū)天然地下水流場(chǎng),人工地下水流場(chǎng)獲得新的補(bǔ)給水源叫做襲奪水.礦井充水水源亦可劃分為以下四個(gè)方面，礦床及礦床地層中的地下水、地表水、大氣降水、老窖及淹沒井巷積水。一、大氣降水大氣降水主要指雨、雪融水，一般情況它們先滲入地下再進(jìn)入礦井，但有時(shí)也可直接灌入礦井，其水源特征見表2-1。2023/2/4

注：我國幅員遼闊、地形復(fù)雜、氣候差異，各地降水量大小、雨量分配、降水強(qiáng)度和降水類型，以及降水頻率等變化很大。對(duì)各地區(qū)礦井涌水影響程度不同。有關(guān)區(qū)域降水情況可查閱當(dāng)?shù)貧庀笳举Y料。表2-1大氣降水的水源特征2023/2/4

二、地表水表2-2地表水的水源特征地表水指礦井附近及采區(qū)上方的地表水體，其水源特征見表2-2。2023/2/4三、礦層及礦床地層中的地下水

礦層及礦床地層中的地下水指地表以下含水層中賦存的水，是礦井最經(jīng)常、最直接、最主要的充水水源，按其類型包括孔隙水、裂隙水及巖溶水。1．孔隙水

孔隙水的水源特征見表2-3。類型賦存條件含水層特征對(duì)生產(chǎn)礦井的影響礦床上覆第四紀(jì)地層中的孔隙水呈角度不整合覆蓋于礦床巖層之上含水層松散未經(jīng)膠結(jié)，屬孔隙潛水或承壓水；水量大小取決于含水層的成因類型、巖性結(jié)構(gòu)、顆粒成分、厚度和分布面積。

在井筒施工中和開采接近含水層底部的礦床時(shí)出現(xiàn)涌水、涌砂、片幫等問題；第四紀(jì)含水層可能成為礦床周圍含水層的補(bǔ)給源。礦床巖層中的孔隙水經(jīng)常構(gòu)成礦層的直接或間接頂?shù)装?，或賦存與礦床周圍

含水層通常膠結(jié)或半膠結(jié)。以孔隙承壓水為主；水量決定于含水層巖性厚度，并隨礦床產(chǎn)地范圍內(nèi)不同地段的沉積特征不同而有所變化。水壓隨含水層埋深增加而增大。

揭露含水層時(shí)出現(xiàn)涌水、涌砂、片幫、垮頂。尤其是膠結(jié)程度差的粉、細(xì)砂巖含水層中涌砂、片幫和垮頂更嚴(yán)重；涌水量一般不大。2023/2/4

2．裂隙水

裂隙水的水源特征見表2-4。類型賦存條件含水層特征對(duì)生產(chǎn)礦井的影響層狀裂隙水

基巖裸露區(qū)和被第四紀(jì)沉積物覆蓋的基巖風(fēng)化殼中

多為潛水，局部承壓水。呈層狀（或似層狀）分布，風(fēng)化裂隙帶厚度一般30～60米左右。隨深度增加裂隙不發(fā)育，含水性也相應(yīng)減弱；富水性與巖性、風(fēng)化程度、地貌條件等有關(guān)。

揭露時(shí)經(jīng)常涌水，但水量不大，雨季有顯著增加，一般可以疏干。層間裂隙水

分布于沉積巖、噴出巖和變質(zhì)巖的一定層位中

多數(shù)是承壓水，局部潛水。呈層狀分布，含水性與巖性、區(qū)域性裂隙、成巖裂隙的發(fā)育程度有關(guān)；不同構(gòu)造部位富水性有明顯的變化。

揭露時(shí)水量一般不大（在無其它水源補(bǔ)給時(shí)），經(jīng)過長期排水可以逐漸疏干；水壓往往較大，可以發(fā)生突水。狀裂隙水

各類脆性巖石的構(gòu)造破碎帶（斷層帶）中

多為承壓水，呈帶狀，沿一定方向分布。含水性與構(gòu)造破碎帶的規(guī)模大小、力學(xué)性質(zhì)、充填情況、補(bǔ)給條件等有關(guān)；斷層帶的不同部位因裂隙發(fā)育不均一，富水性有很大差別。

破碎帶本身含水量有限可以疏干。但當(dāng)溝通上、下含水層或地表水體時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)懲的突水事故。不僅瞬時(shí)涌水量大，動(dòng)水量也十分充沛，甚至造成淹井。表2-4裂隙水對(duì)礦井的充水特征2023/2/43、巖溶水

巖溶水的水源特征見表2-5。表2-5巖溶水對(duì)礦井的充水特征2023/2/4類型賦存條件含水層特征對(duì)生產(chǎn)礦井的影響淺埋型巖溶地下水裸露型巖溶區(qū)地下水巖溶裂隙潛水落石出弱巖溶化的白云巖、薄層灰?guī)r，以及不純的碳酸巖類地區(qū)

巖溶不發(fā)育，分布不均一，埋藏淺，屬潛水。地下水一般作無壓、層流滲流運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)變化較大。

揭露時(shí)井巷涌水不大，但雨季顯著增加。地下暗河水

氣候濕潤，均質(zhì)厚層灰?guī)r分布區(qū)，尤其是產(chǎn)狀平緩，構(gòu)造破碎的地段。

巖溶發(fā)育，分布極不均一。強(qiáng)烈的差異溶蝕形成地下巖溶通道，構(gòu)成地下河。地下水流速大，一般作無壓紊流運(yùn)動(dòng)，局部為有壓流、層流，動(dòng)態(tài)變化幅度很大。

井巷涌水量季節(jié)變化懸殊，暴雨后涌水量猛增，對(duì)礦井造成嚴(yán)重威脅；礦井大幅度疏干可能引起排泄暗河的河水倒灌。覆蓋型巖溶地下水脈狀巖溶裂隙不集中徑流帶地下水

多在第四紀(jì)沉積物和巖溶巖層接觸面附近或斷層帶中。

巖溶不發(fā)育，分布不均一，埋藏淺，屬承壓水，但水壓不大。地下水一般為層流滲流運(yùn)動(dòng)，水位變化幅度不大。

井巷涌水量一般不大，季節(jié)性變化不如裸露區(qū)明顯；強(qiáng)烈排水可以引起漏斗范圍內(nèi)巖溶區(qū)地表塌陷。

在不均一的互層碳酸巖巖層的斷裂帶及其兩側(cè)裂隙中，或均一厚層灰?guī)r巖溶發(fā)育地段。

巖溶發(fā)育段集中，不均一，埋藏較深，屬承壓水。地下水層流與紊流取決于通道情況，水位變化幅度小。地下徑流帶為富水性強(qiáng)的地段，井巷涌水量大且穩(wěn)定，不易疏干；在徑流帶排水疏干也會(huì)引起地表塌陷，塌陷帶沿徑流帶分布，增大了雨季礦井涌水量。深埋型巖溶地下水層間裂隙巖溶水

分布在上覆和下伏非巖溶化巖層所限制的巖溶巖層中

巖溶發(fā)育較均一，埋藏深，但有減弱的趨勢(shì)，屬承壓水，水壓一般較大。地下水多作層流運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

