以地表水为充水水源的矿床 矿床充水强度分析
开采位于海、河、湖泊、水库、池塘等地表水体影响范围内的煤层，当其有某种通道与矿体(井)沟通时，这些水便会流入坑道成为矿井涌水的水源，这类矿床属于地表水水源充水的矿床。
这类矿床常赋存在山区河谷和平原地表水体附近或其下。我国华北与华南许多煤田分布在山区边缘，矿区中常有小河和湖泊分布，他们多处于渗透良好的砂砾石层之上，这是地表水体下渗的有利条件。
地表水能否进入井下，主要取决于巷道距水体的远近和水体与巷道之间的地层及地质构造，其次是采用的开采方法。
地表水渗入井下，通常有如下几个途径:
1)通过第四系松散砂砾层及基岩露头，先是渗入补给地下水，然后在适当条件下进入巷道。
2)通过构造破碎带或古井直接溃入井下。
3)洪水期间可通过地势低洼处的井口直接灌入。如大新煤矿，1972年雨季，洪水冲垮井口围堤，造成淹井事故。2007年8月16～17日，新汶地区突降大雨，造成汶河水位暴涨，冲毁汶河大堤50m左右，致使洪水贯入煤矿用于井下水砂充填的废弃砂井，并经矿井以900m3/s的流量溃入华源矿业公司矿井，引发溃水淹井，172人遇难，造成惨重损失。
4)在水体下采煤时，由于煤层开采后，顶板岩层冒落，当冒落带或裂隙带达到地表时，形成了导水通道，使地表水进入井下。
地表水作为主要充水水源时，矿井涌水有如下规律。
1)涌水强度与地表水体的性质、规模和动态有关。常年性的水体，矿井涌水量稳定，不易疏干。季节性的水体，则形成季节性的补给，矿井涌水量也呈现季节性变化，易于疏干。上游汇水面积大者，矿井涌水量亦大，雨后衰减过程亦较长，上游汇水面积小者，水量亦小，且衰减过程较短。
2)涌水强度与井巷到地表水体间的距离有关。一般说来，在两者之间的岩性和地质构造基本相同的情况下，井巷距地表水体愈近则涌水量愈大，愈远则愈小。当矿床位于地表水体之下时，地表水体与矿床间的垂直距离愈小，开采时的矿井涌水量则愈大，反之愈小。当矿床位于地表水体之下时，矿床埋藏愈浅，距地表水体愈近，则矿井涌水量亦愈大，反之愈小。
3)涌水强度还和地表水体与巷道间岩层的渗透性能有关。当两者之间分布有足够厚度的完整隔水层时，两者距离虽近，但对矿井涌水并无影响或影响甚微，属于地表水不补给类型。当两者间分布的地层具透水性能，则其透水性愈强矿井涌水量愈大，反之则小。
4)采矿方法的影响，如采用不适当的采矿方法，可改变地层的透水性，甚至会沟通矿井与地表水的通道，形成突水。特别是冒落带达到地表水体的时候，可造成灾害性突水和泥沙冲溃，危害更大。
矿床（坑）充水水源~
大气降水、地表水、地下水、老窑水（老窑、采空区和废弃井巷的积水），均可构成矿坑充水水源，且具有不同的充水特点和影响因素。
（一）以大气降水为主要充水水源的矿床
大气降水渗入是地下水的主要补给来源时，矿床（坑）充水直接或间接地受到大气降水的影响。这里是指主要的、而且是直接受大气降水补给的矿床而言，它与降水特征和地表入渗条件有关。
以大气降水为主要充水水源的矿床，多为矿层（体）埋藏较浅的矿床、充水岩层裸露的矿床、位于分水岭地段的矿床、某些处于包水带中的矿床、露天矿等。
矿坑涌水特征，主要表现在以下几个方面。
1）矿坑涌水动态与当地降水的变化过程一致或具有相似性，常表现出明显的季节性和多年周期性的变化规律。矿坑涌水量在旱季、雨季或枯水年、丰水年相差悬殊，一年中的涌水量最大值在融雪期和雨季，最小值在旱季。矿井最大涌水量出现在丰水年，干旱年最小。突水事故则多发生在丰水年的丰水期。
2）同一矿床，随开采深度增加矿坑涌水量逐渐减少，且其涌水高峰值滞后时间加长。滞后时间一般为数小时至数十日。
