水体下开采.ppt

第10章水体下开采,XianUniversityofScienceandTechnologyYuXueyi,重点1.水体类型。2.防水煤柱的留设方法。3.保护层厚度的确定方法。4.水体下开采的技术措施,10.1水体下开采概述,1）我国水体下开采概况1水体下开采对矿井生产的威胁（矿井开采透水事故举例）2水体下开采对水资源的破坏（神东矿区、山西矿区、陕西矿区开采浅层底层水破坏，生态环境恶化举例）2）水体类型1地表水2地下水,3）水经覆岩涌入矿井的机理采矿活动对上覆水体的影响有两方面一是上覆岩层的移动和破坏，形成了充水通道，使水体中的水渗透和溃入井下，影响矿井的安全生产，二是地表的移动、变形与破坏，使地表水体的附属建筑物受到影响，如堤坝下沉量很大或断裂时，河湖中的水就要出槽漫流。水体下采矿的重点之一，是要分析开采后覆岩冒落带和导水裂缝带对水体的影响。这种影响由于开采地质条件不同而不同。大致可分为五种情况,,,导水裂隙带,导水裂隙带,导水裂隙带,图10.2水体在弯曲带图10.3导水裂隙带达到松散图10.4导水裂隙带波上部示意图层底部粘土隔水层及到含水层,,冒落带,,冒落带,图10.5冒落带达到松散层底部隔水层图10.6冒落带波及到水体,4）水体下安全开采的基本要求,水体下安全开采的基本要求是防止上覆水体和泥砂溃入井下，保证在不过多增加排水费用的前提条件下，尽量不恶化劳动条件，不出现淹井等事故。要在安全生产的同时，尽可能多地回收矿产资源。有些情况下，还要有效地保护地面水体人工水库等以及河溪湖滨的水工建筑。,10.2防水煤岩柱的留设,地表水和松散含水层下开采的核心问题就是确定合理的开采上限，或者说就是确定合理的安全开采深度。开采上限是指煤层开采的最高标高。安全采深是指矿层安全开采最大标高的深度。水下开采要涉及到在井田浅部合理留设煤岩柱的问题。安全煤岩柱也叫安全煤柱，是对从开采上限到上覆水体底界面的煤层，岩层及松散层的总称。留设安全煤柱，一方面要保证水体下安全开采，另一方面要尽可能地减少留煤岩柱所造成的煤炭资源损失。对于基岩含水层下开采来说，安全煤岩柱的留设就是确定煤层顶扳至含水层底界面的安全隔水层的最小厚度。,10.2.1安全煤岩柱的类型及作用,目前国内采用的安全煤岩柱主要有以下几种1）安全防水煤岩拄2）安全防砂煤岩柱3）安全防塌煤岩柱,,,,1强含水层；2弱含水层；3基岩,10.2.2保护层厚度的确定,在上述的安全防水煤岩柱和防砂煤岩柱中，都包含一定厚度的保护层，保护层起着安全保证的作用。在防水煤岩柱中，保护层把上覆水体和导水裂隙带隔离开来，使水体不能进入裂隙带。在防砂煤柱中，它把松散层和冒落带隔离开来，使水和泥沙不能进入冒落带，从而保证水体下安全开采。保护层厚度可根据具体的地质开采条件来决定。一般来说，对于缓倾斜、中倾斜煤层的安全煤岩柱中的保护层厚度可取2～14m，急倾斜煤层安全煤岩柱中的保护层厚度可取5～24m。在实际生产中，根据不同的隔离条件，不同的覆岩类型，确定保护层厚度时可参考表10-5进行计算。,表10-5防水安全煤岩柱保护层厚度（m）,注；m累计采厚；n分层层数,1）缓倾斜（0～35）、中倾斜（36～54）矿层保护厚度,（1）防水安全煤岩柱的保护层厚度，可根据有无松散层及其中粘地层厚度，按表10-5数值选取。（2）防砂安全煤岩柱的保护层厚度，可按表10-6中的数值选取。表10-5和表10-6中式中Σm累计采厚；n分层层数。防水煤岩柱保护层厚度是防止导水裂隙带进入水体或含水层，其厚度应从松散底部的隔水层顶面向下计算。若松散层底部无隔水层，就应从基岩顶面向下计算。因此防水煤岩柱中的保护层是由松散层和基岩组成或全部由基岩组成。防砂煤岩柱中的保护层厚度是防止冒落带进入或接近松散层，其厚度应从松散层底面向下计算，保护层全部由基岩组成。,,表10-6防砂安全煤岩柱保护层厚度（m）2）急倾斜（55～90）煤层急倾斜煤层防水煤岩柱及防砂煤岩柱的保护层厚度，可按表10-7的数值选取。表10-7急倾斜煤层防水和防砂安全煤岩柱保护层厚度（m）注a松散层底部粘土层厚度小于累计采厚；b松散层底部无粘土层；c松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层；d松散层底部粘土层厚度大于累计采厚.,10.2.3安全煤柱留设的基本步骤,通常水体下开采都要留设安全煤岩柱，煤柱的正确留设是实现水体下开采的重要技术环节。