揭露時(shí)瞬時(shí)突水量和水壓較大（尤為厚層灰?guī)r），動(dòng)水量也較穩(wěn)定。脈狀裂隙巖溶水

賦存在很厚的碳酸巖巖石的構(gòu)造破碎帶中，呈條帶狀分布。

巖溶發(fā)育較均一，埋藏深，有時(shí)形成深部水循環(huán)。屬承壓水，地下水為層流滲流運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

井巷涌水量大小決定于補(bǔ)給源情況，來源充足時(shí)，涌水量大且穩(wěn)定。2023/2/4充水通道人為通道自然通道巖石空隙開采圍巖破壞空隙構(gòu)造空隙廢棄鉆孔2023/2/4礦井充水通道分析

第二節(jié)充水通道

一、自然通道

自然通道主要指巖石空隙和構(gòu)造空隙。

1.巖石空隙(見表2-6)。

2.構(gòu)造空隙，主要指斷裂帶(見表2-7)。

表2-6礦井涌水通道類型

表2-7斷裂帶對(duì)礦井的充水特征

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表2-6

礦井涌水通道類型

注：1、孔隙、裂隙、巖溶通道三者可互相組合。

2、構(gòu)造空隙，主要指斷裂帶等構(gòu)造裂隙見表2-8。2023/2/4

表2-7

斷裂帶對(duì)礦井的充水特征類型充水性分類模式圖示水文地質(zhì)特征隔水?dāng)嗔褞?/p>

天然狀態(tài)下隔水開采后仍然隔水

斷層兩側(cè)多為塑性巖層組成。多數(shù)屬壓性或壓扭性斷裂。少數(shù)為張性或張扭性，但斷裂帶充填良好，膠結(jié)致密，不透水。

天然狀態(tài)下隔水，開采后變?yōu)橥杆?/p>

斷層兩側(cè)為不透水的塑性巖層，但距高壓含水層較近，圍巖強(qiáng)度較低，井巷開采后，在含水層水壓和礦山壓力作用下促使圍害巖微裂隙擴(kuò)大，或斷層帶充填物被沖蝕，壓出而透水。透水?dāng)嗔褞Р粶贤ㄆ渌凑?/p>

多屬張性、張扭性斷裂。斷層兩側(cè)常見脆性巖層組成。斷裂帶本身含水，但儲(chǔ)水量有限。井巷初次揭露可能突水，以后逐漸疏干。

溝通其他水源者

屬張性、張扭性斷裂較多，也可以是壓性斷裂帶兩側(cè)低序次張性羽狀透水裂隙帶，當(dāng)與一側(cè)強(qiáng)含水層對(duì)接，或溝通上部強(qiáng)含水層、地表水體時(shí)，斷層突水量大，水量穩(wěn)定，不易疏干。2023/2/4二、人為通道

人為通道主要指廢棄鉆孔和開采破壞裂隙(見表2-8)。

表2-8

人為通道類型2023/2/4類型模式圖示充水特征及對(duì)生產(chǎn)礦井的影響

未封閉或封閉質(zhì)量差的鉆孔

1、起溝通礦層上、下含水層和地表水作用；2、回采揭露時(shí)涌水、水量、水壓取決于是否貫通強(qiáng)含水層或地表水，以及鉆孔孔徑和水壓差；3、對(duì)排水能力較小的礦井可能造成淹井事故。

回采后頂板冒落和底板鼓脹裂隙

1、冒落裂隙溝通地表（但無地表水體），礦井涌水量增加與雨季、融雪期有關(guān)。加強(qiáng)地面防水，可避免淹井事故；2、冒落裂隙溝通強(qiáng)含水層或地表水體，大量水壓與隔水層厚度和底板巖石的力學(xué)強(qiáng)度（抗水壓能力）有關(guān)。水壓大的強(qiáng)含水層突破底板，容易發(fā)生淹井事故。

礦井排水后因潛蝕、掏空產(chǎn)生的疏通裂隙和地表塌陷

巖溶塌陷（1，2，3表示發(fā)展階段）1、礦井長期排水后，使巖溶通道疏通，增加聯(lián)通性，引起大量涌水、涌砂（可達(dá)數(shù)千至幾萬立方米），造成堵巷、淹井事故；2、巖溶含水層大量排水，引起覆蓋巖溶區(qū)地面嚴(yán)重塌陷，大量地表水潰入礦井，毀壞農(nóng)田，地面建筑物坍塌道路破壞等嚴(yán)重后果

表2-8

人為通道類型

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三、影響礦井充水的因素

影響礦井充水有自然因素和人為因素，這些因素是綜合分析礦井充水條件的主要依據(jù)，也是評(píng)價(jià)礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度的重要指標(biāo)(見表2-9)。2023/2/4

表2-9

影響礦井充水的因素充水因素與礦井充水的關(guān)系自然因素氣候降水為主，降水量多寡決定補(bǔ)給礦井水的動(dòng)儲(chǔ)量大小。地形地表水匯集和滲入是否有利，與地形條件有關(guān)；礦床埋藏在侵蝕基準(zhǔn)面以上或以下的礦井，地下水天然排泡和水動(dòng)力條件不同，充水程度亦不同。礦床上、下巖層的組合型式?jīng)Q定含水層賦存條件、含水層類型、水量、水壓，以及充水方式（來自頂板或底板）。地質(zhì)構(gòu)造構(gòu)造型式與規(guī)模決定了地下水天然儲(chǔ)量的大小。不同構(gòu)造部位富水性差異，充水程度不同；斷裂發(fā)育程度影響含水層之間，與地表水之間的水力聯(lián)系，促使礦井充水條件復(fù)雜化。地表水是充水的重要水源之一，礦井距離地表水體遠(yuǎn)近不同（垂直與水平方向距離），充水影響程度也不同；當(dāng)與地表水發(fā)生聯(lián)系時(shí)，一般充水條件復(fù)雜，動(dòng)儲(chǔ)量大。人為因素開拓方式與揭露含水層程度有關(guān)。開采方法開采方法不同，使上覆巖層裂隙的發(fā)育程度不同，礦井充水程度也隨之而不同。疏干方法合理的疏干能有效減少水量，降低水壓，保證安全生產(chǎn)。反之，可以改變地下水水動(dòng)力條件，引進(jìn)新水源，增加礦井涌水量。2023/2/4

第三節(jié)各類充水礦井的特征

及其防治水措施

一、孔隙含水層為主的充水礦井

以孔隙含水層為主的充水礦井的充水特征及防治水措施見表2-10。2023/2/4

表2-10以孔隙含水層為主的充水礦井的充水特征及防治水措施水文地質(zhì)條件特征防治水措施簡(jiǎn)單

主要充水巖層為半膠結(jié)或松散的細(xì)粒砂、粉砂巖；含水層厚度較小，或呈透鏡體分布，補(bǔ)給條件差；含水層與地表水之間無水力聯(lián)系，涌水量一般<1米3/分，個(gè)別出現(xiàn)涌砂，甚至較嚴(yán)重1．正常排水；2．留設(shè)一定厚度防水巖柱；3．穿過流砂層時(shí)，采用特殊施工方法，或水砂分離，設(shè)置擋砂墻等措施中等

主要充水巖層為半膠結(jié)或松散的粗粒砂，卵礫石層；含水層厚度較大，與煤層之間的隔水層較薄，或含水層與古河床、地表水之間有一定的聯(lián)系，涌水量一般10米3/分

