井下水文地質(zhì)觀測(cè)

井下水文地質(zhì)觀測(cè)與分析徐礦集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)部裴道奇煤礦探放水工安全技術(shù)培訓(xùn)班一、礦井突水預(yù)兆和突水量估算主要包括以下內(nèi)容：a)常見的突水預(yù)兆，包括老空水突水、頂板突水、底板突水等各種類型突水的預(yù)兆；b)突水量預(yù)測(cè)和實(shí)際突水量的估算。二、礦井主要水害的特征及其防治技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：a)孔隙水、裂隙水、巖溶水水害的特征及其防治技術(shù)；b)地表水水害的特征及其防治技術(shù)；c)老空水水害的特征及其防治技術(shù)；d)斷層水、陷落柱水、鉆孔水水害的特征及其防治技術(shù)。一、

煤礦水害的基本知識(shí)

煤礦水害：凡影響生產(chǎn)、威脅采掘工作面或礦井安全的,增加噸煤成本使礦井局部或全部被淹沒的水災(zāi),都稱為煤礦水害。礦井水害的類型有以下幾種：地表水、地下水、老空水、斷層水、陷落柱水、鉆孔水等。1、地表水水害：水源為大氣降水、地表水體（江、河、湖、水庫、溝渠、坑塘等）。水源通過井口、采動(dòng)冒落帶、巖溶地面塌陷或熔洞、斷層帶及煤層頂?shù)装宸忾]不良的舊鉆孔充水和導(dǎo)水進(jìn)入礦井。2、老空水水害水源是古井、水窯、廢巷及采空區(qū)的積水。當(dāng)采掘工作面接近或溝通時(shí)，老空水進(jìn)入巷道或工作面，造成事故。這是我市煤礦水害的主要類型。3、孔隙水水害主要賦存在松散沉積物顆粒間孔隙中的地下水。在堆積平原和山間盆地內(nèi)的第四紀(jì)地層中分布廣泛。受大氣降水補(bǔ)給明顯，礦井受其影響，表現(xiàn)為季節(jié)性4-9月份礦井涌水量明顯增大。4、巖溶水水害賦存于可溶性巖層的溶蝕裂隙和洞穴中的地下水。又稱喀斯特水（karstwater）。其最明顯特點(diǎn)是分布極不均勻。在灰?guī)r斷裂處巖溶水富水性強(qiáng)，礦井易造成水害。5、裂隙水水害裂隙水，存在于巖石裂隙中的地下水。與孔隙水相比較，它分布不均勻，往往無統(tǒng)一的水力聯(lián)系。是丘陵、山區(qū)供水的重要水源，常受地表水或其它含水層補(bǔ)給，通過冒落帶，斷裂帶，采掘巷道揭露頂板或底板砂巖水，或者封孔不良的老鉆孔導(dǎo)水進(jìn)入巷道或工作面。也是礦坑充水的重要來源。一、礦井突水預(yù)兆和突水量估算我國(guó)煤較大的突水多屬于底板水。突水的過程決定于水文地質(zhì)及采掘在場(chǎng)條件。一般突水可歸納為兩種情況：一種是突水量小于礦井的最大排水能力，地下水形成穩(wěn)定的降定的降水漏斗，迫使礦井長(zhǎng)期大量的排水。另一種是突水量超過礦井的最大排水能力，造成礦井淹沒。兩種情況的突水動(dòng)態(tài)曲線如下。1969年峰峰二礦2701工作面突水曲線圖奧灰水位礦井的各種類突水往往都有一定的征兆，加強(qiáng)水文地質(zhì)觀測(cè)與分析工作是礦井防治水的基礎(chǔ)工作,也是一項(xiàng)重要工作。各種類型的突水，事前都可能出現(xiàn)各種征兆，下面分別作簡(jiǎn)單介紹。(一)一般征兆1、煤層變潮濕、松軟；煤幫出現(xiàn)滴水、淋水現(xiàn)象，且淋水可由小變大；有時(shí)煤幫出現(xiàn)鐵銹色水跡。2、工作面氣溫降低，或出現(xiàn)霧氣及硫化氫氣味。3、有時(shí)可聞到水“嘶嘶”聲。4、礦壓增大，發(fā)生片幫冒頂及底臌。礦井透水前主要預(yù)兆有（1）掛汗。積水區(qū)的水，在自身壓力作用下，通過煤巖裂隙而在采掘工作面的煤巖壁上聚結(jié)成許多水珠的現(xiàn)象，叫掛汗。