04_水体下采煤

第四章水体下采煤水体下采煤—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开滦林西矿时间涌水量Q（t/min）Qmax（t/min）1906-19072.5192815.5196128-341977.637.391977.7.282301983-199840.5(2430t/h)特大涌水矿井张双楼矿矿井涌水量963m3/h矿井涌水量示例第一节影响水体下安全开采的因素地表水体：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、裂隙水及岩溶水一、水体的类型隔水层—导水性能很差的岩层导水层含水层隔水性和导水性能取决于颗粒大小和矿物成份（主要取决于粘土的含量）颗粒愈细，隔水性能愈好粉土0.005mm砂0.05～2mm砾＞2mm二、煤岩的隔水和导水性能煤岩的隔水和导水性能隔水性粘土的含量（%）良好30弱1130差10岩层胶结物开采前开采后硅质、钙质胶结隔水层(强度大、不易风化和泥化)导水层铁质胶结蒙托石铝土高岭土伊利石隔水层(强度小、易风化、泥化)受压后性能恢复为隔水层煤岩的隔水和导水性能砂砾含水且导水，导水性能好节理裂隙含水且导水断层、陷落柱导水或不导水垮落带、裂隙带导水煤开采前为隔水层，开采后不易风化、泥化，是导水层或弱导水层煤岩的隔水和导水性能三、地表水、地下水涌入开采空间的机理•充水通道开采使上覆岩层移动和破坏，形成充水通道，使水体渗透或溃入井下。•影响程度使矿井的涌水量增加（水体的水量少或补给不足）淹井（充水通道沟通的是地表水、采空区水、溶洞水或地下暗河等大型水体，井下排水能力难以满足）水体下开采需要了解的问题水体的类型（水源、水量）煤岩的隔水性能、是导水层还是隔水层可能的水力联系四、水体下采煤的理论依据1、“三带”理论对于地面水体、松散层底部和基岩中的强、中含水层水体、要求保护的水源等水体，不容许导水断裂带波及；对于松散层底部的弱含水层水体，允许导水断裂带波及；对于厚松散层底部为极弱含水层或可以疏干的含水层，允许导水断裂带进入，同时允许垮落带波及。水体下采煤的理论依据2、隔水层理论水体底面与煤层之间应有相应厚度的隔水层，才能实现水体下安全采煤。一定厚度的泥岩和粘土层是水体下安全采煤的良好隔水层。五、水体下的采煤方式1、顶水采煤对水体不处理，直接在水体下方采煤，水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱。顶水采煤适应条件：水量大、补给充足、水体距开采煤层较远2、疏水采煤利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降上部水体，再在水体下方采煤。先疏水后采煤水量有限可以预先疏干（小窑积水）边疏水边采煤水量不太大，而水体的分布范围很大时3、顶疏结合采煤受多种水体或多层含水层水体威胁间距大于导水断裂带高度的水体，顶水采煤；间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，疏水采煤。顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水体的类型单纯的地表水（河流、水库、湖泊）难疏干，顶水采煤，留防隔水煤岩柱。单纯的松散含水层水体冲积层中的水一般顶水采煤，留防隔水煤岩柱冲积层厚度愈大，水源补给愈丰富，离煤层愈近，威胁愈大。砂层砂砾水体下采煤单纯的基岩含水层水体砂岩水孔隙水砾岩水裂隙水石灰岩水岩溶水对水体的处理取决于煤层至水体的距离，高于断裂带时，顶水采煤；低于断裂隙带，疏水采煤。水体下采煤地表水+松散含水层水松散含水层水+基岩水地表水+松散含水层水+基岩水采煤方法由具体情况而定①隔水层的厚度②隔水层的性能③水体至煤层的距离④采厚⑤水量大小⑥水源水体下采煤4、堵截水源与疏水采煤采用粘结性材料注入含水层的孔洞中，形成地下挡水帷幕，切断水的补给通道，然后疏水采煤。条件：含水层厚度较小、补给通道集中、水文地质条件清楚，具备可靠隔水边界六、水体下采煤的特点•主要考虑煤层与水体之间有无隔水层，开采后隔水层能否破坏，开采引起的上覆岩层裂隙是否波及水体•水体下采煤的保护对象是矿井本身，为保护矿井本身必须保护水体下方的岩层•水体下采煤的主要对策是隔离和疏降第二节水体下采煤的安全煤岩柱留设一、水体的采动等级及允许采动程度•Ⅰ级不允许导水断裂带波及到水体•Ⅱ级允许导水断裂带波及松散孔隙弱含水层水体，但不允许垮落带波及该水体•Ⅲ级允许导水断裂带进入松散孔隙弱含水层，同时允许垮落带波及该弱含水层水体水体类型允许采动程度安全煤岩柱1.直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的各类地表水体2.