防治水基礎(chǔ)知識(shí)

防治水基礎(chǔ)知識(shí)第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六巖石儲(chǔ)存水的條件地下某些巖石能夠儲(chǔ)存地下水，首要條件是巖石中存在儲(chǔ)存地下水的空間，并且這些儲(chǔ)水空間彼此聯(lián)通，既能儲(chǔ)存水，水又能在重力作用下自由流出。巖石中能夠儲(chǔ)存地下水的空間有孔隙、裂隙、溶隙（溶孔、溶洞）。具有儲(chǔ)水孔隙的巖石主要是松散的砂、礫石層；具有儲(chǔ)水裂隙的巖石主要是裂隙發(fā)育的砂巖、石灰?guī)r；具有儲(chǔ)水巖溶的主要是可溶性的碳酸鹽巖（石灰?guī)r）。第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六巖石儲(chǔ)存水的條件具有儲(chǔ)水空間且這些空間聯(lián)通性好的巖石即屬于容易讓水透過的巖石，巖石允許水透過的能力，叫巖石的透水性。透水性好的巖石為地下水進(jìn)入和儲(chǔ)存提供了基礎(chǔ)條件，但地下水能否在其中保存下來，還取決于其下部是否存在透水性差或不透水的巖層。巖石透水能力用滲透系數(shù)表示。滲透系數(shù)是指水力坡度為1時(shí)，水在巖石中通過的速度，m/s。第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六含水層和隔水層含水層：具有透水性并儲(chǔ)存有地下水的巖層。隔水層：對(duì)地下水運(yùn)動(dòng)、滲透具有一定阻隔限制作用的不透水或透水性差的巖層。含水層與隔水層是相對(duì)的。隔水層在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為含水層。在煤礦區(qū)最為常見的隔水層有松散沉積物中的粘土層以及基巖中所夾的粘土層(如泥巖、頁巖等)。當(dāng)在干裂收縮或較高水壓作用下，隔水層可以轉(zhuǎn)化為含水層。第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六地層時(shí)代相同和巖石成因類型相同的幾個(gè)含水層，其間有厚度不大的弱含水層或隔水層，他們對(duì)生產(chǎn)實(shí)際影響意義大致相同，甚至他們本身相互間就存在水力聯(lián)系，可以把它們歸并在一起，稱為一個(gè)含水（巖）組。第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六地下水分類按地下水埋藏狀態(tài)分類：上層滯水潛水承壓水按巖層空隙性質(zhì)分類：孔隙水裂隙水巖溶水第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六上層滯水儲(chǔ)存于地面之下包氣帶中不穩(wěn)定局部隔水層之上的地下水。第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六潛水潛水：地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上的地下水。潛水具有自由表面，可在重力作用下由潛水位較高處向較低處流動(dòng)，又稱為“無壓水”。第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六潛水等水位線圖及用途潛水等水位線圖：潛水面等高線圖，可反映潛水面的起伏情況。潛水等水位線圖的用途：①確定地下水的流向；②確定潛水面的坡度(水力坡度);③確定地下水的埋藏深度;④確定潛水與地表水的補(bǔ)給關(guān)系;⑤確定含水層厚度及其變化情況;⑥確定地下水取水工程位置。第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六潛水等水位線圖第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六承壓水承壓水：充滿于兩個(gè)隔水層之間的地下水。第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六承壓水位與承壓水頭第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六等水壓線圖及用途等水壓線圖：承壓水面等高線圖，可反映承壓水面的起伏情況。等水壓線圖用途：①確定地下水的流向；②確定承壓水面的坡度(水力坡度);③確定承壓含水層的埋藏深度;④確定地下水取水工程位置。