水体下与承压水上采煤--理工大

1、Mining damage and protectionChapter 6 Mining under water bodies andmining above confined water 342地表移动和变形观测地表移动和变形观测保护煤柱的设计保护煤柱的设计 5建筑下采煤建筑下采煤 7铁路下采煤铁路下采煤地表移动和变形预计地表移动和变形预计6水体下采煤水体下采煤 1地表移动和变形规律地表移动和变形规律 1234第一节第一节 概述概述 地下开采导致覆岩移动破坏，当破裂岩体接触到地下、地下开采导致覆岩移动破坏，当破裂岩体接触到地下、地面水体时，使水进入井下淹没矿井。同时导致含水层地面水体时，使水

2、进入井下淹没矿井。同时导致含水层水位下降，地面河流、水库干涸。水位下降，地面河流、水库干涸。 据不完全统计，我国据不完全统计，我国600600处国有重点煤矿中受水害严处国有重点煤矿中受水害严重威胁的矿井大约重威胁的矿井大约285285对，占矿井总数的对，占矿井总数的47.5%47.5%，受水威，受水威胁储量超过胁储量超过250250亿吨。亿吨。 如如2005年全国煤矿共发生水害事故年全国煤矿共发生水害事故109起，死亡起，死亡605人。其中发生一次死亡人。其中发生一次死亡10 人以上特大水害事故人以上特大水害事故13起，死亡起，死亡360人，分别占全国煤矿特大事故起数、人，分别占全国煤矿特大事

3、故起数、死亡人数的死亡人数的22.4%和和20.7%。 第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述 2005 2005年至年至20062006年初发生的年初发生的1616起特大透水事故，起特大透水事故，属属透老空水透老空水的有的有1212起、死亡起、死亡382382人；人；属断层突水属断层突水的的2 2起、起、死亡死亡2626人；人；属溶洞突水属溶洞突水的的2 2起、死亡起、死亡4848人。人。 矿井水害防治和近水体煤层的安全开采已成为矿矿井水害防治和近水体煤层的安全开采已成为矿区生产中急需解决的重大实际和理论问题。区生产中急需解决的重大实际和理论问题。第一节第一节 概述概述 对于复杂地质采

4、矿条件下的覆岩破坏高度预测尚不能满对于复杂地质采矿条件下的覆岩破坏高度预测尚不能满足生产的需要。足生产的需要。 今后应进一步努力的方向为今后应进一步努力的方向为： 建立裂隙岩体应力建立裂隙岩体应力渗流耦合关系；渗流耦合关系； 研究断层对岩体破坏规律的影响；研究断层对岩体破坏规律的影响； 研究工作面底板破坏规律；研究工作面底板破坏规律； 研究高效、廉价的覆岩破坏范围探测仪器、手段和方法等。研究高效、廉价的覆岩破坏范围探测仪器、手段和方法等。第一节第一节 概述概述 我国从二十世纪六十年代初开始开展覆岩破坏规我国从二十世纪六十年代初开始开展覆岩破坏规律及水体下（上）采煤的研究，进行了大量的覆岩律及水

5、体下（上）采煤的研究，进行了大量的覆岩破坏高度现场实测，建立了适合我国实际情况的覆破坏高度现场实测，建立了适合我国实际情况的覆岩破坏高度计算理论和方法。岩破坏高度计算理论和方法。 在理论研究方面，已从经验方法向理论方法转变，在理论研究方面，已从经验方法向理论方法转变，开展了力学方法预测岩体破坏高度的研究；开展了力学方法预测岩体破坏高度的研究； 初步建立了裂隙网络渗流理论；提出了初步建立了裂隙网络渗流理论；提出了“下三带下三带”理论和水体上、下采矿的措施。在此基础上，进行理论和水体上、下采矿的措施。在此基础上，进行了河下、海下、含水砂层下及奥灰承压水上等采煤。了河下、海下、含水砂层下及奥灰承压水

6、上等采煤。 第一节第一节 概述概述 我国水体下采煤不仅解放了大量水下煤炭资源，还我国水体下采煤不仅解放了大量水下煤炭资源，还获得了丰富经验，发展了理论，形成了一套具有我国获得了丰富经验，发展了理论，形成了一套具有我国特点的理论体系。特点的理论体系。 即，从分析水体类型、特征、赋存条件及上覆岩层即，从分析水体类型、特征、赋存条件及上覆岩层的水文地质条件、地层结构入手，并根据地质采矿条的水文地质条件、地层结构入手，并根据地质采矿条件预计覆岩冒落带、导水裂隙带的高度、空间形态，件预计覆岩冒落带、导水裂隙带的高度、空间形态，掌握覆岩的移动破坏规律及两带与上覆水体之间的联掌握覆岩的移动破坏规律及两带与上

7、覆水体之间的联系，从而确定煤层合理的开采上限。在确保矿井生产系，从而确定煤层合理的开采上限。在确保矿井生产安全的条件下，实现资源利用的最大化和水资源的保安全的条件下，实现资源利用的最大化和水资源的保护。护。第一节第一节 概述概述一、近水体采煤的特点一、近水体采煤的特点 近水体采煤不仅可能对矿井生产的威胁，而且会对近水体采煤不仅可能对矿井生产的威胁，而且会对水资源的破坏。根据水体位于煤层的位置不同，将近水水资源的破坏。根据水体位于煤层的位置不同，将近水体矿层开采分为体矿层开采分为水体下开采水体下开采和和水体上开采水体上开采。当煤层位于。当煤层位于水体下方时，称为水体下开采。当煤层位于承压水体上水