井下空氣中的水分遇到低溫的煤體，有時(shí)也可能聚結(jié)成許多水珠的現(xiàn)象。區(qū)別真假掛汗的方法是，仔細(xì)觀察新暴露的煤壁面上是否潮濕，若潮濕則是透水預(yù)兆。（2）掛紅。礦井水中含有鐵的氧化物，在它通過煤巖裂隙而滲透到采掘工作面的煤巖體表面時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)暗紅色水銹，這種現(xiàn)象叫掛紅。掛紅是一種出水信號(hào)。（3）水叫。含水層或積水區(qū)內(nèi)的高壓水，向煤壁裂隙擠壓時(shí)，與兩壁磨擦?xí)l(fā)出“嘶嘶”叫聲，這就說明采掘工作面距積水區(qū)或其他水源已經(jīng)很近了若是煤巷掘進(jìn)，則透水即將發(fā)生，這時(shí)必須立即發(fā)出警報(bào)，撤出所有受水威脅的人員。（4）空氣變冷。采掘工作面接近積水區(qū)域時(shí)，空氣溫度會(huì)下降，煤壁發(fā)涼，人一進(jìn)入工作面就有涼爽、陰冷的感覺；但應(yīng)注意，受地?zé)嵊绊戄^大的礦井地下水的溫度偏高，當(dāng)采掘工作面接近積水區(qū)時(shí)，氣溫反而升高。（5）出現(xiàn)霧氣。當(dāng)采掘工作面氣溫較高時(shí)，從煤壁滲出的積水，就會(huì)被蒸發(fā)而形成霧氣。（6）頂板淋水加大。（7）頂板來壓，底板鼓起。（8）水色發(fā)渾，有臭味。（9）采掘工作面有害氣體增加，積水區(qū)向外散發(fā)出瓦斯、二氧化碳和硫化氫等有害氣體。（10）裂隙出現(xiàn)滲水。如果出水清凈，則離積水區(qū)較遠(yuǎn)；若渾濁，則離積水區(qū)已近。礦井突水預(yù)兆井下透水有預(yù)兆，十種現(xiàn)象要牢記；密切注意勤分析，防范措施不可少只要現(xiàn)出煤層變濕、松軟、煤幫出現(xiàn)滴水、淋水，礦壓增大，底板臌起、產(chǎn)生裂隙等礦井透水征兆時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即匯報(bào)，除停止有突水征兆迎頭外，還必須停止受水害威脅區(qū)域的采掘作業(yè)頭面，撤出作業(yè)人員到安全地點(diǎn)，采取有效安全措施，分析查找透水原因。案例１：老空水突水2006年5月18日，山西省大同市左云縣張家場(chǎng)鄉(xiāng)新井煤礦發(fā)生一起透水事故，造成56人死亡。新井煤礦屬張家場(chǎng)鄉(xiāng)鄉(xiāng)辦集體煤礦，始建于1992年，該礦批準(zhǔn)開采4#煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力9萬t/a。但于2005年10月，該礦主井卻違規(guī)通過暗斜井延深至8#、11#、14-1時(shí)口14-2#煤層，進(jìn)行超層采掘活動(dòng)。事故發(fā)生后，新井煤礦承包人及相關(guān)責(zé)任人不是積極組織搶險(xiǎn)，而是蓄意逃避責(zé)任，瞞報(bào)事故被困人數(shù)，破壞調(diào)度出勤牌板，轉(zhuǎn)移藏匿財(cái)務(wù)和銷售臺(tái)賬，刪除計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)資料，抽逃和轉(zhuǎn)移賬戶資金，負(fù)責(zé)該礦安全、生產(chǎn)和技術(shù)的副礦長(zhǎng)，該礦調(diào)度室主任、包工隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)等相關(guān)人員先后邊匿，后被公安機(jī)關(guān)全部抓獲。

