在承压水体上安全采煤问题

1、在承压水体上安全采煤问题 我国华北及华东地区的主要矿区如开滦矿区、兖州矿区、新汶矿区、枣庄矿区，开采石炭二叠系煤层。煤系基底为奥陶系石灰岩，厚度大、岩溶裂隙发育、富水性强、水压大。当遇有地质构造（如断裂构造）时，奥陶系石灰岩与上覆的本溪组或太原组的石灰岩连通，发生水力联系，造成底板突水事故。有些煤层由于受奥陶系石灰岩承压水的威胁而不能开采。因此，研究和解决受奥陶系石灰岩承压水威胁煤层的安全开采问题，对于煤矿的安全生产和解放呆滞的煤炭资源具有重大的现实意义。 一、底板突水类型 1、按底板突水地点分：巷道突水、采煤工作面突水。 2、按突水的动态表现形式分： （1）爆发型：突然爆发，即达峰值，过后突

2、水近于稳定、减小。来势猛、速度快、冲击力大，常有岩石碎屑伴水突出。 （2）缓冲型：水量由小到大逐渐增大，经几小时、几天、甚至几月才达到峰值。 （3）滞后型：采掘工作面推过后，在巷道、采空区内发生突水，滞后时间几天、几个月、几年，突水量可急可缓。 3、按突水量大小分： （1）特大型：突水量等于或大于50 ； 49 ；（2）大型：20 19 ；（3）中型：5 （4）小型：小于5 。 二、开采后底板岩层破坏规律 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，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、变形与破坏规律，是研究煤层底板突水问题的基础。

3、 1、开采过程中工作面底板应力变形特征 采煤工作面周围应力的分布情况：按应力大小分升高应力区(增压区)、降低应力区（减压区）和原始应力区（稳压区）。 采煤工作面底板应力与变形情况：按应力与变形性质分压缩区（压应力）、膨胀区（拉应力）、压缩区与膨胀区之间（剪应力）。拉应力与剪应力使底板出现一系列垂直于层面的断裂。垂直断裂与层理、顺层断裂交叉，形成底板破碎带。 2、煤层底板“下三带” 根据煤层底板的破坏情况及地下水的导升情况，采煤工作面连续推进后，工作面及采空区煤层底板可分为三带 （1）破坏带：直接与工作面邻接的底板，出现一系列沿层面和垂直于层面的断裂，使底板导水能力增强，因此又称为导水破坏带，其

4、厚度称底板破坏深度h1，可达几米到十几米。 （2）保护层带：位于破坏带之下的完整岩层，岩层在支承压力作用下产生弹性变形或塑性变形，但仍保持连续性，其阻水能力未发生变化。因此，又称完整岩层带或阻水带。其厚度为h2。 （3）地下水导升带：位于保护层带之下，底板承压水，沿底板隔水层裂隙上升的高度，其厚度为h3。 （4）底板含水层顶部充填隔水带：有时底板含水层顶部存在泥质物的充填，具有隔水作用，其厚度以h4表示。 根据下三带理论，预测承压水体上采煤有四种情况， 三、影响底板突水因素 1、水源条件 水源条件包括水压和水量。水量是突水的物质基础；水压是突水的动力。水量越丰富，突水量越大，其危害性也越大。水

5、压大，一方面冲破力大；另一方面在隔水层裂隙中导升高度增大，水压越大其破坏性越大。 2、矿山压力 （1）有周期来压的采煤工作面，在初次来压、周期来压时，支承压力大，对底板破坏严重，易发生底板突水事故。 （2）在采煤工作面后部采空区附近的底板处于降低应力区或变形膨胀区，顶板垮落不充分，断裂张开，阻水能力最弱，易于突水。 （3）初次来压前，在开切眼附近，老顶大面积悬露、且直接顶垮落不接顶，底板形成较大的自由面，易于突水； （4）工作面推进速度太慢或停止时，在停采线处由于支承压力的长时 期作用，使底板破坏严重，易于突水。工作面推进速度快，采空区底板还来不及形成较大的断裂，就会由膨胀状态变为压缩状态，有

6、利于防止底板突水； （5）区段煤柱在侧向支承压力的作用下，边缘处破坏；煤柱边缘处顶板垮落不充分，易于突水。 3、隔水层（保护层）阻力 0.3Mpa/m隔水层的强度、厚度及裂隙发育程度，影响隔水层阻力的大小。隔水层阻力系数(Z)，以Mpa/m表示，在一般情况下Z=0.1 。 4、地质构造 地质构造，特别是断裂构造，是造成煤层底板突水的主要原因。我国绝大部分（80%以上）的底板突水，是由断裂构造引起的。 （1）断裂错距的存在，缩短了含水层与煤层之间的距离，使底板隔水 层厚度减小甚至消失（见图4）。 （2）断裂错动时，断裂影响范围内的岩石比较破碎，极大地破坏了隔水层岩石的完整性，降低了隔水层的阻水能力。 （3）断裂错动时，断裂影响范围内的岩石比较破碎，具有良好的储水和导水特征，当采煤工作面揭露到断裂构造时，即会发生底板突水。 （4）采煤工作面底板岩体中存在断裂构造时，使底板的破坏带深度增大。 四、承压水体上采煤防水安全媒岩柱的留设 1、防水安全煤岩柱的类型 承压水体上采煤，对于