礦井水災防治及水體下安全采煤

作者：佚名 2007-04-03 17:07 來源：不詳

一、地下水的基本知識
（一）自然界中水的循環
自然界中的水：
1、大氣水：水蒸氣、雲、霧、雨、雪和冰雹；
2、地表水：河流、湖泊、海洋、冰雪；
3、地下水：保存在地下岩石的空隙、裂隙及岩溶中的水。
自然界中的水在太陽輻射熱和重力的作用下不斷地循環著。從海洋、河流、湖泊的表麵，岩石的表麵及植物的葉麵上蒸發，變成水汽上升至大氣圈中。在高空凝結，形成不同形式的降水而降落到地麵。降落下來的水一部分就地蒸發，一部分通過地表和地下徑流的形式回歸到海洋、河流、湖泊中。
（二）岩石的空隙性和透水性
1、岩石的空隙性
（1）孔隙：岩石顆粒之間存在的空隙。孔隙以孔隙度(n)表示。

顆粒大小均勻，孔隙度大；大顆粒之間空隙充填有較小顆粒，孔隙度小。沉積岩孔隙度一般為10%，礫岩和充填膠結差的砂岩可達20%30%或更大。
（2）裂隙：堅硬岩石受地殼運動作用，產生各式各樣的裂縫，稱為裂隙。
（3）岩溶：地下水溶蝕了某些可溶性岩石（如石灰岩、石膏、岩鹽）後，在岩石中形成了洞穴，稱為岩溶溶洞。
2、岩石的透水性
岩石能使水透過本身的性能，稱透水性。根據岩石透水性的大小，岩石可分為透水岩石和不透水岩石。
砂、礫石、礫岩以及裂隙與岩溶比較發育的岩石（砂岩、石灰岩）為透水性岩石；粘土及裂隙不發育的岩石（如頁岩）為不透水岩石。
岩石的透水性是相對的。在普通壓力下為不透水岩石，在高壓力下可能是透水性岩石。
介於透水與不透水之間的岩石為半透水性岩石，如亞粘土和亞砂土等。
岩石透水性的大小，用滲透係數表示。(見圖1)

滲透係數是水力坡度為1時的滲透速度。測得太原組石灰岩含水層滲透係數平均為4.792×10 ^-6m/s（0.414m/d）;本溪組石灰岩含水層滲透係數平均為1.446×10 ^-6m/s(0.125m/d)。
3、透水層與不透水層；含水層與隔水層
能夠透水或透水性強的岩石，稱為透水層，如石灰岩，白雲岩，空隙度大的礫岩和砂岩。充滿了地下水的透水層，稱為含水層。
不能透水或透水性差的岩石，稱為不透水層或隔水層，如粘土，頁岩，裂隙少的岩漿岩。
根據滲透係數K(m/d)的大小，岩石透水性可分為五級：1、極強透水性岩石（K>10）；2強透水性岩石(K=10-1)；3、中等透水性岩石(K=1-0.01)；4、弱透水性岩石(K=0.01-0.001)；5、極弱透水性或不透水性岩石(K<0.001).
幾種岩石的滲透係數見表1。
表1 幾種岩石的滲透係數

（三）地下水分類及其特征
1、潛水與承壓水
潛水：地下第一個穩定隔水層以上含水層中的地下水，是具有自由表麵的重力水。潛水水麵至地表有一定距離。潛水由高位向低位流動，又稱無壓水。（見圖2）

承壓水：承壓水是充滿於兩個隔水層之間的含水層中的重力水，又稱為自流水。承壓水形成條件是向斜構造和單斜構造：Ⅰ區為補水區，位置較高，接受大氣降水或地表水的補給，滲入地下沿含水層流動，；Ⅲ區為排泄區，位置較低，以泉的形式出露於地表；補水區與排泄區之間的Ⅱ區，充滿具有靜壓力的地下水，就是承壓水。由於充滿於兩個隔水層之間的地下水具有壓力，鑽孔通過隔水層後，地下水便湧入孔內，不斷上升，有可能噴出至地表。（見圖3）

2、降壓漏鬥的概念（見圖4）
在潛水（或承壓水）井中抽水，水位下降，程漏鬥形，直到形成穩定的降壓漏鬥為止。
潛水井湧水量（即井的排水量）計算公式為：

（四）地下水的化學成分
自然界有許多岩石（如石灰岩、白雲岩）都溶於水，因此地下水不是化學純水，而是複雜的溶液。已發現有幾十種元素。
離子狀態：陰離子Cl^-、SO₄^--、HCO₃^- 陽離子Na⁺、K⁺、Ca⁺⁺、Mg⁺⁺ 化合物狀態：Fe₂O₃、Al₂O₃等
氣體狀態： N₂、O₂、CO₂、CH₄、H₂S等
以主要陰陽離子來表征地下水的化學類型。若地下水主要陰離子成分為HCO3-、陽離子為Ca++ 時，稱為重碳酸鈣型水；若地下水主要陰離子成分為SO4--、陽離子為Na+ 時，稱為硫酸鈉型水。
反映地下水化學性質常用指標有以下幾個：
1、水的總礦化度（礦化度）
單位體積水中所含的離子、分子和各種化合物的總量稱為水的總礦化度，以克/升來表示。它表明水中含鹽分的多少。礦化度高，說明地下水的循環條件差；礦化度低，說明地下水的循環條件好。按總礦化度大小，可將地下水分為以下幾類：（見表2）