1、第第9章章 工程地质与水文地质工程地质与水文地质 9.1 地下水基本知识地下水基本知识 9.2 土的工程地质性质土的工程地质性质 9.3 岩石和岩体工程地质性质岩石和岩体工程地质性质 9.4 散体结构岩体工程地质性质散体结构岩体工程地质性质 9.5 矿井充水影响因素矿井充水影响因素 9.6 矿井水害防治矿井水害防治 9.1.1地下水性质地下水性质一、一、物理性质物理性质1.温度 地下水的温度变化幅度极大，有0以下至100以上的地下水。2.颜色地下水的颜色取决于水中化学成分及其悬浮物。表 9-1 地下水颜色与水中存在物质的关系 水中存在物质 硬水 低价铁 高价铁 硫化氢 硫细菌 锰的化合物 腐植
2、酸 黏土 水的颜色 浅蓝 灰蓝（淡灰）黄褐（锈色）翠绿 红色 暗红 暗黄或灰黑（带荧光）淡黄（无荧光）3.透明度 地下水的透明度取决于水中固体物质及胶体颗粒悬浮物的含量。按其透明度的好坏，地下水可分为透明的、半透明的、微透明的和不透明的。4.气味 洁净的地下水是无气味的。地下水是否具有气味主要取决于水中所含气体成分和有机质。5.味道 通常地下水是无味的，其味道的产生与水中含有某些盐分或气体有关，且味道的强弱与各种成分的浓度有关，浓度愈大其味愈强。6.密度 地下水的密度取决于所溶解的盐分的多少，一般情况下，地下水的密度与化学纯水相同。当水中溶解较多的盐分时，密度可达1.2-1.3。离子状态阳离子
3、有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、H+、NH4+、Mn2+等；阴离子有Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、OH-、NO3-、NO2-、SiO32-等。化合物状态Fe2O3、Al2O3、H2SO4等。气体状态N2、O2、CO2、H2S、CH4等。反映地下水化学性质的指标有以下几个：1.水的总矿化度表 9-2 地下水按矿化度分类表 名称 干 涸 残 余 物/gL-1 淡水 1 微咸水 13 咸水 310 盐水 1050 卤水 50 2.氢离子浓度（pH值）水的酸碱度通常用所谓“氢离子浓度”即pH值来表示。pH值是指水中氢离子浓度的负对数值。根据pH值，可将地下水分为五类（表9-3）。表
4、9-3 地下水按 pH 值分类表 酸碱性 强酸性 弱酸性 中性 弱碱性 强碱性 pH 值 5 57 7 79 9 3.水的硬度 地下水的硬度取决于水中Ca2+、Mg2+的含量。分为：总硬度、暂时硬度、永久硬度 根据水的总硬度可将地下水分五类（表9-4）。表 9-4 地下水按硬度分类 水的类型 硬 度 meq/L 德国度（H0）极软水 1.5 9.0 25.2 4.侵蚀性 地下水的侵蚀性取决于水中侵蚀性CO2的含量。当含有侵蚀性CO2的地下水与混凝土接触时，就可能溶解其中的 CaCO3，从而使混凝土的结构受到破坏。9.1.2地下水分类及其特征地下水分类及其特征一、包气带与饱水带包气带与饱水带 地
5、表以下一定深度上，岩石中的空隙被重力水所充满，形成地下水面。地下水面以上称为包气带，以下称为饱水带。包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带。按照岩层的渗透性能的强弱，可把自然界岩石（层）分为：（1）透水层（2）弱透水层（3）不透水层 1.按埋藏条件分类（1）上层滞水 上层滞水是指埋藏于地表以下包气带中局部隔水层之上含水层中的具有自由水面的重力水（图9-2）。（2）潜水 潜水是指埋藏于地表以下第一个稳定隔水层之上含水层中，具有自由水面的重力水（图9-2）。（3）承压水（自流水）承压水是指充满于上、下两个稳定隔水层之间含水层中的重力水（图9-3）。2.按含水层性质分类（1）孔隙水 存在于疏
6、松岩层的孔隙中的水，称为孔隙水。在急倾斜煤层条件下，在煤层浅部开采时，岩层垮落向上发展，常常波及到富水很强的砾岩含水层，这时将有大量孔隙水和松散沉积物涌入井下，造成突水事故（图9-5）。（2）裂隙水 存在于岩石裂隙中的地下水称为裂隙水。存在于岩石裂隙中的地下水称为裂隙水。裂隙的成因很多，如风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙，相应的裂隙水也分为三种：1）风化裂隙水是指赋存在风化裂隙中的水。2）成岩裂隙水指赋存在成岩裂隙中的地下水 3）构造裂隙水构造裂隙中的地下水（3）岩溶水 岩溶是发育在可溶性岩石地区的一系列独特的地质作用和现象的总称，又称为喀斯特。埋藏于溶洞、溶隙中的重力水，称为岩溶水，或称为喀斯特
