礦井水災(zāi)防治及水體下安全采煤

一、地下水的基本知識(shí)
（一）自然界中水的循環(huán)
自然界中的水：
1、大氣水：水蒸氣、云、霧、雨、雪和冰雹；
2、地表水：河流、湖泊、海洋、冰雪；
3、地下水：保存在地下巖石的空隙、裂隙及巖溶中的水。
自然界中的水在太陽輻射熱和重力的作用下不斷地循環(huán)著。從海洋、河流、湖泊的表面，巖石的表面及植物的葉面上蒸發(fā)，變成水汽上升至大氣圈中。在高空凝結(jié)，形成不同形式的降水而降落到地面。降落下來的水一部分就地蒸發(fā)，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）巖石的空隙性和透水性
1、巖石的空隙性
（1）孔隙：巖石顆粒之間存在的空隙?？紫兑钥紫抖?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。沉積巖孔隙度一般為10%，礫巖和充填膠結(jié)差的砂巖可達(dá)20%30%或更大。
（2）裂隙：堅(jiān)硬巖石受地殼運(yùn)動(dòng)作用，產(chǎn)生各式各樣的裂縫，稱為裂隙。
（3）巖溶：地下水溶蝕了某些可溶性巖石（如石灰?guī)r、石膏、巖鹽）后，在巖石中形成了洞穴，稱為巖溶溶洞。
2、巖石的透水性
巖石能使水透過本身的性能，稱透水性。根據(jù)巖石透水性的大小，巖石可分為透水巖石和不透水巖石。
砂、礫石、礫巖以及裂隙與巖溶比較發(fā)育的巖石（砂巖、石灰?guī)r）為透水性巖石；粘土及裂隙不發(fā)育的巖石（如頁巖）為不透水巖石。
巖石的透水性是相對(duì)的。在普通壓力下為不透水巖石，在高壓力下可能是透水性巖石。
介于透水與不透水之間的巖石為半透水性巖石，如亞粘土和亞砂土等。
巖石透水性的大小，用滲透系數(shù) 表示。(見圖1)


滲透系數(shù)是水力坡度為1時(shí)的滲透速度。測(cè)得太原組石灰?guī)r含水層滲透系數(shù)平均為4.792×10^-6m/s（0.414m/d）;本溪組石灰?guī)r含水層滲透系數(shù)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(qiáng)的巖石，稱為透水層，如石灰?guī)r，白云巖，空隙度大的礫巖和砂巖。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巖石，稱為不透水層或隔水層，如粘土，頁巖，裂隙少的巖漿巖。
根據(jù)滲透系數(shù)K(m/d)的大小，巖石透水性可分為五級(jí)：1、極強(qiáng)透水性巖石（K>10）；2強(qiáng)透水性巖石(K=10-1)；3、中等透水性巖石(K=1-0.01)；4、弱透水性巖石(K=0.01-0.001)；5、極弱透水性或不透水性巖石(K<0.001).
幾種巖石的滲透系數(shù)見表1。
表1 幾種巖石的滲透系數(shù)


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


承壓水：承壓水是充滿于兩個(gè)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(gòu)造和單斜構(gòu)造：Ⅰ區(qū)為補(bǔ)水區(qū)，位置較高，接受大氣降水或地表水的補(bǔ)給，滲入地下沿含水層流動(dòng)，；Ⅲ區(qū)為排泄區(qū)，位置較低，以泉的形式出露于地表；補(bǔ)水區(qū)與排泄區(qū)之間的Ⅱ區(qū)，充滿具有靜壓力的地下水，就是承壓水。由于充滿于兩個(gè)隔水層之間的地下水具有壓力，鉆孔通過隔水層后，地下水便涌入孔內(nèi)，不斷上升，有可能噴出至地表。（見圖3）

2、降壓漏斗的概念（見圖4）
在潛水（或承壓水）井中抽水，水位下降，程漏斗形，直到形成穩(wěn)定的降壓漏斗為止。
潛水井涌水量（即井的排水量）計(jì)算公式為：


（四）地下水的化學(xué)成分
自然界有許多巖石（如石灰?guī)r、白云巖）都溶于水，因此地下水不是化學(xué)純水，而是復(fù)雜的溶液。已發(fā)現(xiàn)有幾十種元素。
離子狀態(tài)：陰離子Cl^-、SO₄^--、HCO₃^-
陽離子Na⁺、K⁺、Ca⁺⁺、Mg⁺⁺
化合物狀態(tài)：Fe₂O₃、Al₂O₃ 等
氣體狀態(tài)： N₂、O₂、CO₂、CH₄、H₂S等
以主要陰陽離子來表征地下水的化學(xué)類型。若地下水主要陰離子成分為HCO3-、陽離子為Ca++ 時(shí)，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(shí)，稱為硫酸鈉型水。
反映地下水化學(xué)性質(zhì)常用指標(biāo)有以下幾個(gè)：
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(huán)條件差；礦化度低，說明地下水的循環(huán)條件好。按總礦化度大小，可將地下水分為以下幾類：（見表2）

2、 氫離子濃度(pH值)
pH值是水中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值：
pH=-lg H+ 
當(dāng) pH＝7時(shí)，說明水為中性； pH7時(shí)，說明水呈酸性反應(yīng)；
當(dāng) pH>7時(shí)，說明水呈堿性反應(yīng)。根據(jù)pH，可將地下水分為五類：
（見表3）

3、 水的硬度
地下水的硬度大小取決于Ca++ 和Mg++ 的含量。硬度又有：總硬度（Ca＋＋ 、 Mg＋＋的總含量）、暫時(shí)硬度（沸騰后 Ca＋＋ 、 Mg＋＋ 沉淀量）和永久硬度（沸騰后 Ca＋＋ 、 Mg＋＋ 不沉淀量）。根據(jù)總硬度，可將地下水分為五類：極軟水、軟水、弱硬水、硬水和極硬水。

123