谈谈矿坑充水的类型及充水条件

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谈谈矿坑充水的类型及充水条件

钱 小 鄂

一、矿坑水的形成条件

矿山井巷的涌水现象及其过程称为矿坑充水。凡是涌入矿山井巷系统的水，称为矿坑水。矿坑水的涌入特征（方式）、水量大小及其动态，决定于矿坑水的形成条件，即一般所指的矿坑充水条件。只有查明矿坑充水条件，才能有效地防治和合理地利用矿坑水，因此，矿坑充水条件的分析，乃是矿床水文地质学的核心内容。

矿坑充水条件决定于一系列的自然因素和人为因素．综合分析这些因素，可将矿坑充水条件概括为两大方面，即充水水源和充水途径（通道），二者有机的结合，水才能进入矿坑形成矿坑水。如图l——1所示．

矿层深埋地下，上覆巨厚稳定的隔水层，河流从切断矿层的断层带上流过．若断层为导水性质，则河水可通过断层带进入矿坑，成为该矿的充水水源，而断层构成充水途径；若断层不具导水性质，即没有充水途径，河水也不能构成充水水源。可见充水水源和充水途径必须结合起来分析，才有实际意义．

（一）矿坑充水水源

大气降水、地下水、地表水、老窑积水等均可成为矿坑充水的水源、下面将分述各水源的特征及其影响因素。

1、大气降水

大气降水是地下水的主要补给来源，因此多数矿床的矿坑充水条件都直接或间接受大气降水的影响。但这里所指的是直接影响，即大气降水本身成为矿坑主要的、甚至唯一的充水水源。以大气降水为主要充水水源的矿床有：位于地势低洼地带的浅埋矿床；处于分水岭和地下水位季节变化带以上的矿床。这些矿床在开采过程中矿坑涌水量的大小和动态受降水特征及入渗条件控制，往往表现为以下特点：

1）矿坑涌水量的动态与当地降水变化过程相一致，具有多年的季节性变化和多年的周期性变化。

首先。矿坑涌水量的年动态曲线反映降水的水量分布特征。广西因具有季风气候的特点，降水量在一年中分布不均,形成明显的雨季和旱季。使矿坑涌水量也相应地产生季节变化，即旱季相对较小而且稳定，通常被视为矿坑正常涌水量；雨季大量且迅速的增加，对矿井造成严重威胁。可见以大气降水为直接充水水源的矿井，预测雨季最大涌水量及采取相应的雨季防洪措施乃是矿山生产的重要问题。

其次，矿坑涌水量的多年动态曲线，反映出年最大矿坑涌水量的大小受年降水量大小的控制。由于年降水量的大小有多年的周期性变化，不同年份年降水量的数值差异较大，在多年系列中，丰水年平水年和枯水年可相间交替出现，使矿坑最大涌水量亦相应呈现出多年的周期性变化。矿坑涌水量的季节变化系数※可在很大范围内变动,水量之差可达几十倍甚至更多。

l       矿坑涌水量的季节变化系数（n）=（一年中最大的矿坑涌水量/同年中正常矿坑涌水量）

一般认为：年降水量大于当地多年平均年降水量的年份为丰水年，其季节变化系数都较大；年降水量小于当地多年平均降水量相近的年份为平水年，其季节变化系数介于丰水年和枯水年之间.

2)
、 矿坑涌水量的大小及动态是降水強度、降水分布連续性及入渗条件的综合反映。

大量的矿坑排水资料表明, 矿坑涌水量的大小不仅与降水量的大小有关, 而且与降水強度、降水的连续性有关. 因为降水的强度及分布具有随机性, 同类型年份不同时期的同量降雨所引起的最大矿坑涌水量可以有很大的差异. 通常, 在时间上分散而不连续、强度又不大的小雨, 其降水量仅能湿润包气带和消耗于蒸发, 对矿坑充水无大的影响; 强度与就地入渗率相适应的降水, 延续时间赿长, 矿坑涌水量的增值越大. 在裸露岩溶区, 暴雨形成的地表迳流可以通过落水洞流入与矿坑相通的地下河, 从而造成矿坑涌水量突增, 造成矿坑突水. 这是裸露岩溶区矿区水文地质的重要特征.

降水的入渗速率则取决于入渗条件，因而矿坑涌水量的大小和动态是当地大气降水的特征与降水入渗条件相结合的反映。入渗条件主要包括两个方面：一个方面是指入渗通道。根据通道性质，可分为渗入式和灌入式：另一个方面是指地表汇水条件,地表汇水条件受地形控制,依地表汇水条件,可分为汇流地形(低洼谷地)、滞留地形（坡度小，起伏不大的平原台地）和散流地形（坡度大、切割强力的山脊和山坡）。不同的的通道和地形相结合，构成不同的降水入渗条件。一般汇流地形中的集中灌入(如前述的地表水通过落水洞进入地下含水层)是大气降水对矿坑充水的最有利条件，而散流地形中的渗入式通道则不利于大气降水的充水作用。因此不同矿区甚至同一矿区的不同采区，由于入渗条件不同，雨季矿坑涌水量可能会有不同的大小和动态。

由上述可见，对以大气降水为主要充水水源的矿床，主要应在矿井水文地质工作中注意系统观测多年的矿坑涌水量动态，特别是在雨季及其前后一段时间，至少要在一定的年份（包括丰水、平水及枯水年在内的两个以上的周期）内逐日进行观测，同时研究降水的分布、强度及入渗条件，从而分析矿坑涌水量与年降水量、雨季集中降水量、单位时间的降水量、一次连续的降水量等之间的相关关系，以便确定和掌握它的统计规律性。

