矿床(坑)充水水源

大气降水、地表水、地下水和老窑水(老窑积水、采空区和废弃矿井巷道)均可构成矿井充水水源,它们具有不同的充水特征和影响因素。

(一)以大气降水为主要充水来源的矿床

当大气降水的入渗是地下水的主要补给来源时,矿床(坑)的充水直接或间接地受到大气降水的影响。这里指的是主要的沉积,它是由大气降水直接补给的,与降水特征和地表入渗条件有关。

以降水为主要充水来源的矿床多为浅埋矿床、充水岩石裸露矿床、分水岭地区矿床、部分饱水带矿床、露天矿山等。

矿井突水的特点主要表现在以下几个方面。

1)矿井突水的动态与当地降水的变化过程一致或相似,往往表现出明显的季节性和多年周期性变化。枯水期、雨季或枯水期和丰水期矿井涌水量变化很大。一年中最大涌水量在融雪期和雨季,最小涌水量在旱季。矿井涌水量最大出现在丰水年,最小出现在枯水年。突水事故多发生在丰水年的雨季。

2)同一矿床,随着开采深度的增加,矿井涌水量逐渐减少,涌水量峰值的滞后时间增加。滞后时间通常是几个小时到几十天。

3)矿井(井)涌水量与降水的性质、强度、持续时间和入渗条件密切相关。一般来说,持续的中到大雨有利于入渗。入渗条件主要由入渗路线和地形集水区类型决定。入渗途径可分为地表入渗和集中灌溉两种。地形汇水类型可分为三种:分散地形(如山背、山坡)、停滞地形(如平原、阶地)和汇流地形(如低洼河谷)。如果大气降水是以地表入渗的形式,降水的入渗量将受到入渗速率的限制,只有有效降水对矿井充水才有意义。对于汇流地形的灌溉渠道,矿井涌水量可随着降水强度的增加而增加。通常情况下,长时间的连续降雨有利于入渗。汇水条件好、充水层暴露、地表渗透性大的矿区矿井涌水量大,反之亦然。

在矿床水文地质调查中,必须对矿井突水降水动态、降水特征和入渗条件进行综合调查研究,找出其规律,指导采矿工作。

(二)以地表水为主要充水水源的矿床。

以地表水为主要充水来源的矿床,常产于山谷及平原河流、湖泊、海洋、水库附近或下方。中国的许多煤田、金属和非金属矿床都位于这些地区。

根据地表水进入矿井的方式和强度,可分为四种情况:①地表水得不到补给,矿体顶部有较厚可靠的隔水层,矿体与地表水无水力联系;(2)地表水弱补给的,矿体顶部有弱隔水层,少量地表水可通过该层补给;(3)地表水入渗型补给器,排水漏斗以地表水为界,可通过入渗通道更多进入地下;(4)对于地表注水型补给器,排水漏斗以地表水为界,地表水通过强导水通道溃入井巷,造成灾难性突水。后两种矿床主要为地表水充填,多为大型水矿床。

地表水能否成为矿井充水水源,取决于二者之间是否存在水力联系,即是否存在充水途径(通道)。其充水通道可分为天然(如充水岩层和导水裂隙等。)和人为(采空区顶板破碎带、排水引起的岩溶地面塌陷等。).

当地表水作为矿井充水水源时,其充水程度取决于以下几个方面:

1)地表水体的性质和规模。常年大水体可成为强大的恒定水头补给源,使矿井涌水量呈现出大而稳定的特点,排水困难;季节性中小水体只能定期(雨季)间歇性补给,矿井突水强度随地表水的丰枯程度而季节性变化,比前者更容易疏干。矿井涌水量通常上升快,下降慢。

2)地表水体与矿井的相对位置。地表水体与矿坑的相对位置包括两个方面:①它们的位置与标高的相对关系。显然,只有位置和高程大于矿坑的地表水体才能成为充水水源,矿坑与地表水体的垂直距离越小,开采时矿井涌水量越大;②地表水体与矿坑的距离。一般来说,矿坑离地表水体越近,影响越大,充水作用越强,矿坑涌水量越大(图12-10)。

