摘要:针对煤矿矿井充水的来源有大气降水、地表水、矿体及围岩空隙中的地下水、老窑积水等各类充水的条件来源的进行分析,矿井充水的通道岩层的孔隙、岩层的裂隙、岩层的溶隙、人工造成的充水通道进行分析。
关键词:矿井 充水 条件 分析
一、矿井充水的来源
(一):在矿山建设和生产过程中,进入井筒、巷道和工作面的各种类型水源的水。
矿井充水:水进入矿井的过程。
充水条件:矿井充水水量的大小是由许多因素综合作用决定的。在这许多因素中,一定的水源和充水通道是造成矿井充水的两个重要因素,即充水条件。
矿井水:在矿山建设和生产过程中,进入井筒、巷道和工作面的各种类型水源的水。
矿井充水:水进入矿井的过程。
充水条件:矿井充水水量的大小是由许多因素综合作用决定的。在这许多因素中,一定的水源和充水通道是造成矿井充水的两个重要因素,即充水条件。
1、大气降水作为水源的特点
1)矿井涌水量的大小与该区的降水量大小、降水性质及延续时间有关。
2) 矿井涌水量的大小随季节的不同而变化。雨季矿井涌水量大,旱季矿井涌水量小,而且涌水量的高峰期往往比降水滞后一定时间。
大气降水作为水源的特点
大气降水渗入量随开采深度的增加而减少。即同一矿井不同的开采深度,影响程度不同。
(二)地表水
位于矿井附近或直接位于矿井以上的河流、湖泊、水池、水库等地表水.可通过一定的通道进入矿井,成为矿井充水的水源。
地表水能否进人矿井,主要取决于巷道距离水体的远近、水体与巷道之间的岩层性质及构造,其次是开采方法
1、地表水进入矿井的途径主要有:
(1)通过第四纪松散砂、砾层及基岩露头渗入补给地下水,然后在适当条件下进入巷道;
(2)通过构造破碎带或古井直接溃人井;
(3)洪水期间,通过井口(或冲破围堤)直接灌入
(4)沿采空区上方的冒落裂隙带进入。
2、地表水需要考虑以下几个问题:
地表水作为矿井充水水源本身的特点的特点:
(1)矿床距地表水体越近,矿井涌水量越大。
(2)常年性水体,其水体越大,矿井涌水量越大。
(3)多数季节性河流,在旱季地表虽然断流,但地下迳流却依然存在,仍然起到补给含水层的作用。
与矿床的相对关系:
(1)地表水体位于矿床之下,无影响。
(2)位于矿床之上,有影响,其影响大小取决于:
二者的垂距和地下水体的岩性组合。
(三) 矿体及围岩空隙中的地下水
根据含水岩石空隙的性质,地下水为:孔隙水,裂隙水或岩溶水;它是矿井最直接、最常见的水源。
孔隙水:松散岩层的孔隙中;
裂隙水水源:特点:水量较小,但水压较大,与其它水源有无联系对涌水量的影响大;
岩溶水:特点:水压高、水量大、来势猛、涌水量稳定,不易疏干,危害性大。
(四)老窑积水
古代和近期的采空区及废弃巷道,由于长期停止排水而积存的地下水,通常称为老窑积水。有如下特点:
(1)像地下水库,且浅部分布多;分布不规则,准确位置不易确定;
来势凶猛,在短暂时间内可有大量的水涌人井巷,且水中常携带着石块等,有时含有有害气体,破坏性很大。
(2)老窑积水一般为酸性水,对金属有腐蚀性,易损坏升下的金属设备。
(3)若它与其他水源无水力联系时,则易疏干;若与其他水源有水力联系时,则可造成稳定的涌水,危害性极大。
在某一个具体充水事例中,常由某一种水源起主导作用,但也可能由几种水源综合起作用。因此,在具体分析矿井充水水源时,应该进行充分的实地调查分析,找出水源的主次,便于合理地防治水。
二、矿井充水的通道
矿区只有充水水源存在,还不能决定矿井是否充水,还必须有把水源水引入矿井的通道,即充水通道。矿井充水的通道主要有孔隙、裂隙、溶隙及人工通道四种。
(一)岩层的孔隙
这种通道多存在于未成岩的疏松沉积物中。其透水性能的好坏取决于孔隙的大小和连通情况。
单纯的孔隙水,只有在煤层围岩透水性强并有固定的水源补给,或围岩本身是饱水的流砂层时,才能造成突水或发生流砂冲溃事故。
(二)、岩层的裂隙
? 岩层的风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙等都能构成矿井充水的通道;其中风化裂隙、成岩裂隙所含水量不大,只有与其它水源连通时,才能使矿井充水;对矿井具有普遍而严重威胁的是构造裂隙(断裂),其中包括各种节理、断层和巨大的断层破碎带等。
1、节理:脆性岩石中节理较发育,且为张性节理,透水性好,塑性岩石中节理细小,透水性差。
2、断层:1)隔水断层;2)透水断层。
3、断裂破碎带:具有较高的空隙,常是地下水的通道和聚积区,断层破碎带可沟通各个含水层,并与地表水发生水力联系,造成矿井突水。
(三)岩层的溶隙
岩石的溶隙是可溶性岩层被溶蚀而形成。它的大小、形状等变化较火,可从细小的溶孔直到巨大的溶洞,可以是彼此连通,也可以形成单独的管道或格架状岩溶体,当溶隙很大且连通性很好时,不仅可储存大量的地下水,而日也是矿井充水的良好通道,当巷道接近或揭露它们时,易造成突水。
是造成矿井淹井的主要通道。
(四)人工作用造成的充水通道
(1)封闭不良的钻孔
(2)采矿活动(如崩落法采矿造成的裂隙)
(3)矿井长期排水
3、含水层的富水性
岩溶含水层的富水条件是底板突水的基本因素。奥陶系石灰岩在新汶和莱芜两个煤田的南部地表广泛出露,直接接受大气降水补给,为影响矿区后组煤开采的主要含水层,其岩溶发育的总体规律是随着深度的增加逐渐减弱。但由于岩溶发育不均衡,造成奥灰在横向和纵向上富水性差异较大。
4、含水层水头压力
足够的水头压力是引起突水的一个重要条件。在矿床底板地质条件基本相似的情况下,承压水压越高,越容易突水。
5、 矿山压力:不同的开采条件下造成的矿山压力也不同,其中以工作面斜长、采深和回采面积影响的效果较大。
(1)工作面斜长:一般工作面斜长越短,其抗水压能力越强。随着工作面斜长的增加,抗水压能力逐渐趋于定值。
(2) 采深:随着开采深度的增加,当覆岩发生断裂将要跨落时刻,矿床底板受着巨大的支承压力,会对底板岩体造成严重的破坏。
(3)回采面积:随着回采面积不断增大,应力集中区也在增大,当增到某范围时,应力集中到足以使底板岩体发生破坏时,底板岩层的隔水性能就会降低,有利于底板承压水的突入
6、地应力因素
地应力是是岩层自重、构造应力、采动矿压、承压水水压等综合作用的结果。在应力集中区,地应力加剧了煤层底板变形和破坏,成为导致矿床底板突水的附加力源。