8、体下方时，称为水体下开采。当煤层位于承压水体上方时，称为水体上开采。方时，称为水体上开采。 水体下（上）采煤与建筑物下采煤相比具有自身的特点：水体下（上）采煤与建筑物下采煤相比具有自身的特点： （1）水体下（上）采煤对变形量的大小关心较少，主要关心）水体下（上）采煤对变形量的大小关心较少，主要关心破裂岩体是否触及到水体；破裂岩体是否触及到水体； （2）保护对象一般来说不是水体而是矿井本身；）保护对象一般来说不是水体而是矿井本身； （3）水体是一整体，只要破裂带触及到水体，就会使整个水）水体是一整体，只要破裂带触及到水体，就会使整个水体溃入井下，淹没矿井，因此水体必须作为整体加以保护。体溃入井下

9、，淹没矿井，因此水体必须作为整体加以保护。 第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述二、水体类型二、水体类型 矿区水体主要分为地表水和地矿区水体主要分为地表水和地下水体两大类。下水体两大类。（一）地表水（一）地表水(Surface water) 赋存在地球水圈中，有江河湖海、赋存在地球水圈中，有江河湖海、水库、灌渠、山谷冲沟、稻田、洪区、水库、灌渠、山谷冲沟、稻田、洪区、沼泽、坑塘以及地面沉陷积水区等。沼泽、坑塘以及地面沉陷积水区等。地地表水属单一型水体。表水属单一型水体。 （二）地下水（二）地下水(Underground water) 赋存在地球岩石圈中，积聚在岩石空隙中的水称为地下水。

10、赋存在地球岩石圈中，积聚在岩石空隙中的水称为地下水。主要有第三、第四系冲积层内的砂层水、砂砾岩水及砂石主要有第三、第四系冲积层内的砂层水、砂砾岩水及砂石层水（统称松散含水层）；基岩内的砂岩、砾岩、砂砾岩、层水（统称松散含水层）；基岩内的砂岩、砾岩、砂砾岩、石灰岩岩溶含水层及老采空区积水（称基岩含水层）。石灰岩岩溶含水层及老采空区积水（称基岩含水层）。第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述 从采矿工程角度出发，可将从采矿工程角度出发，可将地下含水层地下含水层按埋藏条件分按埋藏条件分为为松散层内的含水层松散层内的含水层和和基岩内的含水层基岩内的含水层两种。两种。松散含水层松散含水层的特点是流

11、速小、流量小。的特点是流速小、流量小。基岩含水层基岩含水层的特点是含水层位的特点是含水层位于两个隔水层之间并承受静水压力，所以称为于两个隔水层之间并承受静水压力，所以称为承压水承压水。有。有时承压水位于开采煤层的底板岩层内，对开采构成威胁。时承压水位于开采煤层的底板岩层内，对开采构成威胁。 一般条件下，一般条件下，地表水地表水特别是大型地表水储存量大，特别是大型地表水储存量大，补给充分，且常常互相连通，较大的地表水体一补给充分，且常常互相连通，较大的地表水体一旦与矿井采空区沟通，将严重威胁井下生产及人旦与矿井采空区沟通，将严重威胁井下生产及人身安全或造成淹井事故。同时开采疏漏地表及近身安全或造

12、成淹井事故。同时开采疏漏地表及近地表水，将损害区域生态环境，加剧荒漠化程度。地表水，将损害区域生态环境，加剧荒漠化程度。地下水地下水比地表水距开采煤层更近一些，且赋存情比地表水距开采煤层更近一些，且赋存情况不易搞清，其具有随机性、突发性和不可预测况不易搞清，其具有随机性、突发性和不可预测性，因此常对其下方开采的安全威胁更大。性，因此常对其下方开采的安全威胁更大。第一节第一节 概述概述第二节第二节 覆岩破坏规律覆岩破坏规律一、覆岩破坏的分带一、覆岩破坏的分带 隔水层位于冒落带内时，其隔隔水层位于冒落带内时，其隔水性将会完全被破坏；水性将会完全被破坏；隔水层位于裂隔水层位于裂缝带内时，其隔水性也被

13、破坏，破坏缝带内时，其隔水性也被破坏，破坏的程度由导水裂缝带的下部向上部逐的程度由导水裂缝带的下部向上部逐渐减弱；渐减弱；隔水层位于上覆岩层的弯曲隔水层位于上覆岩层的弯曲带下部时，其隔水性可能受到微小影带下部时，其隔水性可能受到微小影响；响；隔水层位于覆岩弯曲带中部或上隔水层位于覆岩弯曲带中部或上部时，其隔水性不受采动影响。部时，其隔水性不受采动影响。一般一般将采动破坏的顶板冒落带和裂缝带合将采动破坏的顶板冒落带和裂缝带合称为称为导水裂缝带导水裂缝带。Fractured zoneCaving zoneContinuous deformation zone 采矿活动对上覆水体的影响有两方面：一是

14、上覆岩采矿活动对上覆水体的影响有两方面：一是上覆岩层的移动和破坏，形成了充水通道，使水体中的水层的移动和破坏，形成了充水通道，使水体中的水渗透和溃入井下，影响矿井的安全生产；二是地表渗透和溃入井下，影响矿井的安全生产；二是地表的移动、变形与破坏，使地表水体的附属建筑物受的移动、变形与破坏，使地表水体的附属建筑物受到影响，如堤坝下沉量很大或断裂时，河湖中的水到影响，如堤坝下沉量很大或断裂时，河湖中的水就要出槽漫流。就要出槽漫流。 水体下采煤的重点之一，是要分析开采后覆岩冒落水体下采煤的重点之一，是要分析开采后覆岩冒落带和导水裂缝带对水体的影响。这种影响由于地质带和导水裂缝带对水体的影响。这种影响

15、由于地质采矿条件不同而不同。采矿条件不同而不同。第二节第二节 覆岩破坏规律覆岩破坏规律第六章第六章 水体下与承压水上采煤水体下与承压水上采煤第一节第一节 概述概述第二节第二节 覆岩破坏规律覆岩破坏规律第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 水体下采煤的安全技术措施有：水体下采煤的安全技术措施有：留设安全煤岩柱留设安全煤岩柱、处处理水体理水体和和采取开采措施采取开采措施。有时单纯采用一种方法不能解决。有时单纯采用一种方法不能解决问题，而必须多种方法联合使用。问题，而必须多种方法联合使用。