1．適當(dāng)加強(qiáng)排水能力；2．留設(shè)足夠的防水巖柱，防止冒落帶貫通砂、礫石層；3．采取地表防治水措施，減少礦井涌水量復(fù)雜

有地表水和含水豐富的沖積層直接覆蓋于煤層之上，其間隔水層薄，分布不穩(wěn)定，與地表水之間有密切聯(lián)系，涌水量>10米3/分以上

1、2、3、同上；

4．在可能條件下處理地表水體，以減少礦井涌水量2023/2/4

二、裂隙含水層為主的充水礦井

以裂隙含水層為主的充水礦井的充水特征見表2-11。2023/2/4

表2-11以裂隙含水層為主的充水礦井的充水特征水文地質(zhì)條件特征防治水措施簡(jiǎn)單

位于侵蝕基準(zhǔn)面以上，或以下，但遠(yuǎn)離地表水體，區(qū)域降水量小，補(bǔ)給條件差；主要充水巖層為細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)頁巖。裂隙不發(fā)育，構(gòu)造較簡(jiǎn)單，涌水量<5米3/分，一般為1～2米3/分

正常排水即可中等

位于侵蝕基準(zhǔn)面以下，主要充水巖層為粗粒砂巖、砂礫巖，裂隙較發(fā)育，含水層裸露地表，降水影響大，或受礦床基底承壓裂隙水的補(bǔ)給，動(dòng)儲(chǔ)量較充沛，涌水量一般5～10米3/分

1．以足夠的排水能力進(jìn)行疏干；

2．加強(qiáng)預(yù)防地表水滲入的措施，以減少涌水量；

3．井下裂隙發(fā)育的出水點(diǎn)適當(dāng)進(jìn)行堵水。復(fù)雜

位于侵蝕基準(zhǔn)面以下的礦井，礦床上有較厚的砂礫沖積層，并與地表水體有水力聯(lián)系，涌水量可>10米3/分以上

1．同上；

2．留設(shè)防水巖柱預(yù)防塌陷，裂隙貫通地表水體

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三、巖溶含水層為主的充水礦井

以巖溶含水層為主的充水礦井的充水特殊性征見表2-12。2023/2/4

表2-12以巖溶含水層為主的充水礦井的充水特殊性征水文地質(zhì)條件特征防治水措施簡(jiǎn)單

1．干旱、半干旱區(qū)，侵蝕基準(zhǔn)面以上，溶隙為主含水層充水的礦井；

2．侵蝕基準(zhǔn)面以下，構(gòu)造簡(jiǎn)單，與地表水無水力聯(lián)系，厚度不大的溶隙為主含水層充水的礦井，涌水量<10米3/分

1．準(zhǔn)備足夠排水能力正常排水；

2．適當(dāng)?shù)夭扇《滤胧┲械?．降水豐沛區(qū)，溶隙充水巖層裸露地表，或有厚層砂、礫石沖積層覆蓋的礦井；

2．主要充水巖層以溶洞為主的含水層，但厚度不大，與地表水無水力聯(lián)系的礦井；

3．主要充水巖層為溶隙含水層，斷裂構(gòu)造發(fā)育，與地表水有聯(lián)系的礦井，涌水量10～20米3/分1．地表加強(qiáng)防洪排澇措施；

2．井下加強(qiáng)排水能力，疏水降壓；

3．井下大突水點(diǎn)注漿堵水；

4．設(shè)置防水閘門；

5．留設(shè)防水巖柱復(fù)雜

1．降水充沛區(qū)，溶洞發(fā)育的充水巖層裸露地表，地形低洼，有利地表水匯集的礦井；

2．處于地表水體下，或臨近地表水體巖溶發(fā)育的礦井；

3．處于地下暗河或巖溶集中逕流帶附近的礦井；

4．頂、底板有高水壓強(qiáng)巖溶化含水層，隔水層薄或雖厚但斷裂發(fā)育經(jīng)常與強(qiáng)巖溶化含水層對(duì)接的礦井；

5．與第四系等強(qiáng)烈充水含水層有密切水力聯(lián)系的巖溶充水礦井；

6．涌水量>20米3/分1．加強(qiáng)排水能力，留有充分的余地；

2．設(shè)置密閉式泵房，建筑防水閘門，分區(qū)隔離；

3．對(duì)地表河流采取防滲，改道等措施；

4．查明集中逕流帶、暗河通道，進(jìn)行堵塞，灌注防水帷幕截流；

5．堵塞地表塌陷裂縫和井下突水點(diǎn)；

6．留設(shè)防水巖柱；

7．加強(qiáng)對(duì)斷層和強(qiáng)含水層的探放水；

8．帶壓開采或疏水降壓

2023/2/4第三章礦井水文地質(zhì)條件調(diào)查

礦井水文地質(zhì)工作是保證礦井安全生產(chǎn)和國家資源合理回收的重要工作。而這些工作是在礦區(qū)水文地質(zhì)條件清楚的基礎(chǔ)上開展的。只有查明礦區(qū)工程水文地質(zhì)條件，才能正確分析礦床充水因素。預(yù)計(jì)礦井涌水量、為礦井設(shè)計(jì)、建井和生產(chǎn)提供必要的工程水文地質(zhì)條件，并在此基礎(chǔ)上對(duì)礦井充水的防治、礦區(qū)地下水的綜合利用及礦井疏干排水過程中出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題作出評(píng)價(jià)或提出可行的措施。地質(zhì)構(gòu)造則控制礦區(qū)地下水的分布，并是突水的主要渠道，也必需調(diào)查清楚。而工程地質(zhì)條件的調(diào)查，則有利于井巷巖體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，預(yù)防各種工程地質(zhì)災(zāi)害。2023/2/4第一節(jié)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征及規(guī)律的調(diào)查研究

地質(zhì)構(gòu)造是影響礦井生產(chǎn)的重要因素，它不僅是地質(zhì)變化的控制因素，同時(shí)，對(duì)地下水的埋藏、徑流條件也具有明顯的控制作用，它的存在常常造成煤礦突水事故、井下巖體失穩(wěn)。因此，地質(zhì)構(gòu)造是礦區(qū)工程水文地質(zhì)條件調(diào)查的主要內(nèi)容。2023/2/4

一、礦區(qū)格局的特征

構(gòu)造格局是指井田或礦區(qū)總的構(gòu)造類型、組合模式及分布規(guī)律。如總的構(gòu)造類型可以分為單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷塊構(gòu)造等。從地質(zhì)力學(xué)觀點(diǎn)可用構(gòu)造體系要領(lǐng)來分析。如以褶曲為主要構(gòu)造類型，要了解其次級(jí)褶曲的規(guī)模、數(shù)目、組合、分布及主要構(gòu)造線方向等；又如以斷塊為主要構(gòu)造類型，則要了解各級(jí)斷裂的性質(zhì)、斷塊規(guī)模、數(shù)目、斷裂組合及分布規(guī)律，主延展方向等。2023/2/4二、構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征

構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)對(duì)地下水的存、移及其導(dǎo)水、阻水性起著決定作用。對(duì)工程地質(zhì)條件也有所影響，常構(gòu)成各種巖體結(jié)構(gòu)面，如斷層、節(jié)理、劈理等。

斷層按受力形式不同，可分為張性、壓性、扭性、張扭及壓扭性五種類型。2023/2/4三、構(gòu)造控水特征

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水賦存和運(yùn)移具有明顯的控制作用。這種控制作用主要是由透水巖層的導(dǎo)水作用和隔水巖層的阻水作用而構(gòu)成的，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖層含水性隔水性的控制作用主要表現(xiàn)在：

