水体下采煤学习教案.pptx

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1、会计学1水体水体(shu t)下采煤下采煤第一页，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(dxio)和矿物成份（主要取决于粘土的含量）颗粒(kl)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(xngnng)第2页/共47页第二页，共47页。煤岩的隔水和导水性能煤岩的隔水和导水性能(xngnng)(xngnng)隔水性(shuxng)粘土的含量（%）良好 30弱 1130 差 10第3页/共47页第三页，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

2、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煤岩的隔水和导水性能(xngnng)(xngnng)第4页/共47页第四页，共47页。砂砾砂砾 含水且导水，导水性能好含水且导水，导水性能好节理节理(jil(jil)裂隙裂隙 含水且导水含水且导水 断层、陷落柱断层、陷落柱 导水或不导水导水或不导水垮落带、裂隙带垮落带、裂隙带 导水导水煤煤 开开采采前前为为隔隔水水层层，开开采采后后不不易易风风化化、泥化泥化 ，是导水层

3、或弱导水层是导水层或弱导水层煤岩的隔水和导水性能煤岩的隔水和导水性能(xngnng)(xngnng)第5页/共47页第五页，共47页。三、地表水、地下水涌入开采三、地表水、地下水涌入开采(kici)(kici)空空间的机理间的机理 n n充水通道n n开采(kici)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。n n影响程度n n使矿井的涌水量增加（水体的水量少或补给不足）n n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页第六页，共47页。水体下开采需要了解水体下开采需要了解水体下开采需要了解水体下开采需要了解(li(

4、li oji)oji)的问题的问题的问题的问题水体的类型（水源(shuyun)、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页第七页，共47页。四、水体四、水体(shu t)(shu t)下采煤的理论依据下采煤的理论依据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(ynx)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(ynx)导 水 断 裂 带 进 入，同 时 允 许(ynx)垮落带波及。第8页/共47页第八页，共47页。水体水体水体水体(sh

5、u t)(shu t)(shu t)(shu t)下采煤的理论依据下采煤的理论依据下采煤的理论依据下采煤的理论依据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(ci mi)。一定厚度的泥岩和粘土层是水体下安全采煤(ci mi)的良好隔水层。第9页/共47页第九页，共47页。五、水体下的采煤五、水体下的采煤(ci(ci mi)mi)方式方式 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(shu lin)大、补给充足、水体距开采煤层较远第10页/共47页第十页，共47页。2、疏水采煤、疏水采煤(c

6、i mi)利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔(zun kn)，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页第十一页，共47页。3、顶疏结合、顶疏结合(jih)采采煤煤 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(fnwi)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第12页/共47页第十二页，共47页。vv单纯的地表水（河流、水库、湖泊(h p)）难疏干，顶水采煤，留防隔水煤岩柱。vv单纯的松散含水层水体vv

7、冲积层中的水 vv一般顶水采煤，留防隔水煤岩柱vv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(shl)水体水体(shu t)下采煤下采煤第13页/共47页第十三页，共47页。vv 单纯的基岩含水层水体单纯的基岩含水层水体vv 砂岩水砂岩水 孔隙水孔隙水vv 砾岩砾岩(l yn)(l yn)水水 裂隙水裂隙水vv 石灰岩水石灰岩水 岩溶水岩溶水vv对水体的处理取决于煤层至水体的距离，对水体的处理取决于煤层至水体的距离，vv高于断裂带时，顶水采煤；高于断裂带时，顶水采煤；vv低于断裂隙带，疏水采煤。低于断裂隙带，疏水采煤。水体水体(shu t)下采煤下采煤第14页/共47页第十

8、四页，共47页。地表水+松散含水层水松散含水层水+基岩(j yn)水 地表水+松散含水层水+基岩(j yn)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水体体下下采采煤煤第15页/共47页第十五页，共47页。4、堵截水源、堵截水源(shuyun)与疏水结合与疏水结合采煤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(qi dun)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页第十六页，共47页。六、水体下采煤六、水体下采煤(ci(ci mi)mi)的特点的特点 n n 主