16、一、留设安全煤岩柱一、留设安全煤岩柱 地下开采后，覆岩及地表产生移动破坏，在覆岩内部地下开采后，覆岩及地表产生移动破坏，在覆岩内部产生导水裂缝带，在地表出现裂缝，当导水裂缝带与地表产生导水裂缝带，在地表出现裂缝，当导水裂缝带与地表裂缝连通后，地表水体经采动裂缝进入井下，淹没矿井。裂缝连通后，地表水体经采动裂缝进入井下，淹没矿井。 留设安全煤岩柱的目的就是使导水裂缝带不触及水留设安全煤岩柱的目的就是使导水裂缝带不触及水体或触及水体但不会使水大量涌入井下，达到安全采煤的体或触及水体但不会使水大量涌入井下，达到安全采煤的目的。目的。 在水体和煤层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和煤在水体和煤层开采

17、上限之间留设一定垂深的岩层块段和煤层，称为安全煤岩柱。层，称为安全煤岩柱。 根据保护目的不同，安全煤岩柱可分为：根据保护目的不同，安全煤岩柱可分为：防水安全煤岩柱防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱防砂安全煤岩柱和和防塌安全煤岩柱防塌安全煤岩柱。 1防水安全煤岩柱防水安全煤岩柱 在水体底界面至煤层开采上限之间所留设的防止水体中的在水体底界面至煤层开采上限之间所留设的防止水体中的水溃入井下的煤和岩层块段称为防水安全煤岩柱。防水安水溃入井下的煤和岩层块段称为防水安全煤岩柱。防水安全煤岩柱适用于以下条件：全煤岩柱适用于以下条件：含水层上工作面下工作面煤柱采动裂隙第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤

18、的技术措施第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施（1 1）各种水体下采煤；）各种水体下采煤；（2 2）各类地表水体和第四纪、第三纪松散含水层下开采急）各类地表水体和第四纪、第三纪松散含水层下开采急倾斜煤层；倾斜煤层；（3 3）厚度大、富水性强、补给充足的第四纪、第三纪松散）厚度大、富水性强、补给充足的第四纪、第三纪松散含水层下开采缓倾斜或倾斜煤层；含水层下开采缓倾斜或倾斜煤层；（4 4）水体与基岩间无隔水层或隔水层极薄条件下开采缓倾）水体与基岩间无隔水层或隔水层极薄条件下开采缓倾斜或倾斜煤层；斜或倾斜煤层；（5 5）含水丰富、补给充足的基岩含水层特别是岩溶水体下）含水丰富、补给

19、充足的基岩含水层特别是岩溶水体下采煤；采煤；（6 6）在水库、水源、水渠和池塘等生产、生活要求保护的）在水库、水源、水渠和池塘等生产、生活要求保护的水体下采煤；水体下采煤；（7 7）矿井排水能力有限或矿井涌水量增加会恶化工作面作）矿井排水能力有限或矿井涌水量增加会恶化工作面作业环境的条件下采煤。业环境的条件下采煤。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 防水安全煤岩柱的高度等于预计的导水裂缝带最大防水安全煤岩柱的高度等于预计的导水裂缝带最大高度加上适当的保护层厚度（图高度加上适当的保护层厚度（图6-46-4），即：），即： H H水水= =H H导导+ +H Hb b式中，式中

20、，H H水水- -防水安全煤岩柱的高度，防水安全煤岩柱的高度，m m； H H导导- -导水裂缝带最大高度，导水裂缝带最大高度，m m；按前述公式计算。；按前述公式计算。 H Hb b- -保护层厚度，保护层厚度，m m。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 如果上覆岩层无松散层覆盖或采深较小，在留如果上覆岩层无松散层覆盖或采深较小，在留设防水安全煤岩柱时还应考虑地表裂缝的深度，即：设防水安全煤岩柱时还应考虑地表裂缝的深度，即： H H水水= =H H导导+ +H Hb b+H+Hd d （6-196-19） 式中，式中，H Hd d地表裂缝的深度，根据经验确定。地表裂缝的深

21、度，根据经验确定。 如果松散层为强或中等含水层，且直接与基岩如果松散层为强或中等含水层，且直接与基岩接触，而基岩风化带也含水，在留设防水安全煤岩接触，而基岩风化带也含水，在留设防水安全煤岩柱时应考虑基岩风化带的深度，则有柱时应考虑基岩风化带的深度，则有 H H水水=H=H导导+H+Hb b+H+Hf f （6-206-20） 式中，式中，H Hf f基岩风化带厚度，基岩风化带厚度，m m，根据勘探资料，根据勘探资料确定。确定。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施2 2防砂安全煤岩柱防砂安全煤岩柱 在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之

22、间为防止流砂溃入井下而保留的煤层和岩层块段称为防砂安全煤岩流砂溃入井下而保留的煤层和岩层块段称为防砂安全煤岩柱。其作用是防止冒落带进入或接近松散层，确保泥砂不柱。其作用是防止冒落带进入或接近松散层，确保泥砂不溃入井下，防砂安全煤岩柱等于冒落带高度加上保护层厚溃入井下，防砂安全煤岩柱等于冒落带高度加上保护层厚度（图度（图6-56-5），即），即 H Hs s= =H H冒冒+ +H Hb b （6-216-21） 式中，式中，H H冒冒冒落带高度，按本节前述公式计算。冒落带高度，按本节前述公式计算。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 防砂安全煤岩柱适用条件：防砂安全煤岩柱适用

