04 水体下采煤.ppt
第四章水体下采煤,水体下采煤地表水体下或地下水体下采煤开采→煤体上的水体→开采空间（由于岩层移动和变形）水和开采空间存在着一种水力联系弱水力联系增加排水费用强水力联系突水或透水事故,开滦林西矿时间涌水量Q（t/min）Qmax（t/min）1906-19072.5192815.5196128-341977.637.391977.7.282301983-199840.52430t/h特大涌水矿井张双楼矿矿井涌水量963m3/h,矿井涌水量示例,第一节影响水体下安全开采的因素,地表水体积聚在江、海、河、湖、水库、沼泽、水渠、坑、塘和塌陷区中的水地下水体积聚在岩石和松散层空隙中的水松散层水体第四纪和第三纪松散层中的含水基岩含水层水体砂岩、砾岩、砂砾岩及石灰岩岩溶含水层水体采空区积水孔隙水、裂隙水及岩溶水,一、水体的类型,隔水层导水性能很差的岩层导水层含水层隔水性和导水性能取决于颗粒大小和矿物成份（主要取决于粘土的含量）,颗粒愈细，隔水性能愈好粉土0.005mm砂0.05～2mm砾＞2mm,二、煤岩的隔水和导水性能,煤岩的隔水和导水性能,隔水性粘土的含量（）良好30弱1130差10,煤岩的隔水和导水性能,砂砾含水且导水，导水性能好节理裂隙含水且导水断层、陷落柱导水或不导水垮落带、裂隙带导水煤开采前为隔水层，开采后不易风化、泥化，是导水层或弱导水层,煤岩的隔水和导水性能,三、地表水、地下水涌入开采空间的机理,充水通道开采使上覆岩层移动和破坏，形成充水通道，使水体渗透或溃入井下。影响程度使矿井的涌水量增加（水体的水量少或补给不足）淹井（充水通道沟通的是地表水、采空区水、溶洞水或地下暗河等大型水体，井下排水能力难以满足）,水体下开采需要了解的问题,水体的类型（水源、水量）煤岩的隔水性能、是导水层还是隔水层可能的水力联系,四、水体下采煤的理论依据,1、“三带”理论对于地面水体、松散层底部和基岩中的强、中含水层水体、要求保护的水源等水体，不容许导水断裂带波及；对于松散层底部的弱含水层水体，允许导水断裂带波及；对于厚松散层底部为极弱含水层或可以疏干的含水层，允许导水断裂带进入，同时允许垮落带波及。,水体下采煤的理论依据,2、隔水层理论水体底面与煤层之间应有相应厚度的隔水层，才能实现水体下安全采煤。一定厚度的泥岩和粘土层是水体下安全采煤的良好隔水层。,五、水体下的采煤方式,1、顶水采煤对水体不处理，直接在水体下方采煤，水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱。顶水采煤适应条件水量大、补给充足、水体距开采煤层较远,2、疏水采煤,利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降上部水体，再在水体下方采煤。先疏水后采煤水量有限可以预先疏干（小窑积水）边疏水边采煤水量不太大，而水体的分布范围很大时,3、顶疏结合采煤,受多种水体或多层含水层水体威胁间距大于导水断裂带高度的水体，顶水采煤；间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，疏水采煤。顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水体的类型,单纯的地表水（河流、水库、湖泊）难疏干，顶水采煤，留防隔水煤岩柱。单纯的松散含水层水体冲积层中的水一般顶水采煤，留防隔水煤岩柱冲积层厚度愈大，水源补给愈丰富，离煤层愈近，威胁愈大。,砂层砂砾,水体下采煤,单纯的基岩含水层水体砂岩水孔隙水砾岩水裂隙水石灰岩水岩溶水对水体的处理取决于煤层至水体的距离，高于断裂带时，顶水采煤；低于断裂隙带，疏水采煤。