煤矿开采与损害ch.pptx

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1、第六章第六章 水体下与承压水上采煤水体下与承压水上采煤第一节第一节 概述概述第二节第二节 覆岩破坏规律覆岩破坏规律第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤第1页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤一、底板突水类型及底板破坏规律一、底板突水类型及底板破坏规律(一一)基本概念基本概念 1 1煤层底板岩溶水煤层底板岩溶水 赋存和运动于煤层底板岩溶地层空间中的水体和水流叫赋存和运动于煤层底板岩溶地层空间中的水体和水流叫做煤层底板岩溶水，又称做煤层底板岩溶水，又称底板承压水底板承压水。2 2隔水层与等值隔水层隔水层与等值隔水层 存在于含水层

2、与开采煤层底板、巷道和采空区之间的能存在于含水层与开采煤层底板、巷道和采空区之间的能阻碍或减弱水流动的岩层。该岩层内的孔隙不连通，地下水无阻碍或减弱水流动的岩层。该岩层内的孔隙不连通，地下水无运动条件，称其为隔水层，亦称运动条件，称其为隔水层，亦称保护层保护层。由于隔水层的性质和结构不同，其隔水由于隔水层的性质和结构不同，其隔水阻水性能也不阻水性能也不同。两个质量不同的而单位厚度相同的岩层，在相同的水文地同。两个质量不同的而单位厚度相同的岩层，在相同的水文地质边界条件下，隔水质边界条件下，隔水阻水作用相等时，称之为阻水作用相等时，称之为等值隔水层等值隔水层。第2页/共18页第四节第四节 承压水

3、上采煤承压水上采煤3 3突水系数突水系数突水系数是水压值与隔水层厚度的比值：突水系数是水压值与隔水层厚度的比值：式中式中T T突水系数，突水系数，Mpa/mMpa/m；p p水压力值，水压力值，MPaMPa；m m隔水层厚度，隔水层厚度，m m。部分矿区极限突水系数统计结果见上表。当突水部分矿区极限突水系数统计结果见上表。当突水系数超过表中数值时，即有可能发生突水事故。系数超过表中数值时，即有可能发生突水事故。第3页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤（二）底板突水的类型（二）底板突水的类型 1 1按突水地点分，底板突水有按突水地点分，底板突水有巷道突水巷道突水与与采煤工作采煤工作

4、面突水面突水。2 2按突水的动态表现形式有：按突水的动态表现形式有：（1 1）爆发型爆发型：直接在采掘工作地点附近发生，一旦：直接在采掘工作地点附近发生，一旦突水，突水量在瞬间即达到峰值，突水峰值过后，突水突水，突水量在瞬间即达到峰值，突水峰值过后，突水量趋于稳定或逐渐减小。爆发型突水来势猛、速度快、量趋于稳定或逐渐减小。爆发型突水来势猛、速度快、冲击力大，常有岩块碎屑伴水冲出。冲击力大，常有岩块碎屑伴水冲出。（2 2）缓冲型缓冲型：直接在采掘工作地点附近发生，突水：直接在采掘工作地点附近发生，突水量由小到大逐渐增长，经几小时、儿天甚至几个月才达量由小到大逐渐增长，经几小时、儿天甚至几个月才达

5、到峰值。到峰值。（3 3）滞后型滞后型：采掘工作面推进到一定距离后，在巷：采掘工作面推进到一定距离后，在巷道或采空区内发生突水，其滞后时间为几天、几个月甚道或采空区内发生突水，其滞后时间为几天、几个月甚至几年，突水最可急可缓。至几年，突水最可急可缓。第4页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤3 3按突水量的大小可分为：按突水量的大小可分为：(1)(1)特大型突水事故，突水量为特大型突水事故，突水量为50m50m3 3/min/min以上；以上；(2)(2)大型突水事故，突水量为大型突水事故，突水量为202049m49m3 3/min/min；(3)(3)中型突水事故，突水量为中型突

6、水事故，突水量为5 519m19m3 3/min/min；(4)(4)小型突水事故，突水量小于小型突水事故，突水量小于5m5m3 3/min/min。（三）开采后煤层底板岩层的破坏规律（三）开采后煤层底板岩层的破坏规律 在开采过程中，煤层底板应力重新分布造成底在开采过程中，煤层底板应力重新分布造成底板岩层的变形与破坏，削弱了底板岩层的阻水能力，板岩层的变形与破坏，削弱了底板岩层的阻水能力，甚至形成突水通道。甚至形成突水通道。因此，研究开采后煤层底板的应力重新分布、因此，研究开采后煤层底板的应力重新分布、变形与破坏的规律，是防止底板突水的基础。变形与破坏的规律，是防止底板突水的基础。第5页/共1

