煤矿地质学——矿井水文地质及防治水(教案)

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1、第七章矿井水文地质及防治水自然界中，水的存在形式有大气水、地表水和地下水。存在于大气圈的水，称为大气水,储存量约0」3幻0%?；分布于地表上的海、河湖、冰川小的水称为地表水，其小海洋小水量为13700xl0I4m3,河流中为0.0125xl014m3,淡水湖水量约1.25xl014m3,冰雪、冰川水量约292x10,4m3；埋藏于岩石空隙中的水称为地下水，赋存水屋为83.5xl0,4m3o煤层周围岩层（围岩）中蕴藏的地下水是复杂的白然系统，它的形成条件、赋存规律、物理性质、化学成分和水动力特征等，都与含水介质（岩石）和环境介质（人气系统、地表水系统和人类工程系统）既统一又互相

2、制约。第一节地下水的基本知识一、地下水的来源各种起源的水，进入地壳岩石空隙中，并在其中储存、运动和变化，则形成地下水。地下水是地球上水循环的重要组成部分。（一）地球上的水循环自然界中的水（大气水、地表水和地下水）在A阳辐射与地心引力的作用下，不断地运动循环，往复交替着。海洋是地球上水分的主要源地，在自然条件下，地球上水的循环是从海洋蒸发开始，蒸发的水汽进入大气圈，并被气流输送至各地，一•部分深入内陆，一部分留在海洋上空，在适当条件下，因凝结而形成降水。落在陆地表而的降水，除固体水分布区以外，一部分沿地形坡度从高处向低处流动，汇入河流，称为地表径流；另一部分渗入地下变为地下水，

3、在透水层中山水头高处向水头低处运动，称为地下径流。地表径流和地下径流最后都汇入海洋。这种从海洋出发最后又冋到海洋，周而复始的水分运动称为水分循环（图7-l）o实际上山于各种因素的彫响，人部分水分从海洋蒸发、冷凝变成降水再回落到海洋，或者是从陆地地表水体、十•壤、植被蒸发进入人气，然示再变成降水落到陆地。这种从海洋一＞人气T陆地T海洋的循环称为人循环；从海洋―人气-海洋或者从陆地-人气一＞陆地的循环称为小循环。（二）地下水的起源关于地下水的起源有多种学说，如渗入说（渗入水）、凝结说（凝结水）、初生说（初生水）、埋藏说（埋藏水）和脱出说（脱出水）等。通常认为，煤矿床地卜•水的起源

4、主耍是渗入水；分布于沙漠、石漠和山区的矿井水，部分是凝结形成的地卜•水。1.渗入水地表水和降雨融雪渗入地F形成地下水，是普遍接受的观点。十六世纪前、后，我国明代学者徐光启提出：“井与江河地脉贯通，具水浅深，尺度必等，凿井应深儿何？宜度天时旱涝"，他明确的提出了地卜•水与地表水、人气降水之间的密切关系。这一观点与示来罗马建筑学家鲍利提出的地卜•水和泉皆是降雨融雪渗入地下形成的观点，一起构成了地卜•水起源的渗入说。这一学说，在第26届国际地质人会上得到了进一步的发展，提出了“地卜水和地表水是统一体”的观点。2.凝结水十八世纪,徳国水力学家福利盖尔认为含水汽的空气进入地F以后与较冷

5、的岩石颗粒接触，即凝结于表面而成凝结水，由凝结水不断地积聚而形成地下水。示来，俄国农学家列别捷夫发展了这一学说。他认为水汽本身可由水汽压力大的地方向水汽压力小的地方运动。当水汽压力相等时，水汽乂可以由温度高地方向温度低的地方运动。在运动过程屮，水汽遇到冷的岩石颗粒表面时，便形成地下水。二、水在岩石中的存在形式按物理性质和分布状态的不同，可将存在于岩石空隙（孔隙、裂隙、岩溶等）屮的水分为气态水、液态水（吸着水、薄膜水、毛细水和重力水）和固态水等形式（图7—2）o（一）气态水图7—2岩石中水的存在形式示总图a-具有少量结合水的土粒；b—具冇强结合水的土粒；气态水和空气一起分布于岩

6、石的空隙中，其活动性很大（尤其是靠近地表的部分），但不能被植物吸收。即使在空气不移动的情况卜气态水本身也可以从绝对湿度人的地方向绝对湿度小的地方迁移，从而造成水在岩石中的重新分配。例如在夏季，白犬气温高于表层岩石的温度，于是水蒸汽将由大气向地表以卜的岩石屮运动和积聚，当岩石屮的水蒸汽达到饱和状态时，就会凝结而形成凝结水。（二）液态水液态水包括结合水、薄膜水、毛细水和重力水。其「I结合水有强、弱结合水Z分。1.强结合水（也称吸着水）岩石的颗粒表面带有电荷，水分子是偶极体。在静电引力或分子引力的作用卜岩石颗粒表面往往可以吸附水的分了，并形成一层极薄的水层，这一部分水称为强结合水。

7、岩石颗粒表而和强结合水Z间的结合力往往「J达1.01325xl09Pa压力。因此，强结合水具有一系列不同于一•般液态水的特征：即它不受重力影响；密度大于1;在・78°C以下不冻结，且不溶解盐类；无导电性。这部分水无法被利用，也不能被植物根部吸收，只有当把它加热到105〜110°C,使其变为气态水时，才可以改变它的某些特征。2.弱结合水（也称薄膜水）在强结合水的外F同继续吸附水分了，并形成一定厚度的水膜，称为弱结合水。其水膜厚度可达几百个水分子直径，但它仍然受分子引力的控制，故不受重力影响。由于岩石颗粒表