7、水。1.下降泉下降泉 由潜水含水层形成的泉称为下降泉。根据泉水出露的原因又可分为：1.侵蚀下降泉 当河谷、冲沟切割到潜水含水层时，潜水即出露形成泉图9-6(a)(b)。2.接触下降泉 当地形被切割到含水层下面的隔水层时，潜水被迫从两者的接触处涌出地表，这种泉称为接触下降泉图9-6(c)3.溢流下降泉 当岩石透水性变弱或当隔水底板隆起时，潜水因流动受阻而涌溢于地表时，称为溢流下降泉图9-6(d)(e)(f)。2.上升泉上升泉 由承压含水层形成的泉称为上升泉。根据泉出露的原因又可分为：1.侵蚀上升泉 当河流、冲沟切穿承压含水层的隔水顶板时，承压水便会喷涌成泉，这种泉称为侵蚀上升泉图9-6(g)(h
8、)。2.断裂上升泉 当导水断层或张性裂隙通过承压含水层时，地下水便沿断层或裂隙上升，在地面标高低于承压水测压水位处便会出现泉，这种泉称为断裂上升泉图9-6(i)。9.2.1 土的组成土的组成 1.土的固体颗粒土的固体颗粒 一般将土粒分为六大粒组：漂石(块石)、卵石(碎石)、圆砾(角砾)、砂粒、粉粒及黏粒(表9-5)表 9-5 土粒粒组划分 粒 组 名 称 粒径范围/mm 一般特征 漂石或块石颗粒 200 透水性很大；无黏性；无毛细作用 卵石或碎石颗粒 20020 圆砾或角砾颗粒 粗 中 细 2010 105 52 透水性大；无黏性；毛细水上升高度不超过粒径大小 砂粒 粗 中 细 极细 20.5
9、 0.50.25 0.250.1 0.10.075 易透水；无黏性，无塑性，干燥时松散；毛细水上升高度不大(一般小于 1 m)粉粒 粗 细 0.0750.01 0.010.005 透水性较弱；湿时稍有黏性(毛细力连结)，干燥时松散；饱和时易流动；无塑性和遇水膨胀性；毛细水上升高度大；湿土振动之有水析现象(液化)黏粒 0.005 几乎不透水；湿时有黏性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升高度大，但速度缓慢 2.土中的水土中的水 一般土中水可分为结晶水、结合水、自由水三种。(1)结晶水 存在于矿物晶格内部的水，是构成矿物的一部分。这种水不移动，只能在较高的温度下才能脱离晶格。(2)结合水
10、 指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的水。这种吸附力高达几千到几万个大气压，使水分子与土粒牢固地粘结在一起。据黏结牢固程度分为强结合水和弱结合水(图9-7)。(3)自由水 指土粒孔隙中超出土粒表面静电引力作用范围的一般液态水。它的运动主要受重力控制，能传递静水压力，能溶解盐分，在温度0 左右冻结成冰。自由水中位于地下水位以上受到毛细作用的是毛细水，位于地下水位以下的是重力水。3.土中的气体土中的气体 土中的气体为游离气体和封闭气体两种存在形式。有时还存在着如H2S、CH4等有毒、有害、可燃气体，施工时可能会造成生命安全的严重危害。基本物理性质指标包括土颗粒的相对密度、重度、含水量、饱和度、孔
11、隙比和孔隙率等。一、一、土颗粒的相对密度、重度、含水量土颗粒的相对密度、重度、含水量 1.土颗粒的相对密度（G）土颗粒的相对密度是指土粒的质量与同体积的4 时纯水的质量之比，在数值上为单位体积土粒的的量。G=Ws/Vsw=s/w 式中 s土粒的密度,即单位体积土粒的 质量;w4 时纯水的密度，一般取w=1.0 g/cm3。2.土的重度（）土的重度是指单位体积土的重量（单位为kN/m3），即:=Wg/V=（Ws+Ww）g/（Vs+Vv）3.土的含水量（w）土的含水量是指土中水的重量与土粒重量之比，即：w=Ww/Ws100%二、二、土的饱和度、孔隙比和孔隙率土的饱和度、孔隙比和孔隙率1.土的饱和度
