43承压含水层上采煤

1、4-34-3 承压含水层上采煤承压含水层上采煤 主要是安全问题，同时兼顾水的综合利用主要是安全问题，同时兼顾水的综合利用一、底板突水的影响因素一、底板突水的影响因素二、承压含水层上采煤的理论依据二、承压含水层上采煤的理论依据三、承压含水层上安全煤岩柱留设三、承压含水层上安全煤岩柱留设四、承压含水层上采煤的技术措施四、承压含水层上采煤的技术措施五、承压含水层上采煤工程实例五、承压含水层上采煤工程实例承压含水层上采煤承压含水层上采煤 太原群灰岩、奥陶系灰岩、茅口灰岩太原群灰岩、奥陶系灰岩、茅口灰岩 灰岩岩溶发育，含水丰富。灰岩岩溶发育，含水丰富。底板承压水底板承压水有一定水压、贮存和流动于煤有一定

2、水压、贮存和流动于煤层底板灰岩中的水体层底板灰岩中的水体奥陶系灰岩厚奥陶系灰岩厚200 200 80800 0m m，奥灰水的水压奥灰水的水压1.47 1.47 3.43 3.43 mpampa，深部可达深部可达9.819.81mpampa至石炭系最下部可采煤层至石炭系最下部可采煤层的距离通常仅有的距离通常仅有20 60m承压含水层上采煤承压含水层上采煤煤层底板突水：煤层底板突水：灰岩灰岩水穿越了开采水穿越了开采煤层和含水层之间煤层和含水层之间的煤岩柱，以突然的煤岩柱，以突然的方式大量地涌入的方式大量地涌入采掘空间的现象采掘空间的现象一、一、 影响底板突水的主要因素影响底板突水的主要因素 （一

3、）底板突水类型（一）底板突水类型 1、按突水地点、按突水地点 巷道突水巷道突水多以构造破坏为主，承压水通过断裂或构多以构造破坏为主，承压水通过断裂或构造破碎带进入底板，形成充水，一旦巷道造破碎带进入底板，形成充水，一旦巷道揭露出来后，承压水就迅速涌入。揭露出来后，承压水就迅速涌入。底板突水类型底板突水类型采场突水采场突水多以采矿破坏为主，矿山压力破坏和削弱了多以采矿破坏为主，矿山压力破坏和削弱了底板隔水层的厚度和强度，造成与含水层的底板隔水层的厚度和强度，造成与含水层的密切水力联系。密切水力联系。巷道突水和采场突水巷道突水和采场突水的比例几乎相等的比例几乎相等底板突水类型底板突水类型2、按突水

4、量大小、按突水量大小特大型特大型 50m3/m;大型大型 20-49 m3/m ；中型中型 5-19 m3/m；小型小型 5 m3/m（二）影响底板突水的主要因素（二）影响底板突水的主要因素 1 1、水源条件、水源条件 水量愈丰富，突水量愈大，危害也愈大。水量愈丰富，突水量愈大，危害也愈大。水压是突水的动力，处于封闭状态的岩溶水压是突水的动力，处于封闭状态的岩溶水不断溶蚀、冲刷裂隙，形成通道，由含水不断溶蚀、冲刷裂隙，形成通道，由含水层进入底板隔水层，水压愈大，破坏愈水层进入底板隔水层，水压愈大，破坏愈严重。严重。影响底板突水的主要因素影响底板突水的主要因素2 2、地质构造、地质构造 底板突水

5、事故的底板突水事故的80%以以上发生在断裂构造附近上发生在断裂构造附近 构造既可以充水，又可构造既可以充水，又可以导水以导水 有效厚度和实际强度降有效厚度和实际强度降低低 煤层与含水层之间的相煤层与含水层之间的相对位置变化对位置变化)s- 6 0 0- 5 0 0- 4 0 0ko231 4ss1 29s7+ 2 7- 3 0 05s影响底板突水的主要因素影响底板突水的主要因素3 3、隔水层的阻水能力、隔水层的阻水能力隔水层的阻水能力取决于隔水层的强度、隔水层的阻水能力取决于隔水层的强度、分层厚度和裂隙发育程度分层厚度和裂隙发育程度 底板采动导水破坏带 承压水导升带 阻水带h12h3hwhkh