3）矿坑（井）涌水量的大小与降水性质、强度、延续时间、入渗条件密切相关。一般来说，连续长时间降中到大雨对入渗有利。入渗条件主要由渗透途径和地形汇水类型决定，渗透途径可分为面状渗入式和集中灌入式两种；地形汇水类型可分为散流地形（如山背、山坡等）、滞流地形（平原、台地等）和汇流地形（如低洼谷地等）三类。若大气降水为面状渗入方式，降水入渗量将受到入渗速率的限制，只有有效降水量对矿坑充水有意义，对于汇流地形中的灌入式通道，矿坑涌水量可随降水强度增大而增加。通常，长时间连续降中雨对入渗有利。汇水条件好、充水层裸露、地表渗透性大的矿区矿井涌水量大，反之则小。
在进行矿床水文地质调查时，要对矿井涌水与降水动态、降水特征和入渗条件等作全面调查研究，寻找其规律性，以指导采矿工作。
（二）以地表水为主要充水水源的矿床
以地表水为主要充水水源的矿床常赋存在山区河谷和平原河流、湖泊、海洋、水库附近或其下。我国许多煤田、金属和非金属矿床就位于这些地区。
根据地表水进入矿坑的方式和强度，可分为四种情况：①地表水不补给者，矿体顶部有较厚的可靠隔水层，矿体与地表水之间无水力联系；②地表水微弱补给者，矿体顶部有弱隔水层，少量地表水可通过此层补给井巷；③地表水渗入式补给者，疏干漏斗以地表水为界，地表水通过渗透通道，能较多地进入井下；④地表水灌入式补给者，疏干漏斗以地表水为界，地表水通过强导水通道溃入井巷，造成灾害性突水。后二者即是以地表水充水为主的矿床，且多为大水矿床。
地表水能否成为矿坑充水水源，关键在于二者之间有无水力联系，即是否存在充水途径（通道）。其充水途径（通道）可分为天然的（如充水岩层和导水断裂等）和人为的（采空区顶板破裂带、疏干排水引起的岩溶地面塌陷等）两类。
地表水作为矿坑充水水源时，它对矿坑的充水程度取决于以下几方面：
1）地表水体的性质和规模。常年性的大水体可成为定水头强大补给水源，使矿坑涌水量呈现大而稳定的特点，且难于疏干；季节性中、小水体，只能定期（雨季）间断补给，矿坑涌水强度随地表水的丰枯呈现季节性变化，且较前者易于疏干。矿坑涌水量通常是增加快、减少慢。
2）地表水体与矿坑的相对位置。地表水体与矿坑的相对位置包括两个方面：①两者位置高程的相对关系，显然，只有位置高程大于矿坑的地表水体，才有可能成为充水水源，矿坑与地表水体的垂直距离愈小，开采时的矿井涌水量愈大；②地表水体和矿坑之间的距离，一般情况下，矿坑距离地表水体愈近，影响愈大，充水作用愈强，矿坑涌水量亦愈大（图12-10）。
图12-10 排水矿坑与河流距离示意图
1—含水层；2—隔水层；3—矿层；4—排水坑道；5—排水水位线
3）矿坑与地表水体之间的岩石透水性。二者之间若为隔水层，一般无影响或影响甚微，若二者之间为透水岩层，则其透水性愈强，矿坑涌水强度愈大，反之则小。在渗透性各向异性的矿区，则在透水性强的方向上影响较快，当两者之间为饱水岩层时，其矿坑涌水动态一般稳定，为非给水岩层时，矿坑涌水动态变化剧烈。另外，要注意采矿方法对地层透水性的影响或改变。
4）采矿方法的影响。依据矿床水文地质条件选用正确的采矿方法开采近地表水体的矿床，其涌水强度虽会增加，但不会过于影响生产；如选用的开采方法不当，可造成崩落裂隙与地表水体相通或形成塌陷，发生突水和泥沙冲溃。
（三）以地下水为主要充水水源的矿床
分布在矿层顶底板和周围的地下水，在矿床开采时可通过某种途径进入矿坑，成为矿坑充水水源。能造成井巷涌水的含水层称为矿床充水层。有些含水层，虽接近矿井，但在天然和开采时其中水皆不能进入井巷，则不属于矿床充水层。依据矿床与充水层的关系，可分为直接充水水源和间接充水水源。直接水源是充水层直接被矿坑揭露，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导水通道才能进入矿坑。当地下水成为主要涌水水源时，其充水特点、强度和规律性如下：