２、地下水

地下水往往是最主要的直接充水水源。某一含水层中的地下水成为矿坑充水水源时，则此含水层称之为充水岩层。

地下水的充水作用和特点决定了以下几个方面：

1）充水岩层的岩性及空隙（孔隙、裂隙、岩溶）发育特征。充水岩层的岩性及其空隙性质和发育规律是决定矿坑充水条件的内在因素，关于这一点将在后面论述。

2）充水岩层中的地下水性质及其水量的大小。流入矿坑的地下水包括两个性质完全不同的组成部分：一部分在矿床水文地质中习惯上称为静储量，即指充水岩层空隙中所储存的水体积，其大小决定了充水岩层的储水和给水能力。另一部分在矿床水文地质中习惯上称为动储量，即指充水岩层获得的补给水量，该水量是以一定的补给和排泄为前提，以地下径流的形式，在充水岩层中不断地进行着水交替，它的大小主要决定于补给条件。充水岩层的补给条件可从岩石的透水性和边界条件这两个方面来考虑。岩石透水性决定充水岩层本身接受补给的能力，所以是前提条件。边界决定提供补给来源的条件，它包括上、下边界和周边界。前者不仅指充水岩层与上、下含水层的联系程度，其中上边界尤其指含水层的出露程度，反映直接接受大气降水入渗补给的条件；后者即指充水岩层与区域地下水的联系，反映接受侧面补给的条件。岩层透水性必须与一定的补给边界相结合，才能构成动态补给量。

若矿坑充水 水源以储存量为主，则矿坑充水的特点是：初期矿坑涌水量相对较大，随着排水的延续，逐渐减小，矿床容易疏干；若矿坑充水水源以动态补给量为主，则矿坑涌水量相对比较稳定， 矿床不易疏干。可见查清矿坑充水水源的性质具有重要意义。

无论是充水岩层储存的水量还是获得补给的水量，要转化为矿坑水，都需要有进入坑道的途径。地下水进入坑道的途径视充水岩层与矿体（层）组合关系及开采方式而异，一般可有以下两种情况：

1 ）开采矿体（层）不可避免地要揭露含水层,则地下水直接通过被揭露的空隙流入矿坑。如广西广为分布的与碳酸盐岩岩溶含水层相关的矿床(如铅锌矿), 以及其他的可溶岩如矽卡岩型金属矿体的围岩水(后者典型矿床如油麻坡钨矿)；层状矿床直接顶底板岩层中的地下水；竖井开采缓斜矿层时，矿层以上的含水层中的地下水等。

2）开采矿体（层）不直接揭露含水层。地下水只在特定条件下通过局部导水通道进入矿坑。局部导水通道可以是天然的，如构造断裂带；也可以是开采中产生的，如坑道下（或侧方）承压含水层突破隔水底板（或围岩）的薄弱带，或采空区顶板陷落产生的冒落带和导水裂隙带。

因此在分析地下水的充水作用时，不仅要研究天然状态下含水层与矿坑的联系通道，还要评价开采条件下对含水层和隔水层的破坏，并探讨如何保护或创造地下水与坑道隔离的条件。

3、              地表水（包括江河、湖泊、海洋、水库等）

流经矿区或矿区附近的地表水，当和矿坑或充水岩层具有水力联系时，就能成为矿坑充水水源。

地表水体能否成为矿坑充水水源，关键在于有无充水途径，即地表水与矿坑之间有无直接或间接的联系通道。这种通道可以是天然的,如通过充水岩层或导水断裂带等。也可以是人为采矿所引起的破坏通道。

当地表水成为矿坑充水水源时，它对矿坑充水的影响程度决定于以下因素：

1）地表水体的性质和规模

常年性的大水体，可成为定水头补给源，使矿坑涌水量呈现出大而稳定的特点，不易疏干，淹井后很难恢复（合山煤矿最为典型）；季节性水体只能定期（雨季）间断补给，矿坑涌水量大小随季节变化，受大气降水特征控制，但涌水量动态与同条件下仅受大气降水渗入（灌入）补给的矿坑相比，有一定的差异，主要表现在雨季涌水量增减速率不同，即增加快减少慢。特别是位于地表集水面积较大的河谷中下游的矿坑更为显著，这是因为矿床本身不仅提供了良好的入渗条件，而且还汇集上游集水面积内、由降雨转化为地表径流的部分，从而增大了降雨的影响强度和延长了降雨影响时间。与大气降水直接补给为主的矿坑涌水量动态相比，雨季变幅相对增强，雨后衰减过程相对减缓。

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。一个方面是指二者所处的相对高程关系，只有当地表水体所处的高程相对大于矿坑所处的高程时，地表水才能进入矿坑。另一个方面是指二者之间的相对距离。对于均质的透水岩层来讲，一般情况下，矿坑距离地表水体越近，其涌水量越大，如湖南某矿区，距河下50米深的矿坑涌水量为132—360m3/h．其中76—81%为河水补给；在深部125一250米处，坑道涌水量则减为11一17m3/h，河水几乎没有影响。又如图1－4所示：矿层及充水岩层为水平产状，河水（视为定水头）通过河谷中的砂砾石层与充水岩层发生水力联系，位于同一水平坑道的a、b、c处、随着与河谷之间距离（Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc）的缩短，其水力坡度逐渐增大，因而其矿坑涌水量（Qa、Qb、Qc）也相应增大。