23、条件： （1 1）地表仅有规模较小的水体，补给有限，容易疏）地表仅有规模较小的水体，补给有限，容易疏干或渗入量不大；干或渗入量不大； （2 2）地表虽有规模大的水体，但水体和基岩之间有）地表虽有规模大的水体，但水体和基岩之间有厚度较大的粘土、亚粘土层等；厚度较大的粘土、亚粘土层等； （3 3）第三、第四纪松散层较厚，含水层和隔水层交）第三、第四纪松散层较厚，含水层和隔水层交错沉积。松散层中，下部仅有富水性弱、补给有限的弱含错沉积。松散层中，下部仅有富水性弱、补给有限的弱含水层；或整个松散层为单一结构的弱含水层；水层；或整个松散层为单一结构的弱含水层； （4 4）在基岩中有含水性弱、补给量小的含

24、水层，并）在基岩中有含水性弱、补给量小的含水层，并且其底界面至开采煤层顶面的隔水层最小厚度大于冒落带且其底界面至开采煤层顶面的隔水层最小厚度大于冒落带高度，小于裂缝带高度的情况下，这时的煤岩柱也属防砂高度，小于裂缝带高度的情况下，这时的煤岩柱也属防砂安全煤岩柱。安全煤岩柱。 （5 5）矿井排水能力富裕时，允许矿井涌水量有递增）矿井排水能力富裕时，允许矿井涌水量有递增的趋势，但其最大涌水量不超过实际的排水能力。的趋势，但其最大涌水量不超过实际的排水能力。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施3 3防塌安全煤岩柱防塌安全煤岩柱 在松散粘土层和已经疏干的松散含水层底界面与煤在松散粘土

25、层和已经疏干的松散含水层底界面与煤层开采上限之间为防止泥砂溃入采空区而保留的煤层和岩层开采上限之间为防止泥砂溃入采空区而保留的煤层和岩层块段称为防塌安全煤岩柱。防塌安全煤岩柱也称煤皮煤层块段称为防塌安全煤岩柱。防塌安全煤岩柱也称煤皮煤柱，留设防塌安全煤岩柱时是允许导水裂缝带和冒落带波柱，留设防塌安全煤岩柱时是允许导水裂缝带和冒落带波及松散弱含水层底部，矿井的涌水量会增大。防塌安全煤及松散弱含水层底部，矿井的涌水量会增大。防塌安全煤岩柱的垂高接近或等于冒落带高度（图岩柱的垂高接近或等于冒落带高度（图6-66-6），即），即 H Ht t= =H H冒冒 （6-226-22）第三节第三节 水体下采

26、煤的技术措施水体下采煤的技术措施 防塌安全煤岩柱的适用条件为：防塌安全煤岩柱的适用条件为： （1 1）地表水体小，补给不充分或无经常性补给，且）地表水体小，补给不充分或无经常性补给，且水体与煤层基岩之间全部或底部为厚度大的弱含水层与隔水体与煤层基岩之间全部或底部为厚度大的弱含水层与隔水层互层；水层互层； （2 2）地表水体虽大，但系季节性或非经常性的，补）地表水体虽大，但系季节性或非经常性的，补给水源又进行了处理，且水体与基岩之间为厚度大的弱含给水源又进行了处理，且水体与基岩之间为厚度大的弱含水层隔水层互层的松散层；水层隔水层互层的松散层； （3 3）具有多层结构的松散层，且底部为厚层弱含水）

27、具有多层结构的松散层，且底部为厚层弱含水层；层； （4 4）当煤层顶板为弱含水层，且补给不足，含水层）当煤层顶板为弱含水层，且补给不足，含水层与煤层的距离接近于冒落带高度时。与煤层的距离接近于冒落带高度时。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 4 4保护层厚度的确定保护层厚度的确定 由于冒落带、导水裂缝带高度预测存在一定的偏差，由于冒落带、导水裂缝带高度预测存在一定的偏差，因此在留设各类安全煤岩柱时，均要加进保护层厚度。现因此在留设各类安全煤岩柱时，均要加进保护层厚度。现场应用表明，不同性质的覆岩应增加不同的保护层厚度。场应用表明，不同性质的覆岩应增加不同的保护层厚度。各种条

28、件下保护层厚度选取方法如下：各种条件下保护层厚度选取方法如下： （1 1）在缓倾斜煤层开采条件下，保护层厚度见表）在缓倾斜煤层开采条件下，保护层厚度见表6-1 6-1 和表和表6-26-2。 （2 2）在急倾斜煤层开采条件下防水安全煤岩柱和防）在急倾斜煤层开采条件下防水安全煤岩柱和防砂安全煤岩柱中的保护层厚度按表砂安全煤岩柱中的保护层厚度按表6-36-3选取。选取。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 表表6-46-4为水体采动程度，赋存状态及煤岩柱类型表，为水体采动程度，赋存状态及煤岩柱类型表，可供参考。可供参考。第三节

29、第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施二、处理水体二、处理水体 处理水体是水体下（上）采煤的一项有效而又不得处理水体是水体下（上）采煤的一项有效而又不得已的措施。主要包括两方面：已的措施。主要包括两方面：疏降水体疏降水体和和处理水体补给来处理水体补给来源源。 1 1疏降水体措施（疏降水体措施（Drainage) 在水体下（上）采煤时，有时水体距离煤层很近，在水体下（上）采煤时，有时水体距离煤层很近，不可能采取留设防水煤岩柱和采取开采措施的方法进行开不可能采取留设防水煤岩柱和采取开采措施的方法进行开采，必须对水体进行疏降，以降低含水

