采矿课件承压含水层上采煤

第五章

承压含水层上采煤

太原群灰岩、奥陶系灰岩、茅口灰岩

灰岩岩溶发育，含水丰富。底板承压水—有一定水压、贮存和流动于煤层底板灰岩中的水体奥陶系灰岩厚200800m，奥灰水的水压1.473.43MPa，深部可达9.81MPa至石炭系最下部可采煤层的距离通常仅有2060m承压含水层上采煤承压含水层上采煤:采用专门的技术和安全措施开采邻近承压含水层上的煤层煤层底板突水：灰岩水穿越了开采煤层和含水层之间的煤岩柱，以突然的方式大量地涌入采掘空间的现象已发生过300多次底板突水事故，并造成多次淹没矿井、开采水平和采区的严重后果第一节

影响底板突水的主要因素

一、底板突水类型

1、按突水地点

巷道突水多以构造破坏为主，承压水通过断裂或构造破碎带进入底板，形成充水，一旦巷道揭露出来后，承压水就迅速涌入。底板突水类型采场突水多以采矿破坏为主，矿山压力破坏和削弱了底板隔水层的厚度和强度，造成与含水层的密切水力联系。巷道突水和采场突水的比例几乎相等二、底板突水原因分析

1、煤层底板的受力与变形

1、煤层底板应力及变形分区

底板破坏带—底板突水的通道2、煤层底板岩层中的下三带

底板采动导水破坏带

煤层底板岩层受采动影响而产生的采动导水断裂范围

由沿层面和垂直于层面的裂缝形成采煤工作面长度、采煤方法、煤层厚度、开采深度、顶底板岩性及结构通过影响前支承压力而影响底板采动导水破坏带深度。底板采动导水破坏带深度

