矿井特殊开采第二讲

第二讲

“三下一上”开采技术第一节

建筑（构筑）物下安全开采技术第一节建筑（构筑）物下安全开采技术一、地表移动和变形对建筑（构筑）物的影响1、下沉影响均匀下沉对建筑物的影响无附加应力，在潜水水位比较高的情况下，产生积水和漫水等。地基潮湿容易破坏。第一节建筑（构筑）物下安全开采技术一、地表移动和变形对建筑（构筑）物的影响2、倾斜影响倾斜对高耸建筑的影响倾斜引起建筑物歪斜造成偏心荷载，对自身结构产生偏心力矩，形成自重附加弯矩，极易造成失稳破坏。第一节建筑（构筑）物下安全开采技术一、地表移动和变形对建筑（构筑）物的影响3、曲率影响曲率对建筑物的附加应力在正曲率作用下，房屋中央所产生的应力大于原有的应力，易在建筑物的顶部中间出现裂缝；在负曲率作用下，房屋两端地表应力增大，易形成底部中央裂缝。第一节建筑（构筑）物下安全开采技术一、地表移动和变形对建筑（构筑）物的影响4、水平变形影响建筑物破坏类型地表水平拉伸变形大于1mm／m时，在一般砖石承重的建筑物墙身上就会出现较细小的竖向裂缝。但当压缩变形较大时，建筑物产生的破坏也会比较严重（地基、墙壁、门窗等均会相应破坏）。第一节建筑（构筑）物下安全开采技术5、建筑物的损坏等级一、地表移动和变形对建筑（构筑）物的影响第一节建筑（构筑）物下安全开采技术6、建筑物和构筑物的保护等级一、地表移动和变形对建筑（构筑）物的影响第一节建筑（构筑）物下安全开采技术6、建筑物和构筑物的保护等级一、地表移动和变形对建筑（构筑）物的影响第一节建筑（构筑）物下安全开采技术1、煤炭开采采用的防护措施二、建筑（构筑）物采煤的防护措施无煤柱不形成永久边界的全采方法（长工作面开采、间歇分煤层开采）；协调开采：协调开采就是利用两个煤层(或分层)同时开采所产生的地表变形互相抵消的原理，来达到减少开采对地表的彤响；连续开采，不跳采，不留永久性保护煤柱第一节建筑（构筑）物下安全开采技术1、煤炭开采采用的防护措施二、建筑（构筑）物采煤的防护措施适当安排工作面与建筑物长轴的关系当建筑物位于回采区段周边以内时，长壁工作面应平行于建筑物的长铂布置；当建筑物位于回来区段周边以外时，长壁工作面应垂直于建筑物长轴方向布置；尽量避免斜交布置。第一节建筑（构筑）物下安全开采技术1、煤炭开采采用的防护措施二、建筑（构筑）物采煤的防护措施对称背向开采在建筑物下开采时，如果建筑物抵抗压缩变形的能力较大，而对倾斜和拉伸变形又十分敏感，则可以采用对称背向开采的方法。背向开采第一节建筑（构筑）物下安全开采技术2、保护煤岩柱的设计原理二、建筑（构筑）物的保护煤岩柱设计保护煤柱留设有三种方法：垂直剖面法、垂线法和数字标高投形法。垂直剖面法：1、确定受护面积边界2、确定保护煤柱边界二、建筑（构筑）物的保护煤岩柱设计第一节建筑（构筑）物下安全开采技术三、建筑（构筑）物的加固保护措施设计变形缝、钢筋混凝土圈梁加固、预应力钢拉杆、锚固板、变形补偿沟设备基础的保护、高构筑物的保护、管道保护一般建筑物的加固保护原则：小于造价的25%，经济合理！！第二节铁路、公路下采煤铁路、公路是国民经济的动脉。这些构筑物由于延伸长度大，留设保护煤柱时压煤量大，据不完全统计，我国仅铁路下压煤总量达到18.91亿吨。近年来，高速公路建设不断发展，高速公路下压煤开采已成为“三下”采煤的又一大问题。本节根据开采沉陷引起地表变形特点及其危害性，分述沉陷对铁路、公路的损害。我国在《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定：一等火车站、高速公路为Ⅰ级保护对象；二等火车站、一级公路为Ⅱ级保护物；三、四等火车站，为Ⅲ级保护物。地下开采对铁路的影响及防护措施一、铁路下采煤的特点与一般建筑物下采煤相比，铁路下采煤具有以下一些特点：（1）铁路是延伸性建筑物，相互之间为一整体。如果某一区段出了问题必然会影响全线正常通车。必须全盘考虑。（2）铁路运输不能中断，必须保证采动过程中列车行车的安全。