30、层水压和水量。采，必须对水体进行疏降，以降低含水层水压和水量。 疏降水体的方法有疏降水体的方法有钻孔疏降钻孔疏降、巷道疏降巷道疏降、联合疏降联合疏降、回采疏降回采疏降和和多矿井分区排水联合疏降多矿井分区排水联合疏降。 钻孔疏降、巷道疏降钻孔疏降、巷道疏降就是通过钻孔和巷道直接抽排就是通过钻孔和巷道直接抽排含水层中的水，使含水层疏干或水位降低，然后进行开采。含水层中的水，使含水层疏干或水位降低，然后进行开采。 第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 联合疏降联合疏降是根据地质采矿条件、含水层特点，是根据地质采矿条件、含水层特点，采用巷道、钻孔联合疏降水体。具体为先掘进疏水采用巷道

31、、钻孔联合疏降水体。具体为先掘进疏水巷道和石门，然后再在其中打钻孔穿过含水层放水巷道和石门，然后再在其中打钻孔穿过含水层放水进行疏降。进行疏降。 回采疏降回采疏降就是通过开采离含水层远的工作面，就是通过开采离含水层远的工作面，使含水层水通过这些工作面的采动影响缓慢流出，使含水层水通过这些工作面的采动影响缓慢流出，以降低含水层水位，达到疏降的目的。回采疏降适以降低含水层水位，达到疏降的目的。回采疏降适合于弱含水层和补给来源有限的含水层。合于弱含水层和补给来源有限的含水层。 多矿井分区排水联合疏降多矿井分区排水联合疏降是根据地下水连通的是根据地下水连通的特点，采用多个矿井排水联合疏降，以达到快速疏

32、特点，采用多个矿井排水联合疏降，以达到快速疏水的目的。水的目的。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施2 2处理水体补给来源处理水体补给来源（Water resource processing) 处理水体补给来源就是在回采前用水文地质、工程地质处理水体补给来源就是在回采前用水文地质、工程地质的方法对补给水体的主要来源进行处理。具体的方法有：的方法对补给水体的主要来源进行处理。具体的方法有： （1 1）河流改道。使其不流经采空区上方，达到安全开采）河流改道。使其不流经采空区上方，达到安全开采的目的；的目的； （2 2）帷幕注浆堵水。就是通过成排的钻孔将水泥、粘土）帷幕注浆堵水。就

33、是通过成排的钻孔将水泥、粘土等材料注入含水层中，形成地下挡水帷幕，切断地下水补给等材料注入含水层中，形成地下挡水帷幕，切断地下水补给的通道。该法适用于含水层厚度较小但流量较大、水文地质的通道。该法适用于含水层厚度较小但流量较大、水文地质条件清楚并具备可靠的隔水边界的含水层下开采。条件清楚并具备可靠的隔水边界的含水层下开采。 （3 3）巷道截水。对于山地矿区或露天矿区，在岩层内开）巷道截水。对于山地矿区或露天矿区，在岩层内开掘专门巷道截水，是切断含水层补给的一种有效方法。掘专门巷道截水，是切断含水层补给的一种有效方法。 另外，还可通过地面修筑拦洪坝、建水库、填裂缝、铺另外，还可通过地面修筑拦洪坝

34、、建水库、填裂缝、铺河床、修水渠等，使地面水与井下不连通。河床、修水渠等，使地面水与井下不连通。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施三、开采技术措施三、开采技术措施 采用开采措施的目的是减小顶底板岩体的破坏范采用开采措施的目的是减小顶底板岩体的破坏范围，以达到安全采矿的目的。开采措施主要有：试探开围，以达到安全采矿的目的。开采措施主要有：试探开采、充填开采、柱式开采、分区开采、间歇式开采、协采、充填开采、柱式开采、分区开采、间歇式开采、协调开采等，下面分别叙述。调开采等，下面分别叙述。 1.1.试探试探开采（开采（Probing mining) 试探开采是水体下开采的一个重要

35、技术原则。试探试探开采是水体下开采的一个重要技术原则。试探开采就是先采远离水体、后采近邻水体下面的煤层；先开采就是先采远离水体、后采近邻水体下面的煤层；先采隔水层厚、后采隔水层薄的煤层；先采地质条件简单、采隔水层厚、后采隔水层薄的煤层；先采地质条件简单、后采地质条件复杂的煤层；先采较深部，后采较浅部的后采地质条件复杂的煤层；先采较深部，后采较浅部的煤层。通过先易后难地试探性开采，逐步接近水体。煤层。通过先易后难地试探性开采，逐步接近水体。 第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施2.2.充填开采（充填开采（Backfilling mining) 充填开采通过外来材料对采空区进行充

36、填，以减少充填开采通过外来材料对采空区进行充填，以减少采出空间，减小覆岩移动破坏范围，从而达到安全采煤的采出空间，减小覆岩移动破坏范围，从而达到安全采煤的目的。目的。 对水体上采煤而言，充填开采可减小支承压力、增对水体上采煤而言，充填开采可减小支承压力、增加底板的压力、减少底板上鼓量和破坏深度，使承压水上加底板的压力、减少底板上鼓量和破坏深度，使承压水上开采安全。开采安全。 现场实测表明：充填开采顶板压力集中系数是全部垮现场实测表明：充填开采顶板压力集中系数是全部垮落法开采的落法开采的1/51/51/121/12，压力变化幅度值为，压力变化幅度值为1/61/61/151/15，底，底板破坏最大

37、深度为板破坏最大深度为5m5m左右。左右。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施3.3.部分开采部分开采(Partial mining) 部分开采包括条带开采、房柱式开采、刀柱式开采等部分开采包括条带开采、房柱式开采、刀柱式开采等短壁开采方法。短壁开采方法。 其目的是减小工作面的开采宽度，从而减小顶、底板的其目的是减小工作面的开采宽度，从而减小顶、底板的破坏范围，使破裂范围不触及含水层，达到安全采煤的目的。破坏范围，使破裂范围不触及含水层，达到安全采煤的目的。 理论和实践表明：在工作面条件基本相同的条件下，工理论和实践表明：在工作面条件基本相同的条件下，工作面斜长增加作面斜长增

