承壓含水層上采煤

會(huì)計(jì)學(xué)1承壓含水層上采煤第一節(jié)

影響底板突水的主要因素

一、底板突水類型

1、按突水地點(diǎn)

巷道突水多以構(gòu)造破壞為主，承壓水通過(guò)斷裂或構(gòu)造破碎帶進(jìn)入底板，形成充水，一旦巷道揭露出來(lái)后，承壓水就迅速涌入。第1頁(yè)/共46頁(yè)底板突水類型采場(chǎng)突水多以采礦破壞為主，礦山壓力破壞和削弱了底板隔水層的厚度和強(qiáng)度，造成與含水層的密切水力聯(lián)系。巷道突水和采場(chǎng)突水的比例幾乎相等第2頁(yè)/共46頁(yè)二、底板突水原因分析

1、煤層底板的受力與變形

第3頁(yè)/共46頁(yè)1、煤層底板應(yīng)力及變形分區(qū)

底板破壞帶—底板突水的通道第4頁(yè)/共46頁(yè)2、煤層底板巖層中的下三帶

第5頁(yè)/共46頁(yè)底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶

煤層底板巖層受采動(dòng)影響而產(chǎn)生的采動(dòng)導(dǎo)水?dāng)嗔逊秶?/p>

由沿層面和垂直于層面的裂縫形成采煤工作面長(zhǎng)度、采煤方法、煤層厚度、開(kāi)采深度、頂?shù)装鍘r性及結(jié)構(gòu)通過(guò)影響前支承壓力而影響底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度。第6頁(yè)/共46頁(yè)底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度

工作面長(zhǎng)度愈大，礦山壓力顯現(xiàn)愈充分，底板破壞深度愈大

頂板懸頂愈大，前支承壓力峰值愈大，對(duì)底板破壞愈嚴(yán)重。采深加大后前支承壓力的絕對(duì)量隨采深加大而加大

第7頁(yè)/共46頁(yè)不同采煤方法的底板破壞深度

采煤方法及面長(zhǎng)長(zhǎng)壁80100m短壁50m條帶20m房柱15m×15m底板破壞深度(m)10173.572.5335注：根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果第8頁(yè)/共46頁(yè)（2）底板阻水帶位于煤層底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶以下、底部含水體以上具有阻水能力的巖層范圍

此帶內(nèi)巖層仍然能保持連續(xù)性，一定厚度的底板阻水帶可以阻止底板突水

也稱為保護(hù)層帶或完整巖層帶底板阻水帶的厚度可能大小不一，甚至可能不存在第9頁(yè)/共46頁(yè)底板阻水帶厚度h2

實(shí)驗(yàn)法

h2=p/Zp—底板上的水壓力，MPa；Z—阻水系數(shù)，MPa/m。鉆孔水力壓裂法實(shí)測(cè)單位底板隔水巖層平均阻水能力的系數(shù)Z=pb/Rpb—使巖體破裂時(shí)的臨界水壓力，MPa；R—裂縫擴(kuò)展半徑，一般取4050m第10頁(yè)/共46頁(yè)巖層阻水系數(shù)Z巖性中、粗粒砂巖細(xì)砂巖粉砂巖阻水系數(shù)（MPa/m）0.30.50.30.2巖性泥巖石灰?guī)r斷層帶阻水系數(shù)（MPa/m）0.10.30.40.050.10第11頁(yè)/共46頁(yè)底板承壓水導(dǎo)升帶

與石灰?guī)r鄰接的巖層中原始就存在著節(jié)理和裂隙，巖溶承壓水進(jìn)入后成為導(dǎo)水層底板承壓水導(dǎo)升帶煤層底板承壓含水層的水在水壓力和礦壓作用下上升到其頂板巖層中的范圍第12頁(yè)/共46頁(yè)底板承壓水導(dǎo)升帶底板承壓水導(dǎo)升帶上界參差不齊，斷層附近的承壓水導(dǎo)升帶高度一般較大，有些礦區(qū)可能無(wú)底板承壓水導(dǎo)升帶。

h3用物探和鉆探方法巷道中用電測(cè)，鉆探第13頁(yè)/共46頁(yè)根據(jù)下三帶預(yù)測(cè)承壓含水層上采煤的安全情況

底板阻水帶厚度和強(qiáng)度均大

安全正常開(kāi)采

底板阻水帶薄或強(qiáng)度不夠不夠安全縮短工作面長(zhǎng)度，減少破壞深度，增加底板阻水帶厚度第14頁(yè)/共46頁(yè)根據(jù)下三帶預(yù)測(cè)承壓含水層上采煤的安全情況無(wú)底板阻水帶底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶與底板承壓水導(dǎo)升帶溝通不安全

