2煤炭资源绿色开采研究进展.ppt

安徽理工大学 涂 敏 教授 博士 采矿学科前沿讲座（二）采矿学科前沿讲座（二） * * 1 1 主 要 内 容 一、煤炭资源环境与安全问题 二、绿色开采技术的基本内容 三、煤与瓦斯共采技术 四、煤矿突水灾害防治技术 五、保水采煤技术 六、矸石充填采煤技术 DateDate 2 2 一、煤炭资源环境与安全问题 1.全国煤炭产量 2.煤矿瓦斯灾害与瓦斯排放 3.煤矿突水灾害与水资源破坏 4.煤矸石的露天排放问题 5.“三下”压煤问题 6.煤矿安全与环境问题的特殊 性 DateDate 3 3 1. 全国煤炭产量 2008年全国煤炭产量27.16亿吨 其中95以上为井工开采 一、煤炭资源环境与安全问题 2010年全国煤炭产量32.5亿吨 DateDate 4 4 2. 煤矿瓦斯灾害与瓦斯排放 一、煤炭资源环境与安全问题 中国在地下2000 m范围内具 有3035万亿m3煤层气资源, 每年排放煤矿瓦斯200亿m3左 右。 煤矿瓦斯灾害严重，2004年底 至2005年初，大平煤矿、陈家山 煤矿、孙家湾煤矿接连发生3起 一次死亡百人以上特大瓦斯事故 。 高瓦斯及煤 与瓦斯突出 低瓦斯 DateDate 5 5 3. 煤矿突水灾害与水资源破坏 我国60%的矿区为石碳 二叠系含煤地层,其中80%受 到严重的突水危险。 现在，我国每年排出 矿井水60亿m3左右，只利用 25%左右，造成矿区水源枯 竭、水与生态环境的破坏。 一、煤炭资源环境与安全问题 DateDate 6 6 一、煤炭资源环境与安全问题 4. 煤矸石的露天排放问题 我国现有矸石山1600余座 ，堆积量超过45亿t，占地超 过15000 hm2。目前每年产 矸量超过3.5亿t。 矸石山除了占用大量的土矸石山除了占用大量的土 地资源外，还会严重污染空地资源外，还会严重污染空 气和地下水，甚至存在燃烧气和地下水，甚至存在燃烧 、爆炸、塌方等危险。、爆炸、塌方等危险。 DateDate 7 7 5. “三下”压煤问题 我国的煤炭资源回收率我国的煤炭资源回收率 仅为仅为40%40%左右，左右，“三下三下”（ 村庄下、道路下、水体下村庄下、道路下、水体下 ）压煤是其重要根源。）压煤是其重要根源。 如：如： 新汶矿区新汶矿区“三下三下 ”压煤高达压煤高达2.672.67亿吨，占亿吨，占 可采储量的可采储量的70%70%多。多。 一、煤炭资源环境与安全问题 DateDate 8 8 一、煤炭资源环境与安全问题 6. 我国煤矿安全与环境问题的特殊性 v 经济高速增长依赖于煤炭资源 v 煤层赋存条件 v 煤层瓦斯地质条件 v 煤层水文地质条件 v “三下”压煤与土地资源条件 v 创新绿色采煤技术为核心 DateDate 9 9 对土地资源的破坏和占用 井工开采以地表塌陷和矸石山压占为主，而露天开采则以直 接挖损和外排土场压占为主。 平均每采万吨原煤造成塌陷土地0.2公顷，每年新增塌陷地约 0.5亿公顷。 以山西省为例，煤炭地下采空面积达1500Km2（占全省面积的 1%多）。 煤炭开采形成的环境问题之一 一、煤炭资源环境与安全问题 DateDate1010 煤炭开采形成的环境问题之二 水资源的破坏和污染 煤炭开采过程中，人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤 系含水层的自然疏干，破坏了地下水资源。同时开采还可能污 染地下水资源。 以山西为例，采煤破坏地下水4.2亿m3/a，导致井水位下降 或断流共计3218个，影响水利工程433处，水库40座，输水管 道793890m；造成1678个村庄、812715口人、108241头牲畜饮 水困难。使本来缺水的山西环境受到进一步破坏。 DateDate1111 煤炭开采形成的环境问题之三 对大气环境的污染 主要来自矿井排出的瓦斯和矸石山的自燃。 瓦斯即煤层气，它是比CO2还严重的温室气体，也是导致煤矿 重大安全事故的根源。同时瓦斯又是最好的清洁能源。 建国以来,我国煤矿发生煤与瓦斯突出事故1500余次,仅2001 年由于瓦斯事故的死亡人数达2356人，为煤矿总死亡人数的40% 。 煤矿每年向大气排放瓦斯70-190亿m3。，必须加以利用，变 害为宝。 DateDate1212 煤炭开采形成的环境问题之四 对地面建筑物及人文环境的破坏 导致村庄被迫迁徙。 以淮南矿业集团为例，2008年，顾桥镇搬迁问题。 兖州矿业集团。 DateDate1313 煤矿的“绿色开采技术”的开展与应用已迫在眉睫。 事实上，中国矿业大学教授钱鸣高院士及其领导的课题组， 从20世纪九十年代初已开始了有关“绿色开采技术”的研究和 实践。