38、加3.33.3倍，底板破坏深度增加倍，底板破坏深度增加4 4倍，在底板隔水层倍，在底板隔水层厚度不变的前提下，减小工作面斜长可减小底板破坏深度，厚度不变的前提下，减小工作面斜长可减小底板破坏深度，增大相对隔水层厚度，增强抵抗水压的能力。增大相对隔水层厚度，增强抵抗水压的能力。 目前国内在水体上采煤时大多采用条带开采，有时也采用目前国内在水体上采煤时大多采用条带开采，有时也采用柱式开采。柱式开采。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施4.4.分区开采（分区开采（Sectional mining) 分区开采是水体下开采减少灾害损失的一个分区开采是水体下开采减少灾害损失的一个重要措施

39、。分区开采有两种方法，一是在同一矿井重要措施。分区开采有两种方法，一是在同一矿井（或井田）内隔离采区进行开采；二是建立若干单（或井田）内隔离采区进行开采；二是建立若干单独矿井同时开采或分别开采。独矿井同时开采或分别开采。 该方法的目的就是使各采区相互独立，防止该方法的目的就是使各采区相互独立，防止矿井突水时淹没整个矿井。在浅部开采和水源补给矿井突水时淹没整个矿井。在浅部开采和水源补给充足的条件下常采用此方法。充足的条件下常采用此方法。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施5.5.分层（分阶段）分层（分阶段）间歇开采（间歇开采（Slicing mining) 分层间歇开采是将厚煤

40、层分成几个分层进行开采的方法。分层间歇开采是将厚煤层分成几个分层进行开采的方法。 从前面的冒落带、导水裂缝带高度计算式中可见，冒从前面的冒落带、导水裂缝带高度计算式中可见，冒落带、导水裂缝带高度随煤层采动次数的增加，其增加幅落带、导水裂缝带高度随煤层采动次数的增加，其增加幅度逐渐减小。即分层开采时覆岩的冒落带、导水裂缝带高度逐渐减小。即分层开采时覆岩的冒落带、导水裂缝带高度比一次采全厚时要小的多，同时使整个覆岩破坏均衡，度比一次采全厚时要小的多，同时使整个覆岩破坏均衡，对水体下采煤有利。对水体下采煤有利。 对于厚松散层下浅部煤层的开采或安全煤岩柱中基岩对于厚松散层下浅部煤层的开采或安全煤岩柱中

41、基岩厚度较小的条件，分层间歇开采具有明显的效果。厚度较小的条件，分层间歇开采具有明显的效果。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 应用分层间歇开采应注意：应用分层间歇开采应注意： 第一，要先探后采；第一，要先探后采； 第二，应尽量避免上、下煤层第二，应尽量避免上、下煤层( (或分层或分层) )开采边界开采边界的重叠，以消除变形值的叠加和减小对其原有隔水的重叠，以消除变形值的叠加和减小对其原有隔水性的破坏程度；性的破坏程度； 第三，分层开采的间歇时间要合理，间歇时间应第三，分层开采的间歇时间要合理，间歇时间应根据采区地质条件和岩层移动规律来确定。根据采区地质条件和岩层移动规律来

42、确定。 当覆岩是中等硬度的岩层时，冒落带，导水裂隙当覆岩是中等硬度的岩层时，冒落带，导水裂隙带内的岩层，一般在采后带内的岩层，一般在采后3 34 4个月就基本上趋于稳个月就基本上趋于稳定，此后便可开采下一个分层。定，此后便可开采下一个分层。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施6.6.协调开采（协调开采（Harmonic mining) 协调开采是水体上采煤减小底板采动破坏的有效方协调开采是水体上采煤减小底板采动破坏的有效方法。其目的就是通过适当地布置两煤层的工作面，以减小法。其目的就是通过适当地布置两煤层的工作面，以减小采动的支承压力和底板岩体破坏的深度。协调可分为不同采动的

43、支承压力和底板岩体破坏的深度。协调可分为不同煤层的协调开采和同一煤层的协调开采。煤层的协调开采和同一煤层的协调开采。 除了以上方法外，还有减小开采厚度、底板加固采除了以上方法外，还有减小开采厚度、底板加固采煤法等等。各种方法都具有一定的优缺点和适用条件，在煤法等等。各种方法都具有一定的优缺点和适用条件，在实际中应结合具体的条件，选取适当的方法并采取多种方实际中应结合具体的条件，选取适当的方法并采取多种方法，以达到安全、经济目的。法，以达到安全、经济目的。第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施 水体下开采除了做好上覆水体的防治和选择合理水体下开采除了做好上覆水体的防治和选择合理的

44、井下开采措施外，还必须建立完善的防排水系统。的井下开采措施外，还必须建立完善的防排水系统。 首先，矿井排水设备能力、排水管理系统、水仓首先，矿井排水设备能力、排水管理系统、水仓储水能力以及下山开采的排水工程设施都要配套，能储水能力以及下山开采的排水工程设施都要配套，能够适应疏水降压或增加矿井涌水量的需要，并保持一够适应疏水降压或增加矿井涌水量的需要，并保持一定的后备能力，防止突发事件发生；定的后备能力，防止突发事件发生； 其次，要建立突水抢险制度，规定水害避灾路线，其次，要建立突水抢险制度，规定水害避灾路线，设置完备的安全出口，开采前应进行避灾演习。设置完备的安全出口，开采前应进行避灾演习。

45、同时，要加强对职工的安全教育以及严格执行安同时，要加强对职工的安全教育以及严格执行安全规程和各项条例的教育。全规程和各项条例的教育。第六章第六章 水体下与承压水上采煤水体下与承压水上采煤第一节第一节 概述概述第二节第二节 覆岩破坏规律覆岩破坏规律第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤一、底板突水类型及底板破坏规律一、底板突水类型及底板破坏规律( (一一) )基本概念基本概念 1 1煤层底板煤层底板岩溶水（岩溶水（Karst water from bed bottom) 赋存和运动于煤层底板岩溶地层空间中