1）矿井涌水强度与充水层的空隙性质（地下水类型）及富水程度有关。一般情况下，裂隙水的充水强度小，孔隙水中等，岩溶水最大。以岩溶水和巨大砾石层中的孔隙水为充水源的矿层，多为大水矿床，且岩溶水充水一般都是来势猛、水量大而稳定，不易疏干。如孔隙层及周围饱含流沙时，可造成流沙冲溃。矿坑或井巷位于富水地段者，其涌水量大，处在弱含水地段的涌水量则小。
2）矿井涌水强度与充水层的厚度和分布面积有关。充水层巨厚、分布面积大者，矿坑涌水量亦大，反之则小。
3）矿井涌水量及其变化与充水层中地下水量的组成（或性质）及水量大小有关。流入矿坑的地下水是由储存量和补给量两部分组成的，储存量的大小决定于充水层空隙中所含的水体积和给水能力；补给量亦地下水径流量，其大小主要决定于含水系统规模和补给条件。若充水水源以地下水储存量为主，则排水初期涌水量大，易突水，之后水量逐渐减少，易于疏干；若充水水源以地下水补量为主，则矿坑涌水量由小到大，而后趋于相对较稳定，不易疏干。
（四）以老窑水（老窑、采空区和废弃的旧井巷中的积水）为主要充水水源的矿床
在我国许多老矿山的浅部，有很多老窑、采空区和废弃的旧巷道，其中往往有大量积水，称为老窑水或老空水。当生产井巷接近或崩落带达到它们时，其中存水便会涌入矿坑（井），成为突水水源。
大多老窑水积水范围不明，连通复杂，水量大，酸性强，水压高。老窑水一般为容积储存量，其充水特征是：水势猛，时间短，破坏性大，另外，老窑水多为酸性水，对井下设备有较强的腐蚀性。尽管老窑突水水量大，但突水量会随时间急剧减少。
例如，山东淄博煤田已有上百年的开采历史，已查清有老窑2200多个。又如，2001年7月17日广西南丹大厂矿区拉甲坡锡矿厂（该矿山所采锡矿含锡量达40%），由于非法开采，以采代探，乱采滥挖，矿工在井下作业时，打通了一有水废旧井巷，导致-105m以下采矿巷道骤然突水，大量涌水在瞬间淹没了相邻的7个矿井和正在作业面上采矿的81名矿工，井下81 名矿工无一生还，全部死亡，直接经济损失达8000 余万元，酿成震惊全国的广西南丹“7 ·17”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，由于矿工违章作业，打通了顶部一存满积水的废弃巷道，导致大水从天而降，发生突水事故，造成矿井被淹、21人死亡的惨剧。
必须指出，矿坑（井）涌水大都是以某种水源为主，接受多种水源补给，因此，调查中要区别出主要水源和次要水源，还要研究采前（自然）水源和采后（人为）水源，以便于提出准确的防治水措施。
矿床（坑）充水强度，一般用矿坑（井）涌水量的数值来衡量。矿坑（井）涌水量的大小，除与充水水源和充水通道的性质和特征有关外，还有一些因素也影响矿床（坑）充（涌）水强度，简述如下。
（一）充水岩层出露和接受补给条件
矿井涌水强度与充水层的出露程度、盖层透水性及与补给水源的接触面积大小有关。一般来说，充水层或含水矿体的出露程度愈高，盖层的透水性愈强，与补给水源接触面积愈大，则矿床充水愈强，矿井涌水量愈大。直接受大气降水补给的矿床和受地下水补给的矿床的充水强度均受这些条件的制约。当然，间接充水层的影响，则与间接充水层与直接充水层的接触面积，即“天窗”有关。
地形也影响矿井涌水量，当矿井高于当地侵蚀基准面时涌水量较小；反之，矿井低于当地侵蚀基准面时涌水量则较大。