1．地質(zhì)構(gòu)造控制巖層裂隙巖溶的發(fā)育程度。

2．控制含水層分布埋藏特征。

3．控制地下水的運(yùn)動(dòng)特征。

對(duì)地下水賦存和運(yùn)動(dòng)起著控制作用的地質(zhì)構(gòu)造，稱為控水構(gòu)造。主要表現(xiàn)為蓄水作用、導(dǎo)水作用、阻水作用和匯水作用。故分別稱之為蓄水構(gòu)造、導(dǎo)水構(gòu)造、阻水構(gòu)造和匯水構(gòu)造?？厮畼?gòu)造主要有褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造，另外，單斜構(gòu)造及其它構(gòu)造對(duì)地下水也有一定的控制作用。2023/2/4㈠褶皺控水作用

在褶皺構(gòu)造中，如果同時(shí)分布有透水巖層（或巖石透水帶）與相對(duì)隔水巖層時(shí)，相對(duì)隔水層構(gòu)成隔水邊界。透水巖層成為含水介質(zhì)。這種褶皺構(gòu)造在適宜補(bǔ)給條件下，即形成蓄水構(gòu)造，它包括向斜蓄水構(gòu)造和背斜蓄水構(gòu)造。

背斜蓄水構(gòu)造，必須具備含水層，相對(duì)隔水層，同時(shí)地形上又具備有利的補(bǔ)給條件。向斜蓄水構(gòu)造就是能夠富集和儲(chǔ)存地下水的向斜盆地。2023/2/4㈡斷層控水作用

斷層對(duì)地下水的控制作用，與斷層的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。張性、張扭性斷層，其構(gòu)造巖帶疏松且多孔隙，透水性和含水性強(qiáng)，常構(gòu)成富水帶或?qū)畮?，或者形成蓄水?gòu)造，而壓性及壓扭性斷層，結(jié)構(gòu)面緊密，構(gòu)造巖多為壓片巖、糜棱巖，斷層泥及構(gòu)造透鏡體等物質(zhì)，并常有不同的動(dòng)力變質(zhì)作用，如硅化蛇紋石化等，透水性和含水性都很低，構(gòu)成相對(duì)隔水層，起阻水作用。1．?dāng)鄬有钏饔?．?dāng)鄬訉?dǎo)水作用3．?dāng)鄬幼杷饔?023/2/4

構(gòu)造對(duì)地下水的控制作用，還表現(xiàn)在控制地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件及其運(yùn)動(dòng)特征。例如：切穿承壓含水層的斷層，即可接受地表水淺部地下水的補(bǔ)給。同時(shí)又可在承壓水壓力作用下排泄地下水，使原來地下水徑流條件改變，阻水?dāng)鄬拥拇嬖诳梢允固幱诹鲃?dòng)的承壓水變成封存水。2023/2/4總之，在礦產(chǎn)開采過程中，要特別注意控水構(gòu)造，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行力學(xué)分析，查清構(gòu)造形跡及力學(xué)性質(zhì)，確定其主構(gòu)造線。一個(gè)礦區(qū)，有幾組構(gòu)造線時(shí)，要區(qū)分構(gòu)造序次，建立構(gòu)造體系并分析各構(gòu)造體系之間的關(guān)系，掌握地下水的空隙發(fā)育規(guī)律及地下水富集規(guī)律。㈢構(gòu)造的其他控水作用第二節(jié)礦區(qū)水文地質(zhì)特征及其規(guī)律的調(diào)查研究

從水文地質(zhì)角度研究地質(zhì)構(gòu)造。了解地下水的分布規(guī)律，進(jìn)行地下水分類，這不僅便于地下水的研究，也有助于地下水的勘探和涌水量的預(yù)測(cè)，了解地下水化學(xué)成分特征，并根據(jù)這些特征決定其用途以及作為研究地下水污染和礦井來源分析的重要手段。礦區(qū)水文地質(zhì)條件是評(píng)價(jià)礦井能否安全經(jīng)濟(jì)合理地開采的關(guān)鍵性因素之一。2023/2/4一、含水層、隔水層特征㈠含水層（帶）的特征

貯存有可以自由流動(dòng)的重力水的巖體，稱為含水層（帶）。它有兩種主要形式，一種是巖石空隙主要受巖層等地質(zhì)體所控制，并隨巖層呈層狀均勻分布的含水層，如礫巖和砂巖組成的碎屑巖層等巖層。另一種是巖石的空隙主要受地質(zhì)構(gòu)造或風(fēng)化帶所控制，而不受巖層界面限制的含水帶，如風(fēng)化含水帶，侵入巖與石灰?guī)r接觸破碎帶等。

1．含水層的構(gòu)造條件：

1232023/2/4

2．含水層分類

2023/2/4(2)根據(jù)含水層貯藏條件及水力狀態(tài)劃分為：

承壓含水層：是兩個(gè)不透水層或弱透水層之間所夾的完全飽水的含水層，承壓含水層中任一點(diǎn)的水壓力都大于大氣壓。

潛水含水層（又稱無壓含水層）：其巖性較單一。為散體粒狀或塊狀結(jié)構(gòu)，呈統(tǒng)一含水層體。

⑴根據(jù)含水層空隙類型劃分為：

孔隙含水層：大多數(shù)為松散沉積物，如砂礫石含水層，各種砂粒含水層等。

裂隙含水層：主要為各種堅(jiān)硬巖石所構(gòu)成的含水層，如砂巖裂隙含水層等。

巖溶含水層：是指可溶巖層溶蝕發(fā)育而構(gòu)成的含水層，以碳酸鹽類巖石為主，如石灰?guī)r含水層。2023/2/4⑶據(jù)巖層含水性可分為：

富含水層：其鉆孔平均單位涌水量g≥2L/s.m，泵水最大流量Q>30L/S，如砂礫石含水層等。

弱含水層：如粉砂、細(xì)砂土等。

2．含水層分類

⑷按巖層透水性在空間變化可分為：

均質(zhì)含水層：指透水性能與區(qū)域坐標(biāo)位置無關(guān)，含水層中滲透系數(shù)變化不大的含水層。

非均質(zhì)含水層：含水層的透水性能隨區(qū)域坐標(biāo)而變化，即滲透系數(shù)在含水層不同空間位置數(shù)值不同。3．含水層水文地質(zhì)特征的定量表示指疏干潛水含水層時(shí)，單位體積的巖石內(nèi)流出的水量2023/2/4

㈡隔水層（帶）的特征

自然界中隔水界面有兩種形式，即隔水層和隔水帶。由不透水巖石組成的巖層，稱為隔水層，如頁巖、泥巖、泥灰?guī)r以及裂隙不發(fā)育的基巖。隔水層對(duì)地下水的阻隔作用，稱為隔水作用。

隔水層的隔水作用應(yīng)從隔水層厚度，構(gòu)成隔水層巖石的密度性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，以及巖層的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等多因素分析。2023/2/4二、主要含水層含水性的研究

從區(qū)域來看，巖溶水具有明確的水平和垂直分帶規(guī)律。在水平方向上，強(qiáng)含水帶在褶皺軸部，斷層破碎帶，可溶巖與非可溶巖接觸帶呈脈帶體分布，具有明顯的方向性。2023/2/4