經(jīng)過40天的緊張排水，共排出井下積水42.2萬m3，56名遇難礦工遺體全部找到。新井煤礦沒有嚴(yán)格執(zhí)行探放水的有關(guān)規(guī)定，從事故發(fā)生前的5月12日，鄰近的同煤燕西一號(hào)井采空積水區(qū)的東13巷和東14巷，就已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的滴水和淋水等透水征兆。東13巷附近的異常水文地質(zhì)情況引起了礦方的注意，從東6巷抽調(diào)鉆機(jī)到東13巷與東14巷之間進(jìn)行探水，但遺憾的是：5月17日鉆機(jī)在施工中出現(xiàn)了故障，5月18日安排修理。就在透水征兆明顯、尚未完成探放水工作的情況下，礦方?jīng)]有停產(chǎn)，也未撤人，繼續(xù)違章冒險(xiǎn)組織生產(chǎn)，最終導(dǎo)致突水事故發(fā)生。事故直接原因:新井煤礦在14－1#煤層掘進(jìn)巷道透水征兆十分明顯情況下，未能嚴(yán)格按照防治水有關(guān)規(guī)程和條例，采取真正有效的防治水措施，仍違規(guī)，在燕西1#井靠近采空區(qū)附近組織生產(chǎn)，冒險(xiǎn)作業(yè)，由于受放炮震裂松動(dòng)、水頭壓力浸泡以及采掘活動(dòng)帶來的礦山壓力變化影響，破壞了燕西1#井采空積水區(qū)的有限煤(巖)柱，最終導(dǎo)致了這起特別重大透水事故的發(fā)生。(二)工作面底板灰?guī)r含水層突水征兆1、工作面壓力增大，底板臌起，底臌量有時(shí)可達(dá)500mm以上。2、工作面底板產(chǎn)生裂隙，并逐漸增大。3、沿裂隙或煤幫向外滲水。4、隨著裂隙的增大，水量增加，當(dāng)?shù)装鍧B水量增大到一定程度時(shí)，煤幫滲水可能停止，此時(shí)水色時(shí)清時(shí)濁，底板活動(dòng)時(shí)水質(zhì)混濁、底板穩(wěn)定時(shí)水色變清。5、底板破裂，沿裂縫有高壓水噴出，并伴有“嘶嘶”聲或刺耳水聲。6、底板發(fā)生“底爆”，伴有巨響，水大量涌出，水色乳白或呈黃色。案例二：三河尖煤礦21102工作面底板突水突水過程：三河尖煤礦21102工作面位于西一采區(qū)，為太原組首采工作面，走向長(zhǎng)1136m，傾斜長(zhǎng)85m，工作面標(biāo)高-779.8~-831.2m，煤層直接頂板為十二灰，厚5.2m，直接底板為泥巖，厚0.7~1.1m，老底為細(xì)砂巖，厚2.7m?；夭汕皩?duì)該面進(jìn)行了電法勘探，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。2002年4月開始回采，回采期間工作面出水量一直穩(wěn)定在1.5~2.0m3/h。工作面回采330m時(shí)，于2002年10月26日8:40發(fā)生突水事故，短時(shí)間涌水量達(dá)到2170m3/h，穩(wěn)定后1020m3/h，水溫42℃，后逐漸升高為49℃。案例二：三河尖煤礦21102工作面底板突水

根據(jù)突水時(shí)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員聽到類似放炮的巨大響聲、出水水溫高達(dá)49℃左右、井田外奧灰水文觀察孔水位明顯下降、水質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告具有奧灰水水質(zhì)特征等現(xiàn)象分析認(rèn)為該突水點(diǎn)水源為奧陶系灰?guī)r巖溶水。突水點(diǎn)位于采空區(qū)內(nèi)，在突水點(diǎn)附近未發(fā)現(xiàn)斷層、陷落柱構(gòu)造現(xiàn)象，據(jù)此推斷該突水點(diǎn)是由于回采擾動(dòng)影響，破壞了原底板的原始應(yīng)力場(chǎng)，致使隱伏的垂直導(dǎo)水通道疏通，造成突水。通過對(duì)周邊地區(qū)奧灰水位觀測(cè)及水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果可以看出：突水點(diǎn)受遠(yuǎn)方補(bǔ)給，即三河尖礦奧灰水是和臨區(qū)龍固煤礦和龍東煤礦相通的。(三)沖積層水的突水征兆1、突水部位發(fā)潮，滴水。滴水逐漸增大，仔細(xì)觀察可發(fā)現(xiàn)水中有少量細(xì)砂。2、發(fā)生局部冒頂，水量突增并出現(xiàn)流砂。流砂常呈間歇性，水色時(shí)清時(shí)混，總的趨勢(shì)是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出。3、發(fā)生大量潰水、潰砂，這種現(xiàn)象可能影響到地表，致使地表出現(xiàn)塌陷坑。案例三：沖積層水突水