图l—4排水坑道与河流距离示意图

                            I一含水层；2一隔水层；3一矿层；4一排水坑道；5一排水水位线。

3）、矿坑与地表水体之间的岩石透水性

岩石的透水性控制了疏干排水影响的范围和入渗水量的大小。如果地表水体和矿坑之间为相对隔水的岩层，即使离地表水较近．也可能对矿坑充水毫无影响(关于这方面的研究, 前人巳做过很多试验)；相反若地表水体与矿坑之间为透水性强的岩层，两者虽距离较运，也可影响矿坑充水。由于基岩透水能力的各向异性，同一矿坑的不同方向上，可相差很大，因此位于不同方向的地表水体，其充水作用也可不同。如某矿区，由于主要充水岩层茅口灰岩的岩溶呈条带状发育，矿坑排水时顺条带方问上可扩展很远，而垂直条带方向上的相邻地段水位可不受影响。这是岩溶发育不均匀性的典型表现。由此可见研究地表水体与矿坑之间的岩石透水性是确定地表水体充水意义的关键。

4、老窑积水

我国是一个采矿历史悠久的国家，加上前几年无序的掠夺式的开采，使一些多年开采的矿区，老窑特别多。夏季多雨的条件使老窑容易积水，且不易排空。因此老窑往往成为矿床浅部的巨大积水空间，或大气降水灌入坑道的途径。掘进坑道或回采矿体遇到老窑时就会发生突然涌水。南丹大厂矿区的7.17矿坑突水亊件就是井巷掘进遇到了旡序分布的积水坑道,50米高的水头压力击穿了坑道底不足1米的底板岩层, 强大的水压力不仅造成重大的人员伤亡, 铺设的轨道也扭曲变形。 又如江西某矿井，本来巷道掌子面上全部干燥无水，但在一次放炮爆破岩层后，揭穿了一老窑，1000米3积水突然涌出，不到十分钟，淹没斜井，造成人身事故。我区百色煤田，通常被认为矿坑涌水量很小的矿床。但这也不能因此就忍为不会发生矿坑突水，2008年7月21日的透水事故，造成30多人死亡。也是老窿突水所为。

（二）矿坑水的汇集条件和充水途径

1、地形条件

地形直接决定矿坑水的汇集条件和排泄条件，因此是矿坑充水程度和疏干难易程度的主要控制因素，其中当地（矿床所在水文地质单元内）最低排泄基准面（经常性排泄地下水的标高）与矿体埋藏标高的相对关系是决定矿坑充水条件的因素。根据当地最低排泄基准面与矿体埋藏标高的相对关系，可将矿床分为两大类：

l）．埋藏于当地最低排泄基难面以上的矿床：这类矿床一般分布在山区分水岭和斜坡地带，地形不利于矿坑充水水源的汇集，而有利于矿坑自然排水，大气降水往往成为主要充水水源，矿坑正常涌水量较小。雨季短期增大，因此矿床水文地质条件基本上是简单的。这类矿床在广西分布普遍, 尤其是小型山,即使围岩是岩溶强烈发育的灰岩，坑道平时也多干燥无水或仅有少量渗水并可自然排泄，仅雨季需要防洪。

2）．埋藏于当地最低排泄基准面以下的矿床：这类矿床一般位于山前平原和山间盆地中，地形有利于矿坑充水水源的汇集，而不利于矿坑排水，且常有地表水的影响，矿坑涌水量相对较大、较稳定，矿床水文地质条件相对复杂。

2、构造断裂

由构造断裂形成的断层破碎带，往往具有较好的透水性，成为矿坑充水的良好通道，巨大的断裂含水带本身还可构成重要的充水水源。如广东大降坪矿区的F4断裂带，富水性好。该矿矿坑充水中，就有F4断裂带作为充水水源与充水途径的双重作用。

构造断裂对矿坑充水条件的影响视其水文地质特征而异。通常认为，构造断裂的水文地质特征与断裂的力学性质有关，不同力学性质的断裂其透水性可不同，故有张性断裂透水性较强，压性断裂透水性较弱，扭性断裂透水性介于二者之间的说法。但实际情况往往比这种单纯力学分析要复杂得多，同一力学性质的断裂，由于各种原因，例如：

（1）断裂面上正应力的性质和大小不同；

（2）属于不同的体系，或同一体系的不同序次；

（3）后期遭受构造运动的规模和次数不同；

（4）后期外来物质的充填和胶结程度不同；

（5）两盘岩石的力学性质不同。

均可导致同类断裂在透水性上的差异。根据大量实际资料的综合对比，我们认为，两盘岩性是决定断裂带水文地质特征的内在因素。一般来说，断裂带的透水性往往与两盘岩石的透水性相一致。岩石依其力学性质可分为软柔性岩（如页岩、泥灰岩、凝灰岩等）；硬脆性岩（如石英岩、硅质岩）和脆性可溶岩（如石灰岩、白云岩、石膏）等。若两盘均为软柔性石时，压性和压扭性断层常常具不透水性质，而张性断层有可能具弱透水性；若两盘均为硬脆性或脆性可溶岩时，断裂带多数具有透水性质；若两盘岩性不同，断层带的透水性也比较复杂，要根据断层的力学性质、两盘岩石的组合情况、及断层面倾角等因素具体分析。对于压性断层，当错动范围内软柔性岩层所占比例越大，断层面的倾角越小时，透水性相对越差，反之则强。地层没有经过明显位移的挤压破碎带，一般仅在硬脆性或脆性可溶岩层中出现；处在同一应力作用下的相邻软柔性岩层，往往以侧向压密或更大范围内的柔皱形变为特征，因而这种破碎带越发育，透水性就越差。