9、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(yncng)裂隙是否波及水体 n n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(yncng)n n水体下采煤的主要对策是隔离和疏降第17页/共47页第十七页，共47页。4.2 4.2 水体下采煤水体下采煤水体下采煤水体下采煤(c(c i mi)i mi)的安全煤岩柱留设的安全煤岩柱留设的安全煤岩柱留设的安全煤岩柱留设 一、水体的采动等级及允许采动程度级 不允许导水断裂带波及到水体 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 允许导水断裂带进入(jnr)松散孔隙弱含水

10、层，同时允许垮落带波及该弱含水层水体第18页/共47页第十八页，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

11、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级水体采动等级级水体采动等级级水体采动等级(dngj)(dngj)(dngj)(dngj)允许采动程度允许采动程度允许采动程度允许采动程度第19页/共47页第十九页，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

12、、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 级水体采动等级级水体采动等级级水体采动等级级水体采动等级(dngj)(dngj)(dngj)(dngj)允许采动程度允许采动程度允许采动程度允许采动程度第20页/共

13、47页第二十页，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 级水体采动等级级水体采动等级级水体采动等级级水体采动等级(dngj)(dngj)(dngj)(dngj)允许采动程度允许采动程度允许采动程度允许采动程度

14、第21页/共47页第二十一页，共47页。二、安全二、安全二、安全二、安全(nqun)(nqun)(nqun)(nqun)煤岩柱的留设方法煤岩柱的留设方法煤岩柱的留设方法煤岩柱的留设方法 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(ynx)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页第二十二页，共47页。地表地表地表地表(dbio)(dbio)(dbio)(dbio)有松散覆盖层有松散覆盖层有松散覆盖层有松散覆盖层 时的防水安全煤岩柱留时的防水安全煤岩柱留时的防水安全煤岩柱留时的防水安全煤岩柱留

15、设设设设 HshHd+Hb第23页/共47页第二十三页，共47页。地层上部无松散层覆盖，且采深较小时地层上部无松散层覆盖，且采深较小时地层上部无松散层覆盖，且采深较小时地层上部无松散层覆盖，且采深较小时(xiosh)(xiosh)(xiosh)(xiosh)的防水安全煤岩柱的防水安全煤岩柱的防水安全煤岩柱的防水安全煤岩柱H Hshsh H Hd d+H+Hb b+Hbibi 第24页/共47页第二十四页，共47页。基岩风化带也含水时的基岩风化带也含水时的防水防水(fn shu)(fn shu)安全安全煤岩柱煤岩柱H Hshsh H Hd+H+Hb b+H+Hfe fe 第25页/共47页第二十

16、五页，共47页。2 2、防砂安全、防砂安全(nqun)(nqun)煤岩柱煤岩柱 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(jijn)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页第二十六页，共47页。防砂安全防砂安全(nqun)(nqun)煤岩柱煤岩柱H Hs s=H=Hk k+H+Hb b 第27页/共47页第二十七页，共47页。3 3、防塌安全、防塌安全(nqun)(nqun)煤岩柱煤岩柱 防塌煤岩柱松散层底界面与煤层(micng)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

17、和粘土层塌入井下 防塌安全煤岩柱的垂高应等于或接近防塌安全煤岩柱的垂高应等于或接近(jijn)(jijn)于垮落带的最大高度于垮落带的最大高度 第28页/共47页第二十八页，共47页。4 4、安全、安全(nqun)(nqun)煤岩柱保护层煤岩柱保护层厚度厚度位于导水断裂带上边界或垮落带上边界与水体(shu t)底界面之间的岩层 第29页/共47页第二十九页，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/nM/n，

18、M-M-累累计计采采厚厚，mm；n-n-分分层层层层(cn(cncn)cn)数数；本本表表不不适适用用于于综综放开采放开采0 0 0 054545454煤层煤层煤层煤层(micng)(micng)(micng)(micng)防水安全煤岩柱保护层厚度防水安全煤岩柱保护层厚度防水安全煤岩柱保护层厚度防水安全煤岩柱保护层厚度/m/m/m/m第30页/共47页第三十页，共47页。0 05454煤层煤层煤层煤层(micng)(micng)防砂安全煤岩柱保护层防砂安全煤岩柱保护层防砂安全煤岩柱保护层防砂安全煤岩柱保护层厚度（厚度（厚度（厚度（mm）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