12、（Sr）土的饱和度，是指土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，即：Sr=Vw/Vv100%2.土的孔隙比（e）和孔隙率（n）土的孔隙比是指土中孔隙体积与土粒体积之比，即：e=Vv/Vs 土的孔隙率是指土中孔隙所占体积与总体积之比，即：n=Vv/V100%1.天然孔隙比（e）采用天然孔隙比作为砂土的紧密状态分类指标，具体划分见表9-6。2.相对密度（Dr）目前采用天然孔隙比作为处于地下水位以上的砂土和稍具有黏聚性的粉土的紧密状态的分类指标是可行的。但e值的某些界限还缺乏概括性，如有时疏松的级配良好的砂土，其e值比紧密的、颗粒均匀的砂土的e值还小。因此常采用相对密度Dr作为分类指标。Dr=（em
13、ax-e）/（emax-emin）1.黏性土的界限含水量 黏性土由一种状态转变为另一种状态的分界含水量称为界限含水量，也称为稠度界限或Atterberg界限。2.黏性土的塑性指数和液性指数（1）塑性指数（IP）塑性指数是指液限和塑限的差值，即：IP=WL-WP（2）液性指数（IL）液性指数是指黏性土的天然含水量与塑限的差值与塑性指数之比，即：IL=（W-WP）/（WL-WP）=（W-WP）/IP 1.土的压缩性 土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性。2.土的抗剪强度 土的抗剪强度是指土体在剪应力的作用下，一部分土体沿另一部分土体开始产生滑动（塑性破坏或剪切破坏）时，所具有的抵抗剪切的极限
14、强度。一、一、土的工程分类土的工程分类 按国家标准建筑地基基础设计规范（GB 500072002）和岩土工程勘察规范（GB 500212001 碎石土 砂土 粉土 黏性土 碎石土指粒径大于2 mm的颗粒质量超过总质量50%的土。按颗粒级配和颗粒形状分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾(表9-12)。表 9-12 碎石土分类 土的名称 颗 粒 形 状 颗 粒 级 配 漂石 圆形及亚圆形为主 粒径大于200 mm的颗粒质量超过总质量50%块石 棱角形为主 卵石 圆形及亚圆形为主 粒径大于 20 mm 的颗粒质量超过总质量 50%碎石 棱角形为主 圆砾 圆形及亚圆形为主 粒径大于 2 mm 的颗粒
15、质量超过总质量 50 角砾 棱角形为主 注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。砂土指粒径大于2 mm的颗粒质量不超过总质量50%，且颗粒大于0.075 mm的颗粒质量超过总质量50%的土。按颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂(表9-13)。表 9-13 砂土分类 土的名称 颗 粒 级 配 砾砂 粒径大于 2 mm 的颗粒质量占总质量 25%50；粗砂 粒径大于 0.5 mm 的颗粒质量超过总质量 50；中砂 粒径大于 0.25 mm 的颗粒质量超过总质量 50 细砂 粒径大于 0.075 mm 的颗粒质量超过总质量 85；粉砂 粒径大于 0.075 mm 的颗粒质量超过总质量
16、 50 注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。粉土指粒径大于0.075 mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数小于或等于10的土。按颗粒级配（黏粒含量）分为砂质粉土和黏质粉土(表9-14)。表 9-14 粉土分类 土的名称 颗粒级配 砂质粉土 粒径小于 0.005 mm 的颗粒质量不超过总质量 10 黏质粉土 粒径小于 0.005 mm 的颗粒质量超过总质量 10 黏性土指塑性指数大于10的土。按塑性指数分为粉质黏土和黏土(表9-15)。表 9-15 黏性土的分类 土的名称 塑 性 指 数 粉质黏土 10IP17 黏 土 I17 注：确定塑性指数 I时，液限以 76 g 瓦