规模（走向长度、断距）较大的断层，两盘岩石在走向和倾向上均可能出现各种不同的组合情况，因而使同一断层的透水性沿走向和倾向出现复杂多变的情况。即使发育在同一岩性地层中，其不同部位，或由于岩层本身透水性的不均一；或由于断裂带的后期充填和构造岩的胶结程度不同，透水性也有强弱之分。某些基性火山岩、浅变质岩，特别是石灰岩、大理岩，还具有在地表浅部显脆性、在深部围压较大时显柔性的特点，因而分布在这些地区、规模较大的断层，其透水性往往随深度增加而减弱。

为了说明岩性对断裂透水性的控制作用，以及其他因素的综合影响，现以广东凡口矿区F4断裂带为例来进行分析。

凡口矿区F4断裂带是一条规模较大的压性断层，已控制的长度为2200米，断距176—340米，并经后期多次构造运动的影响。为了准确评价F4断裂带的透水性，该矿区在勘探阶段曾进行大量的水文地质工作（图l—6），证实F4断裂带的透水性，沿走向和倾向均有变化。

在走向上通过不同岩性地段时透水性不同。北部B24孔抽水延续43小时，水位降深达18．24米，相距164米的301观测孔水位却毫无变化，且二者静止水位高差达54．65米，说明F4断层通过上泥盆帽子峰组砂页岩相对隔水地层段是不透水的。B19号双主孔抽水时，断层两侧的观测孔水位均随主孔水位升降而变化，说明灰岩中的断层带是透水的，但受岩溶发育程度不均一的影响，断层带的透水性大小从北往南有减弱趋势，钻孔的单位涌水量由6．06升／秒·米依次递减为0．8升／秒·米和0．1升／秒·米，这与两侧正常地层的岩溶发育程度减弱趋势一致。

在倾向上断层带透水性随深度增加而减弱，表现在浅部坑道遇断层带时，有较大的涌水现象，涌水量可达23升／秒；而在地表160米深度以下，破碎带胶结较好，透水性显著减弱，钻孔单位涌水量小于0．0014升／秒·米，所以一40米标高以下各中段坑道通断层带仅见滴水现象。

从上述F4断裂带的实际资料可知，对断裂带的透水性评价，必须在查明两盘岩性的基础上，分段进行研究和分析，才能得出正确的结论。

根据断裂的水文地质特征，可分为富水、导水、储水、阻水和无水等五种类型（表l一5）。不同类型断裂对矿坑充水所起的作用不同．综合各类断裂的充水作用，可归纳为以下五个方面：

表1断层按水文地质特征的分类

类型	水文地质特征及意义	力学性质	两盘岩性
富 水 断 层	1、  断层破碎带具有较大的储水空间，其透水性大于两侧正常岩层的透水性。 2、  主要起汇集两盘含水层中地下水的作用，并有较充足的补给水源。	各种力学性质的断层	单一厚层脆性可溶岩
		张性及张扭性	单一厚层硬脆性岩层
导 水 断 层	1. 透水性强，但本身储水空间不大。 2.主要起沟通所切穿的各含水层之间，或含水层与地表水体之间水力联系的作用。	张性及张扭性	各种岩性岩层的互层
储 水 断 层	与周围含水层（或含水带）没有水力联系，或联系很弱，自成孤立的脉状含水带，在地形相对高差大的地段，可具有较高的压力水头。	张性及张扭性	硬脆性或软柔性岩层
阻 水 断 层	断盘阻水：一盘不透水，形成天然的地下挡水帷幕，一盘透水，形成富水带。	所有力学性质的断层	一盘为硬脆性岩层，一盘为软柔性岩层
	构造岩阻水：1、不透水的糜棱岩、断层泥。2、后期充填的岩脉，或被粘土物质胶结的角砾岩，起切断两侧地下水联系的作用。	1、  压性及压扭性 2、  张性及张扭性	1、  硬脆性岩层或薄层脆性可溶岩与软柔性岩层的互层。 2、  除与1相同外，还包括单一的厚层脆性可溶岩。
无水 断层	仅断裂风化带有少量带状裂隙水，整体为不透水。	各种力学性质的断层	均为软柔性岩层

1)、构成矿坑的直接充水水源：富水断层和储水断层都可起这种作用。但富水断层可成为经常性的稳定充水水源。储水断层仅可成为突发性充水水源，当被坑道揭露时，会发生突然涌水。如某矿井挖斜井时，遇一储水的张性断裂，开始由炮眼射出。远达3米，但数月后即干枯。
2)、破坏顶、底板隔水层的连续性，沟通顶底板上、下含水层，使含水层与矿坑，或地表水与充水岩层之间发生水力联系，成为地下水或地表水进人坑道的途径。当导水断层和强含水层或大的地表水体有水力联系时，坑道一旦接近或揭露它，可造成突水事故．

3)、使含水层与矿层接近或直接接触。如华北石炭二迭系煤田；常常由于断层的错动，把底部奥陶系灰岩岩溶含水层抬高到与可采煤层接近或直接接触的部位，因而易引起严重的突水事故。

4)、降低隔水顶底板岩层的力学强度，形成突水的薄弱带。国内外矿井突水的资料均表明：突水点主要分布在断裂带及其附近。发生突水的断裂有的规模很小，在天然条件下属无水断层，可起隔水作用，但由于岩层受到破坏，降低了力学强度。当开挖井巷而被揭露时，在矿山压力和承压含水层水压力共同作用下就会由隔水转变为透水，如有的矿区开挖巷道
穿过断层带时，开始并无涌水现象，经过一段时间或回采工作面扩大到一定宽度时，才发生底鼓、破裂、继而突水，这就是不透水断层在开采条件下，破坏了天然的平衡状态变为透水的反映。这一点，我们在评价断层的透水性能时必须特别加以考虑。

5)、构成隔水边界，限制充水岩层的分布和补给范围。阻水断层常可起这种作用, 特别是处于矿区边界的区域性阻水大断裂, 可以构成矿区边界旳天然不透水帷幕, 切断区域含水层与矿区的联系, 减少或完全拦截住充水岩层的侧向补给耒源. 特定条件下, 还可以形成封闭的独立水文地质块段.