1974年9月28日，徐州礦務(wù)局義安煤礦704工作面上方開了"天窗"，發(fā)生了透沖積層底部礫石層水的突水事故。最大突水量7.56m3/min，水夾帶著砂礓、礫石、碎肝、煤塊等雜物費(fèi)入井下，淤積物共1600m3。經(jīng)在－60m一、二順槽各搶建1～3道草包墻，才制止了災(zāi)情的發(fā)展。事故發(fā)生后，整個(gè)東二采區(qū)被迫封閉，造成了重大損失。一、水害發(fā)生經(jīng)過704工作面自1974年8月17日開始回采以來，共突水4次。8月19日工作面剛推進(jìn)10m，發(fā)生第一次突水事故，涌水量0.8m3/min(系清水)，10天后水量減小。9月10日當(dāng)工作面推進(jìn)到56m處時(shí)第二次突水事故發(fā)生，最大涌水量為1.7m3/min(系清水)，10天后涌水量降為O.33m3/min，經(jīng)研究，決定將回采上限由-60m降到-70mo9月18日當(dāng)工作面推進(jìn)到220m處時(shí)，又發(fā)生第三次突水，最大涌水量為0.72m3/min，當(dāng)時(shí)認(rèn)為是-60m頂板砂巖放水孔堵孔而出水。9月28日3時(shí)，在工作面推進(jìn)到290m處發(fā)生了沖積層大突水，最大涌水量達(dá)7.56m3/min，水夾著砂疆礫石、碎肝、煤塊等雜物，迅猛下瀉，一順槽(-80m)通往二順槽（-12Om）的人行眼、溜煤眼被淤堵后，水又往-60m材料道經(jīng)偽下山直奔-160m大巷和水倉。9小時(shí)后，地面開始塌陷，形成了一個(gè)直徑15m、深1m的陷坑。二、水害發(fā)生原因

704工作面位于東翼急傾斜二采區(qū)，用小階段爆破法回采山西組(即小湖系)7煤層，煤厚1.8m，傾角780，是東翼第一水平(-160m)的第一個(gè)工作面。地面標(biāo)高+36.2m，沖積層厚度57.9m，其中底部礫石含水層18.59m，中部粘土層14.06m，上部為黃泛沉積的亞砂土、亞粘土之類的流砂層。煤層露頭-21.39m，實(shí)際開采上限-53m(設(shè)計(jì)-60m)，煤層直接頂板為厚2.8m的黑灰色頁巖，其上為23m厚的中粒砂巖，直接底板為5m厚的深灰色頁巖，采后易于冒落。突水時(shí)正在一順槽(-80m以上)回采，已采完的走向長(zhǎng)度為290mo內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，僅有一條寬19～40m的傾斜變薄帶。

水害事故發(fā)生的主要原因是:⑴超限回采，使其上方?jīng)_積層下面的防隔水煤柱被抽冒突水。事故發(fā)生前兩天，在靠近迎頭4個(gè)小眼20m寬的范圍內(nèi)，集中向上方煤柱捅煤，超限出煤1017t，據(jù)此反算相當(dāng)于向上采掉22m，標(biāo)高已經(jīng)達(dá)到-31m，基本上接近沖積層底部的標(biāo)高。(2)煤田地質(zhì)勘探中沒有查明沖積層中的含水層分布情況和富水程度，沒有提交應(yīng)有的水文地質(zhì)資料，造成生產(chǎn)期間一再被迫降低開采上限，對(duì)沖積層突水毫無防備。