7、8页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤1 1开采过程中底板应力与变形情况开采过程中底板应力与变形情况 在开采过程中，工作面前方的煤壁和底板处在增在开采过程中，工作面前方的煤壁和底板处在增压区内，支承压力使煤层底板压缩。压区内，支承压力使煤层底板压缩。当工作面推进跨过此处时，采空区处在减压区内，当工作面推进跨过此处时，采空区处在减压区内，底板岩层从压缩状态转为膨胀状态，产生底鼓，可能底板岩层从压缩状态转为膨胀状态，产生底鼓，可能出现断裂。出现断裂。随工作面推进，采空区中的垮落岩块压实，底随工作面推进，采空区中的垮落岩块压实，底板重新处于增压区内，又从膨胀状态转为压缩状态。板重新处于增压区内，

8、又从膨胀状态转为压缩状态。在工作面推进过程中，底板各处都要经受压缩、在工作面推进过程中，底板各处都要经受压缩、膨胀和再压缩作用的过程。膨胀和再压缩作用的过程。底板沿工作面推进方向受到压缩、膨胀和再压缩底板沿工作面推进方向受到压缩、膨胀和再压缩的作用的作用(图图6-7)6-7)。第6页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤在支承压力的作用下，底板中出现水平拉应力；在压缩在支承压力的作用下，底板中出现水平拉应力；在压缩区和膨胀区分界处的底板中出现剪应力。拉应力和剪应区和膨胀区分界处的底板中出现剪应力。拉应力和剪应力使底板出现断裂。垂直断裂与顺层断裂交叉，形成底力使底板出现断裂。垂直断裂与

9、顺层断裂交叉，形成底板破坏带。成为底板突水的诱发因素。板破坏带。成为底板突水的诱发因素。第7页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤2 2煤层底板的煤层底板的“下三带下三带”根据煤层底板破坏情况及地下水的导升情况，根据煤层底板破坏情况及地下水的导升情况，在工作面连续推进后，煤层底板可分为在工作面连续推进后，煤层底板可分为“下三带下三带”。1 1）破坏带）破坏带;2 2）完整岩层带）完整岩层带;3 3）地下水导升带）地下水导升带.第8页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤 二、影响底板突水的因素二、影响底板突水的因素 底板阻水带的厚度底板阻水带的厚度、承压水的压力承压水的压

10、力是决定底板是决定底板突水的关键因素。突水的关键因素。国内有的学者提出底板突水的国内有的学者提出底板突水的“六因素说六因素说”:1 1）煤层底板含水层的富水性；）煤层底板含水层的富水性；2 2）含水层的水头压力；）含水层的水头压力；3 3）地质构造；）地质构造；4 4）底板隔水层的厚度与结构；）底板隔水层的厚度与结构；5 5）矿山压力；）矿山压力；6 6）开采方法。这是人可控的，具体如下：）开采方法。这是人可控的，具体如下：第9页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤 开采方法对底板突水的影响主要表现在两方面：开采方法对底板突水的影响主要表现在两方面：（1 1）工作面斜长。工作面斜长

11、对底板突水的影响比）工作面斜长。工作面斜长对底板突水的影响比采深、煤层倾角、底板岩层强度等都明显。工作面斜长越采深、煤层倾角、底板岩层强度等都明显。工作面斜长越大，底板岩层破坏深度越大，工作面越容易突水，反之亦大，底板岩层破坏深度越大，工作面越容易突水，反之亦然。然。（2 2）开采面积。工作面底板突水与开采面积关系）开采面积。工作面底板突水与开采面积关系十分密切，不同矿区有各自不同的突水面积。当开采面积十分密切，不同矿区有各自不同的突水面积。当开采面积大于突水面积后，底板要产生突水。大于突水面积后，底板要产生突水。因此，控制开采面积是控制底板突水的有效方法。因此，控制开采面积是控制底板突水的有

12、效方法。一些矿区采用一些矿区采用条带开采条带开采、巷式开采巷式开采等方法减小开采面积，等方法减小开采面积，防止底板突水。防止底板突水。第10页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤三、底板破坏深度三、底板破坏深度底板破破深度与采深底板破破深度与采深H H、工作面长度、工作面长度L L、煤层倾角、煤层倾角有关：有关：理论分析给出的公式如下：理论分析给出的公式如下：式中式中:h h1 1为底板采动导水破坏深度，为底板采动导水破坏深度，m m；H H为采深，为采深，m m；为煤层倾角，（为煤层倾角，（）；）；L L为工作面斜长，为工作面斜长，为底板岩体平均容重，为底板岩体平均容重，MN/m

13、2MN/m2；R Rc c为岩体抗压强度，一般取岩石单轴抗压强度的为岩体抗压强度，一般取岩石单轴抗压强度的0.150.15倍，倍，MpaMpa；。；。第11页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤四、承压水上采煤方案四、承压水上采煤方案 根据我国历年来的实践，主要有以下几种方案。根据我国历年来的实践，主要有以下几种方案。1 1深降强排方案深降强排方案 所谓深降强排方案，就是设置各种疏水工程，如疏水所谓深降强排方案，就是设置各种疏水工程，如疏水井巷、疏水钻孔等，将岩溶水水位人为地降低到开采水平以井巷、疏水钻孔等，将岩溶水水位人为地降低到开采水平以下，以确保安全地进行开采。下，以确保安全