二、矿床水文地质类型

根据矿床主要充水含水层的容水空间特征，将充水矿床分为三类：

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。

（一）孔隙充水矿床

本类矿床在我国多对布于沿海丘陵地带，海滩、山前冲洪积平原、山间盆地、河流两岸阶地、河床沉积及山谷的缓坡地带。主要是产在第三系及第四系岩层中的矿床，有原生的第三系褐煤及油页岩矿；有次生的第四系残坡积和冲积的各种砂矿床, 如合浦的高岭土。另外，一些上复巨厚透水性强的孔隙含水层而矿体产在透水性弱的坚硬基岩中的矿床亦属此类。孔隙充水矿床的特点是；

1、充水岩层埋藏浅，多接近或裸露于地表.主要接受大气降水的就地渗入补给，因此矿坑涌水量动态受大气降水影响明显，季节变化系数大。

2、往往有地表水的影响，矿坑充水程度受地表水性质及受水面积大小的控制。

3、岩层不稳定．工程地质条件复杂。由于松散沉积物本身的强度低和稳定性差，因此开采过程中孔隙水不仅成为充水水源，而且由于孔隙水的存在常常改变岩层的物理力学性质，引起一些严重的工程地质问题，如粘土的隆胀，流砂的冲溃，露天开采矿场边坡的滑动等。可见，在开采孔隙充水矿床时，水文地质和工程地质问题常常同时出现。

属于此类型的第三系褐煤和油页岩，以及产于上复巨厚松散沉积物的坚硬基岩中的矿床．一般位于当地最低排泄基准面以下。而且受地表水体的影响。故水文地质条件较复杂。

（二）裂隙充水矿床

裂隙充水矿床一般水文地质条件比较简单，只有当这类矿床的矿体埋藏在当地最低排水基准面以下，并出现下列情况之一时，可作为复杂情况来考虑：

1、              
位于大地表水体之下，人工导水裂隙带可构成地表水的充水途径。

2、              断裂构造沟通大的地表水体和强含水层。

3、              存在大裂缝，造成突水。例如南京梅山铁矿遇一宽0．5一3米（局部达5一8米），延深达数百米的大裂缝，矿井单点突水量在10000m3/天以上，又如山东坊子煤矿，在片麻岩中常有宽0.1＿0.3米的大裂隙, 井巷单点出水量达300m3每小时以上.

4、              存在假岩溶洞穴，造成突水。近年来在玄武岩中发现较大的洞穴，造成突水。如河北某煤矿, 一对穿过玄武岩240米的斜井井筒, 遇四层洞穴, 单点出水量440m3每小时, 井筒总涌水量达980 m3每小时.

（三）岩溶充水矿床

岩溶充水矿床在我国分布很广，很多煤田（如华北的石炭二迭系煤田，南方的二迭系煤田）、金属和非金属矿（如广东的中低温热液矿床，接触交代的矽卡岩型矿床，南方的泥盆系宁乡式铁矿，石炭系的铝土矿, 广西的煤及与碳酸盐岩相关的铅锌矿等）以及一些稀有分散元素的矿床都属于这种类型。

1、岩溶充水矿床的充水特征

岩溶充水矿床的矿坑充水条件取决于主要充水岩层的岩溶发育特征。岩溶空隙是在裂隙的基础上进一步扩大和分异的结果，无论从总体或局部来看，含水层的贮水能力和接受补给的能力，都随着岩溶的发育增强了，岩溶水分布的不均一性、集中性、方向性更加突出，因此该矿床往往具有以下充水特征：

1）矿坑涌水量大。据了解，国外的一些大水矿床，都是岩溶充水矿床，实测的矿坑涌水量可以达到30—40万m3／d；在国内，矿坑涌水量大的矿区，除少量是大型的露天开采的孔隙充水矿床外，也主要是岩溶充水矿床。其单个矿井的涌水量常可达到几万至几十万m3／d，如焦作煤田，11个生产矿井的总排水量达60万m3／d。其中除田门矿由于受到补给条件的限制，涌水量较小外，其他都超过2万m3／d，最大矿井的涌水量达13万m3／d; 广西合山煤矿单井涌水量也都在几万m3／d以上。这正是由于岩溶含水层的贮水空间和透水性都较强,在含水层的规模和补给条件相同时，岩溶水的贮存量和补给量都比较大的缘故。

2）以集中突水为主要充水方式，突然冲溃的危险是这类矿床的主要威胁。由于初始裂隙宽度以及岩溶洞穴规模的不同，造成岩溶发育强烈分异，导致地下贮存和运动空间的不均一程度更高，从而使矿坑充水呈现集中、突然的形式。

