水体下采煤学习.pptx

4.14.1 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、水体的类型第1页/共47页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0.052mm砾2mm二、煤岩的隔水和导水性能第2页/共47页煤岩的隔水和导水性能 隔水性粘土的含量（%）良好 30弱1130差 10第3页/共47页岩层胶结物岩层胶结物开采前开采前开采后开采后硅质、钙质胶结硅质、钙质胶结 隔水层隔水层(强度大、强度大、不易风化和泥化不易风化和泥化)导水层导水层铁质胶结铁质胶结 蒙托石蒙托石 铝土铝土 高岭土高岭土 伊利石伊利石隔水层隔水层(强度小、易风强度小、易风化、泥化化、泥化)受压后性能恢复受压后性能恢复为隔水层为隔水层煤岩的隔水和导水性能 第4页/共47页砂砾含水且导水，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 第5页/共47页三、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）第6页/共47页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第7页/共47页四、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。第8页/共47页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。第9页/共47页五、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第10页/共47页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、采空区积水边疏水边采煤水量不太大，而水体的 分布范围很大第11页/共47页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类型第12页/共47页v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。v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第13页/共47页v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。水体下采煤第14页/共47页地表水+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隔水层的厚度隔水层的性能水体至煤层的距离采厚水量大小水源水体下采煤第15页/共47页4、堵截水源与疏水结合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，具备可靠隔水边界第16页/共47页六、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17页/共47页4.2 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 级级 不允许导水断裂带波及到水体 级级 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 级级 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第18页/共47页水体类型水体类型允许采允许采动程度动程度安全煤安全煤岩柱岩柱1.直接位于基岩上方或底界面下无稳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定的粘性土隔水层的各类地表水体地表水体2.直接位于基岩上方或底界面下无稳直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的定的粘性土隔水层的松散孔隙强、中松散孔隙强、中含水层水体含水层水体3.底界面下无稳定的泥质岩类隔水层底界面下无稳定的泥质岩类隔水层的的基岩强、中含水层水体基岩强、中含水层水体4.急斜煤层上方的各类急斜煤层上方的各类地表水体和松地表水体和松散含水层水体散含水层水体5.要求作为要求作为重点水源重点水源和旅游地保护的和旅游地保护的水体水体不允许不允许导水断导水断裂带波裂带波及到水及到水体体顶板防顶板防水安全水安全煤岩柱煤岩柱级水体采动等级允许采动程度第19页/共47页水体类型水体类型允许采允许采动程度动程度安全煤安全煤岩柱岩柱1.底界面下为具有多层结构、厚度大、底界面下为具有多层结构、厚度大、弱含水的松散层弱含水的松散层或松散层中、上部为或松散层中、上部为强含水层强含水层,下部为弱含水层的下部为弱含水层的地表中、地表中、小型水体小型水体2.底界面下为稳定的厚粘性土隔水层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、上部孔或松散弱含水层的松散层中、上部孔隙强、中含水层水体隙强、中含水层水体3.有疏降条件的有疏降条件的松散层松散层和基岩和基岩弱含水弱含水层水体层水体 允许导允许导水断裂水断裂带波及带波及松散孔松散孔隙弱含隙弱含水层水水层水体，但体，但不允许不允许垮落带垮落带波及该波及该水体水体 顶板防顶板防砂安全砂安全煤岩柱煤岩柱 级水体采动等级允许采动程度第20页/共47页水体类型水体类型允许采动程度允许采动程度安全煤安全煤岩柱岩柱1.底界面下为稳定的底界面下为稳定的厚厚粘性土隔水层粘性土隔水层的松散层中、的松散层中、上部孔隙弱含水层水体上部孔隙弱含水层水体2.已或接近疏干已或接近疏干的松散的松散层或基岩水体层或基岩水体 允许导水断裂带允许导水断裂带进入松散孔隙弱进入松散孔隙弱含水层，同时允含水层，同时允许垮落带波及该许垮落带波及该弱含水层弱含水层 顶板防顶板防塌安全塌安全煤岩柱煤岩柱 级水体采动等级允许采动程度第21页/共47页二、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，保证断裂带或垮落带不波及水体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。