19、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；本表不适分层层数；本表不适(bsh)(bsh)用于综放开采用于综放开采 第31页/共47页第三十一页，共47页。55 559090煤层煤层煤层煤层(micng)(micng)防水安全煤岩柱及防防水安全煤岩柱及防防水安全煤岩柱及防防水安全煤岩柱及防砂安全煤岩柱保护层厚度砂安全煤岩柱保护层厚度砂安全煤岩柱保护层厚度砂安全煤岩柱保护层厚度 覆岩岩性

20、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松散层底部粘性土层(t cn)(t cn)大于累计采厚大于累计采厚b b 松散层底部粘性土层松散层底部粘性土层(t cn)(t cn)小于累计采厚小于累计采厚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(t cn)(t cn)d d 松散层底部无粘性土层松散层底部无粘性土层(t cn)(t cn)第32页/共47页第三十二页，共47页。4.3 水体水体(shu t)下采煤的安全技术措施下采

21、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(shtn)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页第三十三页，共47页。水体下采煤的井下安全水体下采煤的井下安全水体下采煤的井下安全水体下采煤的井下安全(nqun)(nqun)(nqun)(nqun)技术措施技术措施技术措施技术措施n n分区隔离开采分区隔离开采 n n 采区四周均设防水隔离煤柱采区四周均设防水隔离煤柱 n n 绕道和石门内设永久性的防水闸门绕道和石门内设永久性的防水闸门 n n全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采n n

22、 降低覆岩破坏高度降低覆岩破坏高度 n n坚持有疑必探，先探后采的原则坚持有疑必探，先探后采的原则 n n正确正确(zhngqu)(zhngqu)设计防水隔离煤柱设计防水隔离煤柱n n 防水、防砂和防塌安全煤岩柱防水、防砂和防塌安全煤岩柱 n n 采区间的防隔水煤柱采区间的防隔水煤柱n n 断层和陷落柱防隔水煤柱断层和陷落柱防隔水煤柱第34页/共47页第三十四页，共47页。二、水体下采煤二、水体下采煤(ci mi)的地面措施的地面措施切断和改变地面补给水源(shuyun)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页第三十五页，共47页。4.4 保

23、水开采的若干(rugn)问题 开开采采(kic(kic i)i)后后，随随着着地地表表的的沉沉陷陷将将改改变变地地表表水水的的流流向向，同同时时随随着着上上覆覆岩岩层层中中关关键键层层的的破破断断，在在该该区区域域内内地地下下水水将将形形成成下下降降漏漏斗斗。地地下下水水位位的的能能否否恢恢复复，则则决决定定于于，随随着着工工作作面面的的推推进进，上上覆覆岩岩层层中中有有否否软软弱弱岩岩层层(事事实实上上它它是是研研究究地地下下水水渗渗漏漏的的关关键键层层）经经重重新新压压实实导导致致裂裂隙隙闭闭合合而而形形成成隔隔水水带带。若若有有隔隔水水带带，则则随随着着雨雨水水的的再再次次补补给给，下下

24、降降漏漏斗斗也也将将随随之之消消失失。而而它它对对地地面面生生态态的的影影响响则则决决定定于于漏斗形成与消失的时间间隔。漏斗形成与消失的时间间隔。第36页/共47页第三十六页，共47页。图5-5黄县煤矿副井西翼1201工作面观测(gunc)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(zun kn)，(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页第三十七页，共47页。图5-6黄县煤矿副井西翼1201工作面观测孔水位(shuwi)动态曲线第38页/共4

25、7页第三十八页，共47页。表5-1黄县煤矿1201工作面观测(gunc)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页第三十九页，共47页。图5-71#孔水位(shuwi)变化曲线水位下水位下降降(xiji(xijing)ng)是暂是暂时的时的第40页/共47页第四十页，共47页。图5-83#孔水位(shuwi)变化曲线水位已经水位已经下降下降(xijin(xijing)g)但还有但还有恢复的可恢复的可能能第41页/共47页第四十一页