在长期研究和实践的基础上，钱鸣高院士正式提出了煤 矿绿色开采的理念及其技术体系。 二、绿色开采的提出 DateDate1414 煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术,在基本概念上是从 广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、土地等一切 可以利用的各种资源； 基本出发点是从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对 环境和其他资源的不良影响； 目标是取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益。 二、绿色开采的提出 煤矿绿色开采的内涵煤矿绿色开采的内涵 DateDate1515 煤矿绿色开采的特点之一 从广义资源的角度论，在矿区范围内的从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭；地下水；煤煤炭；地下水；煤 层内所含的瓦斯；土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其层内所含的瓦斯；土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其 他矿床他矿床都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。 二、绿色开采的提出 DateDate1616 矿井瓦斯定义：矿井中主要由甲烷为主的有害气体。-煤层气 瓦斯抽放-煤层气开采（抽采） 矿井水文地质类型：根据矿井水文地质条件、涌水量、水害情 况和防治水难易程度，类型。 显然，上述概念将原本为矿区资源的瓦斯和水单纯作为有 害物来对待是不合适的。 二、绿色开采的提出 DateDate1717 煤矿绿色开采的特点之二 从开采的角度采取措施，从源头消除或减少采矿对环境的 破坏；而不是先破坏后治理。因而，矸石的井上处理与土地 复垦是属于环境治理问题，而不属于绿色开采问题。 二、绿色开采的提出 DateDate1818 开采引起环境与主要安全问题的发生都与开采后造成的岩层运动有关 （岩体不破坏上述问题都不会发生），因而，绿色开采的重大基础理论为： （1）采矿后岩层内的“节理裂隙场”分布以及离层规律； （2）开采对岩层与地表移动的影响规律。 （3）水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律； （4）岩体应力场分布规律及岩层控制技术 岩层控制的关键层理论，为煤矿绿色开采技术的发展提供了理论基础 。 因而，一定程度上绿色开采技术可叫做“基于岩层控制的绿色开采技 术”。 煤矿绿色开采的特点之三 二、绿色开采的提出 DateDate1919 根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，绿色开采技根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，绿色开采技 术主要包括以下内容：术主要包括以下内容： 水资源保护水资源保护形成形成“保水开采保水开采”技术；技术； 土地与建筑物保护土地与建筑物保护形成离层注浆、充填与条带开采技术；形成离层注浆、充填与条带开采技术； 瓦斯抽放瓦斯抽放形成形成“煤与瓦斯共采煤与瓦斯共采”技术；技术； 煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术充填开采技术；充填开采技术； 地下气化液化技术。地下气化液化技术。 采场老顶岩层采场老顶岩层“砌体梁砌体梁”结构模型是针对开采过程中的矿山压结构模型是针对开采过程中的矿山压 力控制提出来的。力控制提出来的。 关键层理论的提出是为了研究覆岩中厚硬岩层对层状矿体开采关键层理论的提出是为了研究覆岩中厚硬岩层对层状矿体开采 中节理裂隙的分布及其对瓦斯抽采与突水防治以及对开采沉陷控制中节理裂隙的分布及其对瓦斯抽采与突水防治以及对开采沉陷控制 等的影响，为绿色开采提供了理论基础。等的影响，为绿色开采提供了理论基础。 