底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶與含水層相接

易突水縮短工作面長(zhǎng)度，改變采煤方法，降低采出率，減小底板破壞深度，甚至對(duì)底板注漿加固第15頁(yè)/共46頁(yè)根據(jù)下三帶預(yù)測(cè)承壓含水層上采煤的安全情況斷裂構(gòu)造帶處導(dǎo)升高度與底板承壓水導(dǎo)升帶接近或切穿煤層

很危險(xiǎn)

留煤柱，改變采煤方法，對(duì)破壞帶以下斷裂封堵加固

第16頁(yè)/共46頁(yè)三、影響底板突水的主要因素

1、水源條件

水量愈豐富，突水量愈大，危害也愈大。水壓是突水的動(dòng)力，處于封閉狀態(tài)的巖溶水不斷溶蝕、沖刷裂隙，形成通道，由含水層進(jìn)入底板隔水層，水壓愈大，破壞愈嚴(yán)重。第17頁(yè)/共46頁(yè)影響底板突水的主要因素2、地質(zhì)構(gòu)造

底板突水事故的80%以上發(fā)生在斷裂構(gòu)造附近

構(gòu)造既可以充水，又可以導(dǎo)水

有效厚度和實(shí)際強(qiáng)度降低

煤層與含水層之間的相對(duì)位置變化第18頁(yè)/共46頁(yè)巖溶陷落柱少數(shù)巖溶陷落柱既充水，又導(dǎo)水，在與強(qiáng)含水層溝通的條件下，對(duì)安全生產(chǎn)威脅極大開(kāi)灤范各莊礦21小時(shí)后將年產(chǎn)300萬(wàn)t的大型礦井淹沒(méi)，突水峰期平均涌水量為2053m3/min

第19頁(yè)/共46頁(yè)影響底板突水的主要因素3、隔水層的阻水能力隔水層的阻水能力取決于隔水層的強(qiáng)度、分層厚度和裂隙發(fā)育程度

第20頁(yè)/共46頁(yè)影響底板突水的主要因素4、礦山壓力

支承壓力誘發(fā)底板突水

初次來(lái)壓或周期來(lái)壓期間易突水

工作面后部采空區(qū)邊緣附近易突水開(kāi)切眼附近是底板易突水工作面推進(jìn)速度慢，工作面突然停止推進(jìn)或在停采線處易突水區(qū)段或分帶煤柱附近易突水第21頁(yè)/共46頁(yè)周期來(lái)壓期間。煤體內(nèi)的支承壓力達(dá)到最大，對(duì)底板破壞嚴(yán)重。初次來(lái)壓期間。煤體內(nèi)的支承壓力達(dá)到最大，對(duì)底板破壞嚴(yán)重。開(kāi)切眼附近。老頂大面積顯露，直接頂不能充分垮落，底板形成較大的自由面。

支承壓力誘發(fā)底板突水第22頁(yè)/共46頁(yè)工作面推進(jìn)速支度慢工作面突然停止推進(jìn)工作面停采線處支承壓力作用時(shí)間長(zhǎng)，底板破壞嚴(yán)重，推進(jìn)快時(shí)，未形成較大裂隙就會(huì)由膨脹狀態(tài)變?yōu)閴嚎s狀態(tài)；區(qū)段煤柱附近：頂板垮落不充分，固定支承壓力作用下底鼓支承壓力作用時(shí)間問(wèn)題支承壓力誘發(fā)底板突水第23頁(yè)/共46頁(yè)第二節(jié)

煤層下方承壓水體采動(dòng)等級(jí)及防水安全煤巖柱留設(shè)方法

一、煤層下方水體采動(dòng)等級(jí)和允許采動(dòng)程度水體類型允許采動(dòng)程度要求留設(shè)的安全煤巖柱類型1．位于煤系地層之下的巨厚灰?guī)r強(qiáng)含水體2．位于煤層之下的薄層灰?guī)r具有強(qiáng)含水源補(bǔ)給的含水體3．位于煤層之下的作為重要水源或旅游資源保護(hù)的水體不允許底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶波及水體，或與承壓水導(dǎo)升帶溝通，并有能起到強(qiáng)阻水作用的有效保護(hù)層