,水体下采煤,地表水松散含水层水松散含水层水基岩水地表水松散含水层水基岩水采煤方法由具体情况而定①隔水层的厚度②隔水层的性能③水体至煤层的距离④采厚⑤水量大小⑥水源,水体下采煤,4、堵截水源与疏水采煤,采用粘结性材料注入含水层的孔洞中，形成地下挡水帷幕，切断水的补给通道，然后疏水采煤。条件含水层厚度较小、补给通道集中、水文地质条件清楚，具备可靠隔水边界,六、水体下采煤的特点,主要考虑煤层与水体之间有无隔水层，开采后隔水层能否破坏，开采引起的上覆岩层裂隙是否波及水体水体下采煤的保护对象是矿井本身，为保护矿井本身必须保护水体下方的岩层水体下采煤的主要对策是隔离和疏降,第二节水体下采煤的安全煤岩柱留设,一、水体的采动等级及允许采动程度Ⅰ级不允许导水断裂带波及到水体Ⅱ级允许导水断裂带波及松散孔隙弱含水层水体，但不允许垮落带波及该水体Ⅲ级允许导水断裂带进入松散孔隙弱含水层，同时允许垮落带波及该弱含水层水体,Ⅰ级水体采动等级允许采动程度,Ⅱ级水体采动等级允许采动程度,Ⅲ级水体采动等级允许采动程度,二、安全煤岩柱的留设方法,留设安全煤岩柱的实质是确定开采上限，保证裂隙带或冒落带不涉及水体1、防水安全煤岩柱目的不允许导水断裂带波及到水体结果避免上覆水体涌入井下，并要使矿井涌水量不明显增加。,地表有松散覆盖层时的防水安全煤岩柱留设,HshHdHb,地层上部无松散层覆盖，且采深较小时的防水安全煤岩柱,HshHdHbHbi,基岩风化带也含水时的防水安全煤岩柱,HshHdHbHfe,2、防砂安全煤岩柱,目的是允许导水断裂带波及松散弱含水层或已疏降的松散层强含水层，但不容许垮落带接近松散层底部结果泥砂不会溃入井下，矿井涌水量会略有增加，或只是短时间增加。,防砂安全煤岩柱,HsHkHb,3、防塌安全煤岩柱,防塌煤岩柱松散层底界面与煤层开采上限之间为防止泥砂塌入采空区而保留的煤和岩体目的防止上覆弱含水层和粘土层塌入井下,防塌安全煤岩柱的垂高应等于或接近于垮落带的最大高度,4、安全煤岩柱保护层厚度,位于导水断裂带上边界或垮落带上边界与水体底界面之间的岩层,,注AM/n，M-累计采厚，m；n-分层层数；本表不适用于综放开采,054煤层防水安全煤岩柱保护层厚度/m,054煤层防砂安全煤岩柱保护层厚度（m）,注AM/n，M-累计采厚，m；n-分层层数；本表不适用于综放开采,5590煤层防水安全煤岩柱及防砂安全煤岩柱保护层厚度,a松散层底部粘性土层大于累计采厚b松散层底部粘性土层小于累计采厚c松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层d松散层底部无粘性土层,第三节水体下采煤的安全技术措施,一、水体下采煤的井下安全技术措施试探开采先远后近（水体）先厚后薄（隔水层）先简单后复杂（地质条件）先较深后较浅（煤层）,水体下采煤的井下安全技术措施,分区隔离开采采区四周均设防水隔离煤柱绕道和石门内设永久性的防水闸门全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采降低覆岩破坏高度坚持有疑必探，先探后采的原则正确设计防水隔离煤柱防水、防砂和防塌安全煤岩柱采区间的防隔水煤柱断层和陷落柱防隔水煤柱,二、水体下采煤的地面措施,切断和改变地面补给水源河流改道河流铺底建立上游水库筑拦洪坝修拦洪沟填渗水裂缝架渡槽设围沟排除内涝,四、国外水体下采煤,安全开采深度HHKM,原苏联水体下采煤的安全系数,
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