承压含水层上采煤课件

承壓含水層上採煤

太原群灰岩、奧陶系灰岩、茅口灰岩

灰岩岩溶發育，含水豐富。底板承壓水—有一定水壓、貯存和流動於煤層底板灰岩中的水體

奧陶系灰岩厚200800m，奧灰水的水壓1.47

3.43MPa，深部可達9.81MPa至石炭系最下部可採煤層的距離通常僅有20

60m承壓含水層上採煤承壓含水層上採煤:採用專門的技術和安全措施開採鄰近承壓含水層上的煤層煤層底板突水：灰岩水穿越了開採煤層和含水層之間的煤岩柱，以突然的方式大量地湧入採掘空間的現象已發生過300多次底板突水事故，並造成多次淹沒礦井、開採水準和采區的嚴重後果第一節

影響底板突水的主要因素

一、底板突水類型

1、按突水地點

巷道突水多以構造破壞為主，承壓水通過斷裂或構造破碎帶進入底板，形成充水，一旦巷道揭露出來後，承壓水就迅速湧入。底板突水類型采場突水多以採礦破壞為主，礦山壓力破壞和削弱了底板隔水層的厚度和強度，造成與含水層的密切水力聯繫。巷道突水和采場突水的比例幾乎相等二、底板突水原因分析

1、煤層底板的受力與變形

1、煤層底板應力及變形分區

底板破壞帶—底板突水的通道2、煤層底板岩層中的下三帶

底板采動導水破壞帶

煤層底板岩層受采動影響而產生的采動導水斷裂範圍

由沿層面和垂直於層面的裂縫形成採煤工作面長度、採煤方法、煤層厚度、開採深度、頂底板岩性及結構通過影響前支承壓力而影響底板采動導水破壞帶深度。底板采動導水破壞帶深度

工作面長度愈大，礦山壓力顯現愈充分，底板破壞深度愈大

頂板懸頂愈大，前支承壓力峰值愈大，對底板破壞愈嚴重。采深加大後前支承壓力的絕對量隨采深加大而加大

不同採煤方法的底板破壞深度

採煤方法及面長長壁80

100m短壁50m條帶20m房柱15m×15m底板破壞深度(m)10

173.5

72.5

33

5注：根據數值計算結果（2）底板阻水帶位於煤層底板采動導水破壞帶以下、底部含水體以上具有阻水能力的岩層範圍

此帶內岩層仍然能保持連續性，一定厚度的底板阻水帶可以阻止底板突水

也稱為保護層帶或完整岩層帶底板阻水帶的厚度可能大小不一，甚至可能不存在底板阻水帶厚度h2

實驗法

h2=p/Zp—底板上的水壓力，MPa；Z—阻水系數，MPa/m。鑽孔水力壓裂法實測單位底板隔水岩層平均阻水能力的係數Z=pb

/R

pb—使岩體破裂時的臨界水壓力，MPa；R—裂縫擴展半徑，一般取40

50m岩層阻水系數Z岩性中、粗粒砂岩細砂岩粉砂岩阻水系數（MPa/m）0.3

0.50.30.2岩性泥岩石灰岩斷層帶阻水系數（MPa/m）0.1

0.30.40.05

0.10底板承壓水導升帶

與石灰岩鄰接的岩層中原始就存在著節理和裂隙，岩溶承壓水進入後成為導水層底板承壓水導升帶煤層底板承壓含水層的水在水壓力和礦壓作用下上升到其頂板岩層中的範圍底板承壓水導升帶底板承壓水導升帶上界參差不齊，斷層附近的承壓水導升帶高度一般較大，有些礦區可能無底板承壓水導升帶。

h3用物探和鑽探方法巷道中用電測，鑽探根據下三帶預測承壓含水層上採煤的安全情況

底板阻水帶厚度和強度均大

安全正常開採

底板阻水帶薄或強度不夠不夠安全縮短工作面長度，減少破壞深度，增加底板阻水帶厚度根據下三帶預測承壓含水層上採煤的安全情況無底板阻水帶底板采動導水破壞帶與底板承壓水導升帶溝通不安全