底板強(qiáng)防水安全煤巖柱煤層下方水體I級(jí)采動(dòng)等級(jí)和允許采動(dòng)程度第24頁(yè)/共46頁(yè)煤層下方水體采動(dòng)等級(jí)和允許采動(dòng)程度1．位于煤系地層之下的弱含水體，或已疏降的強(qiáng)含水體2．位于煤層之下的無(wú)強(qiáng)水源補(bǔ)給的薄層灰?guī)r含水體3．位于煤系地層或煤系地層底部其它巖層中的中弱、含水體允許采取安全措施后底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶涉及水體，或與承壓水導(dǎo)升帶溝通，但防水安全煤巖柱仍能起到安全阻水作用

底板弱防水安全煤巖柱煤層下方水體II級(jí)采動(dòng)等級(jí)和允許采動(dòng)程度第25頁(yè)/共46頁(yè)二、水體上采煤防水安全煤巖柱設(shè)計(jì)方法

設(shè)計(jì)防水安全煤巖柱的原則是：不允許底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶涉及水體，或與承壓水導(dǎo)升帶溝通

1、無(wú)導(dǎo)升帶的正常底板

底板防水安全煤巖柱高度ha應(yīng)大于或等于導(dǎo)水破壞帶深度h1和阻水帶厚度h2之和

ha≥h1+h2

第26頁(yè)/共46頁(yè)水體上采煤防水安全煤巖柱設(shè)計(jì)方法2、承壓水附近存在導(dǎo)升帶底板安全煤巖柱高度ha應(yīng)大于或等于導(dǎo)水破壞帶深度h1、阻水帶厚度h2和承壓水導(dǎo)升帶高度h3之和

ha≥h1+h2+h3

第27頁(yè)/共46頁(yè)水體上采煤防水安全煤巖柱設(shè)計(jì)方法底板含水層頂部存在充填隔水帶充填隔水帶厚度h4可以作為底板防水安全煤巖柱厚度的組成部分ha≥h1+h2+h4

第28頁(yè)/共46頁(yè)第三節(jié)

底板突水預(yù)測(cè)

hd≥

hahd—煤層底板至含水層頂之間的實(shí)際厚度ha—計(jì)算的安全煤巖柱尺寸承壓水上采煤的安全度符合要求。第29頁(yè)/共46頁(yè)底板突水預(yù)測(cè)

hd＜

hahd—煤層底板至含水層頂之間的實(shí)際厚度ha—計(jì)算的安全煤巖柱尺寸當(dāng)計(jì)算所得的安全煤巖柱尺寸ha大于煤層底板至含水層頂之間的實(shí)際厚度hd時(shí)，需進(jìn)一步評(píng)定第30頁(yè)/共46頁(yè)底板突水預(yù)測(cè)一、突水系數(shù)法

TS—突水系數(shù)，MPa/m；P—實(shí)際水壓力，MPa；M—底板隔水巖層厚度，即hd，m；Cp—底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度，即h1，m第31頁(yè)/共46頁(yè)突水系數(shù)法突水系數(shù)小于臨界突水系數(shù)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)安全開(kāi)采，否則要采取措施部分礦區(qū)臨界突水系數(shù)礦區(qū)突水系數(shù)Ts（MPa/m）峰峰0.0660.076焦作0.060.10淄博0.060.10井陘0.060.15第32頁(yè)/共46頁(yè)底板突水預(yù)測(cè)二、經(jīng)驗(yàn)曲線以往帶壓開(kāi)采過(guò)程中的突水與未突水的采掘工作面水壓與底板巖層厚度的關(guān)系，制成突水臨界曲線第33頁(yè)/共46頁(yè)第四節(jié)