直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的松散孔隙强、中含水层水体3.底界面下无稳定的泥质岩类隔水层的基岩强、中含水层水体4.急斜煤层上方的各类地表水体和松散含水层水体5.要求作为重点水源和旅游地保护的水体不允许导水断裂带波及到水体顶板防水安全煤岩柱Ⅰ级水体采动等级允许采动程度水体类型允许采动程度安全煤岩柱1.底界面下为具有多层结构、厚度大、弱含水的松散层或松散层中、上部为强含水层,下部为弱含水层的地表中、小型水体2.底界面下为稳定的厚粘性土隔水层或松散弱含水层的松散层中、上部孔隙强、中含水层水体3.有疏降条件的松散层和基岩弱含水层水体允许导水断裂带波及松散孔隙弱含水层水体，但不允许垮落带波及该水体顶板防砂安全煤岩柱Ⅱ级水体采动等级允许采动程度水体类型允许采动程度安全煤岩柱1.底界面下为稳定的厚粘性土隔水层的松散层中、上部孔隙弱含水层水体2.已或接近疏干的松散层或基岩水体允许导水断裂带进入松散孔隙弱含水层，同时允许垮落带波及该弱含水层顶板防塌安全煤岩柱Ⅲ级水体采动等级允许采动程度二、安全煤岩柱的留设方法留设安全煤岩柱的实质是确定开采上限，保证裂隙带或冒落带不涉及水体1、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。•地表有松散覆盖层时的防水安全煤岩柱留设dHshHbHdHHshHbHshHd+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HHdbiHbHsh地表裂缝HshHd+Hb+Hbi基岩风化带也含水时的防水安全煤岩柱风化带HHdshbHHfeHshHd+Hb+Hfe2、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HskHHbHs=Hk+Hb3、防塌安全煤岩柱防塌煤岩柱松散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体目的：防止上覆弱含水层和粘土层塌入井下防塌安全煤岩柱的垂高应等于或接近于垮落带的最大高度4、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(含水层）(隔水层）松HbHH粘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54煤层防水安全煤岩柱保护层厚度/m054煤层防砂安全煤岩柱保护层厚度（m）覆岩岩性松散层底部粘性土层或弱含水层厚度大于累计采厚松散层全厚大于累计采厚坚硬4A2A中硬3A2A软弱2A2A极软弱2A2A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5590煤层防水安全煤岩柱及防砂安全煤岩柱保护层厚度覆岩岩性保护层厚度（m）55707190abcdabcd坚硬1518202217202224中硬1013151712151719软弱5810127101214a—松散层底部粘性土层大于累计采厚b—松散层底部粘性土层小于累计采厚c—松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层d—松散层底部无粘性土层第三节水体下采煤的安全技术措施一、水体下采煤的井下安全技术措施•试探开采先远后近（水体）先厚后薄（隔水层）先简单后复杂（地质条件）先较深后较浅（煤层）水体下采煤的井下安全技术措施•分区隔离开采采区四周均设防水隔离煤柱绕道和石门内设永久性的防水闸门•全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采降低覆岩破坏高度•坚持有疑必探，先探后采的原则•正确设计防水隔离煤柱防水、防砂和防塌安全煤岩柱采区间的防隔水煤柱断层和陷落柱防隔水煤柱二、水体下采煤的地面措施切断和改变地面补给水源河流改道河流铺底建立上游水库筑拦洪坝修拦洪沟填渗水裂缝架渡槽设围沟排除内涝四、国外水体下采煤安全开采深度HH=KM水体北顿涅茨河大水库其它河流终年流水山涧倾角（°）≤45＞45≤45＞45≤45＞45安全系数K1502001001505075原苏联水体下采煤的安全系数水体类型矿井煤岩柱最小垂高m累计采厚m倾角煤岩柱类别技术措施准河李咀孜矿702045防水分层间歇开采小汶河孙村矿30-403．820防水分层间歇开采上官塘水库石壁唐矿80-1002．740防水分层间歇开采+条带微山湖徐庄矿44-62单层开采1.8m23防水分层间歇开采塌陷区积水孔集矿80-10011.982防水小阶倾间歇开采顶底板砂岩水刘桥一矿距含水层4-84.629防砂预先疏边采边疏松散强含水层朱仙庄40-50613防水分层间歇开采松散弱含水层邢台矿10-15610防塌分层间歇开采