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礦床(坑)充水水源

大氣降水、地表水、地下水和老窯水(老窯積水、采空區和廢棄礦井巷道)均可構成礦井充水水源,它們具有不同的充水特征和影響因素。

(壹)以大氣降水為主要充水來源的礦床

當大氣降水的入滲是地下水的主要補給來源時,礦床(坑)的充水直接或間接地受到大氣降水的影響。這裏指的是主要的沈積,它是由大氣降水直接補給的,與降水特征和地表入滲條件有關。

以降水為主要充水來源的礦床多為淺埋礦床、充水巖石裸露礦床、分水嶺地區礦床、部分飽水帶礦床、露天礦山等。

礦井突水的特點主要表現在以下幾個方面。

1)礦井突水的動態與當地降水的變化過程壹致或相似,往往表現出明顯的季節性和多年周期性變化。枯水期、雨季或枯水期和豐水期礦井湧水量變化很大。壹年中最大湧水量在融雪期和雨季,最小湧水量在旱季。礦井湧水量最大出現在豐水年,最小出現在枯水年。突水事故多發生在豐水年的雨季。

2)同壹礦床,隨著開采深度的增加,礦井湧水量逐漸減少,湧水量峰值的滯後時間增加。滯後時間通常是幾個小時到幾十天。

3)礦井(井)湧水量與降水的性質、強度、持續時間和入滲條件密切相關。壹般來說,持續的中到大雨有利於入滲。入滲條件主要由入滲路線和地形集水區類型決定。入滲途徑可分為地表入滲和集中灌溉兩種。地形匯水類型可分為三種:分散地形(如山背、山坡)、停滯地形(如平原、階地)和匯流地形(如低窪河谷)。如果大氣降水是以地表入滲的形式,降水的入滲量將受到入滲速率的限制,只有有效降水對礦井充水才有意義。對於匯流地形的灌溉渠道,礦井湧水量可隨著降水強度的增加而增加。通常情況下,長時間的連續降雨有利於入滲。匯水條件好、充水層暴露、地表滲透性大的礦區礦井湧水量大,反之亦然。

在礦床水文地質調查中,必須對礦井突水降水動態、降水特征和入滲條件進行綜合調查研究,找出其規律,指導采礦工作。

(二)以地表水為主要充水水源的礦床。

以地表水為主要充水來源的礦床,常產於山谷及平原河流、湖泊、海洋、水庫附近或下方。中國的許多煤田、金屬和非金屬礦床都位於這些地區。

根據地表水進入礦井的方式和強度,可分為四種情況:①地表水得不到補給,礦體頂部有較厚可靠的隔水層,礦體與地表水無水力聯系;(2)地表水弱補給的,礦體頂部有弱隔水層,少量地表水可通過該層補給;(3)地表水入滲型補給器,排水漏鬥以地表水為界,可通過入滲通道更多進入地下;(4)對於地表註水型補給器,排水漏鬥以地表水為界,地表水通過強導水通道潰入井巷,造成災難性突水。後兩種礦床主要為地表水充填,多為大型水礦床。

地表水能否成為礦井充水水源,取決於二者之間是否存在水力聯系,即是否存在充水途徑(通道)。其充水通道可分為天然(如充水巖層和導水裂隙等。)和人為(采空區頂板破碎帶、排水引起的巖溶地面塌陷等。).

當地表水作為礦井充水水源時,其充水程度取決於以下幾個方面:

1)地表水體的性質和規模。常年大水體可成為強大的恒定水頭補給源,使礦井湧水量呈現出大而穩定的特點,排水困難;季節性中小水體只能定期(雨季)間歇性補給,礦井突水強度隨地表水的豐枯程度而季節性變化,比前者更容易疏幹。礦井湧水量通常上升快,下降慢。

2)地表水體與礦井的相對位置。地表水體與礦坑的相對位置包括兩個方面:①它們的位置與標高的相對關系。顯然,只有位置和高程大於礦坑的地表水體才能成為充水水源,礦坑與地表水體的垂直距離越小,開采時礦井湧水量越大;②地表水體與礦坑的距離。壹般來說,礦坑離地表水體越近,影響越大,充水作用越強,礦坑湧水量越大(圖12-10)。