岩溶充水矿床矿坑涌水量的高度集中表现在：

（1）矿坑总涌水量往往决定于几个大的突水点，单个突水点的涌水量可达每小时数千立方米甚至几万甚至十几万立方米。

（2）矿坑总涌水量变化不连续。而是随大突水点的出现突然集中增加。

（3）突水点集中分布在某一方向或某一地段。由于岩溶发育的不均一，岩溶含水层本身的水力联系程度在不同方向和不同地段差异很大，因而矿坑水的补给具有方向性和局部性,主要来水方向正是岩溶强烈发育的地下强径流带。

广西矿坑突水灾害较严重。据广西水文地质工程地质志的不完全统计，矿坑突水的矿山，主要为煤矿次为铅锌矿，突水水源主要为岩溶水，次为地表水经岩溶管道回灌或直接淹没。其中以合山、泗顶、东罗、西湾矿区较为重要。下面以合山为例，探讨矿坑突水的影响因素。

合山煤田是晚二叠世矿床。它蕴藏有较丰富的煤炭资源，又同时赋存着充沛的岩溶水，含于矿区主要开采煤层底板。矿区边缘存在的溯河地下河及红水河等补给边界，北部分布大面积的降雨补给区，使矿区构成一个内部或外部水力联系密切的岩溶充水矿床。井下突水普遍，属水害较严重的矿区。矿坑突水主要特征:

1）、雨水灌入造成的矿坑突水

合山煤田，多年平均降水量1492.6mm，四周为峰丛洼地，其内漏斗、天窗、溶井星罗棋布，导致降雨量中的58%入渗地下，转为地下水。并通过煤层顶底板石灰岩溶洞、暗河、以每小时5000～8000m3的水量向矿井释放。如连降暴雨红水河处于高水位，地下水排泄受阻，矿井下涌水量可达8000～12000m3/h，造成矿区北面西翼的东矿，柳花岭矿和溯河矿季节性的淹井。

1978年5月21日东矿斜井在开采+59m水平煤层时，四煤底板及井下巷道因100mm暴雨的灌入影响，造成矿井淹没。最大涌水量4900m3/h，淹没斜井+57.5～+17.5m水平采区，造成停采495天，井下设备损坏。

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）、红水河河水倒灌造成的矿坑突水

煤田地处红水河河畔。红水河流量275～18800 m3/s。河水自合山电厂进入矿区，蜿蜓于矿区西及西南后流出。矿区内河岸线长25.3km，河床标高+30m。它在峨滩、马滩、十五滩和那岭滩切割了P2h1及P1m煤田地下含水层。切割深度 40～70m，其深切地段在自然条件下是矿区地下水的主要排泄区段。当矿井由于疏排水使区内地下水水位大幅度降低而形成的降压漏斗扩展到河底，该地段则成为红水河补给地下水的进水口。河水通过岩溶管道或溶蚀裂隙带直接灌入矿井。地处红水河岸边的溯河矿，里兰矿和马鞍矿，受河水直接或间接影响，造成多次严重的矿坑突水：

1980年9月27日马鞍矿一斜井在建井时期，揭露两处与红水河有水力联系的底板突水点，涌水量最大达2464 m3/h，斜井全部被淹。

1975年3月19日溯河矿519号突水点0m标高，该点距红水河仅140m，突水是由于放炮震动而造成，水由四煤底板涌上，涌水量最初40 m3/h，后增至6000 m3/h，造成淹井。

由上可见，红水河是合山煤田矿坑突水最有威胁的充水水源。

3）、不明的小窑、老窿水造成的矿坑突水

煤田开采已近百年，遗留下众多采空区及废弃的井巷，成为矿区充水又一个大隐患。一旦发生溃水便瞬时爆发，因溃水断面宽、流量大，具有来势凶猛，冲击力巨大的特点，能迅速淹没井巷，设备、毁坏电源，击倒人员。自1960年以来，合山煤田已多次发生小窑、老窿积水造成的恶性透水事故。

4）、电厂煤灰水溃入造成的矿坑突水

建在地下河天窗附近的电厂储灰场，在正常情况下，灰水是以渗透的形式补给矿井，当存水达到一定量后边坡发生塌陷，此时，大量的灰水溃入溯河矿和柳花岭矿。煤灰水不但污染了溯河矿、柳花岭矿和东矿的供水水源，造成全市水荒；还填塞3个矿井排水沟、水仓。朔河矿曾因大量煤灰水溃入淹埋水泵，造成多次淹井告急。

5）、断层带充水溃入造成的矿坑突水

在井巷掘进过程揭露断层、张裂面或构造裂隙密集带，而导致岩溶水的疏通而形成突水。此类突水点发生较多，占煤田总突水点的45.5%，且多发生于煤层的底板上。突水点溶洞虽较小，但水压却较大，高压岩溶水可通过断裂构造发育带或溶洞，冲决溶洞充填物或残留煤柱。此类突水对矿井潜在危害最大，如石村矿、河里矿和里兰矿均因此而产生淹井。

6）、溶洞水溃入造成的矿坑突水

因井巷开采揭露了溶洞、裂隙破碎带而造成井下突水。主要见于东矿和溯河矿。

按水文志当时统计，煤田因井巷采掘引起的较大矿坑突水达238起，淹没矿井17次，淹没采区9次。井下主要的44处突水点中，由于河水造成的共9处，占20%，雨水造成的6处，占14%；断层水造成的20处，占45.5%，溶洞造成的7处，占16%。以上突水点绝大多数发生于煤田底板，对矿井威胁最大；顶板突水只见3处，多以灌入、滴入和渗入的形式出现，对矿井不构成威胁。