6、kh影响底板突水的主要因素影响底板突水的主要因素4 4、矿山压力、矿山压力 支承压力诱发底板突水支承压力诱发底板突水 初次来压或周期来压期间初次来压或周期来压期间易易突水突水 工作面后部采空区边缘附近工作面后部采空区边缘附近易易突水突水开切眼附近底板易突水开切眼附近底板易突水工作面推进速度慢，工作面突然停止推进工作面推进速度慢，工作面突然停止推进或在停采线处易突水或在停采线处易突水区段或分带煤柱附近易突水区段或分带煤柱附近易突水 周期来压期间周期来压期间。煤体内的支承压力达到最。煤体内的支承压力达到最大，对底板破坏严重。大，对底板破坏严重。初次来压期间初次来压期间。煤体内的支承压力达到最。煤体

7、内的支承压力达到最大，对底板破坏严重。大，对底板破坏严重。开切眼附近开切眼附近。老顶大面积显露，直接顶不。老顶大面积显露，直接顶不能充分垮落，底板形成较大的自由面。能充分垮落，底板形成较大的自由面。 支承压力诱发底板突水支承压力诱发底板突水工作面推进速度慢工作面推进速度慢工作面突然停止推进工作面突然停止推进 工作面停采线处工作面停采线处 支承压力作用时间长，底板破坏严重，推进快支承压力作用时间长，底板破坏严重，推进快时，未形成较大裂隙就会由膨胀状态变为压缩时，未形成较大裂隙就会由膨胀状态变为压缩状态；状态；区段煤柱附近：顶板垮落不充分，固定支承压区段煤柱附近：顶板垮落不充分，固定支承压力作用下

8、底鼓力作用下底鼓支承压力作用时间支承压力作用时间支承压力诱发底板突水支承压力诱发底板突水二、承压含水层上采煤的理论依据二、承压含水层上采煤的理论依据 （一）（一）“下三带下三带”理论理论 （二）突水系数法（二）突水系数法（三）底板隔水关键层理论（三）底板隔水关键层理论1 1、煤层底板应力及变形分区、煤层底板应力及变形分区 h =khvh h 0v hv（一）（一）“下三带下三带”理论理论2、煤层底板岩层中的下三带、煤层底板岩层中的下三带 底板采动导水破坏带 承压水导升带 阻水带h12h3hwhkhkh底板采动导水破坏带底板采动导水破坏带 煤层底板岩层受采煤层底板岩层受采动影响而产生的采动影响而

9、产生的采动导水断裂范围动导水断裂范围 由沿层面和垂直于由沿层面和垂直于层面的裂缝层面的裂缝 形成形成底板采动导水破坏带 承压水导升带 阻水带h12h3hwhkhkh底板采动导水破坏带深度底板采动导水破坏带深度 工作面长度愈大，工作面长度愈大，矿山压力显现愈充分，矿山压力显现愈充分，底板破坏深度愈大底板破坏深度愈大 顶板悬顶愈大，前顶板悬顶愈大，前支承压力峰值愈大，支承压力峰值愈大，对底板破坏愈严重。对底板破坏愈严重。 采深加大后前支承采深加大后前支承压力的绝对量随采深压力的绝对量随采深加大而加大加大而加大 320底板破坏深度160408412l(m)工作面斜长12080p5-3160 2002

10、40 280h(m)20242832（2）底板阻水带）底板阻水带位于煤层底板采动位于煤层底板采动导水破坏带以下、导水破坏带以下、底部含水体以上具底部含水体以上具有阻水能力的岩层有阻水能力的岩层范围范围 底板采动导水破坏带 承压水导升带 阻水带h12h3hwhkhkh底板阻水带厚度底板阻水带厚度h2 实验法实验法 h2=p/z p底板上的水压力，底板上的水压力，mpa；z阻水系数，阻水系数，mpa/m。钻孔水力压裂法钻孔水力压裂法实测单位底板隔水岩层平均阻水能力的系数实测单位底板隔水岩层平均阻水能力的系数z=z=p pb b / r/ r p pb b使岩体破裂时的临界水压力，使岩体破裂时的临界

11、水压力，mpampa；r r裂缝扩展半径，一般取裂缝扩展半径，一般取40405050m m岩层阻水系数岩层阻水系数z z岩性岩性中、粗粒砂中、粗粒砂岩岩细砂岩细砂岩粉砂岩粉砂岩阻水系数（阻水系数（mpa/mmpa/m）0.30.50.50.30.2岩性岩性泥岩泥岩石灰岩石灰岩断层带断层带阻水系数（阻水系数（mpa/mmpa/m）0.1 0.30.30.40.05 0.100.10底板承压水导升带底板承压水导升带 与石灰岩邻接的岩层中原始就存在着节理和与石灰岩邻接的岩层中原始就存在着节理和裂隙，岩溶承压水进入后成为导水层裂隙，岩溶承压水进入后成为导水层底板承压水导升带底板承压水导升带底板采动导水