強(qiáng)含水帶外圍，一般含水較小。在垂直方向上，由于巖溶發(fā)育具有向深部減弱的規(guī)律，但并不絕對(duì)。因此淺部巖溶發(fā)育，富水性強(qiáng)，為強(qiáng)水帶，深部巖溶發(fā)育較弱，含水性差，為弱含水帶。2023/2/4為了有的放矢地防治巖溶水患，應(yīng)在詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，將巖溶含水層進(jìn)行水平分區(qū)和垂直分帶，即在水平方向上確定其富水區(qū)和強(qiáng)逕流帶，在垂直方向上確定其富水的標(biāo)高范圍，以便為開采設(shè)計(jì)、疏干降壓、堵水截流、防治水患提供依據(jù)。由于構(gòu)造的分割作用，造成含水層在平面分布上被抬起或深陷，可使上述垂向分帶轉(zhuǎn)為平面分區(qū)。三、礦區(qū)水文地質(zhì)邊界、補(bǔ)給、逕流排泄特征

礦區(qū)的水文地質(zhì)邊界條件對(duì)礦區(qū)地下水的補(bǔ)給和水量有控制作用。水文地質(zhì)邊界，可按巖石水文地質(zhì)性質(zhì)及水文地質(zhì)邊界的表現(xiàn)形式進(jìn)行分類如下。2023/2/41、按巖石水文地質(zhì)性質(zhì)的不同，可分為隔水邊界與透水邊界。

透水邊界是由透水巖石組成，它對(duì)地下水起補(bǔ)給或排泄作用。

隔水邊界是指隔水層（帶）或隔水巖體，對(duì)礦區(qū)地下水起封閉作用，如隔水層（帶）的分界面、阻水?dāng)鄬?、阻水巖體等。

補(bǔ)給邊界與排泄邊界并不都是絕對(duì)的，在人工流場(chǎng)下可以互相轉(zhuǎn)化。

2、按水文地質(zhì)邊界的表現(xiàn)形式，一般有下列四類：地形邊界，地質(zhì)邊界，水文邊界，人工邊界。

地下水的補(bǔ)給來源主要有大氣降水，地表水的滲入和含水層之間的互相補(bǔ)給。

大氣降水的滲入為潛水的主要補(bǔ)給來源，它取決于降水性質(zhì)、降水量的大小、地形、植被、覆蓋情況、包氣帶巖石透水性和包氣帶的厚度等。

地表水可以通過各種通道（如：斷層、開采裂隙）補(bǔ)給地下水。當(dāng)承壓含水層補(bǔ)給區(qū)位于地表水體之下時(shí)，地表水可直接補(bǔ)給承壓水。2023/2/4

地下水的排泄是含水層失去水量的過程。其排泄方式主要有：泉的溢出、向地表水泄流蒸發(fā)及人工排泄等。在礦井生產(chǎn)中，人工排泄即礦井的排水、疏放水等都為主要排泄方式。

地下水從補(bǔ)給向排泄區(qū)運(yùn)動(dòng)的過程，稱為徑流。它主要受到補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)的水位差、含水層的透水性及地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響。

在礦區(qū)中，要查清主要含水層的富（透）水性能在水平和垂直方向上的分布規(guī)律，編制礦區(qū)強(qiáng)、弱徑流帶分布的平面和剖面圖，從而找出主要徑流帶，對(duì)巷道布置、防治礦井水具有指導(dǎo)作用。四、降水、地表水與地下水的聯(lián)系及各含水層之間的聯(lián)系特征

大氣降水、地表水與地下水是礦井涌水的主要水源。在生產(chǎn)過程中，了解它們之間的水力聯(lián)系，對(duì)于計(jì)算礦井涌水量，預(yù)測(cè)涌水的可能性，以及制定礦井防水措施都具有重要的意義。降水、地表水與地下水發(fā)生水力聯(lián)系，一般有如下幾種形式：2．通過第四紀(jì)松散層及基巖露頭，滲入補(bǔ)給地下水。1．通過構(gòu)造破碎帶或古井直接補(bǔ)給地下水。3．在水體下開采時(shí)，由于礦物開采后，頂板巖層冒落和產(chǎn)生裂隙，使降水、地表水進(jìn)入井下，補(bǔ)給地下水。2023/2/41、降水、地表水與地下水的聯(lián)系特征1、礦層圍巖含水層（帶）水，是礦井經(jīng)常的最主要的充水水源。含水層類型在各井田中是不盡相同的，主要有孔隙含水層、裂隙含水層及巖溶含水層。這些含水層除了接受大氣降水、地表水的補(bǔ)給之外，還接受相鄰含水層或其它含水層的補(bǔ)給。

2023/2/42、各含水層之間的聯(lián)系特征2、在松散沉積物中，粘性土層構(gòu)成半含水半隔水層。一方面含水層之間可通過粘性土層中的“天窗”發(fā)生聯(lián)系。另外，當(dāng)上下含水層具有足夠的水頭差時(shí)，水頭較高的含水層可以通過半隔水層越流補(bǔ)給水頭較低的一層。2023/2/4查明礦區(qū)含水層之間的補(bǔ)給關(guān)系及其聯(lián)系特征，是很有實(shí)際意義的。礦區(qū)供水利用某一含水層時(shí)，如果該含水層的其它含水層獲得補(bǔ)給，則可開采利用的水量將有所增加。礦區(qū)疏干排水時(shí)，如果不考慮這種關(guān)系那將作出錯(cuò)誤的排水設(shè)計(jì)，則達(dá)不到預(yù)期的疏干降之目的。3、穿過數(shù)個(gè)含水層的鉆孔，可以人為地溝通含水層，使之發(fā)生水力聯(lián)系。在礦區(qū)、井、巷也有可能使含水層發(fā)生水力聯(lián)系。另外，含水層之間的聯(lián)系，還有其它方式（如：第四紀(jì)松散沉積巖中的潛水對(duì)下伏含水層的補(bǔ)給，等等）。五、巖溶分布規(guī)律調(diào)查研究

巖溶體的空隙形成、發(fā)展、分布是有規(guī)律的。巖溶發(fā)育的兩個(gè)基本條件：其一，具有溶蝕巖石能力和不斷循環(huán)于巖石空隙中的地下水，它是巖溶形成的動(dòng)力條件。其二，具有裂隙發(fā)育且透水的可溶巖，它是巖溶形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，二者缺一不可。

1．巖溶主要分布在質(zhì)純的可溶巖地段可溶巖的存在是巖溶發(fā)育的先決條件，其成分和結(jié)構(gòu)在很大程度上控制巖溶的發(fā)育程度。

就巖性而言，巖溶發(fā)育由強(qiáng)到弱順序大致是：純石灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，白云巖，大理巖。

2023/2/4

2．巖溶主要分布在斷裂帶部位

地質(zhì)構(gòu)造控制巖溶發(fā)育的空間分布規(guī)律。由于地質(zhì)構(gòu)造破壞了巖石的完整性，增加巖石的滲透性能，擴(kuò)大了水與巖石接觸可溶機(jī)會(huì)，加強(qiáng)了巖溶發(fā)育規(guī)律。

構(gòu)造裂隙對(duì)巖溶的形成和發(fā)育最有意義，在斷層附近和褶曲軸部位，為構(gòu)造裂隙最為發(fā)育地段，巖石透水性好，地下水交替循環(huán)迅速，因而巖溶最為發(fā)育。構(gòu)造體系的復(fù)合部位，由于多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，應(yīng)力集中，裂隙極為發(fā)育，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。2023/2/4