设计煤岩柱时应考虑（1）对松散层和基岩中各层的含水情况、水力联系、补给关系等水文地质条件进行分析，根据各岩土层的岩性情况，力学结构，层位结构等，确定上覆岩层的基本类型；（2）根据煤层地质开采条件，选择开采方法，顶板管理方法，采区巷道布置与开采顺序等，并计算煤层开采后冒落带和导水裂隙带的最大高度以及保护层的厚度；（3）在标准剖面上，分别按井田、采区，煤层或煤层组，根据一般的或最不利的水文地质条件和计算出来的安全煤岩柱高度，用作图法确定开采上限的位置和标高；（4）进行试采并观测两带高度。预计两带高度的类比法和经验公式法，应用中存在一定的误差。为了准确掌握两带高度，一般在大规模水下开采时要先进行试验性开采，取得经验后全面展开，在进行水体下开采试采阶段，应该进行一系列的综合观测，以便确定本地区导水裂隙带和冒落带的高度。,10.2.4安全煤岩柱厚度，安全开采上限及安全开采深度,（1）安全煤岩柱厚度以防水煤岩柱为例，是指水体底面向下至安全开采上边界水平面之间的距离，它包括导水裂隙带高度和保护层厚度，即式（10-1）所示。有时还需考虑地表裂缝深度。（2）安全开采上限，是指安全开采上边界的标高。（3）安全开采深度，是指地表至安全开采上边界之间的距离，即地面标高与安全开采上限标高之差。水体下开采最核心的问题就是确定安全，合理的开采上限，也就是确定合理的安全开采深度。为此，必须获得可靠的导水裂隙带和冒落带发育高度以及合理确定保护层厚度，从而合理留设安全煤岩柱。,10.3水体下开采技术措施,为了达到安全地采出水体下的煤炭资源，一般要遵守以下的开采原则,10.3.1试探开采生产实践表明，试探开采是水体下开采的一个重要技术原则。试探开采就是先采远离水体、后采近邻水体下面的煤层；先采隔水层厚、后采隔水层薄的煤层；先采地质条件简单、后采地质条件复杂的煤层；先采较深部，后采较浅部的煤层。通过先易后难地试探性开采，逐步接近水体。这样，不仅能够在试采中确切地了解采动对防水煤岩柱的破坏程度，而且能够不断地摸索出适合本地区的最佳开采方法和措施。经验表明，在许多情况下，可先留设防水煤岩柱，进行试采，然后在试采的基础上，变防水煤岩柱为防砂煤岩柱。这样，既保证安全生产，又能多回收煤炭资源。试探开采包括以下几方面1先远后近;2先厚后薄;3先深后浅;4先简单后复杂。,10.3.2分区开采分区开采是水体下开采减少灾害损失的一个重要措施。分区开采有两种作法，一是在同一井田内隔离采区进行开采，二是建立若干单独井田同时开采。1）同一井田内隔离采区进行开采2）建立若干单独井田同时开采10.3.3合理选择开采方案水体下开采影响安全生产的是上覆水体溃入井下。矿井涌水的形式、涌水量的大小及其对生产的危害程度，取决于两个条件即充水水源的富水性和补给、径流、排泄的条件；井巷和开开采层与充水水源间相对隔水层厚度及其破坏的程度。因此，在分析研究矿井充水条件和预测矿井涌水量的基础上，充分利用隔水层和隔水构造，制订出经济合理的防治水措施和开采措施。水下煤层的开采方案有以下几种,1）留安全煤岩柱顶水开采其实质就是留煤岩柱把上覆水体和采矿造成的覆岩破裂带隔离开来，使上覆水体和泥砂不溃入井下，以达到安全开采的目的。2）疏干或疏降水体开采疏降开采方法就是利用矿井排水能力，利用巷道和钻孔，或两者结合的方法，疏干上覆水体或降低含水层水位。3）顶疏结合开采措施当煤层顶板有多层含水层，且含水层和隔水层相间排列时，对位于导水裂隙带以上的强含水层实行顶水开采，对位于导水裂隙带以内的弱含水层则实行疏降开采。采用顶疏结合开采能否取得成功的关键，首先在于实现顶水开采。,4）合理选择开采方法及开采措施,（1）充填开采充填开采可使覆岩不出现冒落带，只有裂隙带和弯曲带，从而大大减少覆岩的破坏高度。（2）部分开采在水体下开采中，采用部分开采方法也可以减小导水裂隙的高度。部分开采的方法，有条带开采法与控制采厚的方法。（3）分层间歇开采这是用倾斜分层下行垮落方法开采缓倾斜厚煤层的开采方法，也是在水体下用防砂煤岩柱或防塌煤岩柱开采浅部煤层时必须采用的一种开采方法。（4）长走向小阶段开采是指用水平分层全部垮落法或沿走向推进的伪倾斜柔性掩护支架全部垮落法开采急倾斜煤层的开采措施。,（5）正常等速开采采用全部垮落法管理顶板时，工作面控顶范围内的顶板有时出现断裂或超前断裂现象。如果煤层顶板为薄隔水层，其上面为含水层，且含水层位于导水裂隙带范围以内时，顶板断裂会造成工作面淋水，恶化劳动条件。（6）倾斜长壁开采为了使顶板的涌水不流向工作面作业区，可将走向长壁工作山布置成伪倾斜方式，工作面下口超前，上口滞后，见图10.10；或采用倾斜长壁工作面布置方式，使顶板水流向采空区。当含水层富水性较强，采空区涌水量大时，采区内应设置疏水巷道。,,图10.10顶板有淋水时工作面布置方式及疏水巷道位置,谢谢,