二、绿色开采的提出 DateDate2020 绿色开采技术体系 煤炭开采煤炭开采 岩层移动岩层移动 排放矸石排放矸石 地下水流失地下水流失 与突水事故与突水事故 瓦斯卸压流动、瓦斯事瓦斯卸压流动、瓦斯事 故与排放瓦斯污染环境故与排放瓦斯污染环境 地表塌陷、土地地表塌陷、土地 与建筑物损害与建筑物损害 占用土地占用土地 污染环境污染环境 保水保水 开采开采 煤与煤层气煤与煤层气 共采共采 条带开采条带开采 充填开采充填开采 矸石不出井矸石不出井 与煤巷支护与煤巷支护 煤炭地下煤炭地下 气化气化 二、绿色开采的提出 DateDate2121 采动破裂煤岩体中水与瓦斯流动规律，需建立采动破裂煤岩 体渗流实验研究系统； 基于岩层移动与关键层理论的开采沉陷预测与建筑物下采煤 的定量设计方法； 适合煤矿特点的充填采矿材料与工艺系统； 煤矿绿色开采技术的经济评价方法与法规。 若干待研究的问题若干待研究的问题 DateDate2222 煤矿绿色开采煤矿绿色开采 采动岩体结构运动理论采动岩体结构运动理论 采动裂隙岩体渗流理论采动裂隙岩体渗流理论 煤与瓦斯共采煤与瓦斯共采 保水采煤保水采煤矸石充填采煤矸石充填采煤 绿色开采技术框架绿色开采技术框架 DateDate2323 三、煤与瓦斯共采技术 1. 瓦斯抽采方法分类 2. 采动卸压瓦斯抽采 3. 煤与瓦斯共采效果 DateDate2424 采后抽采 采前抽采 （预抽） 采中抽采 （边采边抽） 煤矿瓦斯抽采方法 1. 瓦斯抽采方法分类 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate2525 采前抽采(预抽) 邻近层抽采本煤层抽采 地面钻井抽采 穿层钻孔抽采 顺层钻孔抽采 交叉钻孔抽采 煤层巷道抽采 地面钻井抽采 穿层钻孔抽采 走向巷道抽采 倾向巷道抽采 水平长钻孔抽采 三、煤与瓦斯共采技术 * * 2626 采中抽采(边采边抽) 掘进工作面抽采回采工作面抽采 地面钻井抽采 穿层钻孔抽采 顺层钻孔抽采 煤层巷道抽采 采空区埋管抽采 巷帮钻孔抽采 迎头钻孔抽采 相邻巷道抽采 三、煤与瓦斯共采技术 * * 2727 采后抽采 采空区抽采 地面钻井抽采 密闭插管抽采 密闭钻孔抽采 以上各种方法的组合构成了 煤矿瓦斯的综合抽采 三、煤与瓦斯共采技术 * * 2828 2. 采动卸压瓦斯抽采 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate2929 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3030 三、煤与瓦斯共采技术 -冒落带，冒落带，-裂隙带，裂隙带，-弯曲下沉带弯曲下沉带 A-A-煤壁支撑影响区，煤壁支撑影响区，B-B-离层裂隙区，离层裂隙区，C-C-重新压实区重新压实区 DateDate3131 走向高抽巷走向高抽巷 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3232 倾向高抽巷倾向高抽巷 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3333 倾向穿层孔倾向穿层孔 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3434 顶板走向孔顶板走向孔 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3535 地面钻井地面钻井 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3636 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3737 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3838 底板巷底板巷 穿层钻孔穿层钻孔 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate3939 底板巷底板巷 穿层钻孔穿层钻孔 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate4040 中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况 19651965200720071995199519851985 150150 600600 44004400 328328 阳泉、淮南、水城、盘江、松藻、 晋城、抚顺 、淮北等10个矿业集 团年抽采量超过1亿立方米 山西、辽宁、安徽、重庆等5个省 市年抽采量超过2亿立方米 3. 