14、地进行开采。这种方案的这种方案的优点优点是：防止底板突水效果最好，能确保矿是：防止底板突水效果最好，能确保矿井安全生产。其井安全生产。其缺点缺点是：疏水工程量大、设备多、电耗大，是：疏水工程量大、设备多、电耗大，因而投资大、成本高；由于疏水引起的水位降低，使附近的因而投资大、成本高；由于疏水引起的水位降低，使附近的工农业用水缺乏，并造成地表下沉。工农业用水缺乏，并造成地表下沉。此外此外，当井田内奥灰水，当井田内奥灰水量极为丰富、补给来源充足时，深降强排方案难以实现。量极为丰富、补给来源充足时，深降强排方案难以实现。第12页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤2 2外截内排方案外截内

15、排方案 实质是在井田内某一区域外围的集中径流带采实质是在井田内某一区域外围的集中径流带采用用钻孔注浆钻孔注浆的方法的方法建立人工帷幕建立人工帷幕，截断矿井的补给，截断矿井的补给水，然后在开采范围内进行疏水，将承压水的水位水，然后在开采范围内进行疏水，将承压水的水位降低到开采水平以下。降低到开采水平以下。这种方案可以确保矿井的安全生产，而且克服了这种方案可以确保矿井的安全生产，而且克服了深降强排的缺点。但这种方案只能适用于特定的条深降强排的缺点。但这种方案只能适用于特定的条件，如水文地质条件清楚，补给径流区集中，帷幕件，如水文地质条件清楚，补给径流区集中，帷幕截流工程易于施工等。截流工程易于施工

16、等。第13页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤3 3带压开采方案带压开采方案 实质是在开采过程中利用隔水层的阻水能力，实质是在开采过程中利用隔水层的阻水能力，防止底板突水。防止底板突水。带压开采无需事先专门排水，在经济上花费较少，带压开采无需事先专门排水，在经济上花费较少，并且也可能做到安全开采。但带压开采不能确保不并且也可能做到安全开采。但带压开采不能确保不发生底板突水事故，特别是在水文地质条件复杂的发生底板突水事故，特别是在水文地质条件复杂的地区，底板突水的可能性更大。地区，底板突水的可能性更大。第14页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤五、开采安全技术措施五、

17、开采安全技术措施（1 1）选择开采：应本着先远后近、先易后难、由浅到）选择开采：应本着先远后近、先易后难、由浅到深、先简单后复杂的原则深、先简单后复杂的原则.对受承压水威胁的煤层进行全面规划，划分成不同对受承压水威胁的煤层进行全面规划，划分成不同的水文地质单元，进行开采。的水文地质单元，进行开采。对于条件相同的煤层，应有计划地进行试采，总结对于条件相同的煤层，应有计划地进行试采，总结经验，找出规律，再逐步进行推广应用。经验，找出规律，再逐步进行推广应用。（2 2）分区隔离开采：在采区四周要留设隔离煤柱，）分区隔离开采：在采区四周要留设隔离煤柱，采区之间要设置水闸门，以缩小底板突水的影响范围。采

18、区之间要设置水闸门，以缩小底板突水的影响范围。（3 3）改革采区巷道布置：在设计采区巷道布置时，）改革采区巷道布置：在设计采区巷道布置时，要注意采掘巷道与断裂构造的空间位置关系要注意采掘巷道与断裂构造的空间位置关系,尽可能地少尽可能地少穿过断层。穿过断层。第15页/共18页第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤（4 4）选择合理的采煤方法：充填开采、部分开采，保）选择合理的采煤方法：充填开采、部分开采，保留的煤柱可支撑一部分上覆岩层的载荷，减轻矿山压力留的煤柱可支撑一部分上覆岩层的载荷，减轻矿山压力对底板的破坏作用。对底板的破坏作用。（5 5）缩短工作面长度：提高工作面推进速度缩短工作）缩短工

19、作面长度：提高工作面推进速度缩短工作面长度，可以减小底板的破坏深度。面长度，可以减小底板的破坏深度。提高工作面推进速度，可使采动后底板的裂隙不能提高工作面推进速度，可使采动后底板的裂隙不能得到充分扩展，从而减小底板的破坏深度。此外，应尽得到充分扩展，从而减小底板的破坏深度。此外，应尽量使工作面保持匀速推进，避免工作面长期停顿不采。量使工作面保持匀速推进，避免工作面长期停顿不采。（6 6）合理地确定工作面推进方向：在布置回采工作面）合理地确定工作面推进方向：在布置回采工作面时，应尽量避免工作面的周边与高角度断层靠近和平行，时，应尽量避免工作面的周边与高角度断层靠近和平行，避免工作面推进方向与高角度的断层走向垂直，目的是避免工作面推进方向与高角度的断层走向垂直，目的是避免工作面的底板剪切带与断层带重合，造成良好的突避免工作面的底板剪切带与断层带重合，造成良好的突水通道。水通道。第16页/共18页第17页/共18页感谢观看！感谢观看！第18页/共18页