17、氏圆锥仪入土深度 10 mm 为准；塑限以搓条法为准。二、二、土的成因分类土的成因分类 1.残积土 2.坡积土 3.洪积土 4.冲积土 5.风积土 6.湖泊沉积物 7.海洋沉积物 9.3.1岩石工程地质性质岩石工程地质性质 一、一、岩石物理性质岩石物理性质 1.岩石相对密度和重度岩石相对密度和重度 岩石的相对密度是指岩石固体（不包括孔隙）部分单位体积的质量，在数值上等于岩石固体颗粒的质量与同体积的水在4 时的质量之比。岩石的重度（重力密度）也称容重，是指岩石单位体积的质量，在数值上等于岩石总质量（包括孔隙中的水重）与其总体积（包括孔隙体积）之比。2.岩石孔隙性岩石孔隙性 岩石的孔隙性用孔隙度表
18、示，孔隙度在数值上等于岩石中各种孔隙(包括细微的裂隙)的总体积与岩石总体积之比。3.岩石吸水性岩石吸水性 岩石的吸水性一般用吸水率表示。岩石的吸水率是指岩石在通常大气压下的吸水能力，它在数值上等于岩石的吸水质量与同体积干燥岩石质量之比。4.岩石软化性 岩石的软化性是指岩石受水作用后，强度、稳定性降低的性质，用软化系数来表示。软化系数在数值上等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度和在风干状态下极限抗压强度之比。5.岩石抗冻性岩石抗冻性 岩石的抗冻性是指岩石抵抗因其中水结冰产生的巨大压力的能力。二、二、岩石主要力学性质岩石主要力学性质 1.岩石的变形 岩石受力后产生变形，在弹性变形范围内一般用弹性模量
19、和泊松比两个指标表示。2.岩石的强度 抗压强度 抗剪强度 抗拉强度 抗压强度指岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力，在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。抗剪强度指岩石抵抗剪切破坏的能力，在数值上等于岩石受剪切破坏时的极限剪应力。抗拉强度抗拉强度在数值上等于岩石单向拉伸时，拉断破坏的最大张应力。9.3.2 岩体工程地质性质岩体工程地质性质一、一、岩体结构分析岩体结构分析 1.结构面 结构面是指存在于岩体中的各种地质界面，包括各种破裂面、物质分异面以及软弱夹层等。（1）结构面的类型 原生结构面 构造结构面 次生结构面 原生结构面指成岩时形成的结构面。原生结构面有沉积结构面，如层面、层理、沉
20、积间断面和软弱夹层等；有火成结构面，如原生节理、流纹面、与围岩的接触面等；有变质结构面，如片麻理、片理、板理等。构造结构面指在构造应力作用下，在岩体中形成的各种断裂面，如断层面、节理、劈理、破碎带等。次生结构面指在风化、卸荷、地下水作用下形成的裂隙、破碎带、泥化夹层等。2.结构体类型 由于各种结构面的组合，在岩体中可形成各种不同的结构体。据其外形特征可归纳为柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种形态（图9-12）。3.岩体结构特征表 9-18 岩体结构的基本类型 结构类型 地质背景 结构面特征 结构体特征 类 亚类 形态 强度/MPa 整体块状结构 整体结构 岩性单一，构造变形轻微的巨厚层岩
21、层及火成岩体，节理稀少 结构面少，13 组，延展性差，多呈闭合状，一般无充填物，tan 0.6 巨型块体 60 块状结构 岩性单一，构造变形轻微中等的厚层岩体及火成岩体，节理一般发育，较稀疏 结构面23组，延展性差，多呈闭合状，一般无充填物，层面有一定结合力，tan=0.40.6 大型的方块体、菱块体、柱体 一般60 层状结构 层状结构 构造变形轻微中等的中厚层状岩体(单层厚30 cm)，节理中等发育，不 密集 结构面 23 组，延展性较好，以层面、层理、节理为主，有时有层间错动面和软 弱夹层，层面结合力不强，tan=0305 中大型层块体、柱体、菱柱体 30 薄层(板)状结构 构造变形中等强
22、烈的薄层 状 岩 体(单 层 厚 30 cm)，节理中等发育，不密集 结构面 23 组，延展性较好，以层面、节理、层理为主，不时有层间错动面和软弱夹层，结构面一般含泥膜，结合力差，tan 0.3 中大型的板状体、板楔体 一般 1030 碎裂结构 镶嵌结构 脆硬岩体形成的压碎岩，节理发育，较密集 结构面23 组，以节理为主，组数多，较密集，延展性较差，呈闭合状，无少量充填物，结构面结合力不强，tan=0.40.6 形态大小不一，棱 角显著，以小中型块体为主 60 层状破裂结构 软硬相间的岩层组合，节理、劈理发育，较密集 节理、层间错动面、劈理、软弱夹层均发育，结构面组数多，较密集 密集，多含泥膜
