水文地质勘查技术：矿床充水条件分析.docx

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1、任务十三矿床充水与矿床水文地质类型一、矿床（坑）充水条件课程目的掌握矿床充水水源、充水途径的种类和特点，矿床充水影响因素及其影响，具有矿床充水条件分析基本专业技能课程任务1、掌握矿床充水水源、充水途径的种类和特点2、掌握矿床充水影响因素及其影响课程内容1、矿床充水水源2、矿坑充水通道（充水途径）3、矿床充水强度分析重点、难点矿床充水水源与充水途径在自然状态下，矿体尤其是围岩中通常充满一定数量的地下水，称之矿床充水。当开采矿产时，这些地下水和某些地表水,可持续地流入采矿井巷,称之为矿坑（井）涌水或充水，其水量大小称为充水强度或涌水强度。矿井突水（矿坑透水）：超过矿井正常排水能力的瞬时大量涌水。矿

2、床（坑）充水条件：是指矿床（坑）充水水源、充水途径及其影响因素。其中充水水源是必要条件，充水途径是充分条件，二者为矿井充水的必备条件。（一）矿床（坑）充水水源大气降水、地表水、地下水、老窑水，均可构成矿坑（坑）充水水源。1、以大气降水为主要充水水源的矿床矿坑涌水特征主要表现：（1）矿坑涌水动态与当地降水的变化过程一致或具有相似性。（2）同一矿床，随开采深度增加矿坑涌水量逐渐减少，且其涌水高峰值滞后时间加长。（3）矿坑（井）涌水量的大小与降水性质、强度、延续时间、入渗条件密切相关。2、以地表水为主要充水水源矿床地表水能否成为矿坑充水水源，关键在于二者之间无水力联系，即是否存在充水途径。其充水途径

3、有天然和人工二类。地表水作为矿坑充水水源时，它对矿坑的充水程度取决于以下几方面：（1）地表水体的性质和规模（2）地表水体与矿坑的相对位置，包括二者位置高程的相对关系、水平距离。（3）矿坑与地表水体之间的岩石透水性。（4）采矿方法的影响。3、以地下水为主要充水水源的矿床能造成矿井涌水的含水层，称为矿床（坑）充水层。依据矿床与充水层的关系，分为直接充水源和间接充水水源。直接充水源：充水层直接被矿坑揭露，地下水直接进入矿坑。间接充水源：含水层的地下水只能通过导水通道进入矿坑。当地下水成为主要涌水水源时，其充水特点、强度和规律性如下：（1）矿井涌水强度与充水层的空隙性质及富水程度有关。（2）矿井涌水强

4、度与充水层的厚度和分布面积有关。（3）矿井涌水量及其变化与充水层中地下水量的组成及大小有关。4、以老窑水为主要充水水源的矿床老窑：历史上开采过，现在已经闭坑不采的矿井。特点：埋深大，分布情况及规模不详，储存有水。老窑水的特点：积水范围不明，连通复杂，水量大，酸性强，水压高。老窑水一般为容积储存量。其常成为矿坑最危害的突水水源之一。其充水特征：水势猛，时间短，破坏性大，另因老窑水多为酸性水，对井下设备有较强的腐蚀性。（-）矿坑充水途径（充水通道）矿体及周围赋存的水源，尤其是间接水源，需经过充水通道才能进入矿坑，形成涌水或突水。-）天然局部充水通道（充水途径）1、断裂带断裂带能否构成充水通道，主要

5、取决于断裂带是否透水和含水。断裂带的充水作用:（1）富水断层、导水断层构成矿坑的直接水源。（2）破坏顶、底板隔水层的连续性，沟通其上下充水岩层，使之与矿坑或地表水体之间发生水力联系，成为地下水或地表水的充水途径。（3）使充水岩层与矿层接近或直接接触（4）降低隔水顶底板岩层的力学强度，形成突水的薄弱带（5）隔水边界断裂通道往往是矿床（坑）充水的最大威胁，是矿床水文地质调查的重要对象。2、岩溶通道岩溶通道主要包括：岩溶通道、导水岩溶陷落柱通道、岩溶塌陷及天窗通道等。3、地震裂隙通道地震活动区，由于地震作用可以在水源与井巷之间造成新的裂隙，彼此连接，成为漏水通道，增加矿井涌水量。-）人为充水通道及预

6、测7.3.4冒落带与导水裂缝带最大高度的经验公式如下表:煤层攸州（0）岩石抗压期度kgfc2岩石名称顶板管理方法口落带后人高度（m）导水裂隙带（包拈冒落带家大嘉度）（m）0u-54o400-600辉绿岩、石灰岩,硅项石英岩、砾岩、砂砾岩、砂质页岩笠全福陷落Hc(4-5)Mh=2H2200-400砂质页岩、源项砂方、贞者等全部陷落Hc(3)Mh产普氏+5.1200风化岩石、贝岩、泥质砂岩、粘土岩、笫PU系和第三系松散层等全部陷落Hc=(l-2)Mu-100.S1Hl5jn45.2+155085。400-600辉绿岩、石灰岩、硅质石英岩、砾岩、砂砾岩、砂质页岩等全部陷落H100”新_QH产43+1