圖8一1義安礦704工作面沖積層突水事故示意圖三、水害的治理事故發(fā)生后，礦領(lǐng)導(dǎo)帶領(lǐng)搶險(xiǎn)隊(duì)分別在-60m、一順槽、二順槽各建1～3道草包墻，只過水不淌泥沙、碎石，控制了災(zāi)情的發(fā)展。還組織專人輪番清理60m大巷水溝，保證水倉不被淤塞和泵房能正常排水。組織專人測(cè)量地面水井水位，對(duì)地面塌陷坑設(shè)警戒并進(jìn)行回填。十天后又進(jìn)一步在-60m、一、二順槽的變薄帶中，各建一道水閘墻(圖8-1)。一年之后又在地面進(jìn)行了注漿堵水工程。從此漏水量長(zhǎng)期穩(wěn)定在2.67m3/min上下，整個(gè)東翼急傾斜采區(qū)被迫封閉停產(chǎn)。以上征兆典型情況，在一些突水過程中，并不一定全部表現(xiàn)出來，所以，應(yīng)該細(xì)心觀察，認(rèn)真分析、判斷。分析和判斷突水水源可以對(duì)突水的發(fā)展及突水的后果作出預(yù)測(cè)，是組織搶救和正確決策的前提。分析水源、突水量預(yù)測(cè)和實(shí)際突水量的估算分析水源一般可利用以下方法：一、直觀分析法礦井突水后，應(yīng)仔細(xì)觀察突水點(diǎn)及周圍情況，包括出水點(diǎn)的位置、周圍的地質(zhì)情況、巷道壓力，以及水的氣味、顏色、聲音、水壓、水溫及水中攜帶的物質(zhì)。不同水源的突水現(xiàn)象及突水特征不同、出水規(guī)律不同。二、水文地質(zhì)條件分析法發(fā)生突水后，應(yīng)對(duì)突水的水文地質(zhì)條件進(jìn)行綜合分析。礦井突水的因素，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：1、煤層底板接近強(qiáng)含水層，致使水突破隔水層。2、底板有斷層、裂隙、隱伏的陷落柱，發(fā)生地下水垂向補(bǔ)給。3、采掘工作面接近或揭露含水陷落柱。4、斷層使強(qiáng)含水層與煤層中的薄層灰?guī)r含水層接觸，地下水發(fā)生側(cè)向補(bǔ)給。5、工作面接近或揭露與強(qiáng)含水層串通的鉆孔。6、淺部露頭補(bǔ)給。7、地表水和沖積層水補(bǔ)給。8、斷層帶含水，并與地表水或強(qiáng)含水層勾通。9、采掘工作面揭露含水層或含水溶洞。10、上下采空區(qū)被導(dǎo)水裂縫帶連通。案例：旗山煤礦“2.6”突水經(jīng)過2010年2月4日21：14，旗山煤礦發(fā)現(xiàn)-850～-500總回風(fēng)下山下口涌水量比正常情況有所增大;2月5日1：24涌水量為45.3m3/h;2月6日1：47涌水量達(dá)100m3/h;6:57突水量達(dá)850m3/h；8：10涌水量猛增到13800m3/h，突水涌入-850大巷。排水基地啟動(dòng)、人員安全撤離上井。旗山煤礦“2.6”突水經(jīng)過2010年2月7日16時(shí)35分，白集煤礦-770m觀測(cè)點(diǎn)匯報(bào)，-780m主、副上山密閉墻有微弱水流，且水質(zhì)渾濁，于是撤離了井下所有人員。2月15日22時(shí)13分井下淹沒水位到-604m，次日11時(shí)36分井下淹沒水位又回落到-626m，隨后水位持續(xù)上升；目前已將淹沒水們控制在-350m以下。旗山煤礦“2.6”突水經(jīng)過權(quán)臺(tái)煤礦與白集煤礦之間雖然有老空區(qū)相通，但由于人為砌墻密閉和自然淤塞目前尚無過水跡象。根據(jù)近期實(shí)測(cè)資料，進(jìn)入旗山煤礦的涌水量400m3/h左右，進(jìn)入白集煤礦的涌水量500～900m3/h左右，涌水量趨于穩(wěn)定，權(quán)臺(tái)煤礦仍未發(fā)現(xiàn)有過水的跡象?？傮w上看，水情得到控制，勢(shì)態(tài)正向好的方面發(fā)展。突水水源分析①水質(zhì)分析日期地點(diǎn)毫克當(dāng)量%PH值