工作面长度愈大，矿山压力显现愈充分，底板破坏深度愈大

顶板悬顶愈大，前支承压力峰值愈大，对底板破坏愈严重。采深加大后前支承压力的绝对量随采深加大而加大

不同采煤方法的底板破坏深度

采煤方法及面长长壁80100m短壁50m条带20m房柱15m×15m底板破坏深度(m)10173.572.5335注：根据数值计算结果（2）底板阻阻水带位于煤层层底板采采动导水水破坏带带以下、、底部含含水体以以上具有有阻水能能力的岩岩层范围围此带内岩岩层仍然然能保持持连续性性，一定定厚度的的底板阻阻水带可可以阻止止底板突突水也也称为保保护层带带或完整整岩层带带底板阻水水带的厚厚度可能能大小不不一，甚甚至可能能不存在在底板阻水带厚厚度h2实验法h2=p/Zp—底板上的水压压力，MPa；Z—阻水系数，MPa/m。。钻孔水力压裂裂法实测单位底板板隔水岩层平平均阻水能力力的系数Z=pb/Rpb—使岩体破裂时时的临界水压压力，MPa；R—裂缝扩展半径径，一般取4050m岩层阻水系数数Z岩性中、粗粒砂岩细砂岩粉砂岩阻水系数（MPa/m）0.30.50.30.2岩性泥岩石灰岩断层带阻水系数（MPa/m）0.10.30.40.050.10底板承压水导导升带与石灰岩邻接接的岩层中原原始就存在着着节理和裂隙隙，岩溶承压压水进入后成成为导水层底板承压水导导升带煤层底板承压压含水层的水水在水压力和和矿压作用下下上升到其顶顶板岩层中的的范围底板承压水导导升带底板承压水导导升带上界参参差不齐，断层附近的承承压水导升带带高度一般较较大，有些矿矿区可能无底底板承压水导导升带。h3用物探和钻探探方法巷道中用电测测，钻探根据下三带预预测承压含水水层上采煤的的安全情况底板阻水带厚厚度和强度均均大安全全正常常开开采采底板板阻阻水水带带薄薄或或强强度度不不够够不够够安安全全缩短短工工作作面面长长度度，，减减少少破破坏坏深深度度，，增增加加底底板板阻阻水水带带厚厚度度根据据下下三三带带预预测测承承压压含含水水层层上上采采煤煤的的安安全全情情况况无底底板板阻阻水水带带底板板采采动动导导水水破破坏坏带带与与底底板板承承压压水水导导升升带带沟沟通通不安安全全底板板采采动动导导水水破破坏坏带带与与含含水水层层相相接接易易突突水水缩短短工工作作面面长长度度，，改改变变采采煤煤方方法法，，降降低低采采出出率率，，减减小小底底板板破破坏坏深深度度，，甚甚至至对对底底板板注注浆浆加加固固根据据下下三三带带预预测测承承压压含含水水层层上上采采煤煤的的安安全全情情况况断裂裂构构造造带带处处导导升升高高度度与与底底板板承承压压水水导导升升带带接接近近或或切切穿穿煤煤层层很危危险险留煤煤柱柱，，改改变变采采煤煤方方法法，，对对破破坏坏带带以以下下断断裂裂封封堵堵加加固固三、、影影响响底底板板突突水水的的主主要要因因素素1、、水水源源条条件件水量量愈愈丰丰富富，，突突水水量量愈愈大大，，危危害害也也愈愈大大。。水压压是是突突水水的的动动力力，，处处于于封封闭闭状状态态的的岩岩溶溶水水不不断断溶溶蚀蚀、、冲冲刷刷裂裂隙隙，，形形成成通通道道，，由由含含水水层层进进入入底底板板隔隔水水层层，，水水压压愈愈大大，，破破坏坏愈愈严严重重。。影响响底底板板突突水水的的主主要要因因素素2、、地地质质构构造造底板板突突水水事事故故的的80%以上上发发生生在在断断裂裂构构造造附附近近构造造既既可可以以充充水水，，又又可可以以导导水水有效效厚厚度度和和实实际际强强度度降降低低煤层层与与含含水水层层之之间间的的相相对对位位置置变变化化岩溶溶陷陷落落柱柱少数数岩岩溶溶陷陷落落柱柱既既充充水水，，又又导导水水，，在在与与强强含含水水层层沟沟通通的的条条件件下下，，对对安安全全生生产产威威胁胁极极大大开滦滦范范各各庄庄矿矿21小小时时后后将将年年产产300万万t的大大型型矿矿井井淹淹没没，，突突水水峰峰期期平平均均涌涌水水量量为为2053m3/min影响响底底板板突突水水的的主主要要因因素素3、、隔隔水水层层的的阻阻水水能能力力隔水水层层的的阻阻水水能能力力取取决决于于隔隔水水层层的的强强度度、、分分层层厚厚度度和和裂裂隙隙发发育育程程度度影响响底底板板突突水水的的主主要要因因素素4、、矿矿山山压压力力支承承压压力力诱诱发发底底板板突突水水初次次来来压压或或周周期期来来压压期期间间易突水水工作作面面后后部部采采空空区区边边缘缘附附近近易突水水开切切眼眼附附近近是是底底板板易易突突水水工作作面面推推进进速速度度慢慢，，工工作作面面突突然然停停止止推推进进或或在在停停采采线线处处易易突突水水区段段或或分分带带煤煤柱柱附附近近易易突突水水周期期来来压压期期间间。煤煤体体内内的的支支承承压压力力达达到到最最大大，，对对底底板板破破坏坏严严重重。。初次次来来压压期期间间。煤煤体体内内的的支支承承压压力力达达到到最最大大，，对对底底板板破破坏坏严严重重。。开切切眼眼附附近近。老老顶顶大大面面积积显显露露，，直直接接顶顶不不能能充充分分垮垮落落，，底底板板形形成成较较大大的的自自由由面面。。支承压力力诱发底底板突水水工作面推推进速支支度慢工作面突突然停止止推进工作面停停采线处处支承压力力作用时时间长，，底板破破坏严重重，推进进快时，，未形成成较大裂裂隙就会会由膨胀胀状态变变为压缩缩状态；；区段煤柱柱附近：：顶板垮垮落不充充分，固固定支承承压力作作用下底底鼓支承压力力作用时时间问题题支承压力力诱发底底板突水水第二节煤层下方方承压水水体采动动等级及及防水安安全煤岩岩柱留设设方法一、煤层层下方水水体采动动等级和和允许采采动程度度水体类型允许采动程度要求留设的安全煤岩柱类型1．位于煤系地层之下的巨厚灰岩强含水体2．位于煤层之下的薄层灰岩具有强含水源补给的含水体3．位于煤层之下的作为重要水源或旅游资源保护的水体不允许底板采动导水破坏带波及水体，或与承压水导升带沟通，并有能起到强阻水作用的有效保护层

底板强防水安全煤岩柱煤层下方方水体I级采动等等级和允允许采动动程度煤层下方方水体采采动等级级和允许许采动程程度1．位于煤系地层之下的弱含水体，或已疏降的强含水体2．位于煤层之下的无强水源补给的薄层灰岩含水体3．位于煤系地层或煤系地层底部其它岩层中的中弱、含水体允许采取安全措施后底板采动导水破坏带涉及水体，或与承压水导升带沟通，但防水安全煤岩柱仍能起到安全阻水作用