12、破坏带 承压水导升带 阻水带h12h3hwhkhkh煤层底板承压含水煤层底板承压含水层的水在水压力和层的水在水压力和矿压作用下上升到矿压作用下上升到其顶板岩层中的范其顶板岩层中的范围围底板承压水导升带底板承压水导升带底板承压水导升带上界参差不齐，底板承压水导升带上界参差不齐，断层附近的承压水导升带高度一般较大，断层附近的承压水导升带高度一般较大，有些矿区可能无底板承压水导升带。有些矿区可能无底板承压水导升带。 底板采动导水破坏带 承压水导升带 阻水带h12h3hwhkhkhh h3 3用物探用物探和钻探方和钻探方法法巷道中用巷道中用电测，钻电测，钻探探根据下三带预测承压含水层上采煤的安根据下三

13、带预测承压含水层上采煤的安全情况全情况 底板阻水带底板阻水带厚度和强度厚度和强度均大均大 安全安全正常开采正常开采 底板阻水带底板阻水带薄或强度不薄或强度不够够不够安全不够安全缩短工作面缩短工作面长度，减少长度，减少破坏深度，破坏深度，增加底板阻增加底板阻水带厚度水带厚度 根据下三带预测承压含水层上采煤的安全情况根据下三带预测承压含水层上采煤的安全情况无底板阻水带无底板阻水带底板采动导水破坏带与底板采动导水破坏带与底板承压水导升带沟通底板承压水导升带沟通不安全不安全 底板采动导水破坏带底板采动导水破坏带与含水层相接与含水层相接易突水易突水 根据下三带预测承压含水层上采煤的安全情况根据下三带预测

14、承压含水层上采煤的安全情况断裂构造带处导升高断裂构造带处导升高度与底板承压水导升度与底板承压水导升带接近或切穿煤层带接近或切穿煤层 很危险很危险 留煤柱，改变采煤方留煤柱，改变采煤方法，对破坏带以下断法，对破坏带以下断裂封堵加固裂封堵加固 （二）突水系数法（二）突水系数法ts突水系数，突水系数，mpa/ m； p实际水压力，实际水压力，mpa； h d底板隔水岩层厚底板隔水岩层厚度度，m；h1底板采动导水破坏底板采动导水破坏带深度，带深度，m 1hhptcmptdsps或突水系数法突水系数法底板突水预测底板突水预测经验曲线经验曲线以往带压开采过以往带压开采过程中的突水与未程中的突水与未突水的采

15、掘工作突水的采掘工作面水压与底板岩面水压与底板岩层厚度的关系，层厚度的关系，制成突水临界曲制成突水临界曲线线 565底板隔水层厚度ha(m)3555452515(e)焦作矿区突水统计关系曲线突水区掘进安全区回采安全区采煤工面突水点掘进工面突水点op水压（mpa)123456三、三、 承压含水层上安全煤岩柱留设承压含水层上安全煤岩柱留设 （一）煤层下方水体采动等级和允许采动程度（一）煤层下方水体采动等级和允许采动程度水体类型水体类型允许采动程度允许采动程度要求留设的安要求留设的安全煤岩柱类型全煤岩柱类型1位于煤系地层之下的巨厚灰岩位于煤系地层之下的巨厚灰岩强含水体强含水体2位于煤层之下的薄层灰岩

16、具有位于煤层之下的薄层灰岩具有强含水源补给的含水体强含水源补给的含水体3位于煤层之下的作为重要水源位于煤层之下的作为重要水源或旅游资源保护的水体或旅游资源保护的水体不允许底板采动不允许底板采动导水破坏带波及导水破坏带波及水体，或与承压水体，或与承压水导升带沟通，水导升带沟通，并有能起到强阻并有能起到强阻水作用的有效保水作用的有效保护层护层 底板强防水安底板强防水安全煤岩柱全煤岩柱煤层下方水体采动等级和允许采动程度煤层下方水体采动等级和允许采动程度1位于煤系地层之下的弱含位于煤系地层之下的弱含水体，或已疏降的强含水体水体，或已疏降的强含水体2位于煤层之下的无强水源位于煤层之下的无强水源补给的薄层