23、、充填物，tan 0.20.4，骨架硬岩层，tan=0.4 形态大小不一，以小中型的板柱体、板楔体、碎块体为主 骨 架 硬 结构体30 碎裂结构 岩性复杂，构造变动强烈，岩体破碎，遭受弱风化作用，节理裂隙发育、密 集 各类结构面均发育，组数多，彼此交切，多含泥质充填物，结构面形态光滑度不一，tan 0.20.4 形状大小不一，以小型块体、碎块体为主 含微裂隙 30 散体结构 松散结构 岩体破碎，遭受强烈风化，裂隙极发育，紊乱密集 以风化裂隙、夹泥节理为主，密集无序状交错，结构面强烈风化、夹泥，强度低 以块度不均的 小 碎 块体、岩屑及夹泥为主 碎块体，手捏即碎 松软结构 岩体强烈破碎，全风化状
24、结构面已完全模糊不清 以泥“岩体”已二、二、岩体工程地质特征岩体工程地质特征 1.整体块状结构岩体工程地质性质 2.层状结构岩体的工程地质性质 3.碎裂结构岩体工程地质性质 4.散体结构岩体工程地质性质 9.4.1建筑工程地质勘察内容建筑工程地质勘察内容 一、一、工程地质勘察分级工程地质勘察分级 按岩土工程勘察规范（GB50021-2001）规定，岩土工程勘察等级是由工程重要性等级（表9-19）、场地复杂程度（表9-20）和地基复杂程度（表9-21）三项因素决定的。表 9-19 工程重要性等级划分标准 重要性等级 破坏后果 工程类型 一级工程 很严重 重要工程 二级工程 严重 一般工程 三级工
25、程 不严重 次要工程 表 9-20 场地复杂程度等级划分标准 场地条件 一级场地 二级场地 三级场地 建筑抗震稳定性 危险 不利 有利或地震设防烈度6 度 不良地质作用 强烈发育 一般发育 不发育 地质环境破坏程度 已经或可能受到强烈破坏 已经或可能受到一般破坏 基本未受破坏 地形地貌条件 复杂 较复杂 简单 地下水影响 水文地质条件复杂、需专门研究 基础位于地下水位以下 无影响 表 9-21 地基复杂程度等级划分标准 地基等级 岩土种类 岩土介质性质 特殊性岩土 一级地基 多 变化大 严重湿陷、膨胀、盐渍、污染特殊性岩土及其它需专门处理岩土 二级地基 较多 变化较大 除“一级”规定以外特殊性
26、岩土 三级地基 单一 变化不大 无 首先应分别按表9-19、20、21进行分级，在此基础上再进行综合分析，确定岩土工程勘察等级划分（表9-22）。表 9-22 工程勘察等级划分 勘察等级 勘察等级划分标准 甲级 在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度三项中，有一或多项为一级 乙级 除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目 丙级 工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级均为三级 二、二、工程地质勘察阶段工程地质勘察阶段 工程地质勘察由低级到高级分为三个阶段。1.可行性研究勘察阶段 2.初步勘察阶段 3.详细勘察阶段 三、三、工程地质测绘工程地质测绘 1.工程地质测绘研究内容 1）岩土体研究 2）
27、地质构造研究 3）地形地貌研究 4）水文地质条件研究 5）动力地质现象研究 6）天然建筑材料研究 2.工程地质测绘基本要求 1）工程地质测绘范围的确定（1）建筑物类型、规模（2）建筑物规划和设计阶段（3）工程地质条件复杂程度 2）工程地质测绘比例尺的确定 可行性研究勘察阶段1：50000-1：5000，属小、中比例尺测绘;初步勘察阶段1：10000-1：2000，属中、大比例尺测绘;详细勘察阶段1：2000-1：500，属大比例尺测绘。3)工程地质测绘精度 为了确保精度，地质观测点布置、密度和定位应满足下列要求：在地质构造线、岩性分界线标准层位和每个地质体应有地质观测点;地质观测点密度应根据场