这就要求在短时间维修的条件下，保证铁路维修的质量。（3）铁路突然的、局部的陷落，对列车运行危害极大，可能导致列车行车事故，必须加以防止。（4）铁路的移动变形可通过及时维修消除。地下开采对铁路的影响及防护措施在我国，煤矿区开采影响的铁路主要分为三种：矿区（或厂区、林区等）专用线、铁路支线（国家三级铁路）和铁路干线（国家一、二级铁路）。矿区专用线服务对象是矿区本身，地下开采的影响只涉及矿区的利益，加之铁路行车速度慢、技术质量要求低，因此，矿区铁路专用线下采矿较易开展，目前，我国的铁路下采煤大多是在矿区专用线下开展的。铁路支线的技术标准和重要程度多比专用线高。但是，它与铁路干线相比，其重要程度、行车速度、车次都较低。铁路支线下采煤在我国已进行了多次试验，取得了丰富的经验。铁路干线是国家的交通命脉。列车行车速度快、车次多、线路技术标准高、线路间歇时间短，维修工作不易进行，因此在铁路干线下采煤是非常困难的。地下开采对铁路的影响及防护措施二、路基移动变形特征地下开采的影响传播到路基，引起路基移动变形。当采深与采厚之比（称深厚比）较大（大于20）时，路基的移动是连续、渐变的，一般不会出现突然的、局部的下陷。只有地质采矿条件满足出现塌陷坑的条件时，路基才有可能出现塌陷坑，此时进行铁路下采煤时，应采取特别的安全措施。采动过程中地表的倾斜、拉伸变形对路基的稳定性都会产生一定的影响。影响程度的大小可根据地表移动变形预计结果评价。对稳定性较差的高路堤、陡坡路堤和深路堑应进行滑坡的可能性验算。一般情况下，采动影响下铁路路基的移动变形在空间上是连续分布的，在时间是连续渐变的，可以通过维修消除开采的影响，保证铁路行车的安全，这是铁路下采矿的基础。地下开采对铁路的影响及防护措施三、线路上部建筑的移动变形地下开采将引起线路产生如下变化：1．线路坡度的变化由于路基下沉的不均匀，使路基产生倾斜，从而导致线路原有坡度变化。当地表倾斜方向和线路的方向一致时，线路坡度增大。反之，线路坡度减小，或形成反坡。线路坡度的增减将使列车运行阻力增减。铁路下采煤时，必须保证线路在开采后的坡度满足列车运行允许的坡度。《铁路技术管理规定》规定线路的最大允许坡度为：国家Ⅰ级铁路，一般地段为6‰，在困难地段为12‰；国家Ⅱ级铁路为12‰；国家Ⅲ级铁路为15‰。上述各级铁路在双机牵引时最大坡度可为20‰。当车站必须设在坡道上时，最大坡度为2.5‰。地下开采对铁路的影响及防护措施2．竖曲线半径的变化线路倾斜的不均匀变化，会导致线路竖曲线半径的变化。地表移动的正曲率可使线路的凸竖曲线半径减小，使原有凹竖曲线半径增大，使长坡道变成凸竖曲线。地表移动的负曲率可使线路的凸竖曲线半径增大，使原有凹竖曲线半径减小，使长坡道变成凹竖曲线。《铁路工务规则》对线路纵断面的设计、曲线形式、曲率半径等做出了明确的规定。实际进行铁路下采矿时，由于地表曲率变化缓慢，只要采取及时的措施，可以消除曲率的影响，保证行车的安全。地下开采对铁路的影响及防护措施3．钢轨下沉差的影响两条钢轨下沉不等，使两条钢轨出现下沉差，改变了两条钢轨原由的超高。当超高超过允许值或出现反超高时，对列车运行将产生极为不利的影响，甚至导致列车翻车事故。《铁路工务规则》规定：曲线超高度的最大限度不得超过150mm。单线上、下行列车速度相差悬殊时不得超过125mm，两轨面的实际超高度与设计超高度相比较，起差值不得超过±4mm。我国铁路的标准轨距为1435mm。为使两轨超高变化量小于4mm，垂直与线路方向的地表倾斜值应小于2.8‰。地下开采对铁路的影响及防护措施4．横向移动变形对线路的影响线路的横向移动与线路相对于工作面的位置有关。（1）当线路的方向与工作面推进方向平行，且位于地表移动盆地主断面上，线路的横向移动量较小。地下开采对铁路的影响及防护措施（2）线路方向与工作面推进方向垂直，且位于移动盆地主断面上时，线路的横向移动规律为：当工作面向线路推进时，线路的移动方向与工作面推进方向相反，横向移动量由小到大。