17、灰岩含水体补给的薄层灰岩含水体3位于煤系地层或煤系地层位于煤系地层或煤系地层底部其它岩层中的中弱、含水底部其它岩层中的中弱、含水体体允许采取安全允许采取安全措施后底板采措施后底板采动导水破坏带动导水破坏带涉及水体，或涉及水体，或与承压水导升与承压水导升带沟通，但防带沟通，但防水安全煤岩柱水安全煤岩柱仍能起到安全仍能起到安全阻水作用阻水作用 底 板 弱底 板 弱防 水 安防 水 安全 煤 岩全 煤 岩柱柱（二）水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法（二）水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法 设计防水安全煤岩柱的原则是：不允许底板设计防水安全煤岩柱的原则是：不允许底板采动导水破坏带涉及水体，或与承压水导升采

18、动导水破坏带涉及水体，或与承压水导升带沟通带沟通 1 1、无导升带的正常底板、无导升带的正常底板 h2hha 1水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法2 2、承压水附近存在导、承压水附近存在导升带升带底板安全煤岩柱高度底板安全煤岩柱高度haha应大于或等于导水应大于或等于导水破坏带深度破坏带深度h h1 1、阻水带阻水带厚度厚度h h2 2和承压水导升带和承压水导升带高度高度h h3 3之和之和 h h a ah h1 1+h+h2 2 +h+h3 3 h3 hha2h 1导升带阻水带 水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法 h ahh42h

19、1 h d h a h d 煤层底板至含水层顶之间的实际厚度煤层底板至含水层顶之间的实际厚度h a 计算的安全煤岩柱尺寸计算的安全煤岩柱尺寸承压水上采煤的安全度符合要求。承压水上采煤的安全度符合要求。h d h a h d 煤层底板至含水层顶之间的实际厚度煤层底板至含水层顶之间的实际厚度h a 计算的安全煤岩柱尺寸计算的安全煤岩柱尺寸当计算所得的安全煤岩柱尺寸当计算所得的安全煤岩柱尺寸ha大于煤层大于煤层底板至含水层顶之间的实际厚度底板至含水层顶之间的实际厚度h d时，需时，需进一步评定进一步评定四、承压含水层上安全采煤的技术措施四、承压含水层上安全采煤的技术措施 采煤方法主要是指开采过程对岩

20、溶水的处理方法采煤方法主要是指开采过程对岩溶水的处理方法（一）深降强排（一）深降强排（疏水开采）设置各种疏水工程，将岩溶水水位人为地降低到开设置各种疏水工程，将岩溶水水位人为地降低到开采水平以下采水平以下疏水井巷、疏水钻孔疏水井巷、疏水钻孔防止底板突水效果最好。防止底板突水效果最好。疏水工程量大、设备多、电耗大，因而投资大、成疏水工程量大、设备多、电耗大，因而投资大、成本高；本高；由于疏水引起的水位降低，使附近工农业用水缺乏，由于疏水引起的水位降低，使附近工农业用水缺乏，并造成地表下沉。并造成地表下沉。承压含水层上安全采煤的技术措施承压含水层上安全采煤的技术措施（二）外截内排（二）外截内排（堵

21、水开采）在井田或井田内某一区域外围集中径流带在井田或井田内某一区域外围集中径流带采用钻孔注浆的方法建立人工帷幕，截断采用钻孔注浆的方法建立人工帷幕，截断矿井的补给水矿井的补给水然后在开采范围内进行疏水，将承压水的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水位降低到开采水平以下特定条件，水文地质条件清楚，补给径流特定条件，水文地质条件清楚，补给径流区集中区集中 （三）带压开采（三）带压开采带压开采带压开采在煤层和含水层之间保留足够厚度在煤层和含水层之间保留足够厚度和阻水能力的隔水层岩柱，在有一定水压条件和阻水能力的隔水层岩柱，在有一定水压条件下开采。下开采。带压开采无需事先专门排

22、水，在经济上花费带压开采无需事先专门排水，在经济上花费较少，特别是在水文地质条件复杂的地区，较少，特别是在水文地质条件复杂的地区，底板突水的危险性更大。底板突水的危险性更大。开采技术要求高，要防止发生突出事故，保开采技术要求高，要防止发生突出事故，保护采掘空间本身。护采掘空间本身。带压开采时的技术措施带压开采时的技术措施1、缩短工作面长度、缩短工作面长度缩小到跨度缩小到跨度60m时效果明显，时效果明显，降低了最大应力，底臌量减少降低了最大应力，底臌量减少底板裂隙带深度减少底板裂隙带深度减少井陉、邯郸隔水层最薄处井陉、邯郸隔水层最薄处10多米；多米；不同采煤方法的底板破坏深度不同采煤方法的底板破