K＋+NaCa2+Mg2+Cl-SO42-HCO32-2.5旗山-850m56.0017.7826.2210.1665.4624.387.48

2.6旗山-850m59.7019.7020.6031.4748.6419.897.49

2.8旗山-850m43.0329.9627.0132.0529.2238.736.66

2.8旗山風(fēng)井24.8429.6946.473.7189.087.215.83

2.12旗山-850m西44.4729.7025.833.0886.2910.637.80

2.12旗山-850m東91.293.994.7263.613.6232.778.10

2.7韓橋排水口14.4342.5743.005.0568.7926.167.50

2.15白集礦井下56.9919.7123.302.0381.2016.776.64

水質(zhì)變化趨勢(shì)表②水位觀測(cè)從水質(zhì)、水位變化情況來看，旗山煤礦北風(fēng)井突水的水源為賈汪礦區(qū)的老空水。三、水化學(xué)試驗(yàn)法及示蹤試驗(yàn)（一）水化學(xué)試驗(yàn)法1、一般概況地下水是天然的溶液，在含水層中儲(chǔ)存運(yùn)移，不可避免地與圍巖發(fā)生化學(xué)、物理、生物等方面的反應(yīng)。這些反應(yīng)使地下水成為含多種化學(xué)成分的復(fù)雜溶液。地化環(huán)境、水文地質(zhì)條件以及含水部位的不同，會(huì)產(chǎn)生含有不同成分的地下水。因此通過水化學(xué)試驗(yàn)，可以了解地下水取樣點(diǎn)所反映的水文地質(zhì)條件和地化環(huán)境。因而可以查清不同含水層地下水的水質(zhì)差別，用其判別井下和泉點(diǎn)的出水水源，了解不同含水層之間的聯(lián)系和補(bǔ)給關(guān)系，甚至了解地下水循環(huán)交替和徑流的強(qiáng)弱、含水層的富水性等。2．取樣的化驗(yàn)為使水樣有代表性，取樣工作應(yīng)按以下要求進(jìn)行：（1）取一般水質(zhì)樣品用塑料桶或玻璃瓶。取樣前用水樣水將2000mL的桶或瓶涮洗于凈，水樣取滿（玻璃瓶要留一小空隙），將蓋蓋緊后用膠布或石臘封口，寫好取樣地點(diǎn)、時(shí)間、含水層位、水溫、要分析的項(xiàng)目和取樣人員的姓名等，盡快送化驗(yàn)室。無污染的清潔水樣在分析前最多只能存放3d。取樣的化驗(yàn)（2）要求分析侵蝕性CO2、H2S、溶解氧和易揮發(fā)變質(zhì)項(xiàng)目的水樣，應(yīng)按化驗(yàn)要求，在現(xiàn)場(chǎng)取樣后立即加穩(wěn)定劑，并作專項(xiàng)分析送樣；檢測(cè)含CU、ZU、Pb的水樣，每升須加5mL的1：1HCl進(jìn)行酸化處理；分析含F(xiàn)e的水樣，應(yīng)加醋酸----醋酸鈉緩沖溶液，防止氧化沉淀。（3）同位素分析的取樣，要根據(jù)分析同位素的要求進(jìn)行取樣。如18O一般需要100~200mL水樣；3H（氚）用電解法需取2000~3000mL；14C的取樣要根據(jù)水中CO32-、HCO3-和CO2的含量確定；Rn要求在現(xiàn)場(chǎng)馬上分析，用擴(kuò)散瓶直接取樣100Lm即可。在礦井開采過程中，經(jīng)常遇到的地下水源有厚層灰?guī)r水、煤系薄層灰?guī)r水、煤系砂巖水、老空水、沖積層礫石層水。在一般情況下，它們的主要水化學(xué)類型分別是：厚層灰?guī)r水HCO3-Ca-Mg型（徑流條件較好的）；煤系薄層灰?guī)r水SO4-HCO3-Ca型；煤系砂巖水HCO3-Na型；老空水SO4-Ca或SO4-HCO3-Ca型；沖積層礫石層水HCO3-CL-Ca或其它型。實(shí)際情況要復(fù)雜的多，有的礦區(qū)由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜，在同一厚層灰含水層中可以出現(xiàn)從HCO3-Ca、SO4-Ca到CL-Na中的多種水質(zhì)類型。因此，每個(gè)礦區(qū)要建立不同含水層和同一含水層不同區(qū)間的水質(zhì)特征資料檔案，為具體區(qū)分和判別不同水源準(zhǔn)備充分的基礎(chǔ)資料，以便水害事故發(fā)生時(shí)，通過水質(zhì)分析作出正確判斷。3.煤礦地下水中幾種主要水源的基本水化學(xué)特征及判別煤礦區(qū)地下水除用水質(zhì)類型作基礎(chǔ)判別外，還有幾種情況可作參考：1、出水水樣中若含有Mn2+和Fe2+，或水樣取上后被空氣氧化自行產(chǎn)生Fe2O3沉淀，則此水一定來自處于還原條件的煤系薄層灰?guī)r水、水量一般不會(huì)很大。