26、，共47页。n n陕西煤田地质局对大柳塔开采陕西煤田地质局对大柳塔开采(kic(kic i)i)的观测也的观测也有同样的结果：发现在初次放顶后水位迅速下降，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。地下水位下渐下降，最终稳定在基岩界面附近。地下水位下降降10-1210-12米米n n另外，对神华地区，水流与基岩界面有关，而开另外，对神华地区，水流与基岩界面有关，而开采采(kic(kic i)i)将直接影响基岩地形的变化，从而影将直接影响基岩地形的变化，从而影响水流的集聚与流向。

27、响水流的集聚与流向。第42页/共47页第四十二页，共47页。水位已没有恢复(huf)的可能图5-96#孔水位变化(binhu)曲线第43页/共47页第四十三页，共47页。图图5-10 5-10 钻孔已堵塞，钻孔已堵塞，“”“”表示表示(bi(bi osh)osh)工作面过钻孔的位置工作面过钻孔的位置第44页/共47页第四十四页，共47页。1 1号号孔孔水水位位无无变变化化，2 2、3 3、4 4、5 5号号孔孔水水位位发发生生了了短短暂暂的的变变化化，但但始始终终保保持持孔孔中中有有水水位位。6 6号号孔孔（孔孔底底离离开开采采层层1010米米）内内的的水水全全部部漏漏失失。上上述述结结果果说

28、说明明，由由于于有有隔隔水水层层1 1号号孔孔水水位位有有2-32-3米米的的变变化化，而而对对于于其其他他各各孔孔则则有有10-1610-16米米变变化化以以致致全全部部漏漏失失，而而且且经经过过一一年年的的观观察察水水位位并并没没有有回回升升也也没没有有再再漏漏失失。6 6号号孔孔全全部部漏漏失失是是否否与与当当时时(dngsh)(dngsh)离离冒冒落落带带太太近近，以以及及观观察察时时间间太太短短，岩岩层层尚尚未未压压实实有有关关。显显然然，与与钻钻孔孔所所到到开开采采层层上上覆覆岩岩层层是是否否重重新新压压实实有有关关。另外还应该进一步观察水位变化对地表生物根系的影响。另外还应该进一

29、步观察水位变化对地表生物根系的影响。主要观测(gunc)结论第45页/共47页第四十五页，共47页。（1 1）应应该该明明白白保保水水开开采采与与防防止止溃溃水水是是两两个个概概念念，后后者者是是从从安安全全考考虑虑，原原来来研研究究的的开开采采形形成成的的三三带带及及其其计计算算公公式式都都是是从从安安全全开开采采总总结结的的经经验验算算法法,它它不不适适用用于于保保水水开开采采，而而保保水水开开采则必须研究开采前后采则必须研究开采前后(qinhu)(qinhu)岩层的水文地质变化。岩层的水文地质变化。（2 2）在在我我国国西西北北地地区区必必须须研研究究所所开开采采的的岩岩层层是是否否有有

30、隔隔水水带带，开开采采对对地地下下水水的的破破坏坏形形成成的的漏漏斗斗以以及及在在降降雨雨水水后后的的恢恢复复过过程程。也也就就是是开开采采对对隔隔水水带带的的破破坏坏与与重重新新恢恢复复的的条条件件。开开采采对对岩岩层层裂裂隙隙以以及及地地形形的的改改变变,由由此此对对地地表表水水以以及及地地下下水水迳迳流流的的影响，甚至要研究再造隔水带的可能。影响，甚至要研究再造隔水带的可能。（3 3）地地下下水水是是全全部部流流失失?还还是是保保存存在在更更深深的的岩岩层层内内形形成成地地下水库而后再利用。下水库而后再利用。保水开采(kici)技术的几点说明第46页/共47页第四十六页，共47页。感谢您的观看(gunkn)！第47页/共47页第四十七页，共47页。