当工作面推过线路并逐渐远离时，线路横向移动方向逐渐转向工作面推进方向，起横向移动值由原来的最大值逐渐减小，最终将越过原来的位置而稳定在停采线一侧。地下开采对铁路的影响及防护措施（3）当线路的方向与工作面推进方向平行或垂直，但不位于移动盆地的主断面上时，线路的移动方向总是指向采空区方向。增大或减小线路的平面曲线半径或使直线变为曲线。（4）当线路的方向与回采工作面斜交，线路的横向移动将使线路形成“S”形，出现两个反向的曲线；地下开采对铁路的影响及防护措施（5）线路纵向移动变形的影响线路的纵向移动变形主要表现为线路的爬行和轨缝的变化。线路的爬行量一般小于地表水平移动量。出现爬行的范围要大于地表移动的范围。线路爬行的方向、大小与地表水平移动的方向和大小有关，此外，还受线路的坡度、重车运行方向和线路锁定状况的影响。轨缝的变化与地表水平变形有关，在地表拉伸区，轨缝增大。如果变形太大，能使轨缝达到或超过线路的允许值，并能将鱼尾板拉断或将螺栓切断。在地表压缩变形区，轨缝减小。如果压缩变形值太大，轨缝挤死，出现瞎缝，使接头和钢轨内产生很大的应力，甚至出现“涨轨”现象，导致脱轨事故。地下开采对铁路的影响及防护措施四、铁路下采煤的技术措施铁路下采煤的技术措施主要有两类：开采措施和维修措施。开采措施是减小地表的移动变形和下沉速度。维修措施是消除开采对铁路线路的影响，保证铁路的安全运行。（一）开采措施开采措施包括以下一些方法：采用充填开采、柱式开采减小地表移动变形；选取合理的开采方法和顶板管理方法防止地表突然下沉；合理的布置工作面，尽量不使线路与工作面斜交，使线路位于地表移动盆地的有利位置，减小线路的移动变形和维修工作量；控制工作面推进速度，减小地表下沉速度，以便及时维修。地下开采对铁路的影响及防护措施（二）主要维修技术措施（1）加宽、加高路基，保证路基的稳定性；（2）用起道和顺坡的方法消除地表下沉对线路的影响；（3）用拨道、改道的方法消除横向水平移动对线路的影响；（4）用串道的方法消除纵向水平移动变形对线路的影响，调整轨缝。在采取以上措施后铁路下采煤是安全的。有关车站、隧道、桥梁等下的采煤问题可归结为建筑物下采煤问题，其方法同建筑物下采煤。地下开采对公路的影响及防护措施公路是国民经济的基础设施，是交通体系的重要组成部分。地下开采将对公路造成一定的影响，使公路路面损坏、坡度改变等，必须采取相应的保护措施。特别是近年来发展起来的高速公路，路面结构特殊、行车速度快、对地表变形敏感、造价高等，高速公路下采煤已成为“三下”采煤的新课题，必须加以研究。国内公路下采煤的研究还尚处于初始阶段，目前国内在这方面主要是借鉴村庄、建筑物下、铁路下采煤的一些相关的经验和措施，利用概率积分法对公路下采煤的沉陷进行预测，并结合相关地表移动和变形的观测和一些相关的地质、采矿资料，从而得出公路采动沉陷的破坏类型，最后对地表沉陷和采空区对公路的危害进行分析。地下开采对公路的影响及防护措施一、地下开采对公路的影响地下开采对公路的影响可分为：垂直移动变形和水平移动变形对公路的影响。（1）垂直移动变形对公路的影响地表下沉差导致公路倾斜，使公路的坡度发生变化。当公路坡度的倾向与地表倾斜一致时，可增大公路的坡度；当公路坡度的倾向与地表倾斜相反时，可减小公路的坡度。地表倾斜还会改变排水沟的坡度，形成反坡、导致排水不畅等。地下开采对公路的影响及防护措施（2）水平移动变形的影响均匀水平移动对公路的影响较小。不均匀水平移动产生的水平变形对公路的影响较大。不均匀的水平移动可改变线路的方向和圆曲线的半径。使行车安全出现隐患，但这种影响与对铁路的影响相比是较小的，可通过汽车行驶来调整。拉伸变形使公路路面拉坏、产生裂缝。当大的裂缝出现时，往往伴随着台阶，影响行车的速度和安全。特别是对高速公路的影响较大。压缩变形使公路路面受压，当压缩变形较大时，可能使路面压坏，甚至使路面上鼓，导致行车不畅。