第22页/共47页地表有松散覆盖层 时的防水安全煤岩柱留设 HshHd+Hb第23页/共47页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 第24页/共47页基岩风化带也含水时的防水安全煤岩柱HshHd+Hb+Hfe 第25页/共47页2 2、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。第26页/共47页防砂安全煤岩柱Hs=Hk+Hb 第27页/共47页3 3、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 第28页/共47页4 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第29页/共47页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：注：A=A=M/n M/n，M-M-累计采厚，累计采厚，mm；n-n-分层层数；本表不适用于综放开采分层层数；本表不适用于综放开采0 0 5454 煤层防水安全煤岩柱保护层厚度/m m第30页/共47页0 54 煤层防砂安全煤岩柱保护层厚度（m）覆岩岩覆岩岩性性 松散层底部粘性土层或松散层底部粘性土层或弱弱含水层厚度大于累计采厚含水层厚度大于累计采厚 松散层全厚大于松散层全厚大于累计采厚累计采厚 坚硬坚硬4A2A 中硬中硬3A2A 软弱软弱2A2A 极软弱极软弱2A2A 注：注：A=A=M/n M/n，M-M-累计采厚，累计采厚，mm；n-n-分层层数；本表不适用分层层数；本表不适用于综放开采于综放开采 第31页/共47页 5590 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）55707190abcdabcd坚硬1518202217202224中硬1013151712151719软弱5810127101214a a 松散层底部粘性土层大于累计采厚松散层底部粘性土层大于累计采厚b b 松散层底部粘性土层小于累计采厚松散层底部粘性土层小于累计采厚c c 松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层d d 松散层底部无粘性土层松散层底部无粘性土层第32页/共47页4.3 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）第33页/共47页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第34页/共47页二、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第35页/共47页4.4 保水开采的若干问题开采后，随着地表的沉陷将改变地表水的流向，同时随着上覆岩层中关键层的破断，在该区域内地下水将形成下降漏斗。地下水位的能否恢复，则决定于，随着工作面的推进，上覆岩层中有否软弱岩层(事实上它是研究地下水渗漏的关键层）经重新压实导致裂隙闭合而形成隔水带。若有隔水带，则随着雨水的再次补给，下降漏斗也将随之消失。而它对地面生态的影响则决定于漏斗形成与消失的时间间隔。第36页/共47页图5-5黄县煤矿副井西翼1201工作面观测孔布置黄县煤矿在进行含水砂层下采煤试验中，曾在长壁全部垮落采煤法工作面上方的冲积层和基岩内布置一组观测钻孔，(岩层在-14米以上为砂岩；砂质黏土以及表土层）在回采前后及整个回采过程中进行了为期一年的水位观测。第37页/共47页图5-6黄县煤矿副井西翼1201工作面观测孔水位动态曲线第38页/共47页表5-1黄县煤矿1201工作面观测孔水位动态孔号123456水位动态无变化有变化有变化有变化有变化全部漏失水位下降（米）13.7910.9716.11最大降速（米/天）0.5350.8250.950下降时间（天）302717第39页/共47页图5-71#孔水位变化曲线水位下降是暂时的第40页/共47页图5-83#孔水位变化曲线水位已经下降但还有恢复的可能第41页/共47页陕西煤田地质局对大柳塔开采的观测也有同样的结果：发现在初次放顶后水位迅速下降，而后曾经一度回升，但随着回采面积的扩大，逐渐下降，最终稳定在基岩界面附近。地下水位下降10-12米另外，对神华地区，水流与基岩界面有关，而开采将直接影响基岩地形的变化，从而影响水流的集聚与流向。第42页/共47页水位已没有恢复的可能图5-96#孔水位变化曲线第43页/共47页图5-10钻孔已堵塞，“”表示工作面过钻孔的位置第44页/共47页1号孔水位无变化，2、3、4、5号孔水位发生了短暂的变化，但始终保持孔中有水位。6号孔（孔底离开采层10米）内的水全部漏失。上述结果说明，由于有隔水层1号孔水位有2-3米的变化，而对于其他各孔则有10-16米变化以致全部漏失，而且经过一年的观察水位并没有回升也没有再漏失。6号孔全部漏失是否与当时离冒落带太近，以及观察时间太短，岩层尚未压实有关。显然，与钻孔所到开采层上覆岩层是否重新压实有关。另外还应该进一步观察水位变化对地表生物根系的影响。主要观测结论第45页/共47页（1）应该明白保水开采与防止溃水是两个概念，后者是从安全考虑，原来研究的开采形成的三带及其计算公式都是从安全开采总结的经验算法,它不适用于保水开采，而保水开采则必须研究开采前后岩层的水文地质变化。（2）在我国西北地区必须研究所开采的岩层是否有隔水带，开采对地下水的破坏形成的漏斗以及在降雨水后的恢复过程。也就是开采对隔水带的破坏与重新恢复的条件。开采对岩层裂隙以及地形的改变,由此对地表水以及地下水迳流的影响，甚至要研究再造隔水带的可能。（3）地下水是全部流失?还是保存在更深的岩层内形成地下水库而后再利用。保水开采技术的几点说明第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页