矿井充水通道是指在矿井开采过程中,能够让地下水、地表水或者其他水体进入矿井采掘空间的途径。
矿井涌水和充水的不同
1)矿井涌水
主要是指在矿井建设和生产过程中,地下水(有时也包括地表水等其他水源)在压力作用下,突然大量涌入矿井采掘空间的现象。就像水从四面八方快速地流进矿井里,这是一种比较动态的水流过程,比如在掘进巷道时突然遇到了富含水的地层,水就会很快地涌进来。
2)矿井充水
是指矿井周围的各种水源(像含水层的水、地表水通过裂隙等通道)通过某种途径进入矿井,使矿井内的水量逐渐增加的过程。它强调的是矿井被水充满的过程,可能是缓慢地积水,不一定是像涌水那样快速。例如,一些微小的裂隙长时间地向矿井渗水,导致矿井内的水量慢慢积累,这就是充水的过程。
一、矿井主要充水通道
1:岩石的孔隙与岩层的裂隙
第四纪疏松、未胶结成岩的岩石中的孔隙和粗碎屑岩中的孔隙,以及岩层中的裂隙,可成为矿井充水通道。
岩石孔隙的透水性能主要取决于孔隙的大小和连通情况。
岩层中的裂隙包括风化裂隙、原生裂隙(成岩裂隙),以及构造裂隙、压力裂隙,是矿井充水的主要通道。裂隙本身是地下水的聚集场所,其静储量一般不大,若裂隙沟通其他充水水源,特别是与地表水发生水力联系时,当井巷揭露时会造成矿井突然涌水。
2:断裂构造带
通常断层是矿井充水的主要通道之一,有时是唯一的通道;但并非所有断层都导水,只有当断层与地表水或地下水的水体沟通,或者地下水压力很大而破坏隔水层时,才会引起由于断层成为矿井充水通道所造成的矿井突水。断层成为矿井充水通道,与断层的透水性有直接关系,一般情况下逆断层的透水性差,正断层的透水性强。如存在多条断层相互切割时,层的交叉切割处是最容易发生矿井突水事故的位置。
3:导水陷落柱
由于岩溶陷落柱不同程度地贯穿了奥灰以上的地层,当其贯穿煤系地层时,陷落柱可能成为奥灰水进入矿井的通道。
4:岩溶塌陷及“天窗”
在有一定厚度松散层覆盖的岩溶矿区,如矿井排水使地下水位下降过大,低于岩溶空洞时,可导致矿井突水、涌砂和地表塌陷。
“天窗”是浅部隔水层发育缺失所形成的导水通道,是浅部松散含水层充水的常见通道。
5:人为因素产生的矿井通水通道
①未封闭或封闭不良的钻孔。
②矿井长期排水导致形成的通道。
③采掘活动导致形成的通道。
二、矿井充水通道形成原因
1:地质构造运动
地壳运动产生的断层、褶皱等构造。断层使岩层错动,断裂带岩石破碎,孔隙和裂隙增加,导通了不同含水层,或者使含水层与矿井直接相连。比如在板块挤压地带,这种情况更易出现。
褶皱作用下,岩层发生弯曲变形,在背斜顶部岩层受张力易破碎,向斜底部可能汇集地下水,这些部位都可能成为矿井充水通道。
2:岩溶作用
在可溶性岩石(如石灰岩)分布区域,地下水的溶蚀作用形成溶洞、暗河、岩溶管道等。溶洞不断扩大、相互连通,当其发育到一定程度与矿井相通时,就构成了充水通道。
3:采矿活动影响
开采矿石过程中会形成采动裂隙。地下矿层被采出后,采空区周围的岩层应力平衡被破坏,形成大量次生裂隙,这些裂隙为地下水提供了流动通道,使水渗入矿井。
爆破等采矿作业也会震裂周围岩石,增加岩石的裂隙程度,从而帮助充水通道的形成。
4:人为因素
施工质量差的钻孔如果封闭不良,在穿透含水层时就如同一个管道,使含水层的水在重力或压力作用下流入矿井巷道。