矿井水灾防治及水体下安全采煤.doc

矿井水灾防治及水体下安全采煤　一、地下水的基本知识（一）自然界中水的循环自然界中的水：1、大气水：水蒸气、云、雾、雨、雪和冰雹；2、地表水：河流、湖泊、海洋、冰雪；3、地下水：保存在地下岩石的空隙、裂隙及岩溶中的水。自然界中的水在太阳辐射热和重力的作用下不断地循环着。从海洋、河流、湖泊的表面，岩石的表面及植物的叶面上蒸发，变成水汽上升至大气圈中。在高空凝结，形成不同形式的降水而降落到地面。降落下来的水一部分就地蒸发，一部分通过地表和地下径流的形式回归到海洋、河流、湖泊中。（二）岩石的空隙性和透水性1、岩石的空隙性（1）孔隙：岩石颗粒之间存在的空隙。孔隙以孔隙度(n)表示。30%或更大。?颗粒大小均匀，孔隙度大；大颗粒之间空隙充填有较小颗粒，孔隙度小。沉积岩孔隙度一般为10%，砾岩和充填胶结差的砂岩可达20%（2）裂隙：坚硬岩石受地壳运动作用，产生各式各样的裂缝，称为裂隙。（3）岩溶：地下水溶蚀了某些可溶性岩石（如石灰岩、石膏、岩盐）后，在岩石中形成了洞穴，称为岩溶溶洞。2、岩石的透水性? 岩石能使水透过本身的性能，称透水性。根据岩石透水性的大小，岩石可分为透水岩石和不透水岩石。砂、砾石、砾岩以及裂隙与岩溶比较发育的岩石（砂岩、石灰岩）为透水性岩石；粘土及裂隙不发育的岩石（如页岩）为不透水岩石。岩石的透水性是相对的。在普通压力下为不透水岩石，在高压力下可能是透水性岩石。介于透水与不透水之间的岩石为半透水性岩石，如亚粘土和亚砂土等。岩石透水性的大小，用渗透系数 表示。(见图1)?渗透系数是水力坡度为1时的渗透速度。测得太原组石灰岩含水层渗透系数平均为4.792×10-6m/s（0.414m/d）;本溪组石灰岩含水层渗透系数平均为1.446×10-6m/s(0.125m/d)。3、透水层与不透水层；含水层与隔水层能够透水或透水性强的岩石，称为透水层，如石灰岩，白云岩，空隙度大的砾岩和砂岩。充满了地下水的透水层，称为含水层。不能透水或透水性差的岩石，称为不透水层或隔水层，如粘土，页岩，裂隙少的岩浆岩。根据渗透系数K(m/d)的大小，岩石透水性可分为五级：1、极强透水性岩石（K0.01)；4、弱透水性岩石(K=0.01-0.001)；5、极弱透水性或不透水性岩石(K?10）；2强透水性岩石(K=10-1)；3、中等透水性岩石(K=1-0.001).几种岩石的渗透系数见表1。 表1?几种岩石的渗透系数（三）地下水分类及其特征1、潜水与承压水潜水：地下第一个稳定隔水层以上含水层中的地下水，是具有自由表面的重力水。潜水水面至地表有一定距离。潜水由高位向低位流动，又称无压水。（见图2）承压水：承压水是充满于两个隔水层之间的含水层中的重力水，又称为自流水。承压水形成条件是向斜构造和单斜构造：Ⅰ区为补水区，位置较高，接受大气降水或地表水的补给，渗入地下沿含水层流动，；Ⅲ区为排泄区，位置较低，以泉的形式出露于地表；补水区与排泄区之间的Ⅱ区，充满具有静压力的地下水，就是承压水。由于充满于两个隔水层之间的地下水具有压力，钻孔通过隔水层后，地下水便涌入孔内，不断上升，有可能喷出至地表。（见图3）2、降压漏斗的概念（见图4）在潜水（或承压水）井中抽水，水位下降，程漏斗形，直到形成稳定的降压漏斗为止。潜水井涌水量（即井的排水量）计算公式为：（四）地下水的化学成分自然界有许多岩石（如石灰岩、白云岩）都溶于水，因此地下水不是化学纯水，而是复杂的溶液。已发现有几十种元素。离子状态：阴离子Cl-、SO4--、HCO3-阳离子Na+、K+、Ca++、Mg++化合物状态：Fe2O3、Al2O3 等气体状态： N2、O2、CO2、CH4、H2S等以主要阴阳离子来表征地下水的化学类型。若地下水主要阴离子成分为HCO3-、阳离子为Ca++ 时，称为重碳酸钙型水；若地下水主要阴离子成分为SO4--、阳离子为Na+ 时，称为硫酸钠型水。反映地下水化学性质常用指标有以下几个：1、?水的总矿化度（矿化度）单位体积水中所含的离子、分子和各种化合物的总量称为水的总矿化度，以克/升来表示。它表明水中含盐分的多少。矿化度高，说明地下水的循环条件差；矿化度低，说明地下水的循环条件好。按总矿化度大小，可将地下水分为以下几类：（见表2） 2、?氢离子浓度(pH值)pH值是水中氢离子浓度的负对数值：? H+ ?pH=-lg当 7时，说明水呈酸性反应；?pH＝7时，说明水为中性； pH当 pH7时，说明水呈碱性反应。根据pH，可将地下水分为五类：（见表3）3、?水的硬度地下水的硬度大小取决于Ca++ 和Mg++ 的含量。硬度又有：总硬度（Ca＋＋ 、 Mg＋＋的总含量）