综合华北型煤田开采上部几层煤所得到的资料，说明上部煤层的主要充水层是煤系中的薄层灰岩，但由于其出露和接受补给的条件不同，矿井涌水量有很大的变化。图12-16是薄层灰岩的出露和补给条件示意图，分为以下五种情况：①A巷道所处部位的矿床，分布在缺乏侧向补给的山前地带，而且上覆大面积较厚的第四系粘土、粘质粘土层，当其开采疏干时，初期涌水量稍大，而后显著减少，涌水一般在50～200m3/h之间，且季节变化小，随疏干地下水位不断下降，主要是消耗充水层储存量；②B巷道所处部位的矿床，分布在平原地区，基岩充水层与上覆大面积富水的砂砾石含水层直接接触，疏干时可形成充足的补给源，矿井涌水量常达500～1000m3/h，还可导致泥砂冲溃；③C巷道所处部位的矿床，分布在湖水之下，充水层伸入湖底成为水下采矿，开采受长年地表水威胁，如发生突水，则水量大而稳定，既会发生淹井又难于恢复，因而开采时需留足够的安全矿柱和严格控制冒落裂隙的发展高度，以不导致地表水涌入为目标，这类矿床矿井涌水量多在中等以上；④D巷道的充水岩层或矿体直接出露地表，仅接受大气降水补给，这类矿井涌水量一般较小，且随季节变化，疏干时水位下降较快；⑤E巷道处矿床分布在季节性河流的下面，受河水补给，矿井涌水量也呈季节性变化，河流流量的大小直接影响矿井涌水量的多少。
图12-16 充水岩层补给条件示意图
1—片麻岩；2—砂岩；3—砂页岩；4—灰岩；5—开采煤层；6—粘土层；7—黄土；8—砂砾石层；9—地表水位；10—巷道；11—隔、阻水断裂带
上述五种矿井，薄层灰岩充水层在5个（a、b、c、d、e）部位上各自得到补给，矿床充水强度亦各异。
（二）矿床的边界条件
矿床及与之相连含水层的边界条件，主要指侧向边界和顶底板条件。边界的形态及透水或隔水性质，对矿床地下水的补给量大小有控制作用，对未来矿井涌水量大小也起主要控制作用。要求在矿床水文地质调查阶段予以查明。
1.矿床的侧向边界条件
矿床侧向边界性质（供水或隔水）、分布状态及其封闭程度，是影响矿井涌水量大小的重要因素，应调查清楚。供水边界矿坑涌水量大而稳定，隔水边界时，矿坑涌水小，易疏干。
2.矿床顶底板的隔水或透水条件
1）矿床及其直接顶底板的隔水或透水条件：这是影响矿床充水强度的关键性因素之一。一般来说，顶底剖面边界有4种情况：①直接顶底板均是可靠隔水层，基本无外部水补给；②底板隔水（q=0），矿体或直接充水层仅能获得大气降水或地表水通过透水盖层或“天窗”补给；③顶板隔水（降水补给为零），仅通过弱透水底板产生越流或直接补给；④顶板及底板均由强或弱透水层构成。
2）顶底板的隔水能力：当为间接水源时，顶底板的隔水能力是影响矿床充水强度的最主要因素。顶底板的隔水能力主要取决于隔水层的岩性、隔水层的厚度和稳定性、隔水层的完整性和抗张强度等。如隔水层的岩性致密、厚度大、完整性好则隔水能力强，反之，在其变薄、缺失或破碎等抗张强度降低的地段隔水能力弱，矿坑涌水量会增加。
（三）地质构造条件
地质构造的类型、规模和分布，对矿床充水强度亦起制约作用。构造类型（褶皱或断裂）不同，则充水层的空间位置、分布面积、补、径排条件皆有差异，矿床充水强度也必随之而异。即使同一类型的构造，其规模大者充水强；规模小者，水量小且易疏干。即使同一构造中分布的矿床，由于矿井所处的部位不同，涌水量也各异，如同一大型承压水盆地构造，处在盆地边缘的矿井涌水量常较处在中心深部的矿井涌水量大，而处在裂隙和岩溶极不发育地段的矿井，涌水量甚微。
（四）地震的影响
一般规律是：矿区地下水位与矿井涌水量，震前下降，震时突升，震后逐渐恢复。地震时，矿井涌水量变化幅度，与地震强度成正比，与震源距离成反比。
矿坑及地下工程涌水量预测
答：如大气降水为主要补给源的分水岭裸露型充水矿床;北方岩溶区泉排型泉域内的岩溶水充水矿床;南方岩溶区地下暗河为主要充水水源的矿床;丘陵山区河谷盆地中以河水为主要充水水源的砂矿床等。 水量均衡法最大的缺陷是:不能对矿床开采后的...
