第五章__矿井突水系统分析ppt课件.ppt

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1、第五章矿井突水系统分析第一节矿井突水水源判别矿井生产过程中经常发生突然性的突水事故，突水后及时准确判断突水水源是矿井防治突水工作中的关键所在。由于矿井水文地质信息缺乏，运用数学方法来分析水质化验资料，从而判断突水水源，不失为一种行之有效的矿井地质工作方法。河南省矿井充水含水层主要有5层，自下而上依次为中奥陶统(Q2)灰岩含水层、石炭系第二层灰岩含水层（L2）、石炭系第八层灰岩含水层（L8）、二叠系（P）砂岩含水层、晚第三系（N底部砾岩含水层。另外，还有煤矿开采时经常遇到的老窑水，它们都有可能成为矿井的突水水源。汪世花高级工程师

2、自1998年开始对鹤壁矿区各充水含水层水化学特征、水化学环境进行细致深入的研究，井对多年来各含水层的水质分析结果进行了总结，从而揭开了河南省煤矿应用水质资料判断突水源研究的序幕。一、矿区各含水层水质特征（一）中奥陶系灰岩含水层该层为碳酸盐沉积岩层，总厚约400m，上距二1煤层平均164m，以厚层灰岩为主。岩层中岩溶裂隙发育，富水性强，在矿区的西部山区大面积出露，接受大气降水的入渗补给，循环条件好，水体交替强烈，是矿区的主要含水层，构成矿井安全生产的主要威胁。灰岩的主要成分为CaCO3和MgCO3，虽难溶于水，但有CO2存在时会

3、部分溶解，发生如下反应：CaCO3+CO2+H2O→2HCO3-+Ca2+MgCO3+CO2+H2O→2HCO3-+Mg2+这样就形成了奥灰水的HCO3-Ca+Mg型水质，其主要水化学特征是：总硬度多在13°G－18°G之间，pH值平均为7.83，Ca2+浓度大于Mg2+浓度，Cl-、SO42+含量较低。（二）石炭系第二层灰岩含水层该层灰岩是下夹煤的直接顶板，平均厚度约8m，以溶蚀裂隙为主。除了在西部山区接受上覆第三系松散含水层的潜水补给和大气降雨入渗补给外，还要通过断层接受奥灰强含水层的对接补给。其含水量较大，是开采下夹煤的

4、主要充水来源。由于煤系地层中富含的金属硫化物FeS2在氧化环境中生成硫酸盐：于是增加了SO42-的含量，形成酸性矿井水。另外，因钙、镁的硫酸盐溶解度远大于碳酸盐溶解度，所以产生大量的Ca2+和Mg2+，导致较高的硬度和矿化度。从大量的水质分析结果来看，其硬度一般在20°G～48°G之间，水质类型多为SO4-HCO3-Ca+Mg型和HCO3-SO4-Ca+Mg型。它与奥灰相比，具有较高的矿化度、较高的硬度和较高的SO42-含量，pH值一般在7～8之间。（三）石炭系第八层灰岩含水层该含水层位于二1煤层下30～40m，厚约6m，与第

5、二层灰岩含水层的赋存条件相似，因其顶部是砂岩含水层而与二灰水质有差别。本身含水量有限，补给条件差，且部分矿区处于被疏干状态。典型的LS灰岩水质为HCO3-SO4-Ca+Mg型，总硬度平均30°G。但在接受砂岩水的补给时就会出现与砂岩类似的水质类型，即为HCO3型，总硬度较低，一般都小于1°G～2°G，并出现较大的负硬度（四）二叠系砂岩含水层与煤层顶、底板分布有二叠系的S10、S9两组砂岩含水层。其裂隙发育程度和富水性较低，水的补给来源有限，地化环境条件封闭，水体交替程度很差。由于砂岩中含有大量的钠长石和钾长石，经过风化水解和离

6、子交换作用形成大量的K+、Na+和HCO3-，作用式为：在水中除有较高含量的HCO3-外，还出现CO3-，并使Ca2+、Mg2+以CaCO3和MgCO3的形式沉淀析出，再加上离子吸附作用致使Ca2+、Mg2+含量降低，Na+含量升高，形成HCO3-Na型水质，并以较高的负硬度和较高的钠离子含量区别于其他含水层，其pH值一般都在8.3以上。由于该砂岩含水层离八灰较近，常会出现水力联系，所以其水质在部分地区演化为HCO3-Na+Ca型，甚至演化为SO4-HCO3+Mg型。（五）第三系底部砾岩含水层该含水层在河南省矿区发育不稳定，对

7、采煤一般不会造成威胁。但在永夏矿区和鹤壁矿区尤其是冷泉、八矿一带，砾岩沉积稳定、厚度大、分布广，孔隙裂隙发育。该砾岩水受淇河入渗补给，富水性强，大部分直接覆盖于煤系地层之上，对矿井开采有直接的充水作用。因其与奥灰水形成过程相近而与之水质相似，多为HCO3-Na+Mg型水质，但砾岩水在其入渗过程中因流经土壤带，Ca2+与Na+发生离子交换吸附作用，与奥灰相比Na+含量较高，加上其接近地表易间接受污染，Cl-含量也稍高于奥灰水。（六）老窑水老窑水多处于封闭状态，径流条件差，其矿化度很高。金属硫化物氧化生成大量的SO42-。由于Mg

8、SO4比CaSO4的溶解度大得多，所以在老窑水中Mg2+的含量一般都高于Ca2+的含量。老窑水区别于其他各含水层的特点是非常高的矿化度和SO42-含量。综上所述，各含水层由于其所处的地化环境不同，形成了各自不同的水化学特征，根据出水点的水质分析结果可以初步判断其水源。表5-1