底板采動導水破壞帶與含水層相接

易突水縮短工作面長度，改變採煤方法，降低采出率，減小底板破壞深度，甚至對底板注漿加固根據下三帶預測承壓含水層上採煤的安全情況斷裂構造帶處導升高度與底板承壓水導升帶接近或切穿煤層

很危險

留煤柱，改變採煤方法，對破壞帶以下斷裂封堵加固

三、影響底板突水的主要因素

1、水源條件

水量愈豐富，突水量愈大，危害也愈大。水壓是突水的動力，處於封閉狀態的岩溶水不斷溶蝕、沖刷裂隙，形成通道，由含水層進入底板隔水層，水壓愈大，破壞愈嚴重。影響底板突水的主要因素2、地質構造

底板突水事故的80%以上發生在斷裂構造附近

構造既可以充水，又可以導水

有效厚度和實際強度降低

煤層與含水層之間的相對位置變化岩溶陷落柱少數岩溶陷落柱既充水，又導水，在與強含水層溝通的條件下，對安全生產威脅極大開灤範各莊礦21小時後將年產300萬t的大型礦井淹沒，突水峰期平均湧水量為2053m3/min

影響底板突水的主要因素3、隔水層的阻水能力隔水層的阻水能力取決於隔水層的強度、分層厚度和裂隙發育程度

影響底板突水的主要因素4、礦山壓力

支承壓力誘發底板突水

初次來壓或週期來壓期間易突水

工作面後部采空區邊緣附近易突水開切眼附近是底板易突水工作面推進速度慢，工作面突然停止推進或在停采線處易突水區段或分帶煤柱附近易突水週期來壓期間。煤體內的支承壓力達到最大，對底板破壞嚴重。初次來壓期間。煤體內的支承壓力達到最大，對底板破壞嚴重。開切眼附近。老頂大面積顯露，直接頂不能充分垮落，底板形成較大的自由面。

支承壓力誘發底板突水工作面推進速支度慢工作面突然停止推進工作面停采線處支承壓力作用時間長，底板破壞嚴重，推進快時，未形成較大裂隙就會由膨脹狀態變為壓縮狀態；區段煤柱附近：頂板垮落不充分，固定支承壓力作用下底鼓支承壓力作用時間問題支承壓力誘發底板突水第二節

煤層下方承壓水體采動等級及防水安全煤岩柱留設方法

一、煤層下方水體采動等級和允許采動程度水體類型允許采動程度要求留設的安全煤岩柱類型1．位於煤系地層之下的巨厚灰岩強含水體2．位於煤層之下的薄層灰岩具有強含水源補給的含水體3．位於煤層之下的作為重要水源或旅遊資源保護的水體不允許底板采動導水破壞帶波及水體，或與承壓水導升帶溝通，並有能起到強阻水作用的有效保護層

底板強防水安全煤岩柱煤層下方水體I級采動等級和允許采動程度煤層下方水體采動等級和允許采動程度1．位於煤系地層之下的弱含水體，或已疏降的強含水體2．位於煤層之下的無強水源補給的薄層灰岩含水體3．位於煤系地層或煤系地層底部其他岩層中的中弱、含水體允許採取安全措施後底板采動導水破壞帶涉及水體，或與承壓水導升帶溝通，但防水安全煤岩柱仍能起到安全阻水作用

底板弱防水安全煤岩柱煤層下方水體II級采動等級和允許采動程度二、水體上採煤防水安全煤岩柱設計方法

設計防水安全煤岩柱的原則是：不允許底板采動導水破壞帶涉及水體，或與承壓水導升帶溝通

1、無導升帶的正常底板

底板防水安全煤岩柱高度ha應大於或等於導水破壞帶深度h1和阻水帶厚度h2之和

ha≥h1+h2

水體上採煤防水安全煤岩柱設計方法2、承壓水附近存在導升帶底板安全煤岩柱高度ha應大於或等於導水破壞帶深度h1、阻水帶厚度h2和承壓水導升帶高度h3之和

ha≥h1+h2+h3

水體上採煤防水安全煤岩柱設計方法底板含水層頂部存在充填隔水帶充填隔水帶厚度h4可以作為底板防水安全煤岩柱厚度的組成部分ha≥h1+h2+h4

第三節

底板突水預測

hd≥

hahd—煤層底板至含水層頂之間的實際厚度ha—計算的安全煤岩柱尺寸承壓水上採煤的安全度符合要求。底板突水預測

hd＜

hahd—煤層底板至含水層頂之間的實際厚度ha—計算的安全煤岩柱尺寸當計算所得的安全煤岩柱尺寸ha大於煤層底板至含水層頂之間的實際厚度hd時，需進一步評定底板突水預測一、突水系數法