煤与瓦斯共采效果 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate4141 1977年以来全国煤炭产量与死亡人数 三、煤与瓦斯共采技术 DateDate4242 四、煤矿突水灾害防治技术 1. 研究现状与不足 2. 关键科学问题 3. 重点研究内容 4. 主要研究进展 5. 工程应用实例 DateDate4343 矿井突水的地质特征及条件：安全水头预测法、隔水 层厚度判别法、“下三带”理论(中国)等。 采动裂隙演化与渗流理论：“横三区”与“竖三带”裂隙 分布规律(中国)、非线性Darcy渗流理论、裂隙演化与应力 耦合渗流理论(中国)等。 矿井突水的中长期预报方法：突水系数法、GIS模型法 (中国)、斯列萨烈夫法等。 矿井突水的治理方法：疏水降压法、注浆堵水法等。 1. 研究现状与不足 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate4444 针对中国煤矿开采面临特别复杂的构造地质与水文地质条件针对中国煤矿开采面临特别复杂的构造地质与水文地质条件 ，例如：奥陶系高承压、强富水岩溶含水层底板，研究不深入。，例如：奥陶系高承压、强富水岩溶含水层底板，研究不深入。 采动裂隙场演化规律、采动岩体渗流突变理论、临突预报理采动裂隙场演化规律、采动岩体渗流突变理论、临突预报理 论等研究不足。论等研究不足。 控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法等研究才起步控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法等研究才起步 。 四、煤矿突水灾害防治技术 1. 研究现状与不足 DateDate4545 1、矿井突水的含导水构造 地质特征及条件 2、采动岩体结构破坏与裂 隙演化及渗流突变规律 3、矿井突水预测与控制的 基础理论与方法 拟解决的 关键科学 问题 2. 关键科学问题 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate4646 v问题1 ： 矿井突水的含导水构造 地质特征与条件 p 我国大部分矿区水文地质与构造地质条件十分复 杂，65%左右的矿井受严重突水危胁。 p 现有研究对陷落柱和断层等导水构造的发育规律 、地下水的赋存和运移规律等认识不足。 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate4747 v 陷落柱突水实例 开滦范各庄煤开滦范各庄煤 矿矿2171 2171 工作面发生工作面发生 特大陷落柱突水特大陷落柱突水, , 造造 成全矿被淹，最大成全矿被淹，最大 突水量达突水量达2053 2053 mm 3 3 /min/min，为目前世为目前世 界上水量最大的突界上水量最大的突 水。水。 陷落柱 富含水层 工作面 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate4848 v问题2：采动岩体结构破坏与裂隙 演化及渗流突变规律 p 采动引起的应力场和裂隙场变化是导通陷落柱 和断层，以及形成新的导水通道的前提条件。 p 渗流突变是突水致灾的根源，现有的基础研究 还不能揭示渗流突变的机理。 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate4949 v 采动裂隙直接导通含水层突水实例 广东兴宁大兴煤矿，下层煤开采时，采动 裂隙扩展破坏了上层煤开采所留设的防水煤柱 ，导致特大突水，死亡123人。 含水层 上工作面 下工作面 煤柱 采动裂隙 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5050 v 问题3：矿井突水预测与控制的 基础理论与方法 p 目前没有建立针对不同突水类型的预测预 报理论模型，还不能实现临突预报。 p 传统采煤理论强调了矿井水的灾害性，忽 视了水的资源性，并把水作为灾害的根源 加以处理，“疏干”、“排水”等矿井防治水 方法造成大量水资源浪费。 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5151 3、矿井突水的预测预报理论 与方法 4、控制矿井突水的水资源保 护性采煤理论与方法 2、采动岩体破裂结构运动及 渗流突变理论 1、矿井突水的水文地质结构 特征及形成条件 研究 内容 3. 