２、水中若出現(xiàn)白色沉淀或有H2S臭味，而且礦化度高，則大部分是屬于封閉性的老空水或還原性強(qiáng)的煤系水。３、沖積層水中氡Rn的含量，比煤系地層水中高，如奧陶系灰?guī)r水由于徑流條件較好，在非放射性礦區(qū)的HCO3-Ca-Mg型水中，其氡Rn的含量一般小于沖積層水中含量的1/2。４、溴Br-在不同含不同水層中的含量，也可以作為判別水源的指標(biāo)之一。奧陶系灰?guī)r水，是我國(guó)北方煤礦的主要供水水源，也是威脅礦井安全生產(chǎn)的主要因素。由于該層有徑流帶和滯水帶的差別，致使水質(zhì)類型不同，因此通過水質(zhì)分析的方法研究含水層不同區(qū)間的徑流條件或富水性，也是水文地質(zhì)研究中的重要手段之一。（二）示蹤試驗(yàn)示蹤試驗(yàn)又叫連通試驗(yàn)，是將溶于水或水均勻混合的物質(zhì)、藥品試劑等投放到可能成為補(bǔ)給水源的水體中（如地表水、強(qiáng)含水層的不同方向與位置等），然后在井下出（突）水點(diǎn)或放水點(diǎn)（或地面鉆孔中）進(jìn)行取樣檢測(cè)。用以確定地下水的補(bǔ)給關(guān)系。(一)示蹤劑的種類目前國(guó)內(nèi)外使用的示蹤物質(zhì)，主要有以下幾大類：1、電離解物質(zhì)：指極易溶于水并離解成離子的化學(xué)物質(zhì)，如由CL-、Br-、I-、NO3-、NO2-、K+、Li+、NH4+等離子所組成的鹽類。2、放射性物質(zhì)：用放射性同位素作示蹤劑，在一定條件下有其特殊的優(yōu)越性。放射性核素種類很多，但由于半衰期、射線種類和毒性等限制，可以作地下水示蹤用的放射性核素只有以下幾種。3、有機(jī)染料：用作示蹤劑的有機(jī)染料是熒光黃或熒光素鈉鹽、伊紅、酸性大紅等水溶性強(qiáng)的顏料。4、其它種類：乙醇、重量金屬絡(luò)合物、氟碳化合物、固體粉末（孢子花粉）等，在一定條件下也可作示蹤物質(zhì)。2、示蹤劑的選擇與應(yīng)用用于地下水示蹤的物質(zhì)種類雖然不少，但具體到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行選擇時(shí)，還有很多實(shí)際問題需要考慮。在現(xiàn)場(chǎng)選擇示蹤劑時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)：①示蹤劑的來源容易，價(jià)格適當(dāng)，可以在附近地區(qū)得到；②被示蹤的地下水中背景值低，示蹤劑的靈敏度，在被水稀釋后仍可測(cè)出其異常；③有快速方便的檢出方法，干擾物質(zhì)少；④對(duì)地下水不污染或污染小，示蹤物被水稀釋后應(yīng)在國(guó)家規(guī)定的允許濃度以下。2、示蹤劑的選擇與應(yīng)用在離子示蹤劑物質(zhì)中，CI-在許多地下水中的背景值含量較高，限制了它作示蹤劑的機(jī)會(huì)；Li+是理想的示蹤劑，但目前檢測(cè)只能在大型離子色譜儀上進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)困難；NO2-靈敏度極高，可測(cè)到0.01PPm，循環(huán)條件較好的地下水中很少含它，但在衛(wèi)生防護(hù)士對(duì)NO2-限制較高，與生活飲用水有聯(lián)系的地下水源，不能用它作示蹤劑。除上述幾種外，Br-、I-、NH4+、K+、NO3-等幾種離子可作為示蹤劑。顏料類作示蹤劑在衛(wèi)生上雖然沒有明確的規(guī)定，有些顏料甚至可以用作食品的添加劑，但是在生活飲用水中職出現(xiàn)意外的顏色，總會(huì)引起居民強(qiáng)烈的反應(yīng)。因此，作用顏料類示蹤劑，也要盡量避開與生活用水有直接聯(lián)系的地下水源。顏料示蹤劑的檢測(cè)基本上都是用直接比色法，操作簡(jiǎn)單。如熒光素鈉鹽C20H10O5Na2，在紫外燈光下進(jìn)行比色，其靈敏度可達(dá)到投入試劑原始濃度的10-8PPm，一般顏料的目視直接比色可達(dá)到10-6～10-7PPm。示蹤試驗(yàn)過程簡(jiǎn)介示蹤試驗(yàn)全過程是：選孔、試劑準(zhǔn)備、投放示蹤劑、取樣檢測(cè)分析、資料整理等。選孔示劑投放孔一定要選在取樣點(diǎn)或放水點(diǎn)所能影響到的范圍內(nèi)，要在自然流場(chǎng)的上游。檢測(cè)孔（點(diǎn)）一般可選用井下出水量較大的涌水點(diǎn)（孔）。利用抽水，人為造成降落漏斗，進(jìn)行示蹤試驗(yàn)也是勘探區(qū)常用的方法。