图12-10排水坑与河流距离示意图

1-含水层;2—含水层;3-接缝;4-排水隧道;5-排水水位线

3)矿井与地表水之间的岩石渗透性。如果两者之间有隔水层,一般没有影响或影响很小。如果两者之间有透水岩层,透水性越强,矿井突水强度越大,反之亦然。在渗透率各向异性的矿区,强渗透方向的影响更快。当饱水岩层介于两者之间时,矿井突水的动态变化一般比较稳定,而当供水岩层不在时,矿井突水的动态变化比较剧烈。此外,还要注意采矿方法对地层渗透率的影响或改变。

4)采矿方法的影响。根据矿床水文地质条件,选择合适的采矿方法开采地表水体附近的矿床,虽然突水强度会增大,但不会对生产造成太大影响;如果采矿方法选择不当,崩落裂隙可能与地表水相通或塌陷,造成突水和泥沙侵蚀。

(3)以地下水为主要充水水源的矿床

分布在矿层顶底板及其周围的地下水可通过某些途径进入矿坑,成为矿床开采过程中矿坑的充水水源。能引起井巷涌水的含水层称为矿床充水层。有些含水层虽然离矿很近,但不是矿床的充水层,自然和开采时,其中的水无法进入矿井。根据矿床与充水层的关系,可分为直接充水源和间接充水源。直接水源是矿坑直接出露充水层,地下水直接进入矿坑;间接水源只能通过不透水围岩的局部水通道进入矿井。当地下水成为主要突水水源时,其充水特征、强度和规律如下:

1)矿井突水强度与充水层的孔隙性质(地下水类型)和富水程度有关。总的来说,裂隙水的充填强度较小,孔隙水中等,岩溶水最大。巨砾层中充有岩溶水和孔隙水的矿层多为大型矿床,岩溶水充填一般比较猛烈、大而稳定,不容易排泄。如果孔隙层及其周围充满流沙,可造成流沙侵蚀。如果矿井或巷道位于富水区,涌水量大,弱含水区涌水量小。

2)矿井突水的强度与充水层的厚度和分布面积有关。如果充水层极厚,分布面积大,矿井涌水量也大,反之亦然。

3)矿井涌水量及其变化与充水层地下水的成分(或性质)和大小有关。流入矿井的地下水由储存和补给两部分组成,储存取决于充水层空隙所含的水量和供水能力。补给量也就是地下水径流,其大小主要取决于含水层系统的规模和补给条件。如果充水水源主要是地下水储存,疏干初期涌水量大,容易突水,以后水量逐渐减少,容易疏干;如果充水水源主要是地下水补给,矿井涌水量会由小变大,然后趋于相对稳定,不易疏干。

(四)以老窑水(老窑、采空区和废弃老矿井)为主要充水水源的矿床。

在我国许多老矿山的浅部,有许多老窑、采空区和废弃的老巷道,其中往往有大量积水,称为老窑水或老空水。当生产井筒接近或冒落带到达它们时,储存的水就会涌入矿井(井),成为突水水源。

老窑水大多积水范围不明,连接复杂,水量大,酸性强,水压高。老窑水一般是容积储存,充水特点是:水势大,时间短,破坏力大。另外,老窑水多为酸性水,对井下设备具有强腐蚀性。老窑涌水量虽然大,但随着时间的推移,涌水量会急剧减少。

比如淄博煤田,开采了几百年,已经鉴定出2200多座老窑。又如,2006年7月6日5438+7月7日,广西南丹大厂矿区拉家坡锡厂(锡矿含锡量为40%),由于非法采矿、以采代探、乱采滥挖,矿工在井下作业时打开一个有水的废弃矿井,导致-105m以下的采矿巷道突然突水,大量涌水瞬间淹没了相邻的7个矿井和正在开采的81名矿工井下81名矿工全部死亡,直接经济损失达8000多万元,导致震惊全国的广西南丹“717”特大透水(突水)事故和矿难。再如,河南登封东风煤矿2003年7月13日,因矿工违章作业,在顶部打通一条充满积水的废弃巷道,引发突水事故,造成矿井被淹,21人遇难。

必须指出,矿井(井)突水主要来自某一水源,由各种水源补充。因此,在调查中需要区分主要水源和次要水源,并对开采前(天然)水源和开采后(人工)水源进行研究,以便提出准确的治水措施。