3．巖溶主要分布在可溶巖與非可溶巖接觸部位:由于非可溶巖的阻擋，地下水沿接觸部位的可溶巖中匯集或沿著非可溶巖以及裂隙改變流動(dòng)狀態(tài)，因而加強(qiáng)地下水對(duì)可溶巖的溶解沖蝕能力，使這里的巖溶發(fā)育。

4．巖溶主要分布在巖層近地表的部位：巖溶礦區(qū)巖溶發(fā)育程度，均反映出隨深度的增加而逐漸減弱，即淺部巖溶發(fā)育強(qiáng)，深部發(fā)育弱的特征。在淺部由于風(fēng)化裂隙發(fā)育，故巖溶沿現(xiàn)代風(fēng)化裂隙最發(fā)育。

5．地下水天然排泄區(qū)巖溶發(fā)育：排泄區(qū)通道集中，透水性強(qiáng)，水量大，巖溶特別發(fā)育。

以上所述只是巖溶發(fā)育的一般規(guī)律，結(jié)合到具體礦區(qū)，就要根據(jù)各礦區(qū)的具體情況，找出本礦區(qū)巖溶發(fā)育的規(guī)律。掌握其特點(diǎn)，利其益，防其害。2023/2/4六、各含水體水化學(xué)特征的研究

地下水化學(xué)成分的形成，決定于區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史，地下水埋藏深度補(bǔ)給逕流條件，以及地下水與巖石、礦床的相互作用。礦區(qū)進(jìn)行地下水化學(xué)成分及其變化規(guī)律的調(diào)查研究，目的在于分析各個(gè)含水體之間的水力聯(lián)系和礦井水的來源，確定水的綜合利用，防治水的侵蝕等。各種起源和各種環(huán)境含水體其水的化學(xué)成分是各不相同的。2023/2/4大氣降水是海洋和陸地所蒸發(fā)的水蒸汽凝結(jié)而成。它的成分取決于地區(qū)條件，變幅較大，在靠近海洋處的降水成分以Na+Cl-為主，而在內(nèi)陸，其成分與河水相似，以HCO3-Ca2+為主?？傊?，雨和雪是雜質(zhì)較小而礦化度很低的軟水，一般含鹽量從數(shù)毫克/升～50mg/l，PH值一般在5.5～7.0之間。12023/2/4河水，一般礦化度較低（<1g/l），其主要陰離子為HCO3->SO2-4>CL-，湖水要比河水成分復(fù)雜得多，因湖水特殊性有的緩慢水交替和蒸發(fā)作用，礦化度很高，可達(dá)35g/l。2埋藏于松散沉積層中的孔隙水，由于其成因不同，補(bǔ)給徑流條件不同，造成了化學(xué)成分也各不相同。洪積扇的上部逕流帶，礦化度低（<1g/e）屬HCO3-型水。中部溢出帶，礦化度較高，可達(dá)10～20g/e，常為SO42—HCO3-或HCO3-—SO42-型水，而在下部垂直交替帶，逕流條件差，排泄主要為蒸發(fā)作用，礦化度急劇增大（可達(dá)50g/e），水化學(xué)類型多為CL-—SO42-或SO42—CL-型水。3巖溶水，主要決定于可溶巖的巖性及化學(xué)成分。石灰?guī)r地區(qū)的地下水多為低礦化的HCO3-——Ca2+型。白云巖地區(qū)的地下水多為低礦化的HCO3—Ca2+Mg2+型水。但是，環(huán)境不同，成分也不同。上述情況一般在近地表處，大氣降水補(bǔ)給，逕流條件好，氧化環(huán)境下才出現(xiàn)。而在逕流微弱的地區(qū)，則可能出現(xiàn)SO42-型或CL-，SO42-型水。時(shí)，其差別則不甚明顯。2023/2/4河流上游沖積物中的地下水，由于接受河水補(bǔ)給，礦化度低，多為HCO3-型水，再往下游，水質(zhì)依次變?yōu)镾O42-或CL-型水。45

循環(huán)于礦床中的地下水，由于所處的環(huán)境以及形成地下水化學(xué)成分的作用不同，因此礦區(qū)地下水成分不是單一的而是復(fù)雜多變的。

礦區(qū)地下水化學(xué)成分的復(fù)雜多變，不僅與氧化，還原作用有關(guān)，而且還與礦床的含硫量、埋藏條件、開拓方式、水文地質(zhì)條件、氣象因素、補(bǔ)給水源及排水量等有密切關(guān)系。因此，研究礦區(qū)地下水化學(xué)成分及其變化規(guī)律，可以反推分析各有關(guān)因素。2023/2/4含水層觀測(cè)巖層裂隙觀測(cè)斷裂構(gòu)造觀測(cè)出水點(diǎn)觀測(cè)突水預(yù)兆觀測(cè)礦井涌水量觀測(cè)充水性觀測(cè)容積法浮標(biāo)法堰測(cè)法流速儀法（流量計(jì)）水泵有效功率法井下水文觀測(cè)井下水文地質(zhì)觀測(cè)的重點(diǎn)第三節(jié)井下水文地質(zhì)觀測(cè)重點(diǎn)2023/2/4（一）突水預(yù)兆觀測(cè)與識(shí)別突水征兆：

掛紅、掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣、水叫、頂板淋水加大、頂板來壓、底板鼓起或產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾、有臭味等異狀。2023/2/4

突水征兆可分兩大類：掛紅、有臭味是化學(xué)現(xiàn)象；其余都是物理現(xiàn)象（主要是由溫度或壓力引發(fā)的）。上述18種突水征兆不一定都出現(xiàn)，多數(shù)突水，只有一部分征兆是明顯的，甚至沒發(fā)現(xiàn)征兆就突水了。（一）突水預(yù)兆觀測(cè)與識(shí)別2023/2/42023/2/4（二）涌水量觀測(cè)涌水水量分析涌水水量分析定量預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)定性分析解析法類比法統(tǒng)計(jì)學(xué)方法數(shù)值法⒈容積法：

用一定容積的量水容器（桶），放在出水點(diǎn)附近，將出水點(diǎn)流出的水導(dǎo)入量水容器內(nèi)，用秒表記下流滿量水容器所需要的時(shí)間，按下述公式計(jì)算其涌水量：

式中：Q—涌水量（m3/h或m3/s）

V—量水桶的容積（m3

或l）

t—流滿水桶所需的時(shí)間（h或s）

容積法測(cè)定小涌水量一般比較準(zhǔn)確，但有局限性，當(dāng)涌水量過大時(shí)，這種方法不宜使用。（二）涌水量觀測(cè)2023/2/4⒉浮標(biāo)法在規(guī)則的水溝選定上下游兩個(gè)斷面，并分別測(cè)定這兩個(gè)斷面的過水面積F1和F2，取其平均值F，再量出這兩個(gè)斷面之間的距離L，然后用一輕的浮標(biāo)（如木片、樹皮、厚紙片、乓乓球等），從水溝上游的斷面投入水中，同時(shí)記下時(shí)間，等浮標(biāo)到達(dá)下游斷面時(shí)，再記下時(shí)間，兩個(gè)時(shí)間的差值，即浮標(biāo)從上游斷面到下游斷面，流經(jīng)L長的距離所需的時(shí)間t，然后按下式計(jì)算其涌水量Q：浮標(biāo)法簡(jiǎn)單易行，特別是涌水量大時(shí)更實(shí)用，但精度不太高，一般還需乘上一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。需考慮水溝斷面的粗糙程度，風(fēng)方向逆水流等，一般取0.85。（二）涌水量觀測(cè)2023/2/4⒊堰測(cè)法這種方法的實(shí)質(zhì)，就是使排水溝的水，通過一固定形狀的堰口，測(cè)量堰口上游（一般在3倍h的地點(diǎn)）的水頭高度，通過公式計(jì)算出流量。堰測(cè)法主要的三種堰形