突水点和涌水量集中的充水方式，使岩溶充水的矿床的巷道中时常可出现这种情况，有的地段，完全干燥无水，而其邻近可能有一个很大的蓄水溶洞或导水断层，一旦挖掘揭露，就会造成突然性的冲溃，酿成事故。

由上述可见，岩溶充水矿床矿坑涌水量大的特点。必须和集中突水的特点联系起来看。并不是所有巷道的所有地段都出现大的涌水量，也不是所有岩溶充水矿床的正常涌水量都很大，它与岩溶含水层储水空间的大小及补给条件有关。

此外，矿井排水的影响范围可以扩展很远，从而改变区域水文地质条件，破坏自然环境。岩溶含水层的透水性较强，有利于矿坑水获得较大范围内侧向地下径流的补给。当岩溶含水层分布很广时，在矿井长期大量排水，地下水位大幅度下降的情况下，含水层中降落漏斗可以扩展到很远。如重庆煤炭坝矿区，根据1979年的资料，四对生产矿井总排水量达20万米3／d，长期排水的结果，矿区内水位下降90多米，排水中心最大降深值达196米，疏干的降落影响面积达300平方公里以上，以致改变了区域地下水的补给、径流、排泄条件，并导致一些远离矿床地段的地表水体的倒灌补给。矿坑排水在矿区形成地下水新的人工排泄点，当矿坑中心的水位降低到原始天然排泄区的标高之下时，则从根本上破坏了区域天然条件下地下水的补排关系．矿坑排水中心成为新的最低排泄基准，原先天然的排泄区则成了补给区，从而造成泉水干涸，河水倒灌，地下水分水岭外移，地下水汇水范围扩大，增强补给量等现象(我区的東罗煤矿也与此相似, 长期的疏干 形成较大的降落漏斗, 改变了当地地下水流场)。因此岩溶充水矿床的矿坑排水不仅可以完全袭夺地下水的天然排泄量，并可以获得比天然地下水排泄量大得多的补给量。

对岩溶充水矿床进行长期疏干排水，在含水层中形成巨大降落漏斗的同时，还时常出现地面塌陷和井下泥沙冲溃。后者将在本章后面加以讨论。

2、岩溶充水矿床类型的进一步划分

上述岩溶充水矿床的水文地质特征，是从岩溶含水层本身的一般特点出发，相对于同样自然地理和地质条件下的孔隙和裂隙充水矿床而提出的。但是我国岩溶矿床分布广泛，所处自然条件差异很大，岩溶发育程度和岩溶水的分布特征都不尽相同，故矿坑充水条件也有明显的区别，因此有必要对岩溶充水矿床的类型做进一步的划分。

岩溶含水层的含水空间形态是岩溶发育特征的具体体现，它比较集中地反映了气候、地形、构造、岩性等自然地理和地质条件：而它做为地下水的贮存和运动空间，又在很大程度上控制着岩溶水的分布和水动力特征。下面即以主要充水岩层的岩溶空间形态将我国岩溶充水矿床划分为三个亚类详细加以论述：

l）、以溶隙充水为主的岩溶充水矿床

此类矿床主要分布在溶蚀作用相对较弱的我国北方大部分地区，即秦岭一大别山一淮河一线以北中朝准地台大地构造单元范畴内。如华北的石炭二迭纪煤田、冀鲁的矽卡岩型铁矿，辽宁、鲁南等地的非金属和多金属矿等。其充水岩层有震旦纪、寒武纪、奥陶纪、石炭纪等不同时代的碳酸盐岩系，而其中以中奥陶统灰岩分布景广，是本亚类矿床中影响最大的充水岩层，对其研究具有普遍意义。

以溶隙为主的岩溶充水矿床，其充水岩溶的岩溶发育主要为溶蚀裂隙，常常构成包括有小溶洞（河北邯邢地区一般洞高小于0．5米）、溶孔的溶隙网络系统。溶隙网络是在区域性构造裂隙网络的基础上，在亚湿润、亚干旱的气候环境中，长期缓慢溶蚀而成。溶隙网络的连通性较好，整个网络系统具有密切的水力联系，从而形成统一的含水层和地下水面（或水压面），排水时能在很大范围内出现统一的降落漏斗（或降压漏斗）。在构造断裂发育带，溶隙密度增大, 往往形成強径流带. 在中奥陶统灰岩中的強迳流带上, 水力坡度极平缓, 抽水时水力(或压力) 传递很快.

以溶隙为主的岩溶充水矿床旳水文地质条件一般较复杂.

2）．以溶洞充水为主的岩溶充水矿床

以溶洞充水为主的岩溶充水矿床主要分布在我国南方，如长江中下游、南岭一带的大型多金属矿床，湘中、赣中一带的二迭纪煤田(以及广西的大多数碳酸盐岩区的铅锌矿)等，其充水岩层主要为泥盆、石炭、二迭、三迭纪等各个时代的碳酸盐类岩系。