28、地地貌、地质条件、成图比例尺和工程要求确定，并应具有代表性;地质观测点应充分利用天然和己有的人工露头。当露头少时，应布置一定数量的探坑或探槽;地质观测点定位应根据精度选用适当方法进行。地质构造线、岩性分界线、软弱夹层、地下水露头和不良地质现象观测点宜用仪器定位。9.4.2建筑工程地质勘察报告书与图件建筑工程地质勘察报告书与图件 一、一、勘察数据整理与分析勘察数据整理与分析 二、二、工程地质图简介工程地质图简介 工程地质图一般反映如下内容：1）地形地貌 2）岩土性质 3）地质构造 4）水文地质条件 5）物理地质现象 三、三、工程地质报告书与附件工程地质报告书与附件 1.工程地质报告书 工程地质报
29、告书基本内容包括下列各项：委托单位、场地位置、拟建工程概况、勘察目的、要求和任务，以往勘察工作及己有资料情况，依据的技术标准；勘察方法及勘察工作量布置；场地工程地质条件分析 各项岩土性质、岩土强度参数和变形参数、地基承载力的建议值；地下水埋藏状况、类型、水位及其变化；土和水对建筑材料的腐蚀性；不良地质作用的描述及危害程度的评价。2.附件附件 勘探点平面位置图 工程地质剖面图 地层综合柱状图 土工试验图表 现场原位测试图表 9.5.1矿井充水水源分析矿井充水水源分析 矿井充水的水源主要有四种，即煤层及煤系地层中的地下水、地表水、老窑（采空区）积水和大气降水。一、一、煤层及煤系地层中的地下水煤层及
30、煤系地层中的地下水 1.孔隙水水源 2.裂隙水水源 3.岩溶水水源 二、二、地表水源地表水源 地表水体包括江河、湖海、池沼、水库等。三、三、大气降水的渗入大气降水的渗入 大气降水的渗入是很多矿井充水的经常性补给水源之一，特别是开采地形低洼且埋藏较浅的煤层时，大气降水往往是矿井充水的主要来源 四、四、老窑及采空区积水老窑及采空区积水 古代和近期的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而使地下水聚集。当采掘工作面接近它们时，其积水便会成为矿井充水的水源。9.5.2矿井充水通道分析矿井充水通道分析 一、一、构造断裂带构造断裂带（1）隔水断层 隔水断层一般为压性断层或断裂带被粘土质物质所充填。由于致密，不
31、仅断层本身不含水，而且可以切断某些含水层，如隔水断层分布在充水含水层内时，常分隔含水层的水力联系，但强烈的采矿活动也可使其转化为导水断裂带；（2）导水断层 多数是张扭性断层，少数是压扭性断层。边界的导水断层起充水含水层接受区域地下水补给的通道作用；矿区内断层与地表水连通时，常成为地表水溃入矿井的导水通道；井巷通过充水含水层内的导水断层时涌水量增大，也可产生溃水。二、二、岩溶塌陷与岩溶塌陷与“天窗天窗”岩溶塌陷是指覆盖于充水（或空气）空间之上的土层，因外力（抽、放水、暴雨）作用瞬间坍落的现象。“天窗”是指岩溶充水含水层与上覆冲积层之间的未胶结、半胶结地层，因沉积相变戓河谷下切而变薄甚至消失，导致
32、充水含水层与上覆第四系含水层的直接接触，形成导水“天窗”。三、三、岩溶陷落柱岩溶陷落柱 岩溶陷落柱指石炭二迭系煤系地层下伏中奥陶统碳酸盐岩中的古洞塌陷形成的柱体。它与现代岩溶坍陷不同，是石膏岩溶产物，灰岩中硬石膏因水解膨胀，使上覆坚硬岩层受挤压破碎坍落充填而成。四、四、采空区上方导水裂缝带采空区上方导水裂缝带 当采矿形成大面积采空区后，原始应力平衡被破坏，采空区顶板在集中应力的作用下，岩层破裂冒落，在采空区上方从下往上依次产生垮落带、裂缝带和变化微弱的整体沉降弯曲带，并在地面形成塌陷 五、五、封闭不良的钻孔封闭不良的钻孔 按有关规程规定，勘探时施工的钻孔，在工作结束后都要按要求进行封闭。如果封
33、孔质量未达到标准要求，钻孔就成了矿层与其顶底板含水层或地表水之间的通道。在开采过程中，遇到或接近这些钻孔时，就会引起涌水甚至造成淹井事故。9.5.3影响矿井涌水量因素影响矿井涌水量因素 一、一、覆盖层透水性及煤层围岩出露条件影响覆盖层透水性及煤层围岩出露条件影响 地表水和大气降水能否渗入地下，以及渗入量的多少，与煤层顶板的透水性能及围岩的出露条件有直接关系。覆盖层的透水性能好，补给水量和井下涌水量就大。二、二、地形条件影响地形条件影响 地形直接控制了含水层的出露部位和出露程度，控制着地表水和大气降水的汇集。当矿井的开采深度高于当地侵蚀基准面时，其涌水量通常较小，且易于排干；若矿井开采深度低于当