矿井充水途径及其特征
答：这两种裂隙通道会导通砂岩含水层水进入矿井，特别是当煤层开采形成的导水裂隙带高度较大时，还有可能导通第四系孔隙水和地表水，造成矿井突水。采煤工作面回采后顶板冒落所形成的垮塌，裂隙属典型的采矿扰动类导水通道。矿床...
水文地质二类一型是什么意思
答：水文地质二类一型是意思是以裂隙含水层煤层，位于地下水以上或季节变化带内，以大气降水为主要充水水源的矿床。1、根据相关公开信息显示水文地质勘查类型划分为三类。2、第一类：以孔隙含水层为主的矿床，称为孔隙水矿床。3...
矿井水文地质
答：与二1煤层间无稳定水力联系,对二1煤层的开采影响不大,但在隐伏露头地段,当开采煤层后形成的冒落破碎裂隙带与该含水层沟通时,则构成直接充水水源。 2.二1煤层顶板砂岩裂隙含水层 二1煤层以上60m范围内,为煤层采动后的冒落破裂...
矿坑充水通道(充水途径)
答：各类断裂的充水作用,可归纳为以下5个方面: 1)构成矿坑的直接水源(如富水断层、导水断层)。 2)破坏顶、底板隔水层的连续性,沟通其上、下充水岩层,使之与矿坑或地表水体之间发生水力联系,成为地下水或地表水的充水途径。 3)使充水...
以老窑积水为充水水源的矿床
答：2010年3月28日，山西王家岭煤矿在施工中揭露老窑水，发生突水事故，30余名矿工遇难。上面分别介绍了矿床充水的水源。必须指出，矿井涌水大都是以某种水源为主，接受多种水源补给的，因此，调查中要区别出主要和次要水源，...
水文地质特征
答：5.3.3.1 矿井的充水水源 (1)大气降水、地表水 大气降水、地表水均是井田内地下水的主要补给来源,它们分别通过基岩裸露区及风化带渗入补给,并顺层径流。但在此地区受地形及基岩裂隙发育程度的控制,补给量有限。 大气降水:本区属大陆性...
与采煤相关的岩溶水环境问题
答：根据统计,底板岩溶水占矿井排水量的75%左右。当矿井开采深度较浅时,第四系孔隙水和煤层顶板砂岩裂隙水(包括风化带裂隙水)是矿井主要充水水源;当矿井开采深度较大时,底板岩溶水是矿井主要充水水源。矿区断层构造发育,煤层底板石炭系薄层灰...
矿床的边界条件
答：2)顶板为隔水层，降水补给为零，仅通过弱透水底板产生越流补给疏干含水层者;3)具备上述两种补给源者。(2)顶底板的隔水能力 当矿体上面或下面有强含水层或地表水分布时，则顶底板的隔水能力是影响矿床充水强度的最主要...
以下不属于充水矿床的选项是( )。
答：将充水矿床划分为三类：第一类以孔隙含水层充水为主的矿床，简称孔隙充水矿床；第二类以裂隙含水层充水为主的矿床，简称裂隙充水矿床；第三类以岩溶含水层充水为主的矿床，简称岩溶充水矿床。