该类矿床的矿区地表一般为厚度不大的第四系松散沉积物所覆盖，地表水系发育，充水岩层中普遍发育溶洞。溶洞规模一般为0．5—3米，钻孔岩溶率和见洞率均较高，后者一般可达30％以上。由于受构造断裂、硫化矿体氧化带、地下水排泄基准的影响，岩溶发育程度在平面和垂向上不均一，特别是垂向分带明显。据广东和湖北十几个矿区的统计资料，溶洞主要发育在地面以下100—200米深度内，往下则以溶隙为主，钻孔岩溶率由浅入深由大变小，一般均可根据钻孔岩溶率划分出溶洞带和溶隙带，即岩溶发育强带和弱带。该类矿床岩溶充填现象十分普遍，充填程度亦很高，特别是浅部的较大溶洞，多被松散物质（粘土、亚粘土、砂砾石等）半充填或全充填。充填物的大量存在，使充水岩层的透水性和水力连通程度显著减弱；而大规模地长期排水，又会使充填物流失，增强充水岩层的透水性和水力连通程度，从而影响水文地质参数确定和涌水量予测的准确性。同时溶洞充填物和上覆第四系松散覆盖层又往往构成矿坑泥砂冲溃的物质来源。

由于矿坑排水引起地面岩溶塌陷是此类矿床一个极为普遍的环境地质问题．它不仅造成矿山和地面的建筑以及农田的破坏，而且强烈改变了矿区的水文地质条件，严重影响矿床的开发。因此在矿床水文地质调查中，必须予以高度重视。

岩溶的发育不均匀性，使充水岩层的富水程度在平面和垂向上相应产生很大的变化，通常自上而下可分为强带和弱带。有些矿区由于浅部充填程度较高，在垂向上呈弱—强—弱的分带，强含水带的单位涌水量往往可比弱含水带大几十倍甚至上百倍。

此类矿床虽然岩溶发育和富水程度很不均一，但由于溶洞之间有溶隙沟通，仍能形成统一地下水面，在一定强度的抽排水条件下可在岩层中形成巨大的不规则降位漏斗．

该类矿床广泛分布在杨子准地台和华南褶皱带大地构造单元中，其主要充水岩层往往受区域构造控制，形成一些规模较小的水文地质单元。若没有地表水体的充水作用，多数矿区矿坑涌水量一般不超过2万米3/天。当有地表水补给时，则矿坑涌水量较大。

3）、以地下河管道充水为主的岩溶充水矿床

以地下河管道充水为主的岩溶充水矿床多见于地壳相对上升剧烈，地形相对高差很大的中山区的斜坡和分水岭地带。目前已知的这类矿床主要分布在我国的南方，特别是西南地区较多，在广西十分典型。

该类矿床的主要充水岩层一般裸露于地表，漏斗、落水洞等地表岩溶发育，可将充沛的大气降水直接导入地下河，因此地面不易形成地表径流。地下河管道系统的基本格局主要受构造、岩性控制，但具体形态和延展情况十分复杂，通常只能通过对暗河出入口的调查，或采用水文、地球物理方法、连通试验等，大致确定其延展方向。

岩溶发育的极不均一，使揭露充水岩层的钻孔岩溶率和见洞率都很低，如川南硫铁矿区钻孔岩溶率小于2%，见洞率平均为6%左右。因此岩溶水的分布也极不均一，地下水主要在地下河中富集流动，地下河流量可达每秒数十升至几千升，而地下河两侧岩层的富水程度及水力连通程度均很微弱，钻孔揭露时，可能不出水。地下河中的地下水呈现管渠流的水力特征，整个充水岩层不能形成统一的水动力含水系统，没有统一的地下水面，抽排水时不能形成降落漏斗。地下水动态完全受降水的控制，雨季暴涨暴落，增减迅速，使矿坑的涌水量季节变化系数可高达几十以至数百，矿坑涌水量大小则完全取决于降雨程度和地下河系统的汇水面积。广西北山铅锌矿、凤山硫铁矿即是此类矿床的典型代表。湖南香花岭多金属矿也可是地下河管道亚类矿床的代表。

湖南香花岭多金属矿位于珠江和湘江流域的分水岭地带，属中山区，矿区地层以中、上泥盆系的石灰岩和白云岩为主，矿体即赋存于石灰岩和白云岩中，主要埋藏在当地最低排泄基准面下。矿区构造断裂复杂, 溶沟、溶槽、洼地、漏斗、落水洞非常发育, 因此无地表径流. 地下发育有大型溶洞扣和具多层结构的地下河. 据动态覌测, 地下河似山间盆地的河流, 其流量具耒势猛、消失快、变化大的特点. 如矿区巾中部地下河, 在1973年8月17日暴雨前流量为57 m3/h , 暴雨后一小时猛增到2288 m3/h, 伹高峰只能维持1亇半小时, 三小时后流量迅速减小.

岩溶发育随深度而減弱,自上而下可分三带:

上带: 标高650-537米, 钻孔见洞率55%,暗河发育, 溶洞规模不大, 多未充填.

中带: 标高537-431米,钻孔见洞率37%,溶洞规模及深度均大, 底部有泥砂充填.

下带: 标高431-378米, 钻孔见洞率7.4%,溶洞少而小, 最高0.89米.

可见该类岩溶矿区矿坑涌水量主要是犬气降水的直接补给, 以及大型溶洞的库存水. 即以儲存量为主, 动态补发量的大小视降水的強度而定.

总的来说, 这类岩溶矿床分布位置较高, 当矿体埋藏在当地最低排水基准面以上或埋藏在岩溶水垂直循环带时, 平时坑道可能干燥无水或水量很小, 且有利于自然排水, 则水文地质条件简单. 当矿体体埋藏在当地最低排水基准面以下, 且地下又有大的汇水洼地或地下水库时, 则地表降水的直接渗入有利于矿坑充水, 因而雨季矿坑涌水量急增, 特别是暴雨威胁很大. 如香花岭及北山铅锌矿, 应属水文地质条件复杂的地下河型岩溶充水矿床。