底板弱防水安全煤岩柱煤层下方方水体II级采动等等级和允允许采动动程度二、水体体上采煤煤防水安安全煤岩岩柱设计计方法设计防水水安全煤煤岩柱的的原则是是：不允允许底板板采动导导水破坏坏带涉及及水体，，或与承承压水导导升带沟沟通1、无导导升带的的正常底底板底板防水水安全煤煤岩柱高高度ha应大于或或等于导导水破坏坏带深度度h1和阻水带带厚度h2之和ha≥h1+h2水体上采采煤防水水安全煤煤岩柱设设计方法法2、承压压水附近近存在导导升带底板安全全煤岩柱柱高度ha应大于或或等于导导水破坏坏带深度度h1、阻水带厚厚度h2和承压水水导升带带高度h3之和ha≥h1+h2+h3水体上采采煤防水水安全煤煤岩柱设设计方法法底板含水水层顶部部存在充充填隔水水带充填隔水水带厚度度h4可以作为为底板防防水安全全煤岩柱柱厚度的的组成部部分ha≥h1+h2+h4第三节底板突水水预测hd≥hahd—煤层底板板至含水水层顶之之间的实实际厚度度ha—计算的的安全煤煤岩柱尺尺寸承压水上上采煤的的安全度度符合要要求。底板突水水预测hd＜hahd—煤层底底板至含含水层顶顶之间的的实际厚厚度ha—计算的的安全煤煤岩柱尺尺寸当计算所所得的安安全煤岩岩柱尺寸寸ha大于煤层层底板至至含水层层顶之间间的实际际厚度hd时，需进进一步评评定底板突水水预测一、突水水系数法法TS—突水系数数，MPa/m；；P—实际水压压力，MPa；；M—底板隔水水岩层厚厚度，即即hd，m；Cp—底板采动动导水破破坏带深深度，即即h1，m突水系数数法突水系数数小于临临界突水水系数时时，可以以实现安安全开采采，否则则要采取取措施部分矿区区临界突突水系数数矿区突突水水系数Ts（MPa/m）峰峰0.0660.076焦作0.060.10淄博0.060.10井陉0.060.15底板突水水预测二、经验验曲线以往带压压开采过过程中的的突水与与未突水水的采掘掘工作面面水压与与底板岩岩层厚度度的关系系，制成成突水临临界曲线线第四节承压含水水层上安安全采煤煤的技术术措施采煤方法法主要是是指开采采过程对对岩溶水水的处理理方法一、深深降强强排（（疏水开开采））设置各各种疏疏水工工程，，将岩岩溶水水水位位人为为地降降低到到开采采水平平以下下疏水井井巷、、疏水水钻孔孔防止底底板突突水效效果最最好。。疏水工工程量量大、、设备备多、、电耗耗大，，因而而投资资大、、成本本高；；由于疏疏水引引起的的水位位降低低，使使附近近工农农业用用水缺缺乏，，并造造成地地表下下沉。。承压含含水层层上安安全采采煤的的技术术措施施二、外外截内内排（（堵水开开采））在井田田或井井田内内某一一区域域外围围集中中径流流带采采用钻钻孔注注浆的的方法法建立立人工工帷幕幕，截截断矿矿井的的补给给水然后在在开采采范围围内进进行疏疏水，，将承承压水水的水水位降降低到到开采采水平平以下下特定条条件，，水文文地质质条件件清楚楚，补补给径径流区区集中中三、带带压开开采带压开开采—在煤煤层和和含水水层之之间保保留足足够厚厚度和和阻水水能力力的隔隔水层层岩柱柱，在在有一一定水水压条条件下下开采采。带压开开采无无需事事先专专门排排水，，在经经济上上花费费较少少，特特别是是在水水文地地质条条件复复杂的的地区区，底底板突突水的的危险险性更更大。。开采技技术要要求高高，要要防止止发生生突出出事故故，保保护采采掘空空间本本身。。带压开开采时时的技技术措措施1、缩缩短工工作面面长度度缩小到到跨度度60m时效果果明显显，降低了了最大大应力力，底底臌量量减少少底板裂裂隙带带深度度减少少井陉、、邯郸郸隔水水层最最薄处处10多米米；2、缩缩小来来压步步距挑顶和和软化化顶板板，强强制放放顶（（降低低了最最大支支承压压力，，改善善了底底板受受力状状态，，变两两向应应力状状态为为三向向应力力状态态）带压开开采时时的技技术措措施3）改改变顶顶板管管理方方法和和采煤煤方法法充填采采煤法法—可减减少支支承压压力对对底板板的破破坏、、可防防止底底鼓和和底板板裂隙隙张开开。条带采煤法—可减轻对底底板的破坏。。分层采煤法—以后各分层层周期来压不不明显。带压开采时的的技术措施4、改革采区区巷道布置巷道布置要少少穿断层，特特别要注意交交岔点和工作作面上下出口口要避开断层层。巷道应尽可能能和断层正交交，避免巷道道与断层平行行和长距离斜斜交。减少交岔点数数目和交岔点点的面积。采区间隔离开开采，采区四四周要留煤柱柱，之间要设