总工课件：导水裂隙带发育规律及防水煤柱留设

1、导水裂隙带发育规律导水裂隙带发育规律及防水煤柱留设及防水煤柱留设1.覆岩覆岩“三带三带”型破坏特征型破坏特征 长壁工作面煤层采出采用全部垮落法处理采空区，从煤层直接顶板开始，由下向上依次垮落、开裂、离层、弯曲,经过若干时间终止移动。 移动期间和移动稳定后的上覆岩层，按其破坏程度的不同，大致可分为： 垮落带、裂隙带、弯曲带。 (1) 垮落带破坏特征垮落带破坏特征 1) 不规则性 垮落带下部为不规则垮落。垮落带内岩块不能传递水平力，控顶范围内垮落带的岩层重量由支柱或支架支撑。 2) 膨胀性 岩石的碎胀性使垮落带岩石的体积增大，使垮落带与未垮落顶板岩层下方的自由空间逐渐变小，使垮落不再继续。 COS

2、KMHK)1( (2) 2) 裂隙带破坏特征裂隙带破坏特征 1)岩层破坏有规则： 无论是垂直岩层面或平行岩层面的裂缝均使岩层保持原有的层状； 2)破坏程度分带明显： 裂隙带在垂直剖面上分为：严重断裂、一般开裂和微小开裂。 (3) 弯曲带破坏特征弯曲带破坏特征 1)垂直弯曲、水平受压、隔水性增强 岩层在自上而下沿层面法向弯曲，在水平处于双向受压，当岩性较软时，隔水性能增强。 2)岩层完整不存在破坏 岩层移动连续有规律，保持整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂隙。 2.覆岩“三带”型破坏的最终形态 覆岩“三带”型破坏形态不仅决定覆岩的破坏范围，而且决定破坏的最大高度。 以前认为采场与掘进巷道的

3、覆岩破坏形态类似，均为中间高、四周低的拱形形态。 通过现场实测：长壁全陷开采缓倾斜煤层，当工作面初次放顶后，一般不再出现垮落拱，其形态与煤层倾角有关。 按倾角划分为3种态： 近水平、缓倾斜煤层：0-35； 大倾角煤层：36-54； 急倾斜煤层：55-90。 （1)1)近水平、缓倾斜煤层覆岩破坏近水平、缓倾斜煤层覆岩破坏最终形态最终形态（0 35） 裂隙带两端边界一般会超出开采边界，呈马鞍形。 采空区四周边界略高。中间较低，两端较高，最高位于采空区斜方。 采空区中央破坏高度一致。 采空区面积相当大，且采厚大体相等时，中央破坏高度基本一致。 （3)3)急倾斜煤层覆岩破坏范围最终形态急倾斜煤层覆岩破

4、坏范围最终形态 （55 90） 垮落带呈耳形或上大下小的不对称拱形，裂隙带垮落带呈耳形或上大下小的不对称拱形，裂隙带形状与垮落带类似形状与垮落带类似。3.覆岩破坏最大高度 （1 1）影响覆岩最大高度的主要因素）影响覆岩最大高度的主要因素 1）岩层软硬程度 覆岩直接顶和基本顶都比较坚硬的条件下，下沉量小，使垮落过程充分发展，覆岩破坏高度大。 而软弱岩层顶板松软破碎，随采随落，采空区易充满，覆岩下沉量大，覆岩破坏变化小。为了便于进行覆岩破坏最大高度的计算，按覆岩单向抗压强度划分为4类。 为了便于进行覆岩破坏最大高度的计算，按覆岩单为了便于进行覆岩破坏最大高度的计算，按覆岩单向抗压强度划分为向抗压强

5、度划分为4 4类。类。 2）采高 一次采全高或厚煤层分层初次开采时“两带”高度与采高呈近似直线关系； 4）采空区面积 采空区面积的扩大会导致“两带”高度的增加，但在工作面放顶线后方垮落岩石堆已经接顶的地方，垮落带最大高度就达到了最大值（顶板极坚硬的除外）（其距离为：中硬岩石自煤壁到岩石堆接顶处515m）； 5）时间过程时间过程 时间过程在两个方面起作用： 导水裂缝带发展到最大高度以前： 导水裂缝带的高度随着时间而增长。中硬覆岩在回柱放顶后12个月时间内达到最大值。坚硬覆岩，比中硬要长一些，软弱覆岩，比中硬要短一些。 坚硬中硬软弱极软 5 . 2161 . 2100MMHm2 . 2197 .

6、4100MMHm2 . 1630 . 7100MMHm1）垮落带高度 根据岩石的强度，其垮落带计算公式如下：2)导水裂缝带高度式中： 煤层累计采厚，m； 单层采厚不超过3m，累计采厚不超过15m。M 3）近距离煤层导水裂缝带高度计算 上、下两层煤的最小垂距大于下层煤的垮落带高度。 分别进行计算，取其中标高最高者作为两层煤的导水裂缝带最大高度。 上、下两层煤的最小垂距小于下层煤的垮落带高度。 上层煤采用本层煤的开采厚度计算，下层煤则应用上、下层煤的综合开采厚度计算。取其中标高最高者为两层煤的导水裂缝带最大高度。 1 21 2212ZhMMMy式中：M1上煤层开采厚度； M2下煤层开采厚度； h1

7、2上、下层煤距离； y2下煤层冒高与采厚之比。 1212ZMMM 如果上、下层煤之间的距离很小时，则综合开采厚度为累计厚度： 4)综放开采导水裂缝带高度计算 我国上世纪八十年代从法国引进的厚煤层综采放顶煤一次采全厚的技术在国内已得到广泛推广应用。 据测定厚煤层综放开采覆岩破坏的高度与“三下”采煤规程中通过厚煤层分层开采，且单煤层采厚不超过3m的计算公式得出的结果相比较，前者要大（见下表）。 综放开采覆岩破坏高度实测值与规程规定公式计算值比较 兴隆庄煤矿综放开采两带高度计算公式 山东兴隆庄煤矿通过综放开采导水裂隙带高度的实测拟合出，综放开采“两带”破坏高度计算公式。 垮落带高度的计算式为： 10

8、0M Hk - + 3.15 5.45M5.82 导水裂缝带的计算式为： 100M HL- + 3.15 0.84M4.57综放开采两带高度计算公式 冒落带高度计算公式： 导水裂隙带高度计算公式： 4 4.1.1.留设留设防水煤（岩）柱原则防水煤（岩）柱原则 (1) 矿井在有突水威胁但又不宜疏放的井下采掘区施工时，必须留设防水煤（岩）柱。 (2) 矿井防水煤（岩）柱的设计必须在确保矿井安全生产的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度，以提高资源利用率。 附 图 6-1H 20m4.2 4.2 矿井防水煤（岩）柱类型矿井防水煤（岩）柱类型 (1)(1)煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设 (3) (3)含水或导水断层防隔水煤（岩）柱含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设的留设 含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设可参照下列经验公式计算:附 图 8-2LLLLH裂HH（b）123安附 图 8-3LLLLHHMH安（c）123裂LLLLH裂HH安（a）123图3-3 煤层与富水性强的含水层或导水断层接触时防隔水煤（岩）柱留设图123csccotcotaLLLLLLHHH123(sincos cot ) (cos)(cotcot ) 20aaL L L LHHMm TsP M /H安图3-4 Ts与H0关系曲线图