試劑準(zhǔn)備示蹤試驗(yàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，可用一元或多元互不影響的示蹤劑同時(shí)進(jìn)行多孔投放試驗(yàn)。示蹤劑的投放量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)投放點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)的距離、水量大小、示蹤劑的靈敏度以及背景值的高低而定。另外、檢測(cè)人員還應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)的需要，準(zhǔn)備多種分析藥品和試劑。投放示蹤劑投放孔選定后，還要了解孔內(nèi)結(jié)構(gòu)、水位、孔徑、含水層頂板到水位的高度以及套管長(zhǎng)度等，略算鉆孔水柱體積。被投放的試劑，一般是極易溶解于水的物質(zhì)，不需進(jìn)行化學(xué)處理。對(duì)于少部分難溶于水的示蹤物，則需進(jìn)行化學(xué)處理。如轉(zhuǎn)換成鈉鹽的熒光素C20H12O5和變成絡(luò)合物的金屬元素，在一般化學(xué)手冊(cè)上均可找到配制方法。投放的方式一般有兩種：一是先將試劑溶于水，直接灌入鉆孔中，后用清水壓入含水層；另一是將試劑藥品裝入布袋，用長(zhǎng)尼龍繩下到含水層透水部位后，再壓入清水。前者多用于鉆孔水柱小于50m（從水位到透水部位）的投放孔；后者用于鉆孔水柱大于50m的投放孔。如果示蹤物投放量大（超過20kg），則一般是先溶解，后灌入鉆孔中，投放試劑后壓入的清水量，須根據(jù)水柱高程決定，一般是4～8t，用消防水車或鉆機(jī)用的拉水車?yán)?～2車即可。（4）取樣檢測(cè)分析在試劑投放前2～3d就要定時(shí)取樣，主要是監(jiān)測(cè)地下水中示蹤物的背景值的變化。取樣間隔時(shí)間視示蹤距離和水量大小而定。在井下放水試驗(yàn)的同時(shí)作示蹤試驗(yàn)，一般是每隔1～2h取樣。取1L水樣，可供2～3種示蹤劑同時(shí)檢測(cè)之用。取樣地點(diǎn)根據(jù)水文地質(zhì)上的要求，和井下地面具體情況而定。試驗(yàn)前要對(duì)井下取樣人員交待注意事項(xiàng)，嚴(yán)格控制取樣時(shí)間，取樣后，立即用膠布寫上取樣地點(diǎn)和日期、時(shí)間、按班次送檢測(cè)站進(jìn)行化驗(yàn)分析。示蹤劑的檢測(cè)方法視示蹤離子和物質(zhì)類型而定。對(duì)離子示蹤劑多用離子選擇性電極法或比色法。這兩種方法操作簡(jiǎn)便，快速，一般干擾物質(zhì)少。用電極法分析示蹤物前，要配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，并測(cè)試?yán)L制電位值（mV）----標(biāo)準(zhǔn)濃度工作曲線，以便正式測(cè)試水樣時(shí)，從所測(cè)電位值查得水樣中示蹤物濃度的變化。用比色法分析水樣時(shí)，每一批樣品都要同時(shí)作標(biāo)準(zhǔn)色列顏色比較。從顏色深淺了解示蹤物離子濃度的變化(5)資料整理在檢測(cè)分析中，按各取樣點(diǎn)及取樣的時(shí)間順序分析水樣，記錄分析結(jié)果，然后在坐標(biāo)紙上畫出時(shí)間濃度曲線，用離子選擇性電極法確定異常值時(shí)，只有當(dāng)電位值變化超出背景值電位40MV左右才能視為異常。即有示蹤物出現(xiàn)在被分析的水樣中。示蹤物出現(xiàn)后，異常峰值的高低有波動(dòng)，這種波動(dòng)與不同的巖溶通道來水有關(guān)，也反映進(jìn)入含水層的示蹤劑混合運(yùn)動(dòng)的非均一性。用示蹤試驗(yàn)確定地下水的直觀流速時(shí)，以曲線高峰第一次出現(xiàn)的時(shí)間計(jì)算。示蹤試驗(yàn)的成功與否，不應(yīng)簡(jiǎn)單地認(rèn)為試劑被接收到就是成功，否則就是不成功。只要示蹤劑性能可靠，投放量足夠，既使接收不到，水樣中不出現(xiàn)異常值，也是正?，F(xiàn)象。特別是在斷層上、下盤試驗(yàn)時(shí)，無論示蹤劑收到與否，對(duì)于確定斷層的導(dǎo)水性都是有意義的。二、突水量預(yù)測(cè)及突水量估算（一）、突水量預(yù)測(cè)突水量預(yù)測(cè)一般指老空積水量的預(yù)測(cè)，對(duì)底板奧灰、頂板砂巖、沖積層出水量除與通水通道有關(guān)外，還與水壓，補(bǔ)給量等多種因素有關(guān)。老空積水可按下式估算：Q積=∑Q采+∑Q巷，m3Q采=K×M×F/cosɑ，m3