23、坏深度 采煤方法及面采煤方法及面长长长壁长壁80100100m m短壁短壁50m条带条带20m房柱房柱15m15m15m底板破坏深度底板破坏深度( (m)m)1017173.5 7 72.5 3 33 5 52、缩小来压步距、缩小来压步距挑顶和软化顶板，强制放顶（降低了挑顶和软化顶板，强制放顶（降低了最大支承压力，改善了底板受力状态，最大支承压力，改善了底板受力状态，变两向应力状态为三向应力状态）变两向应力状态为三向应力状态）带压开采时的技术措施带压开采时的技术措施3、改变顶板管理方法和采煤方法、改变顶板管理方法和采煤方法充填采煤法充填采煤法可减少支承压力对底板可减少支承压力对底板的破坏、可防

24、止底鼓和底板裂隙张的破坏、可防止底鼓和底板裂隙张开。开。条带采煤法条带采煤法可减轻对底板的破坏。可减轻对底板的破坏。分层采煤法分层采煤法以后各分层周期来压不以后各分层周期来压不明显。明显。带压开采时的技术措施带压开采时的技术措施4、改革采区巷道布置、改革采区巷道布置巷道布置要少穿断层，特别要注意交岔点和工巷道布置要少穿断层，特别要注意交岔点和工作面上下出口要避开断层。作面上下出口要避开断层。巷道应尽可能和断层正交，避免巷道与断层平巷道应尽可能和断层正交，避免巷道与断层平行和长距离斜交。行和长距离斜交。减少交岔点数目和交岔点的面积。减少交岔点数目和交岔点的面积。采区间隔离开采，采区四周要留煤柱，

25、之间要采区间隔离开采，采区四周要留煤柱，之间要设置水闸门，以缩小底板突设置水闸门，以缩小底板突 水影响范围。水影响范围。带压开采时的技术措施带压开采时的技术措施5、处理断层和陷落柱、处理断层和陷落柱 突水与断层有关突水与断层有关 ，特别与多条断层交叉，特别与多条断层交叉有密切关系有密切关系峰峰峰峰 76%井陉井陉 97%淄博淄博 70%焦作焦作 55%带压开采时的技术措施带压开采时的技术措施注浆加固注浆加固 留断层和陷落柱煤柱留断层和陷落柱煤柱6、注浆加固底板，提高保护层强度、注浆加固底板，提高保护层强度对于底板破碎带及薄层石灰岩含水层，通对于底板破碎带及薄层石灰岩含水层，通过钻孔注浆，堵塞石

26、灰岩溶洞，加固破碎过钻孔注浆，堵塞石灰岩溶洞，加固破碎带和裂隙带，并封闭奥陶系石灰岩的补给带和裂隙带，并封闭奥陶系石灰岩的补给通道。通道。 注浆注浆 对局部地点对局部地点注固结剂注固结剂带压开采时的技术措施带压开采时的技术措施7、其它、其它易突水地点要少掘巷，少钻孔，提高工作易突水地点要少掘巷，少钻孔，提高工作面推进速度，并保持匀速推进，避免工作面推进速度，并保持匀速推进，避免工作面长期停采。面长期停采。带压开采时的技术措施带压开采时的技术措施8 8、综合治理同时带压开采、综合治理同时带压开采m1m2m3h1h2 水平采m1 、m2，水位为h1在 水平水位为h2时，再采 水平的m3降低水位，采

27、降低水位，采用疏水措施用疏水措施灰岩类矿井岩柱承受的水压mpa岩柱高m采厚m技术措施薄层灰岩焦作冯营矿0.65-1.5738-404.5疏水降压厚层灰岩淄博黑山矿2.2-3.1835-46留断层煤柱厚层奥灰邯郸王凤一矿0.4419-251预疏邻近灰岩水厚层茅口灰岩涟邵桥头河矿2.38-101.8疏水降压引起局部突水薄层徐灰淄博双沟矿0.9533-38疏水降压留断层煤柱五、承压含水层上带压开采工程实例五、承压含水层上带压开采工程实例921采区设计开采区域采区设计开采区域91129112911291109110居民楼邮电局镇卫生院法院2081023山 后 寨17.52320082008200791114060200406040040606004060800406100040612004061400205372002053720020537400205376002053760020537800205378002053800020538000205382002053820020538400205384002053860020538800205388002053900020539000205392002053920020072008200820092009冠军花苑小区敬老院