研究内容与方案 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5252 研研 究究 方方 向向 1 1、矿井突水的水文地质结构模式及形成条件、矿井突水的水文地质结构模式及形成条件 3 3、采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件、采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件 6 6、矿井突水的水量预测理论与方法、矿井突水的水量预测理论与方法 5 5、矿井突水的危险性评价理论与方法、矿井突水的危险性评价理论与方法 7 7、突水前兆信息演化规律及实时监测理论、突水前兆信息演化规律及实时监测理论 8 8、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法 2 2、矿井突水的动力学特征及控制因素、矿井突水的动力学特征及控制因素 4 4、采动岩体渗流规律与突变机理、采动岩体渗流规律与突变机理 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5353 煤矿突水机理与突水防治理论 理论分析数值模拟物理模拟现场测试 水文地 质学 工程地 质学 构造地 质学 采矿 工程 地球物 理勘探 矿井突水灾害治理 研究对象 研究内容 研究方法 涉及学科 科学问题 矿井突水的含导 水构造地质特征 及条件 采动岩体结构破坏 与裂隙演化及渗流 突变规律 矿井突水预测与 控制的基础理论 与方法 矿井突水的 水文地质结 构特征及形 成条件 采动岩体破裂 结构运动及采 动岩体渗流突 变理论 矿井突水的 预测预报理 论与方法 控制矿井突 水的水资源 保护性采煤 理论与方法 岩石 力学 渗流 理论 信息 科学 安全 工程 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5454 突水 水源 隔水关键层 天 然 构 造 采 动 裂 隙 突水通道 内容内容1 1 地质结地质结 构特征构特征 与条件与条件 内容内容2 2 裂隙演裂隙演 化与渗化与渗 流突变流突变 内容内容3 3 预测预预测预 报理论报理论 与方法与方法 内容内容4 4 控制突控制突 水的采水的采 煤方法煤方法 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5555 内容1 地质结 构特征 与条件 内容2 裂隙演 化与渗 流突变 内容3 预测预 报理论 与方法 内容4 控制突 水的采 煤方法 突水 水源 隔水关键层 天 然 构 造 采 动 裂 隙 突水通道 保水采煤与 煤水共采 危险评价理 论与方法 水量预测理 论与方法 前兆信息与 临突预报 地质结构模 式及条件 地质动力学 及控制因素 隔水关键层 与裂隙演化 采动裂隙渗 流与突变 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5656 v 隔水关键层的定义 水最终要穿透的岩层或最终被阻隔住的岩层 被称为隔水关键层。 v 隔水关键层的三种类型 其一，坚硬结构关键层； 其二，泥质软弱岩性隔水层； 其三，坚硬与软弱组合岩层隔水层。 4. 主要研究进展 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5757 v 隔水关键层结构与渗流稳定性 p 结构稳定判据 刚度： 强度：l1ln+1 p 渗流稳定判据 1 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5858 v 采动破碎岩体渗流突变理论研究 混沌吸引子渗流失稳判据 渗流方程 实测与试验 渗 流 特 性 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate5959 v 试验原理、方法与装置 原位采动破碎岩体水 渗流特性试验装置 堆积采动破碎岩体水 渗流特性试验装置 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate6060 v 采动覆岩裂隙演化与渗流规律 (a) 采场推进40m (b) 采场推进60m (a) 采场推进40m (b) 采场推进60m 采动覆岩渗流矢量分布图 采空区上方垂直渗流速度分布图 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate6161 突水 水源 隔水关键层 天 然 构 造 采 动 裂 隙 突水通道 判别隔水关键 层的位置 井下电法探测、 开采地质条件等 判别隔水关键 层结构稳定性 开采设计、关键 层理论分析等 判别隔水关键 层渗流稳定性 渗流突变理论、 井下电法探测等 渗流突变通道 的控制 优化采场设计、 注浆改造加固等 安全开采 v 隔水关键层保护原理 稳定 稳定 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate6262 v采场底板突水防治龙固矿21201工作面为例 5. 