水平变形可使公路桥梁、涵洞拉坏或压坏，导致交通中断，使涵洞排水不畅，在洪水时淹没公路。地下开采对公路的影响及防护措施二、公路下采煤技术措施公路下采煤与铁路下采煤一样，可采用两种措施：地面维修措施和井下开采措施。根据实际情况可以采用其中一种或两种联合使用。1、地面主要维修措施加高、加宽路基，灌浆处理采动裂缝，调整超限的坡度、竖曲线、平面圆曲线和超高。修理不平整的路面和损坏的涵洞等。在采动前，为减小采动的损坏，增加路面抗变形能力，在混凝土路面上设置变形缝，减小混凝土路面单体的长度，以增大抵抗水平变形的能力。对重要的涵洞进行采前加固或改为管涵，以增加涵洞抗变形的能力。对下沉的桥梁抬高、加大桥墩，以满足洪水时的过水断面。地下开采对公路的影响及防护措施2、井下主要开采措施为减小地表沉陷，可采用柱式开采、充填开采和离层注浆减沉等措施。为减小地表变形，可适当地布置工作面，使公路、桥、涵所受变形最小，以减小采动的损害。对特别重要的桥、涵留设保护煤柱等。总的来说，公路与铁路相比，对采动变形的要求较低、维修更方便。只要采取一定的措施，在公路下采煤是安全和可行的。充填开采充填开采简介2固体充填开采相关设备3固体充填采煤设备当前存在的问题与解决方案4固体充填开采经济性分析一、充填开采简介充填开采分类类别基本原理固体充填固体废弃物通过投料系统或者井下分矸系统经充填运输机运输至采空区进行充填膏体充填井上制成的膏状浆体通过泵压或重力作用经过管道输送到井下充填采空区高水充填高水材料A料和B料经过井下泵站运输至工作面前时混合并在短时间内输送至采空区充填一、充填开采简介充填开采应用范围充填开采应用范围1.三下采煤：包括村庄下、道路下、水体下分为两类：一类为控制顶板下沉量的开采，另一类为不控制顶板下沉量的开采。2.房柱式开采剩余煤柱的回收3.含水层下开采，提高采煤上限4.保持相邻上煤层的完整5.减少井下矸石的提升量一、充填开采简介充填开采的基本原理二、固体充填工作面相关设备固体充填工作面布置示意图二、固体充填工作面相关设备风巷纵断面示意图二、固体充填工作面相关设备1、目前固体充填开采适应采高为2～5m，一次采全高。充填开采房柱残煤的高度可考虑在6m之内。2、煤层倾角应在近水平（≤8º）或缓倾斜煤层（<25º）;倾斜煤层（25º～45º）和急倾斜煤层（>45º），正逐步开展研究与实践。3、按现行技术发展水平，受后部充填运输机充填能力的限制，同时又要尽可能发挥产能，以降低充填开采所增加的成本，提高综合效益，产量在当前可在60～120万t/a。4、前部设备配套，包括工作面采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机（如需要）、顺槽可伸缩皮带机等，可按其一次采全高综采适应的地质条件及产量要求选取，但能力应比正常综采略大20～30%。5.充填运输机的能力应与工作面产量相匹配，一般应为前刮板输送机规划产量的1.5倍。固体充填工作面条件及设备配套原则分析二、固体充填工作面相关设备固体充填采煤是通过在长壁综采面充填固体填充物来控制地表的变形的，在保证对采煤工作面和待充填空间顶板支护的基础上，如何合理地将固体充填物输送至充填工作面，并对固体充填物进行充分的压实，同时还要保证采煤与充填平行作业。因此，充填液压支架和充填运输机是整个固体充填采煤一体化项目中最核心的设备。二、固体充填工作面相关设备第一代充填液压支架充填液压支架二、固体充填工作面相关设备第二代充填液压支架充填液压支架二、固体充填工作面相关设备第三代充填液压支架充填液压支架二、固体充填工作面相关设备充填液压支架上部压实机后顶梁立柱第四代充填液压支架二、固体充填工作面相关设备充填液压支架平顶山十二矿充填液压支架样机矸石充填“自由落体”充填阶段剖面图固体充填工作面示意矸石充填“自充自压”充填阶段阶段剖面图固体充填工作面示意固体充填工作面示意矸石充填“自充自压”充填阶段现场施工效果图第三节水体下与承压水上采煤1、概述