三角堰梯形堰矩形堰（有縮流）矩形堰（無縮流）式中：Q—流量（l/s）;B—堰口底寬（cm）；

h—堰口上游2倍h處的水頭高度（cm）（二）涌水量觀測(cè)2023/2/4三角堰只是在流量小于30m3/h的情況下適用；堰口的上下游一定要形成水頭差（跌水）；堰板周圍要堵嚴(yán)，保證水流只能從堰口通過；堰口應(yīng)安設(shè)在水流較平緩的地方，必要時(shí)建專門的穩(wěn)水池；堰口前應(yīng)防止雜物淤積（超出堰底）；測(cè)量水頭高度應(yīng)是堰口上游約3倍h地點(diǎn)的水頭高度。堰口跌水示意圖使用堰測(cè)法應(yīng)注意：（二）涌水量觀測(cè)2023/2/4⒋流速儀法在巷道水溝比較平直、水流比較平穩(wěn)的區(qū)段上選定測(cè)流斷面，然后用流速儀測(cè)定水溝過水?dāng)嗝嬷蓄A(yù)定測(cè)點(diǎn)的平均流速，從而確定該斷面的流量。流速儀主要由感應(yīng)部分（包括旋杯、旋軸、頂針）、傳訊盒部分（包括偏心筒、齒輪、接觸絲、傳導(dǎo)系統(tǒng)）及尾翼等三部分組成。水流速度的測(cè)定，實(shí)際上就是測(cè)量在預(yù)定時(shí)間內(nèi)旋杯被水流沖擊時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)數(shù)（水流速度與旋杯轉(zhuǎn)速間存在一定的函數(shù)關(guān)系）。⒌水泵揚(yáng)量計(jì)算法

利用水泵的銘牌排水量和它的實(shí)際效率來換算涌水量。此方法精度受泵的實(shí)際效率影響大，一般不采用。（二）涌水量觀測(cè)2023/2/4第四章礦井水文地質(zhì)條件的探查工作

查明礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件，根據(jù)不同的目的要求，探查手段也各不相同。

探查手段2023/2/4水文地質(zhì)鉆探是以揭露和探明深部水文地質(zhì)條件為目的的工作，鉆探具有效率高，查明深度大等優(yōu)點(diǎn)，所以在水文地質(zhì)工作中應(yīng)用廣泛，是資源勘探的組成部分，其具體任務(wù)是：

1．研究地質(zhì)水文剖面，進(jìn)一步查明含(隔)水層的數(shù)目、層位厚度、埋藏深度、分布情況以及含水層的孔隙性，隔水層的隔水性等。

2．測(cè)定各含水層中的地下水位。

3．測(cè)定含水層在垂直和水平方向上的透水性和含水性變化

4．測(cè)定各含水性之間，地下水地表水之間的水力聯(lián)系，以及斷層的導(dǎo)水性。

5．采取水樣。分析研究地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分。

6．按規(guī)范采取巖樣和土樣，分析其物理、水理性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)。

7．在鉆孔內(nèi)進(jìn)行水文地質(zhì)試驗(yàn)(主要抽水試驗(yàn))，測(cè)定鉆孔涌水量和含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。為計(jì)算坑道涌水量和地下水儲(chǔ)量提供依據(jù)。2023/2/4一、鉆探

水文地質(zhì)鉆孔布置。基本上按實(shí)際情況而定一般布置在下列地段：

1．大的斷裂破碎帶和巖溶發(fā)育地段。

2．能切穿主要含水層的地段。

3．地下水與地表水可能有聯(lián)系的地段。

4．未來生產(chǎn)礦井主要開采地段。

5．老窯、廢礦坑等人工破碎帶，以及與礦床充水有關(guān)的地段。

6．向斜構(gòu)造的軸部或控制計(jì)算礦體儲(chǔ)量底板較深的地段。例如：對(duì)于河谷地區(qū)：勘探對(duì)象主要是沖積層中的地下水，勘探線應(yīng)垂直河谷布置。因?yàn)檫@個(gè)方向正是地貌、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件變化最大的方向，這樣布置，就可控制整個(gè)河谷的結(jié)構(gòu)，比如可以查明階地的類型，巖性變化以及地下水與河水的補(bǔ)給關(guān)系等。為確定斷層破碎帶的導(dǎo)水性而布置的鉆孔應(yīng)當(dāng)超過斷層破碎帶，最好通過上、下盤同一含水層或不同含水層。

施工地質(zhì)及水文地質(zhì)鉆孔必須同時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)，主要內(nèi)容有：2023/2/4

1．水位觀測(cè)：

系統(tǒng)地觀測(cè)鉆孔內(nèi)水位變化，不僅可確定含水層埋藏深度，還可幫助及時(shí)地發(fā)現(xiàn)新的含水層和判斷地下水與地表水之間的水力聯(lián)系。

2．沖洗液消耗量觀測(cè)：

每次提升鉆具后，計(jì)算該鉆區(qū)間的沖洗液消耗公式為：

式中：Q——單位時(shí)間內(nèi)沖洗液消耗量，m3/min。

Q1、Q2、Q3——分別為鉆進(jìn)前，測(cè)定時(shí)的水量及鉆進(jìn)過程中加入的水量(m3)。

t──觀測(cè)時(shí)間(分)。

3．鉆具陷落觀測(cè)

4．巖芯采取率

5．水溫觀測(cè)

6．涌水現(xiàn)象觀測(cè)：當(dāng)涌水量較大時(shí)，可采用下式概略計(jì)算：

（適于f<5m）式中：Q──鉆孔涌水量(升/秒)；

d──套管內(nèi)徑(分米)；

f──噴出高度(分米)。2023/2/4

水文地質(zhì)鉆探在鉆孔結(jié)構(gòu)，鉆進(jìn)方法，施工技術(shù)和鉆探設(shè)備等方面，具有與一般地質(zhì)鉆孔不同的特點(diǎn)：

1．鉆孔結(jié)構(gòu)：打水文地質(zhì)鉆孔主要是為了抽水試驗(yàn)，如保證水文地質(zhì)鉆孔中順利安裝抽水試驗(yàn)設(shè)備和進(jìn)行止水工作，必須保持大口徑。一般抽水試驗(yàn)層(段)的孔徑，不應(yīng)小于110mm，下過濾器時(shí)，不應(yīng)小于108mm，當(dāng)配有觀測(cè)孔時(shí)觀測(cè)孔徑不應(yīng)小于75mm，下過濾器時(shí)不應(yīng)小于73mm。為了分別確定各個(gè)含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，應(yīng)對(duì)各個(gè)含水層隔離起來，即止水，因此設(shè)計(jì)鉆孔止水結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分掌握水文地質(zhì)剖面根據(jù)水文地質(zhì)要求和抽水試驗(yàn)段之過濾器直徑確定止水換經(jīng)次數(shù)與開孔直徑。鉆孔結(jié)構(gòu)見圖4-1。