34、地侵蚀基准面时，一般水文地质条件比较复杂，其涌水量也大。三、三、地质构造影响地质构造影响 1.断裂面力学性质影响（1）压性断裂面（2）张性断裂面（3）扭性断裂面 2.不同构造部位影响 对一条断层而言，其尖灭点及其附近不是以位移消失应力，而是以破裂、变形来消失应力，故在断层端点部位及其两侧的岩层裂隙特别发育，是突水较多的部位。四、四、矿矿井水文井水文地质条地质条件分类件分类表表 9 9-24 24 矿井水文地质类型矿井水文地质类型 分类依据 类 别 简单 中等 复杂 极复杂 受采掘破坏或影响的含水层及水体 含水层性质及补给条件 受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件差，补给来源少或极
35、少 受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件一般，有一定的补给水源 受采掘破坏或影响的主要是岩溶含水层、厚层砂砾石含水层、老空水、地表水，其补给条件好，补给水源充沛 受采掘破坏或影响的是岩溶含水层、老空水、地表水，其补给条件很好，补给来源极其充沛，地表泄水条件差 单位涌水量q（Ls-1m-1）q0.1 0.1q1.0 1.0q5.0 q5.0 矿井及周边老空水 分布状况 无老空积水 存在少量老空积水，位置、范围、积水量清楚 存在少量老空积水，位置、范围、积水量不清楚 存在大量老空积水，位置、范围、积水量不清楚 矿井涌水量（m3h-1）正常Q1 最大Q2 Q1180（西北地区Q190）
36、Q2300（西北地区Q2210）180Q1600（西北地区 90Q1180）300Q21 200（西北地区 210Q2600）600Q12 100（西北地区 180Q11 200）1 200Q23 000（西北地区 600Q2 2 100）Q12 100（西北地区Q11 200）Q23 000（西北地区Q22 100）突水量Q3（m3h-1）无 Q3600 600Q31 800 Q31 800 开采受水害 影响程度 采掘工程不受水害影响 矿 井 偶 有 突水，采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全 矿井时有突水，采掘工程、矿井安全受水害威胁 矿井突水频繁，采掘工程、矿井安全受水害严重威胁 防治水
37、工作 难易程度 防治水工作简单 防治水工作简单或易于进行 防治水工程量较大，难度较高 防治水工程量大，难度高 9.6.1地表防水地表防水 1.慎重选择井筒位置 应保证在任何情况下均使井口或其他地面设施不致于被水淹没，因此井口和各种建筑物基础的标高应高于历年最高洪水位。2.河流改道 工程投资必须合理。保证河水不再渗入井下，因此坝址及人工河道位置应选择在隔水层之上，或隔水层之外侧。人工河床的坡度应合理，不宜过大或过小，以免冲刷或淤塞。旧河道地区应修筑防排水工程，以免积水渗入井下。河流改道方案的确定应考虑矿区的发展远景和工农业布局。通常河流改道必须一次进行，长期使用，同时要考虑到工农业生产和生活用水
38、。3.铺设不透水的人工河床 在河流不能改道时，可在漏水地段利用片石、水泥等材料铺设不透水的人工河床，或局部填塞裂隙，以防止河水漏入矿井。4.修筑排（截）水沟 在山区,地表有塌陷裂隙时，降水以地表水或潜水的形式流入矿井，会使矿井涌水量大大增加，在这种情况下，可在井田外缘或漏水区的上方修筑排水沟（图9-14）（5）地表堵漏 对矿区地表的裂隙、洞穴以及塌陷坑等漏水地带，用黏土填堵、夯实并使之稍高出地表，防止水流渗入。由于地表防水工程易受水流及人为破坏，因此在雨季来临前应全面检查各种地表防水工程，有损坏或失效之处应及时修整。9.6.2井下防治水井下防治水 一、一、井下探放水井下探放水 1.小窑老空积水
39、的探放（1）调查老窑的分布（2）探水起点的确定 根据若干矿区探放老空水的经验，应分别按照积水线、探水线和警戒线来处理（图9-15）。（3）探、放水钻孔的布置 探水时从积水线向前方打钻探水，但一次打透积水的情况很少，绝大多数是探水与掘进相结合，即探水掘进探水循环进行，方能找到老空积水区。因此，在考虑探水钻孔布置时，必须保证掘进巷道的前方留设一定宽度的保安煤柱。此外，老窑内的巷道极不规则，在探水掘进过程中，如果钻孔的密度不够，古巷道有可能从两钻孔间通过而被漏掉（图9-16），这种情况很容易发生透水事故。为了防止透水事故发生，探水钻孔一般布置成扇形或半扇形，通常上山巷道布置成扇形，煤平巷布置成半扇形