地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤层围岩中的含水层里的水、溶洞水以及位于开采影响范围内的地表水和泥砂溃入井下，威胁煤矿安全生产。因此，在水体下采煤时必须采取适当措施，保证开采过程中不发生灾害性透水、溃砂事故，避免因矿井涌水量突然增大而严重地恶化井下工作环境。多年来，我国比较广泛地进行了水体下采煤的研究和实践，采出了大量水体下压煤，而且对水体下采煤的理论作了深入的研究，形成了一套具有我国特色的理论体系和计算方法。1、概述水体下采煤—地表水体下或地下水体下采煤开采→煤体上的水体→开采空间（由于岩层移动和变形）水和开采空间存在着一种水力联系弱水力联系增加排水费用强水力联系突水或透水事故我国各类水体下采煤的典型实例水体类型矿井名称防水煤岩柱最小垂高(m)单层采厚(m)累计采厚(m)煤层倾角()煤岩柱类型技术措施出水量(m3/h)淮河李咀孜矿706.0～2045防水分层间歇开采正常小汶河孙村矿、张庄矿30～401.8～2.03.820防水分层间歇开采正常上官塘水库石壁塘矿80～1001.42.738～41防水分层间歇、非正规条带开采开采正常小南洪水库柳花岭矿881.4～2.41.4～2.46～7防水分层间歇开采最大3.04，一般1.3～2.4微山湖徐庄矿44～621.7～1.92～24防水分层间歇开采正常塌陷区积水孔集矿80～1006.011.975～90防水伪倾斜柔性掩护支架、长走向小阶段间歇开采、严禁超限出煤正常顶底板砂岩水刘桥一矿距含水层4～81.8～2.84.628～30相当于防砂预先疏放、边采边疏石灰岩岩溶水南桐二井41～503.0～3.537相当于防砂预先疏放、专门疏水巷道20～492分层间歇开采朱仙庄矿40～502.0～2.26.010～15防水分层间歇开采松散弱含水层柴里矿15～202.0～3.511.58防砂分层间歇开采松散弱含水层邢台矿10～152.0～2.26.010防塌分层间歇开采、仰上钻孔近水体采煤的特征进行水体下采煤首先要分析开采引起的覆岩中的裂缝是否互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体。因此，研究覆岩破坏规律，特别是能够导水的冒落带和裂缝带的高度及其分布形态至关重要。在许多情况下，尽管地表产生较大的移动和变形、甚至出现裂缝，但只要这些裂缝在某个深度上自行闭合而不构成井下涌水的通道，就不会发生透水事故。水体下采煤时的保护对象主要是矿井本身，即保证在水体下开采时矿井的安全。只有在必要时(如水体为地面灌溉用的水库)才考虑水体及其附属设施的保护。因此，在进行水体下采煤时应着重研究如何防止水体和采区之间形成透水的通道、造成井下突水事故；在水体与采区之间构成水力联系无法避免时，如何使其引起的矿井涌水量小于矿井排水能力。由于水具有流动性，覆岩破坏一旦波及水体的边缘，就可能导致水体全部流入井下；因此，水体必须作为一个整体加以保护，有时还不得不将水体下方的部分岩层块段一起进行保护。地表水体：积聚在江、海、河、湖、水库、沼泽、水渠、坑、塘和塌陷区中的水地下水体：积聚在岩石和松散层空隙中的水