第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六等水壓線圖第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六帶壓開采第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六礦井開采煤層或開采煤層的部分區(qū)域，當(dāng)開采煤層底板標(biāo)高低于承壓含水層對(duì)應(yīng)的靜止水位（承壓水位）標(biāo)高，稱為“帶壓開采”。帶壓開采礦井只要有含水層與煤層間有導(dǎo)水通道存在，就會(huì)將承壓水導(dǎo)入煤層，當(dāng)開采揭露導(dǎo)水通道時(shí)，必然會(huì)發(fā)生礦井突水。即使沒有導(dǎo)水通道存在，如果承壓含水層的靜水壓力超過底板隔水層能夠承受的強(qiáng)度極限，承壓水將沿著底板破壞帶突入礦井。第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六孔隙水孔隙水：儲(chǔ)存于松散巖層中的地下水。孔隙水由于埋藏條件不同，可形成孔隙潛水、孔隙承壓水?？紫端畬?duì)礦井建設(shè)、生產(chǎn)的影響：在表土層中開鑿井筒時(shí)，遇到顆粒大而均勻的沉積物，需要加大排水能力井筒才能穿過；而顆粒細(xì)小又很均勻的砂層，因飽含孔隙水，容易形成“流砂層”，如果事先沒有準(zhǔn)備，大量流砂可涌入井筒，造成事故難以處理。第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六在開采淺部煤層時(shí)，采空區(qū)垮落的巖層，如果波及到上部孔隙含水層，則會(huì)有大量孔隙水和松散沉積物涌入井下，從而造成透水事故。某礦3771工作面透水透砂示意圖第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六裂隙水裂隙水：儲(chǔ)存于堅(jiān)硬基巖裂隙中的地下水。裂隙水由于埋藏條件不同，可形成裂隙潛水、裂隙承壓水。裂隙含水層中水量大小，主要取決于含水層巖性、裂隙發(fā)育程度及補(bǔ)給條件。一般脆性巖石(如砂巖),經(jīng)構(gòu)造變動(dòng)容易形成較多裂隙，而質(zhì)軟并帶有柔性巖石(如泥巖、頁巖)則裂隙極少。所以，當(dāng)?shù)V區(qū)含煤地層中砂巖與頁巖相間分布時(shí)，砂巖常成為裂隙含水層，而泥巖、頁巖則為隔水層。第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六裂隙水賦存特征處于不同構(gòu)造部位的裂隙含水層，其含水性差異很大。裂隙發(fā)育的地方含水可能豐富，裂隙不發(fā)育的地方含水就很少。通常在巖層發(fā)生撓曲的部位、褶曲轉(zhuǎn)折端、斷裂帶等部位，構(gòu)造裂隙往往發(fā)育，這些部位常為裂隙水富水部位。裂隙含水層中水量多少還與補(bǔ)給條件有關(guān)。如補(bǔ)給條件好，則含水層富水性強(qiáng)。第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六巖溶水巖溶水：儲(chǔ)存于石灰?guī)r等可溶巖溶隙中的地下水。按巖溶水的埋藏條件不同，可分為三類：⑴裸露型巖溶水：分布于可溶巖大面積出露于地表的地區(qū)，為潛水性質(zhì)。⑵覆蓋型巖溶水：埋藏于第四系松散沉積物下可溶巖中的地下水，為潛水或承壓水性質(zhì)。⑶埋藏型巖溶水：埋藏于非可溶巖層之下的巖溶層中的地下水，為承壓水性質(zhì)。如華北石炭系灰?guī)r及奧陶系灰?guī)r中的巖溶水。第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六巖溶水對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響我國北方石炭二疊系含煤地層基底是中奧陶統(tǒng)巨厚石灰?guī)r含水層；在石炭系含煤地層中還有數(shù)層石灰?guī)r含水層。其中奧灰含水層無論水量還是水壓往往都很大。常使礦井開采煤層呈帶壓開采。奧灰水是威脅礦井安全生產(chǎn)的重大隱患水源。如果煤礦帶壓開采對(duì)奧灰水認(rèn)識(shí)不清、管理不善，就可能引發(fā)礦毀人亡的突水事故。第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六不同水源的突(透)水特點(diǎn)1.