40、。探水巷道每次前进的终点处，各探水孔之间的距离不得大于3 m。中眼与外斜眼终端的距离即为帮距，通常采用12 m左右；巷道前进终止点与中眼终点之间的距离即为超前距，一般采用20 m左右为宜（图9-17）。（4）探水作业 在施工中应遵守下列事项：加强顶板支护。加强探水迎头的通风和瓦斯检查。安排避灾线路。设置警铃信号及通信联络设备。安装安全套管。制订钻孔出现透空征兆时的措施。严格检查放水效果。2.断层水及其他可疑水源探放 探断层水、强含水层水及其他可疑水源的方法与探老窑水相同，但探水钻孔的孔数较探老窑水的要少。断层水探明后，应根据水的来源、水压和水量采取不同措施。若断层水是来自强含水层，则要注意封闭
41、钻孔，按规定留设煤柱，已进入煤柱的巷道要加以填充或封闭；若断层含水性不强，可考虑放水疏干。二、二、煤矿酸性水防治煤矿酸性水防治 井下排除酸性水主要采取如下措施：分区排出酸性水。分级排水，降低水泵扬程。冲淡酸性水。中和酸性水。改善水泵、水管的耐酸性能，延长它们的使用寿命。三、三、留设井下防水煤柱留设井下防水煤柱 煤层露头直接为疏松含水层覆盖或位于地表水体以下时（图9-18）。因断层的影响使煤层和富含水层接触，或者煤层与富含水层接触又被部分富含水层掩盖（图9-19）。因断层的影响使煤层和承压含水层接近，且当煤层采空后承压水有突破底板的危险时（图9-20）。煤层与充水断层接触。煤层与充水陷落柱接触。
42、巷道或工作面接近被淹井巷和积水小窑老空区等。ab 四、四、设置井下截水建筑物设置井下截水建筑物 1.防水闸门 防水闸门一般设置在可能发生涌水需要堵截而平时仍需要运输和行人的井下巷道内，如井底车场、井下泵房、变电站的出入口、受水威胁的地段与其他无水害威胁的通道处。防水闸门由混凝土闸墩、门框及门扇等组成（图9-21）2.水闸墙 在井下需要永久截水的地点，应修筑水闸墙。水闸墙有临时的和永久的两种。临时水闸墙一般是用木料或砖料砌筑，永久水闸墙则通常用混凝土或钢筋混凝土修筑。水闸墙的形状有平面、圆柱面及球面等三种。五、五、含水层水的疏排含水层水的疏排 1.利用巷道疏放水 当煤层直接顶板为含水层时，通常将
43、采区和工作面巷道提前准备出来，利用这些巷道预先疏放顶板含水层（图9-23）。当含水层位于煤层底部时，可将开拓准备巷道布置在含水层中，利用该巷道直接疏放水（图9-24）。2.利用钻孔放水 当煤层上部含水层远离煤层，回采准备巷道收不到疏放效果时，可在巷道中每隔一定的距离向含水层打放水钻孔进行预先疏放。3.利用钻孔疏放降压 当煤层下部含水层水压很高，有突水危险时，在计划疏降地段的巷道中每隔一定距离向底部含水层打钻放水，使之形成降落漏斗，逐步将静止水位降至安全水头以下（图9-25）。4.利用吸水钻孔降低水位 吸水钻孔是指将煤层上部含水层中的水放入煤层下部含水层中的钻孔（图9-26）。吸水钻孔只有在特定
44、条件下才能实施，即煤层下部含水层的水位低于煤层底板，或煤层下部含水层干燥无水，或煤层下部含水层的吸水量大于上部含水层的泄水量。9.6.3注浆堵水注浆堵水 1.井筒注浆 在井筒四周造成一道隔水屏障，使井筒能安全、顺利地通过含水层。如果并筒已凿砌完毕而井壁漏水，也可以对井壁进行注浆堵水。2.巷道堵漏 为减少矿井涌水量，对矿井下大量存在的小出水点也要进行封堵。3.帷幕截流 有的矿山为了减少矿井涌水量，采用帷幕截流注浆法建造一个隔水墙，切断水源的补给通路，把水拦截在井田之外。1.地下水有哪些类型，各类有何特征？2.土有哪些工程地质性质？3.土的成因分类如何？4.岩石有哪些工程地质性质？5.岩体有哪些工程地质性质？6.工程地质测绘主要有哪些内容？7.各种矿井充水水源造成涌水的特点？8.影响矿坑涌水量的因素有哪些？9.从哪几个方面防止矿井水害？课间休息
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