工程应用实例 四、煤矿突水灾害防治技术 目标：安全开采 采矿地质条件分析 l 太原组21煤,距奥灰45m,水压4.0MPa; l 突水系数是临界值的1.5倍; l 采深460m，采高1.5m; l 底板隔水关键层6.3m，=5.5MPa 隔水关键层结构 稳定性判别 l 井下电法探测，3条隐伏含水断层，发 育深度1630m； l 关键层破断分析，破断裂隙深度38m 隔水关键层渗流 稳定性分析 l 渗流突变理论分析，工作面推进200m 隐伏含水断层处有突水危险 渗流突变通道控制l 隔水关键层加固措施，局部注浆加固 DateDate6363 底板破坏区域的数值模拟 底板注浆区域的岩石采样 底板注浆钻孔布置图 v 采场底板突水防治实例分析资料 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate6464 v 采场顶板突水防治 俄布矿E11022工作面为例 目标：安全开采 采矿地质条件分析 l 浅理深150m，煤厚3.8m l 顶板粗砂岩66m l 覆岩砂砾互层（含水层） l 地表有过境水 隔水关键层结构 稳定性分析 l 结构关键层破断，则隔 水关键层失稳 严格保护结构关键 层的完整性 l 宽条带(短壁)综采，采宽 60m，煤柱宽20m 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate6565 采动裂隙场分布 顶板贯通裂隙 宽条带开采设计 结构关键层 采动覆岩渗流场 v 采场顶板突水防治实例分析资料 四、煤矿突水灾害防治技术 DateDate6666 五、保水采煤技术 1. 全矿区保水采煤分区与保水对 策 2. 控制隔水关键层结构与渗流稳定 3. 水资源转移存储与综合利用 4. 主要技术特点 以神东矿区为例 DateDate6767 1. 全矿区保水采煤分区与保水对策 v 水文地质结构系统分析与保水分区 五、保水采煤技术 DateDate6868 v 4种隔水层结构 多层隔水层结构 高位隔水层结构 低位隔水层结构 隔水层侧切结构 五、保水采煤技术 DateDate6969 v 神东矿区保水采煤对策 表1 神东矿区水资源赋存及保护对策 水资源类型赋存条件 富水 性 保水方法和 关键技术 地表水和水源地 河谷及其附近 第四系含水层层 强 保护护区范围围内限 采 烧变烧变 岩孔洞水 烧变烧变 岩带带 孔洞含水层层 强侧侧向保水煤柱 第四系潜水 萨萨拉乌苏组乌苏组 含水层层 弱-强 保护护隔水关键层键层 、 转转移存贮贮等 基岩裂隙水 直罗组罗组 砂岩 延安组组砂岩 裂隙含水层层 弱常规规开采 五、保水采煤技术 DateDate7070 v 隔水关键层结构与渗流稳定性 p 结构稳定判据 刚度： 强度：l1ln+1 p 渗流稳定判据 2. 控制隔水关键层结构与渗流稳定 1 五、保水采煤技术 DateDate7171 v 隔水关键层判别流程 五、保水采煤技术 DateDate7272 v 采动覆岩裂隙演化与渗流规律 (a) 采场推进40m (b) 采场推进60m (a) 采场推进40m (b) 采场推进60m 采动覆岩渗流矢量分布图 采空区上方垂直渗流速度分布图 五、保水采煤技术 DateDate7373 (电法、钻孔法、浅层地震法) 表2 采动覆岩导水裂隙通道高度 工作面编号采高(m)基岩厚度(m) 导水裂隙通道高度 (m) 126104.840454045 124043.431373137 122014.040504049 314015.3120190105154 v 采动覆岩导水裂隙通道发育高度 五、保水采煤技术 DateDate7474 v 控制隔水关键层结构稳定 (a) 第1次视电阻率断面成像图 (b) 第4次视电阻率断面成像图 高位隔水关键层保水开采电测效果 （大柳塔12610工作面） 五、保水采煤技术 DateDate7575 v 控制采动导水裂隙通道闭合 导水通道闭合及水位恢复实测曲线 （补连塔31401工作面） 五、保水采煤技术 DateDate7676 v 局部区域充填支撑 p 技术措施 局部充填开采 局部降低开采高度 p 技术实施范围 穿越地表水体 穿越冲刷沟谷 导水裂隙异常发育 五、保水采煤技术 DateDate7777 顶板水转移并利用 采空区矸石吸附过 滤净化方法，水质 指标达到工业和农 业用水标准，实现 年废水复用1700万 m3。 