46、的水体和水流叫赋存和运动于煤层底板岩溶地层空间中的水体和水流叫做煤层底板岩溶水，又称底板承压水。它不同于松散层内的孔做煤层底板岩溶水，又称底板承压水。它不同于松散层内的孔隙水和基岩裂隙水，具有本身的迳流特征和运动规律。隙水和基岩裂隙水，具有本身的迳流特征和运动规律。 2 2隔水层（隔水层（Water-resisting layer)与等值隔水层与等值隔水层(Equivalence water-resisting layer) 存在于含水层与开采煤层底板、巷道和采空区之间的能存在于含水层与开采煤层底板、巷道和采空区之间的能阻碍或减弱水流动的岩层。该岩层内的孔隙不连通，地下水无阻碍或减弱水流动的岩

47、层。该岩层内的孔隙不连通，地下水无运动条件，称其为隔水层，亦称保护层。运动条件，称其为隔水层，亦称保护层。 第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤3 3突水系数（突水系数（Water inrush coefficient)突水系数是水压值与隔水层厚度的比值：突水系数是水压值与隔水层厚度的比值：mpT (6-23)式中式中T T突水系数，突水系数， Mpa/mMpa/m； p p水压力值，水压力值，MPaMPa； m m隔水层厚度，隔水层厚度，m m。 部分矿区极限突水系数统计结果见表部分矿区极限突水系数统计结果见表6-56-5。当突。当突水系数超过表中数值时，即有可能发生突水事故。水系数超过表

48、中数值时，即有可能发生突水事故。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤（二）底板突水的类型（二）底板突水的类型 1 1按突水地点分，底板突水有按突水地点分，底板突水有巷道突水巷道突水与与采煤工采煤工作面突水作面突水。 2 2按突水的动态表现形式有：按突水的动态表现形式有： （1 1）爆发型：直接在采掘工作地点附近发生，一旦）爆发型：直接在采掘工作地点附近发生，一旦突水，突水量在瞬间即达到峰值，突水峰值过后，突水突水，突水量在瞬间即达到峰值，突水峰值过后，突水量趋于稳定或逐渐减小。爆发型突水来势猛、速度快、量趋于稳定或逐渐减小。爆发型突水来势猛、速度快、冲击力大，常有岩块碎屑伴水冲出。冲击力大，

49、常有岩块碎屑伴水冲出。 （2 2）缓冲型：直接在采掘工作地点附近发生，突水）缓冲型：直接在采掘工作地点附近发生，突水量由小到大逐渐增长，经几小时、儿天甚至几个月才达量由小到大逐渐增长，经几小时、儿天甚至几个月才达到峰值。到峰值。 （3 3）滞后型：采掘工作面推进到一定距离后，在巷）滞后型：采掘工作面推进到一定距离后，在巷道或采空区内发生突水，其滞后时间为几天、几个月甚道或采空区内发生突水，其滞后时间为几天、几个月甚至几年，突水最可急可缓。至几年，突水最可急可缓。 第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤3 3按突水量的大小可分为：按突水量的大小可分为：(1)(1)特大型突水事故，突水量为特大型突

50、水事故，突水量为50m3/min50m3/min以上；以上；(2)(2)大型突水事故，突水量为大型突水事故，突水量为202049 m3/min49 m3/min；(3)(3)中型突水事故，突水量为中型突水事故，突水量为5 519m3/min19m3/min；(4)(4)小型突水事故，突水量小于小型突水事故，突水量小于5 m3/min5 m3/min。（三）开采后煤层底板岩层的破坏规律（三）开采后煤层底板岩层的破坏规律 在开采过程中，煤层底板应力重新分布造成在开采过程中，煤层底板应力重新分布造成底板岩层的变形与破坏，削弱了底板岩层的阻水能底板岩层的变形与破坏，削弱了底板岩层的阻水能力，甚至形成突

51、水通道。力，甚至形成突水通道。 因此，研究开采后煤层底板的应力重新分布、因此，研究开采后煤层底板的应力重新分布、变形与破坏的规律，是防止底板突水的基础。变形与破坏的规律，是防止底板突水的基础。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤1 1开采过程中底板应力与变形情况开采过程中底板应力与变形情况 在开采过程中，工作面前方的煤壁和底板处在增压区内，在开采过程中，工作面前方的煤壁和底板处在增压区内，支承压力使煤层底板压缩。支承压力使煤层底板压缩。 当工作面推进跨过此处时，采空区处在减压区内，底板当工作面推进跨过此处时，采空区处在减压区内，底板岩层从压缩状态转为膨胀状态，产生底鼓，可能出现断裂。岩层从压

52、缩状态转为膨胀状态，产生底鼓，可能出现断裂。 随工作面推进，采空区中的垮落岩块压实，底板重新处随工作面推进，采空区中的垮落岩块压实，底板重新处于增压区内，又从膨胀状态转为压缩状态。于增压区内，又从膨胀状态转为压缩状态。 在工作面推进过程中，底板各处都要经受压缩、膨胀和在工作面推进过程中，底板各处都要经受压缩、膨胀和再压缩作用的过程。再压缩作用的过程。 底板沿工作面推进方向受到压缩、膨胀和再压缩的作用底板沿工作面推进方向受到压缩、膨胀和再压缩的作用( (图图6-7)6-7)。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤在支承压力的作用下，底板中出现水平拉应力；在压缩在支承压力的作用下，底板中出现水平拉

53、应力；在压缩区和膨胀区分界处的底板中出现剪应力。拉应力和剪应区和膨胀区分界处的底板中出现剪应力。拉应力和剪应力使底板出现断裂。垂直断裂与顺层断裂交叉，形成底力使底板出现断裂。垂直断裂与顺层断裂交叉，形成底板破坏带。成为底板突水的诱发因素。板破坏带。成为底板突水的诱发因素。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤2 2煤层底板的煤层底板的“下三带下三带”（Floor three zones) 根据煤层底板破坏情况及地下水的导升情况，根据煤层底板破坏情况及地下水的导升情况，在工作面连续推进后，煤层底板可分为在工作面连续推进后，煤层底板可分为“下三带下三带” 。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤

54、（1 1）破坏带：邻接工作面的直接底板受到破坏，出现）破坏带：邻接工作面的直接底板受到破坏，出现一系列沿层面和垂直于层面的断裂，使其导水能力增强，其一系列沿层面和垂直于层面的断裂，使其导水能力增强，其厚度称底板破坏厚度称底板破坏深度（深度（Failure depth of coal seam floor)。 （2 2）完整岩层带：位于破坏带之下，岩层虽然受到支）完整岩层带：位于破坏带之下，岩层虽然受到支承压力的作用，甚至产生弹性或塑性变形，但仍然能保持连承压力的作用，甚至产生弹性或塑性变形，但仍然能保持连续性，其阻水能力未发生变化。因此，称完整岩层带或保护续性，其阻水能力未发生变化。因此，称完

55、整岩层带或保护层带。层带。 （3 3）地下水导升带：地下水导升带指底板含水层中的）地下水导升带：地下水导升带指底板含水层中的承压水沿隔水层裂隙上升的高度，即由含水层顶面至承压水承压水沿隔水层裂隙上升的高度，即由含水层顶面至承压水导升标高之间的部分，其厚度为导升标高之间的部分，其厚度为h h3 3（上图）。地下水导升带（上图）。地下水导升带的厚度，取决于承压水的压力及隔水层裂隙的发育程度和受的厚度，取决于承压水的压力及隔水层裂隙的发育程度和受开采影响的剧烈程度。开采影响的剧烈程度。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤根据根据 “下三带下三带”理论，对承压水体上采煤进行安全预理论，对承压水体上采

56、煤进行安全预测，存在四种情况测，存在四种情况( (参见表参见表6-6)6-6)。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤 二、影响底板突水的因素二、影响底板突水的因素 在采动附加应力和底板水压力作用下，底板在采动附加应力和底板水压力作用下，底板岩体产生移动、破坏，在底板形成底板采动导水岩体产生移动、破坏，在底板形成底板采动导水破坏带、底板阻水带和底板承压水导升带。破坏带、底板阻水带和底板承压水导升带。 底板阻水带的厚度、承压水的压力是决定底底板阻水带的厚度、承压水的压力是决定底板突水的关键因素。板突水的关键因素。 国内有的学者提出底板突水的国内有的学者提出底板突水的“六因素说六因素说”，即煤层底

57、板含水层的富水性、含水层的水头压力、即煤层底板含水层的富水性、含水层的水头压力、地质构造、底板隔水层的厚度与结构、矿山压力地质构造、底板隔水层的厚度与结构、矿山压力以及开采方法。以及开采方法。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤1 1水源条件水源条件 水源条件包括水量和水压，水量是突水的物质水源条件包括水量和水压，水量是突水的物质基础，水压是突水的动力。水量越丰富，突水量越大，基础，水压是突水的动力。水量越丰富，突水量越大，危害性也大。危害性也大。 水压的作用表现为：处于封闭状态的岩溶水不水压的作用表现为：处于封闭状态的岩溶水不断地溶蚀、冲刷构造裂隙，形成通道，由含水层上升断地溶蚀、冲刷构造

58、裂隙，形成通道，由含水层上升进入到底板隔水层，从而破坏了底板隔水层。水压越进入到底板隔水层，从而破坏了底板隔水层。水压越大，这种破坏作用越严重，地下水导升带就越大。大，这种破坏作用越严重，地下水导升带就越大。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤2 2矿山压力矿山压力绝大部分工作面底板突水与矿压作用有直接关系，绝大部分工作面底板突水与矿压作用有直接关系，影响矿压作用的因素有顶板岩体结构、支护方式、影响矿压作用的因素有顶板岩体结构、支护方式、控顶距等。矿山压力诱发底板突水，有如下规律：控顶距等。矿山压力诱发底板突水，有如下规律： （1 1）无周期来压或周期来压不明显的顶板，支）无周期来压或周期来

59、压不明显的顶板，支承压力较小，对底板破坏轻，突水事故较少；有周承压力较小，对底板破坏轻，突水事故较少；有周期来压的顶板，突水多发生在初次来压或周期来压期来压的顶板，突水多发生在初次来压或周期来压期间，因为在初次来压或周期来压期间，对底板破期间，因为在初次来压或周期来压期间，对底板破坏严重。在时间上，突水多发生在工作面初次来压坏严重。在时间上，突水多发生在工作面初次来压和正常推进中二次来压或周期来压。和正常推进中二次来压或周期来压。第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤 （2 2）突水点的位置多数在工作面后部采空区边缘）突水点的位置多数在工作面后部采空区边缘附近。因为该处顶板垮落不充分，底板处于

60、膨胀状态，附近。因为该处顶板垮落不充分，底板处于膨胀状态，断裂张开，阻水能力最弱。突水点多位于采空区周边，断裂张开，阻水能力最弱。突水点多位于采空区周边，靠近煤壁靠近煤壁4 47m7m处或最外一排支柱的外侧。这主要由于处或最外一排支柱的外侧。这主要由于采空区周围煤柱上产生支承压力，采空区周围底板岩体采空区周围煤柱上产生支承压力，采空区周围底板岩体卸载，在支承压力的作用下向采空区突出、膨胀，产生卸载，在支承压力的作用下向采空区突出、膨胀，产生竖向裂隙和层间裂隙（离层），导致突水。竖向裂隙和层间裂隙（离层），导致突水。 （3）顶板初次来压之前，在开）顶板初次来压之前，在开切眼附近，由于老顶大而较长