松散层水体：第四纪和第三纪松散层中的含水

基岩含水层水体：砂岩、砾岩、砂砾岩及石灰岩岩溶含水层水体

采空区积水孔隙水、裂隙水及岩溶水复合型水体

地表水和地下水联通水体的基本类型水体下采煤的可行性

进行水体下采煤，除要考虑开采引起的覆岩中的裂缝是否互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体外，还要分析在受开采影响后，防水煤岩柱是否还具有足够的隔水性能。合理地确定煤层的开采上限，正确地选择开采方法和防护措施，以期做到既能最大限度地采出煤炭资源又能确保矿井的安全。覆岩的隔水性覆岩的隔水性与其岩性、岩相及结构面等因素有关。(1)覆岩的岩性岩性是评价覆岩隔水性的最重要依据。影响覆岩隔水性能的主要因素是岩石颗粒的大小及其胶结形式。颗粒越小，级配越适当，隔水性能就越好。粘土比例大于30％的岩层是良好的隔水层；粘土含量为11～30％的岩层可作为相对隔水层；粘土含量少于10％的岩层隔水性能很差；粘土页岩和泥质页岩等塑性岩层隔水性能较好。覆岩的隔水性(2)岩相

岩相是指沉积岩生成的条件和环境。岩相特征是评价沉积岩隔水性的依据之一。就隔水性而言，其优劣顺序是：海相、湖泊相、风成沉积相、河流冲积相、冰水沉积相。覆岩的隔水性(3)结构面结构面主要指原生结构面、构造结构面和次生结构面。它们既是评价岩层物理力学特征的重要因素，又是评价岩层体系隔水性的重要因素。有时一个结构面能单独成为隔水层。原生结构面如层面，一般是层状分布，其延续性强，导水性不好。构造结构面如断层面，有的断层面本身有含水性和导水性，并成为岩层强度的薄弱环节，有的断层本身能隔水，且能把统一型水体分割成彼此独立的分散型水体。断层的导水性和隔水性，主要取决于断层所切割的岩层的力学性质和断层面间的充填程度。次生结构面一般指风化岩层中的界面。有些风化带是良好的隔水层，即使受到重复采动仍能保持其隔水性能，但也有一些风化带隔水性能不好。因此，对风化带的隔水性，需要具体分析。地下开采对覆岩隔水性的影响在大面积开采的影响下，覆岩的天然隔水性遭到不同程度的破坏，破坏程度首先取决于隔水岩层与采空区的相对位置。隔水层与煤层紧贴或邻近，且位于冒落带时，其隔水性被完全破坏。隔水层远离煤层，位于整体弯曲带内时，除了隔水层下部的隔水性会受到暂时的影响之外，整个隔水层的隔水性基本不受破坏。覆岩内水的渗透性是有规律地变化的。这是因为煤层围岩的隔水性与采动程度和和岩层变形性质有关。在水平拉伸区，岩层会发生竖向的张开裂缝，从而隔水性遭到破坏。在水平压缩区，其隔水性基本不改变。在采动影响下，岩层本身的物理力学性质对隔水性的影响表现为：刚性和脆性的岩层隔水性易遭破坏；具有韧塑性的岩层隔水性不易被破坏，或者破坏后能重新得到恢复。覆岩破坏规律1．冒落带2．裂缝带3．整体弯曲带覆岩破坏分带1．冒落带煤层顶板在采动影响下发生变形、离层、断裂后脱离原生岩体而下落到采空区的破坏区域称为冒落性破坏区或称冒落带。由于该区的岩层完全失去了原有的连续性和层状结构，不但透水而且流砂也极易从中穿过。显然位于该区内的水体和井巷将遭受十分严重的破坏。覆岩破坏分带2．裂缝带煤层覆岩在采动影响下只发生移动、变形和断裂，但仍保持原有层次的覆岩区称为裂缝带。根据岩层开裂的严重程度，裂缝带又可细分为严重开裂区、一般开裂区和微小开裂区。①