7、33+U一、400全部陷落全部陷落Hc=0.5Mm.1006.7Hl7+Q3十/Q注：（1）表中M累计采厚（m）；n燥分层层数：m煤层原度（m）h采煤工作而小阶日乖高（m3般煤层采煤工作面。(1)顶板突破一般顶板的间接水源充水途径为采矿裂隙，采矿裂隙计算的经验公式如上表(2)底板突破间接水源的充水途径一般由底板采动导水破坏带深度和底板阻水带厚度组成：底板采动导水破坏带深度h1=0.0085H+0.1665a+0.1079L-4.3579L壁式工作面斜长(m)H开采深度(m)a矿层倾角(度)0.51.0倍。底板阻水带厚度h2h2=PZP作用于底板上的水压力(Mpa)Z阻水系数MPa/m,一般取查

8、表取经验数值。当隔水层厚度大于h1+h2时，则底板间接水源因采动破坏发生充水的可能性小。如：某矿坑底板为泥岩厚5-8m,阻水系数为04MPam,下伏岩溶水承压高度100m,求底板阻水带高度？开采深度150m,工作面斜长30m,矿层倾角约10。判断是否底板是否充水？h2=PZ=100*1000*10(0.4*1000*1000)=2.5mh1=0.0085*150+0.1665*10+0.1079*30-4.3579=1.82mh+h2=4.32m,小于底板隔水层最小厚度，因此，底板充水的可能性小。(3)顶底板突水防治底板是否突水，主要决定于顶底板承受的水压力值和隔水层厚度、岩性、抗张强度等。前

9、苏联学者B.兀斯列萨列夫按梁及强度理论，给出计算临界水压值4和临界隔水层厚度a的公式如下：Hl=2Kp(t2L2)*ttl=L(2L2+8KpH)1/2+*L(4Kp)当HHl或时，巷道底板或顶板是稳定安全的，无突水的可能或可能性小。2、巷道侧向突破及预测B.冗斯列萨列夫根据简支梁及强度理论，导出巷道“前方”或“侧帮”防止突水的临界水压值和临界耿水层宽度的计算公式：Pl=(4/3)Kp(a2L2)aL=0.5L(3PKp)1/2当Pa,时，巷道前方或侧都是稳定安全的或是极限平衡的，否则，不稳定，可能突水。使用上述公式，就根据地质具体地质及开采条件，采用2-3倍的安全系数。我国矿山部门依据突水实

10、践，总结出底板突水系数L(又称水压比、阻水系数)的经验公式：Kl=PM3、采空区顶板破坏(采空区上方落带)开采矿石后，在地下形成采空区，或采用崩落法采矿造成采空区上方顶板破坏，形成冒落带、裂隙带、整体移动带，其中冒落带和裂隙带是充水水源进入矿坑的通道。常用的冒落带高度计算公式：h1=M(Ks-1)COSaH2=(2-3)h1根据我国矿山实验，上述二公式对急倾斜矿层不适用。4、地表塌陷包括采空区地面沉陷和岩溶地面塌陷。采空区地面沉陷：是采空区上方及周围的地表由于下伏采空区的存在而引起地表变形、移动而产生破坏。采空区地面沉陷变形形式有二种：断裂式变形和连续性变形。一般根据采深和采厚比，小于30时，

11、主要表现为断裂式变形，形成塌陷坑；大于30时，表现为地面连续沉陷变形，形成沉陷盆地。采空区地面沉陷变形范围，根据变形和破坏程度划分为：边界带、移动带和裂缝带,分别根据边界角、移动角、裂缝角。边界带的边界一般以下沉为10mm为边界点；移动边界，以地表移动与变形对建筑物有无危害而确定；裂缝边界以移动盆地内最外侧的裂缝圈定的边界。岩溶地面塌陷：因矿坑排水或天然地下水位波动而引起岩溶地面塌陷。地面塌陷在适当条件下，可成为矿床充水通道，危害大。5、钻孔造成的通道开采井巷揭露或接近未封闭或封闭不佳的钻孔时，钻孔成为导致顶底板含水层、地表水等涌入井巷的通道，而造成突水事故。（三）矿床充水强度分析矿床（坑）充水强度，一般用矿坑（井）涌水量的数值来衡量。1、充水岩层出露和接受补给条件直接充水层，出露程度高、面积大、透水性好，则被给量条件好，矿井涌水量就越大；间接充水层，则与间接充水层与直接充水层的接触面积有关。2、矿床充水层的边界条件矿床充水层的侧向边界条件；矿床顶底板的隔水或透水条件；地质构造条件；地震的影响（一般规律是：矿区地下水位与矿井涌水量，震前下降，震时突升，震后逐渐恢复，地震时，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）。