3. 水资源转移存储与综合利用 v 利用采空区转移存储顶板水 五、保水采煤技术 洁 净 水 A A A A 矿 井 水 DateDate7878 v 向下伏储水层转移顶板水 (a) 回灌孔(b) 观测孔 石圪台矿回灌孔与观测孔设计图 五、保水采煤技术 DateDate7979 （1 1）神东矿区水文地质结构的五种类型，即：弱含水区、泉）神东矿区水文地质结构的五种类型，即：弱含水区、泉 城水源区、烧变岩富水区、无隔水层区和有隔水层区五种，并给城水源区、烧变岩富水区、无隔水层区和有隔水层区五种，并给 出相应的保水采煤技术对策。出相应的保水采煤技术对策。 （2 2）系统研究给出神东矿区开采地质条件下隔水关键层的结）系统研究给出神东矿区开采地质条件下隔水关键层的结 构与渗流稳定性判据，揭示覆岩导水裂隙贯通高度与渗流规律，构与渗流稳定性判据，揭示覆岩导水裂隙贯通高度与渗流规律， 依此开发控制隔水关键层结构稳定保水采煤、控制采动导水裂隙依此开发控制隔水关键层结构稳定保水采煤、控制采动导水裂隙 通道闭合保水采煤和局部区域充填支撑方式保水采煤等技术。通道闭合保水采煤和局部区域充填支撑方式保水采煤等技术。 （3 3）在无覆岩隔水层条件下，开发利用采空区转移存储顶板）在无覆岩隔水层条件下，开发利用采空区转移存储顶板 水技术和利用上下含水层压力差向下伏储水层转移顶板水技术。水技术和利用上下含水层压力差向下伏储水层转移顶板水技术。 4. 主要技术特点 五、保水采煤技术 DateDate8080 六、矸石充填采煤技术 1. 解决相关问题的思路 2. 总体技术框架 3. 主要技术研究内容 4. 主要技术特点 DateDate8181 1. 解决相关问题的思路 解决问题的解决问题的 总体思路总体思路 技 术 措 施 矸石直接充填置矸石直接充填置 换换“ “三下三下” ”压煤压煤 循环利用矿区废弃物循环利用矿区废弃物 保护矿区土地与环境保护矿区土地与环境 回收回收“ “三下三下” ”压煤资源压煤资源 实 施 目 标 存在问题传统办法实 际 效 果 煤矸石的排放 露天排放占用土地、污染环境、爆炸 制砖等用量少、产品质量、环保等问题 “三下”压煤 迁村开采吨煤增加成本50元左右，历史与文化问题 条带开采采出率50% 传统充填开采没有实现规模化推广应用 六、矸石充填采煤技术 DateDate8282 2. 总体技术框架 矸石直接充填置换“三下”压煤总体技术框架 六、矸石充填采煤技术 DateDate8383 v 项目研究的难点之一 建立矸石充填开采岩层控制理论 岩层移动控制目标充填技术控制目标 绝对不移动充入与开采等量的矸石 控制移动量 建筑物损伤破坏：搬迁 建筑物局部损伤：修补 建筑物微小损伤：无需修补 1. 1. 不同矸石充填量对应的地表变形值不同矸石充填量对应的地表变形值 2. 2. 同一矸石充填量对应的地表最大变形值同一矸石充填量对应的地表最大变形值 理论上理论上 需解决需解决 的问题的问题 3. 主要技术 六、矸石充填采煤技术 DateDate8484 充填开采 顶板下沉 等价采高 顶板下沉 充填开采 v 矸石充填开采等价采高的概念 v 矸石充填开采岩层移动控制稳定性判据 Hmax建筑物变形能承受的最大允许采高。 等价采高 六、矸石充填采煤技术 DateDate8585 v 矸石的松散与压实性能 实验系统 矸石碎胀系数与压应力 矸石孔隙率与压应力 六、矸石充填采煤技术 DateDate8686 v 矸石充填开采支架工作载荷计算公式 pz充填开采支架载荷； p全高开采支架载荷。 相似材料模拟系统 六、矸石充填采煤技术 DateDate8787 v 矸石充填开采等价采高Hz的理论计算公式 H实际采高； hz充填体空顶距（充实率控制参数）； k 初始压实系数（压实率控制参数）； 残余压实系数。 矸石充填开采的 技术控制指标 充实率 hz 压实率 k 六、矸石充填采煤技术 DateDate8888 技 术 障 碍传 统 办 法 开采工作面不断移动动 采空区顶顶板随采随垮垮 开采面与采空区隔离 水砂充填水流为动为动 力 风风力充填风风流为动为动 力 膏体充填流体为动为动 力 1. 拆除开采工作面与采空区之间的隔离屏障 2. 用同一支护系统掩护采煤与充填并行作业 3. 用矸石重力为充填主要动力，加辅助压实力 创新 与 发明 v 项目研究的难点之二 矸石充入采空区的空间、通道与动力 六、矸石充填采煤技术 DateDate8989 v 综采矸石充填技术 工作面