承壓含水層上安全采煤的技術(shù)措施

采煤方法主要是指開(kāi)采過(guò)程對(duì)巖溶水的處理方法一、深降強(qiáng)排（疏水開(kāi)采）設(shè)置各種疏水工程，將巖溶水水位人為地降低到開(kāi)采水平以下疏水井巷、疏水鉆孔防止底板突水效果最好。疏水工程量大、設(shè)備多、電耗大，因而投資大、成本高；由于疏水引起的水位降低，使附近工農(nóng)業(yè)用水缺乏，并造成地表下沉。第34頁(yè)/共46頁(yè)承壓含水層上安全采煤的技術(shù)措施二、外截內(nèi)排（堵水開(kāi)采）在井田或井田內(nèi)某一區(qū)域外圍集中徑流帶采用鉆孔注漿的方法建立人工帷幕，截?cái)嗟V井的補(bǔ)給水然后在開(kāi)采范圍內(nèi)進(jìn)行疏水，將承壓水的水位降低到開(kāi)采水平以下特定條件，水文地質(zhì)條件清楚，補(bǔ)給徑流區(qū)集中

第35頁(yè)/共46頁(yè)三、帶壓開(kāi)采帶壓開(kāi)采—在煤層和含水層之間保留足夠厚度和阻水能力的隔水層巖柱，在有一定水壓條件下開(kāi)采。帶壓開(kāi)采無(wú)需事先專門(mén)排水，在經(jīng)濟(jì)上花費(fèi)較少，特別是在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，底板突水的危險(xiǎn)性更大。開(kāi)采技術(shù)要求高，要防止發(fā)生突出事故，保護(hù)采掘空間本身。第36頁(yè)/共46頁(yè)帶壓開(kāi)采時(shí)的技術(shù)措施1、縮短工作面長(zhǎng)度縮小到跨度60m時(shí)效果明顯，降低了最大應(yīng)力，底臌量減少底板裂隙帶深度減少井陘、邯鄲隔水層最薄處10多米；第37頁(yè)/共46頁(yè)2、縮小來(lái)壓步距挑頂和軟化頂板，強(qiáng)制放頂（降低了最大支承壓力，改善了底板受力狀態(tài)，變兩向應(yīng)力狀態(tài)為三向應(yīng)力狀態(tài)）帶壓開(kāi)采時(shí)的技術(shù)措施第38頁(yè)/共46頁(yè)3）改變頂板管理方法和采煤方法充填采煤法—可減少支承壓力對(duì)底板的破壞、可防止底鼓和底板裂隙張開(kāi)。條帶采煤法—可減輕對(duì)底板的破壞。分層采煤法—以后各分層周期來(lái)壓不明顯。帶壓開(kāi)采時(shí)的技術(shù)措施第39頁(yè)/共46頁(yè)4、改革采區(qū)巷道布置巷道布置要少穿斷層，特別要注意交岔點(diǎn)和工作面上下出口要避開(kāi)斷層。巷道應(yīng)盡可能和斷層正交，避免巷道與斷層平行和長(zhǎng)距離斜交。減少交岔點(diǎn)數(shù)目和交岔點(diǎn)的面積。采區(qū)間隔離開(kāi)采，采區(qū)四周要留煤柱，之間要設(shè)置水閘門(mén)，以縮小底板突水影響范圍。帶壓開(kāi)采時(shí)的技術(shù)措施第40頁(yè)/共46頁(yè)5、處理斷層和陷落柱突水與斷層有關(guān)，特別與多條斷層交叉有密切關(guān)系峰峰76%井陘97%淄博70%焦作55%帶壓開(kāi)采時(shí)的技術(shù)措施注漿加固留斷層和陷落柱煤柱第41頁(yè)/共46頁(yè)6、注漿加固底板，提高保護(hù)層強(qiáng)度對(duì)于底板破碎帶及薄層石灰?guī)r含水層，通過(guò)鉆孔注漿，堵塞石灰?guī)r溶洞，加固破碎帶和裂隙帶，并封閉奧陶系石灰?guī)r的補(bǔ)給通道。

注漿對(duì)局部地點(diǎn)注固結(jié)劑帶壓開(kāi)采時(shí)的技術(shù)措施第42頁(yè)/共46頁(yè)7、其它易突水地點(diǎn)要少掘巷，少鉆孔，提高工作面推進(jìn)速度，并保持勻速推進(jìn)，避免工作面長(zhǎng)期停采。帶壓開(kāi)采時(shí)的技術(shù)措施第43頁(yè)/共46頁(yè)8、綜合治理同時(shí)帶壓開(kāi)采m1m2m3ⅠⅡH1H2Ⅰ水平采m1、m2，水位為H1在Ⅱ水平水位為H2時(shí)，