严重开裂区。该区内岩层大部分断开，但仍保持原有层次。裂缝间连通性极好，既透水又透砂。该区一旦波及水体将发生透水透砂的重大事故；②一般开裂区。岩层未全部断开且层次完整，裂缝间连通性较好，透水性一般，基本不透砂。该区如果波及水体会发生透水事故；③微小开裂区。岩层有微小裂缝，连通性不好，透水性微弱。该区如果触及水体会增加矿井涌水量。这3个区域的透水性是渐变的，其间并无明确的界线。人们常根据钻孔观测时冲洗液漏失量的大小划定出它们的界线。覆岩破坏分带3．整体弯曲带

一般说来，整体弯曲带内的岩层在受开采影响后仍保留其原始的完整性。如整体弯曲带内岩层的原始隔水性能较好(渗透系数很小、没有断层、陷落柱等涌水通道)，水体下的整体弯曲带又有足够的厚度(大于保护层厚度)，则可认为整体弯曲带可有效地阻隔水体内的水流入开采区，防止井下突水事故的发生。影响覆岩破坏及其导水性的因素1．覆岩力学性质和结构特征2．采煤方法和顶板管理方法3．煤层倾角4．开采强度5．时间因素6．重复采动不同煤层倾角围岩破坏形态图覆岩破坏高度的计算

根据覆岩性质的不同，冒落带高度计算有下列几种情况：a)煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，采后能形成悬顶，冒落带最大高度采用下式计算：Hm＝M/[(K－1)cosα]式中M－煤层开采厚度；K－冒落岩石碎胀系数，根据实测求得，一般为1.10～1.40；α－煤层倾角覆岩破坏高度的计算b)煤层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层互或其互层时，开采单一煤层的冒落带最大高度可采用下式计算：Hm＝(M－W)/[(K－1)cosα]式中W为冒落过程中顶板下沉值，由实测得到。覆岩破坏高度的计算c)厚煤层分层开采时冒落带最大高度采用下表中给出的经验公式计算。覆岩岩性(单向抗压强度MPa，主要岩石组成)经验公式m坚硬(40～80，石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩)中硬(20～40，砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩)软弱(10～20，泥岩、泥质砂岩)极软弱(<10，铝土岩、风化泥岩、粘土、砂质粘土)注：公式中±后面的数字为中误差；ΣM为累计开采厚度。覆岩破坏高度的计算导水裂缝带高度计算(适用于倾角为0～54°的煤层)

煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层及厚煤层分层开采时，导水裂缝带最大高度均可选择下表中给出的两种经验公式计算。覆岩破坏高度的计算