工作面頂板沖積層水的透水征兆及特點(diǎn)①透水部位開始出現(xiàn)發(fā)潮、滴水。滴水逐漸增大，水中常有少量細(xì)砂。第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六②發(fā)生局部冒頂，水量突增并出現(xiàn)流砂，水色時(shí)清時(shí)濁?？偟内厔菔撬?、砂量增加，直至流砂大量涌出。甚至?xí)?dǎo)致地面出現(xiàn)塌陷坑。第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六2.工作面底板灰?guī)r含水層突水征兆及特點(diǎn)①工作面壓力增大，底板鼓起；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。隨著裂隙的增大，水量增加，水色時(shí)清時(shí)濁(底板活動(dòng)時(shí)水變混濁，底板穩(wěn)定時(shí)水色變清)；④底板破裂，沿裂縫有高壓水噴出，并伴有“嘶嘶”聲或刺耳水聲；⑤底板發(fā)生“底爆”，伴有巨響，水大量涌出，水色乳白或呈黃色。第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六3.斷層水突水征兆及特點(diǎn)①在斷層附近突水前會(huì)出現(xiàn)工作面來壓、淋水增大、底板鼓起產(chǎn)生裂隙并出現(xiàn)滲水；②工作面出現(xiàn)呈一定壓力的水流流出(或射出)。若水混濁，說明水源很近；若出水清澈，則水源尚遠(yuǎn)；③巖巷掘進(jìn)遇斷層水，有時(shí)可在巖縫中見到“淤泥”，底部出現(xiàn)射流現(xiàn)象。第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六4.采空積水透水征兆及特點(diǎn)①煤壁“掛紅”。近老窯的煤巖壁上所掛之“汗”常呈鐵銹色，煤巖壁上有鐵銹色沉積。這是前方有老空積水的征兆。②水味發(fā)澀，酸性大，腐蝕性強(qiáng)。③常積存有大量CO2、CH4和H2S等有害氣體，有臭雞蛋氣味。有害氣體在透水時(shí)會(huì)隨水溢出，容易造成窒息事故。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六5.奧灰突水征兆及特點(diǎn)奧灰是“奧陶系石灰?guī)r”的簡稱，奧灰?guī)r是華北地區(qū)煤系地層的基底地層。奧灰是可溶巖，巖層中常發(fā)育巖溶溶洞，溶洞中常賦存豐富的巖溶水，常稱之為“奧灰水”。當(dāng)奧灰水水位高于開采煤層的底板標(biāo)高時(shí)，就形成帶壓開采。當(dāng)奧灰含水層與煤層間的隔水層厚度較薄或存在斷裂等導(dǎo)水通道時(shí)，奧灰水對(duì)煤層開采就造成突水威脅。第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六奧灰水突入井巷之前，一般都有個(gè)過程，這個(gè)過程有的很短，幾小時(shí)至一兩天，有時(shí)則是開拓后半月、數(shù)月甚至更長。奧灰水突出征兆：①突水點(diǎn)或附近礦壓明顯加大；②巷道產(chǎn)生底鼓底裂，巖層發(fā)出破裂聲，有嘶嘶水叫聲，幫壁見水珠及淋水加大；③煤幫松軟發(fā)潮，迎面突然變冷出現(xiàn)水霧，順斷層或炮眼或探水鉆有小股水流涌出；④水中常夾雜巖石碎塊、泥砂或黃泥等突出物。第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六礦井突(透)水水源分析與判斷1.直觀分析法礦井突(透)水后，根據(jù)不同水源的突(透)水現(xiàn)象及突(透)水特征進(jìn)行判斷。2.水文地質(zhì)條件分析法①煤層底板接近強(qiáng)含水層；②采掘工作面接近或揭露含水層、含水溶洞、含水?dāng)鄬印⑾萋渲?；③采掘工作面接近或揭露與強(qiáng)含水層串通的鉆孔；④淺部露頭補(bǔ)給，或地表水和沖積層水補(bǔ)給；⑤上下采空區(qū)被導(dǎo)水裂隙帶連通。第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期六3.水化學(xué)類型分析法奧灰水：HCO3-Ca-Mg型煤系薄層灰?guī)r水：SO4·HCO3-Ca型煤系砂巖水：HCO3-Na型老空水：SO4-Ca型或SO4·HCO3-Ca型沖積層水：HCO3·Cl-Ca型第三十二頁，共三十四頁，編