2.孔斜的要求：一般孔深100米，孔斜不得大于1°當(dāng)孔深＞100m，小于300m時(shí)，不得大于3°。3.鉆孔止水：為了在一個(gè)鉆孔中取得各個(gè)含水層的水位、水溫、水化學(xué)成分和各層水文地質(zhì)參數(shù)，必須將各個(gè)含水層相互隔離起來(即止水)進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)。

圖4-1鉆孔結(jié)構(gòu)圖

不論地質(zhì)孔還是水文孔，當(dāng)完工之后都要按規(guī)范要求進(jìn)行封閉，因?yàn)橐粋€(gè)鉆孔孔眼雖然很小，但它卻勾通很多含水層，特別是當(dāng)勾通了強(qiáng)含水層，往往是開采中的隱患。2023/2/42023/2/4

二、物探(包括航片、衛(wèi)片解釋)㈠礦井物探的概念

地球物理勘探是地球物理的一個(gè)分支，又稱應(yīng)用地球物理或勘查地球物理，簡(jiǎn)稱物探。它是用物理的原理研究地殼淺層的物理性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造，從而尋找與勘查有用礦床及解決其它地質(zhì)問題的科學(xué)分支。物探方法的物理基礎(chǔ)是地殼中存在許多物理性質(zhì)不同地質(zhì)體或分界面，它們?cè)诳臻g產(chǎn)生了天然物理場(chǎng)，如：重力場(chǎng)、地磁場(chǎng)、地?zé)釄?chǎng)及放射性場(chǎng)等，或者人工物理場(chǎng)，如：人工電場(chǎng)、電磁場(chǎng)；人工地震波時(shí)間場(chǎng)；彈性位移場(chǎng)的局部變化的異常場(chǎng)。物探工作者在空中、地面、鉆井中或礦井內(nèi)用各種儀器采集觀測(cè)這些物理場(chǎng)的變化數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)分析研究所采集的物探資料，推斷解釋地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布情況。

物探方法按所利用物理場(chǎng)的不同分為：重力、磁法、電法、地震、地?zé)峒胺派湫缘攘N勘探方法。也可按觀測(cè)對(duì)象或工作空間的不同進(jìn)行分類，如下圖：地球物理勘探按物理場(chǎng)分類按對(duì)象分類

按空間分類重力勘探磁法勘探電法勘探地震勘探地?zé)峥碧椒派湫钥碧浇饘倥c非金屬物探水文工程物探構(gòu)造物探環(huán)境工程物探石油煤炭

地面物探

鉆井地球物理(測(cè)井)

井下物探

海洋物探空間物探航空物探衛(wèi)星遙感㈡

礦井物探的分類2023/2/4地面物探

井田地球物理勘探（按空間分）重力勘探磁法勘探電法勘探地震勘探磁測(cè)井電法測(cè)井放射性測(cè)井聲波測(cè)井熱測(cè)井其它地震法電法巷道重力磁法放射性紅外線遙測(cè)測(cè)井礦井物探

井田地球物理勘探的觀測(cè)對(duì)象包括井田地質(zhì)勘探及礦井地質(zhì)的觀測(cè)中的大部分內(nèi)容，其分類見下圖：2023/2/4㈢各種物探方法的優(yōu)勢(shì)地震法勘探對(duì)構(gòu)造、巖性等力學(xué)性質(zhì)變化敏感，也就是說地震法超前物探對(duì)構(gòu)造探測(cè)比較準(zhǔn)確；電磁方法對(duì)含水性引起的導(dǎo)電性敏感，說明電磁法超前物探對(duì)含水構(gòu)造探測(cè)較為準(zhǔn)確；為了提高超前物探的準(zhǔn)確性，應(yīng)采用地震法與電磁法相結(jié)合的物探技術(shù)，地面物探和井下鉆探相結(jié)合的技術(shù)路線。2023/2/4

坑探在水文、工程地質(zhì)調(diào)查中廣泛應(yīng)用。主要應(yīng)用于第四紀(jì)覆蓋較廣且厚度不大的地區(qū)。為探明覆蓋層下基巖地質(zhì)構(gòu)造，礦層及基巖工程地質(zhì)特性，了解第四紀(jì)地層情況，必須進(jìn)行坑探工程，它便于直接觀察，又便于采取原狀土樣及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。三、坑探(包括槽探、巷探)坑探2023/2/4覆蓋層不太厚時(shí)，為探明某一地層層序。巖性變化，軟弱夾層分布情況，殘坡積層厚度和性質(zhì)，追索構(gòu)造和礦層，采用探槽開挖。探槽一般垂直巖層走向布置，寬0.6～1米，長度視需要而定。探槽按其目的可分為主干槽和短槽兩種。為了揭露礦床、采集礦樣或探查不穩(wěn)定礦層，有時(shí)也開掘各種巷道如平峒、石門、斜井等。1槽探2巷

探坑探2023/2/4探井是園形或方形的井狀探坑，它適用于地層傾角平淡，第四紀(jì)覆蓋層大于3米的地區(qū)，主要用來追索礦層和斷層，也可以用來揭露礦床。在工程地質(zhì)方面，主要為了了解覆蓋層厚度及性質(zhì)、構(gòu)造線、巖石破碎情況及巖溶、滑坡等。同時(shí)還可以觀察地下水位及含水層性質(zhì)。3探

井坑探2023/2/4工程水文地質(zhì)試驗(yàn)，是在野外條件下測(cè)定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)、裂隙、巖溶發(fā)育程度和連通情況等的一種方法。四、工程水文地質(zhì)試驗(yàn)工程水文地質(zhì)實(shí)驗(yàn)2023/2/4抽水試驗(yàn)的基本原理，是用專門的抽水設(shè)備在鉆孔或井中，對(duì)含水層中的地下水進(jìn)行有節(jié)制的強(qiáng)排。在一定范圍內(nèi)迫使地下水位下降，使它形成一個(gè)人為抽水滲流場(chǎng)(即抽水降落漏斗)。根據(jù)不同勘探目的，勘探階段水文地質(zhì)條件和資料精度，抽水試驗(yàn)可分為下面幾類：㈠抽水試驗(yàn)2023/2/4

抽水試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)對(duì)原始資料進(jìn)行整理，繪制各種曲線圖，穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求繪出：㈠抽水試驗(yàn)非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求繪出：s—t歷時(shí)曲線圖，s=f(lgt)過程曲線圖，lgs=f(lgr)關(guān)系曲線圖，關(guān)系曲線圖。⑴抽水試驗(yàn)過程圖⑵Q=f(s)關(guān)系曲線圖⑶q=f(s)關(guān)系曲線圖2023/2/42、壓水試驗(yàn)是有壓水通過空隙進(jìn)入試驗(yàn)段巖層中，取得該段巖層空隙發(fā)育程度、滲透性和檢查注漿質(zhì)量的一種方法。壓水試驗(yàn)的原理是利用水柱的壓力將水壓入試驗(yàn)段附近的基巖中，形成與抽水試驗(yàn)相反的倒轉(zhuǎn)漏斗，當(dāng)水量和壓入巖層的水流量達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，即可確