开采急倾斜煤层(倾角为55～90°)时冒落带高度和导水裂缝带高度计算煤层顶底板岩层内为坚硬、中硬、软弱岩层，用垮落法开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度可用下表中给出的经验公式计算。覆岩破坏高度的计算开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度a)上、下两层煤的垂距h大于回采下层煤时所产生的冒落带高度Hxm时，下层冒落带对上层开采影响很小，可按上、下煤层的厚度分别计算各自的导水裂缝带高度和冒落带高度，取其中标高值大者作为两层煤的导水裂缝带高度；冒落带高度则取上层煤的冒落带高度.覆岩破坏高度的计算开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度

b)下层煤的冒落带接触到或完全进入上层煤时，上层煤的导水裂缝带最大高度按本层煤的厚度计算，下层煤的导水裂缝带最大高度则采用上、下层煤的综合开采厚度计算，取其中标高值大者作为两层煤的导水裂缝带最大高度。上、下煤的综合开采厚度可按下式计算：Mx1-2＝M2＋(M1－h1-2/y2)

式中h1-2－上、下煤层之间的法线距离；y2－上层煤的冒落带高度与采厚之比。覆岩破坏高度的计算开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度

c)如果上、下煤的间距很小，则综合开采厚度取两层煤厚之和。求出综合开采厚度后，即可按照单一煤层开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度的计算公式，计算出多煤层开采条件下冒落带高度和导水裂缝带高度。水体下采煤的技术措施留设安全煤岩柱处理水体开采技术措施留设安全煤岩柱在煤层至水体底面垂直距离很近的条件下，必须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层，称为安全煤岩柱。根据防水、防砂和防塌的不同要求，安全煤岩柱可分为防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌煤岩柱。留设安全煤岩柱的实质是确定合理的开采上限，保证导水裂缝带或冒落带不波及水体。这个开采上限，对水平的煤层群来说是某一煤层，对于倾斜煤层来说是煤层的某一标高。留设安全煤岩柱留设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水溃入井下的煤和岩层块段称为防水安全煤岩柱。目的：不允许导水断裂带波及到水体结果：避免上覆水体涌入井下，并要使矿井涌水量不明显增加。留设安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱防水安全煤岩柱适用于下列情况：a)各种大型地表水体下采煤；b)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；c)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；留设安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱d)水体与基岩间元隔水层或隔水层极薄条件下开采缓倾斜或倾斜煤层；e)含水丰富、补给充足的基岩含水层特别是岩溶水体下采煤；f)在水库、水源、水渠和池塘等生产和生活要求保护的水体下采煤；g)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。留设安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱

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，即：Hsh＝Hli＋Hb式中：Hli－导水裂缝带最大高度，按前述表中给出的经验公式计算；Hb－保护层厚度留设安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱地表有松散覆盖层时的防水安全煤岩柱留设

HshHd+Hb

地层上部无松散层覆盖，且采深较小时的防水安全煤岩柱HshHd+Hb+Hbi

基岩风化带也含水时的防水安全煤岩柱HshHd+Hb+Hfe留设安全煤岩柱留设防砂安全煤岩柱

在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤和岩层块段称为防砂安全煤岩柱。目的：是允许导水断裂带波及松散弱含水层或已疏降的松散层强含水层，但不容许垮落带接近松散层底部结果：泥砂不会溃入井下，矿井涌水量会略有增加，或只是短时间增加。防砂安全煤岩柱Hs=Hk+Hb式中Hk－冒落带高度，按上述表中给出的经验公式计算。

防沙煤岩柱的适用条件？留设安全煤岩柱留设防塌安全煤岩柱

在松散粘土层和已经疏干的松散含水层底界面与煤层开采上限之间为防止泥砂塌入采空区而保留的煤和岩层块段称为防塌煤岩柱。留设防塌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的，所以在开采过程中采区涌水量会有所增加，但不会发生灾害性的后果。

防塌煤岩柱的适用条件？安全煤岩柱保护层厚度位于导水断裂带上边界或垮落带上边界与水体底界面之间的岩层

覆岩岩性松散层底部粘性土层厚度大于累计采厚松散层底部粘性土层厚度小于累计采厚松散层全厚小于累计采厚松散层底部无粘性土层坚硬4A5A6A7A中硬3A4A5A6A软弱2A3A4A5A极软弱2A2A3A4A

注：A=M/n，M-累计采厚，m；n-分层层数；本表不适用于综放开采0