圖12-10排水坑與河流距離示意圖

1-含水層;2—含水層;3-接縫;4-排水隧道;5-排水水位線

3)礦井與地表水之間的巖石滲透性。如果兩者之間有隔水層,壹般沒有影響或影響很小。如果兩者之間有透水巖層,透水性越強,礦井突水強度越大,反之亦然。在滲透率各向異性的礦區,強滲透方向的影響更快。當飽水巖層介於兩者之間時,礦井突水的動態變化壹般比較穩定,而當供水巖層不在時,礦井突水的動態變化比較劇烈。此外,還要註意采礦方法對地層滲透率的影響或改變。

4)采礦方法的影響。根據礦床水文地質條件,選擇合適的采礦方法開采地表水體附近的礦床,雖然突水強度會增大,但不會對生產造成太大影響;如果采礦方法選擇不當,崩落裂隙可能與地表水相通或塌陷,造成突水和泥沙侵蝕。

(3)以地下水為主要充水水源的礦床

分布在礦層頂底板及其周圍的地下水可通過某些途徑進入礦坑,成為礦床開采過程中礦坑的充水水源。能引起井巷湧水的含水層稱為礦床充水層。有些含水層雖然離礦很近,但不是礦床的充水層,自然和開采時,其中的水無法進入礦井。根據礦床與充水層的關系,可分為直接充水源和間接充水源。直接水源是礦坑直接出露充水層,地下水直接進入礦坑;間接水源只能通過不透水圍巖的局部水通道進入礦井。當地下水成為主要突水水源時,其充水特征、強度和規律如下:

1)礦井突水強度與充水層的孔隙性質(地下水類型)和富水程度有關。總的來說,裂隙水的充填強度較小,孔隙水中等,巖溶水最大。巨礫層中充有巖溶水和孔隙水的礦層多為大型礦床,巖溶水充填壹般比較猛烈、大而穩定,不容易排泄。如果孔隙層及其周圍充滿流沙,可造成流沙侵蝕。如果礦井或巷道位於富水區,湧水量大,弱含水區湧水量小。

2)礦井突水的強度與充水層的厚度和分布面積有關。如果充水層極厚,分布面積大,礦井湧水量也大,反之亦然。

3)礦井湧水量及其變化與充水層地下水的成分(或性質)和大小有關。流入礦井的地下水由儲存和補給兩部分組成,儲存取決於充水層空隙所含的水量和供水能力。補給量也就是地下水徑流,其大小主要取決於含水層系統的規模和補給條件。如果充水水源主要是地下水儲存,疏幹初期湧水量大,容易突水,以後水量逐漸減少,容易疏幹;如果充水水源主要是地下水補給,礦井湧水量會由小變大,然後趨於相對穩定,不易疏幹。

(四)以老窯水(老窯、采空區和廢棄老礦井)為主要充水水源的礦床。

在我國許多老礦山的淺部,有許多老窯、采空區和廢棄的老巷道,其中往往有大量積水,稱為老窯水或老空水。當生產井筒接近或冒落帶到達它們時,儲存的水就會湧入礦井(井),成為突水水源。

老窯水大多積水範圍不明,連接復雜,水量大,酸性強,水壓高。老窯水壹般是容積儲存,充水特點是:水勢大,時間短,破壞力大。另外,老窯水多為酸性水,對井下設備具有強腐蝕性。老窯湧水量雖然大,但隨著時間的推移,湧水量會急劇減少。

比如淄博煤田,開采了幾百年,已經鑒定出2200多座老窯。又如,2006年7月6日5438+7月7日,廣西南丹大廠礦區拉家坡錫廠(錫礦含錫量為40%),由於非法采礦、以采代探、亂采濫挖,礦工在井下作業時打開壹個有水的廢棄礦井,導致-105m以下的采礦巷道突然突水,大量湧水瞬間淹沒了相鄰的7個礦井和正在開采的81名礦工井下81名礦工全部死亡,直接經濟損失達8000多萬元,導致震驚全國的廣西南丹“717”特大透水(突水)事故和礦難。再如,河南登封東風煤礦2003年7月13日,因礦工違章作業,在頂部打通壹條充滿積水的廢棄巷道,引發突水事故,造成礦井被淹,21人遇難。

必須指出,礦井(井)突水主要來自某壹水源,由各種水源補充。因此,在調查中需要區分主要水源和次要水源,並對開采前(天然)水源和開采後(人工)水源進行研究,以便提出準確的治水措施。