TS—突水系數，MPa/m；P—實際水壓力，MPa；M—底板隔水岩層厚度，即hd，m；Cp—底板采動導水破壞帶深度，即h1，m突水系數法突水系數小於臨界突水系數時，可以實現安全開採，否則要採取措施部分礦區臨界突水系數礦區突水系數Ts（MPa/m）峰峰0.066

0.076焦作0.06

0.10淄博0.06

0.10井陘0.06

0.15底板突水預測二、經驗曲線以往帶壓開採過程中的突水與未突水的採掘工作面水壓與底板岩層厚度的關係，製成突水臨界曲線第四節

承壓含水層上安全採煤的技術措施

採煤方法主要是指開採過程對岩溶水的處理方法一、深降強排（疏水開採）設置各種疏水工程，將岩溶水水位人為地降低到開採水準以下疏水井巷、疏水鑽孔防止底板突水效果最好。疏水工程量大、設備多、電耗大，因而投資大、成本高；由於疏水引起的水位降低，使附近工農業用水缺乏，並造成地表下沉。承壓含水層上安全採煤的技術措施二、外截內排（堵水開採）在井田或井田內某一區域週邊集中徑流帶採用鑽孔注漿的方法建立人工帷幕，截斷礦井的補給水然後在開採範圍內進行疏水，將承壓水的水位降低到開採水準以下特定條件，水文地質條件清楚，補給徑流區集中

三、帶壓開採帶壓開採—在煤層和含水層之間保留足夠厚度和阻水能力的隔水層岩柱，在有一定水壓條件下開採。帶壓開採無需事先專門排水，在經濟上花費較少，特別是在水文地質條件複雜的地區，底板突水的危險性更大。開採技術要求高，要防止發生突出事故，保護採掘空間本身。帶壓開採時的技術措施1、縮短工作面長度縮小到跨度60m時效果明顯，降低了最大應力，底臌量減少底板裂隙帶深度減少井陘、邯鄲隔水層最薄處10多米；2、縮小來壓步距挑頂和軟化頂板，強制放頂（降低了最大支承壓力，改善了底板受力狀態，變兩向應力狀態為三向應力狀態）帶壓開採時的技術措施3）改變頂板管理方法和採煤方法充填採煤法—可減少支承壓力對底板的破壞、可防止底鼓和底板裂隙張開。條帶採煤法—可減輕對底板的破壞。分層採煤法—以後各分層週期來壓不明顯。帶壓開採時的技術措施4、改革采區巷道佈置巷道佈置要少穿斷層，特別要注意交岔點和工作面上下出口要避開斷層。巷道應盡可能和斷層正交，避免巷道與斷層平行和長距離斜交。減少交岔點數目和交岔點的面積。采區間隔離開採，采區四周要留煤柱，之間要設置水閘門，以縮小底板突水影響範圍。帶壓開採時的技術措施5、處理斷層和陷落柱突水與斷層有關，特別與多條斷層交叉有密切關係峰峰76%井陘97%淄博70%焦作55%帶壓開採時的技術措施注漿加固留斷層和陷落柱煤柱6、注漿加固底板，提高保護層強度對於底板破碎帶及薄層石灰岩含水層，通過鑽孔注漿，堵塞石灰岩溶洞，加固破碎帶和裂隙帶，並封閉奧陶系石灰岩的補給通道。

注漿對局部地點注固結劑帶壓開採時的技術措施7、其他易突水地點要少掘巷，少鑽孔，提高工作面推進速度，並保持勻速推進，避免工作面長期停采。帶壓開採時的技術措施8、綜合治理同時帶壓開採m1m2m3ⅠⅡH1H2Ⅰ水準采m1、m2，水位為H1在Ⅱ