承压水上采煤技术研究.pdf

承压水上采煤技术研究 董杰顾斌董妍李菲菲 中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州2 2 111 6 工程技术 脯要] 随着煤炭科学技术水平的不断进步、煤矿开采技术水平的不断提高，承压水上安全采煤技术也在不断发展。承压水上采煤的问题 越采越来显出重要l 生和迫切} 生。本文叙述了承压水上采煤底舾突水因素与类型，弗琦遥感技术应用于岩溶陷落柱分布的预测中。 l 关键词】承压水上；底板突水；采煤技术 矿井水害一直是制约我国煤炭生产发展的重要因素之一。水体上采 煤专指高压石灰岩含水层上近距煤层开采。由于这类煤层承受的水压 高，煤层离含水层近，开采时突水的可能性大。这些灰岩岩溶含水丰 富，对煤层安全开采威胁最大、影响范围最广的是石炭二叠系之下的中 奥陶统灰岩，该灰岩岩溶和裂隙均很发育，富水性强，水压较高。频繁 发生的突水事故严重威胁着煤矿的安全生产。如果不能解放这些受水害 威胁的煤炭睹量，不仅影响煤矿的产量，而且一些老矿井还有被迫提前 关井的危险。 1 底板突水类型 煤层底板突水实质是煤层下伏承压水沿采煤工作面底板隔水层岩体 内部通道突破底板隔水层的阻隔，以突发、缓发或滞发的形式向上涌人 工作面采空区的过程。研究它的发生、发展规律是进行突水预测预报的 前提，是制定合理开采方案和预防措施的依据。因此，研究突水的机 理，对突水进行分类是很重要的。同时各种不同类型的底板突水在其成 分上是不同的，为了查明底板突水产生的原因和条件，首先因对底板突 水进行分类。 1 按突水地点，可分为巷道突水和采场突水。巷道突水多以构造 破坏为主，承压水通过断裂或构造破碎带进 底板，形成充水，一旦巷 道揭露出来后，承压水就迅速涌入。采场突水多以采矿破坏为主，矿山 压力破坏和消弱了底板隔水层的厚度和强度，造成与汗水层的密切水力 联系。 2 按突水的动态分为爆发型、缓冲型和滞后型三种。爆发型主要 是由于存在充水断层加上突水处的底板隔水能力很弱引起的，其突水的 特点为来势猛、速度快和冲击力强等。缓冲型主要是由采矿、构造破坏 等迭加作用所造成的。由于突水处有一定的隔水能力，突水来的慢，水 量由小到大。 滞后型主要是承压水沿裂隙长期冲蚀及矿压持续作用的结果。 3 按突水量大小可分为特大型突水、大型突水、中型突水和小型 突水，如表 l 字水妄型1 特尢型J 大型I 中型I 小型 I 至兰墨 竺l 三竺l I 二 l 篁 2 影响底板突水的主要因素 煤层底扳突水有两个必要条件一是要有突水的水源条件，二是要 有能进行突水的通道条件。 2 1 水源条件 水源条件包括水量和水压，水量愈丰富，突水条件越大，危险也就 愈大。水压是突水的动力，处于封闭状态的岩溶水不断溶蚀、；中刷裂 隙，形成通道，由含水层进 底板隔水层，水压愈大，破坏愈严重。 2 2 地质构造 地质构造地质构造主要指的是断裂构造，它是突水的主要控制因 素，断裂构造的存在破坏了煤层底板的完整性，降低了岩体本身的强 度，削弱了底板隔水层阻抗变形的能力。导致一定厚度的断层或断裂破 碎带的存在，如果为充水构造或导水构造，那么当工作面推进到该断裂 带，甚至接近该断裂带时，都将会导致承压水的直接涌出，造成突水事 故o 2 3 隔水层的阻水能力 底板隔水层是唯起阻隔突水作用的因素，隔水层的阻力能力取决 于隔水层的强度、分层厚度和裂隙发育程度。在其他条件～定的情况 下，隔水层厚度越大，强度越高，突水的机率也就越小。 2 ．4 矿山压力 开采引起的支撑压力诱发底板突水，有以下规窜 1 无周期来压或周期来压不明显的顶板，支撑压力较小，对底板 破坏较轻；有周期来压的硕板，底板突水多发生在初次来压或周期来压 期间，只是由于来压期间支撑压力较正常推进时大，对底板破坏严重。 2 突水点位置多数在工作面后部采空区边缘附近。这些位置处顶 板垮落不充分，底板处于膨胀状态，断裂张开，阻水能力最弱。 3 顶板初次来压之前，在开切眼附近，由于基本顶大面积较长时 间的悬露，或直接顶岩层跨落后不接顶，使底板岩层形成较大的自由 面，给底板岩层的移动与破坏创造了条件。 4 工作面推进速度慢，工作面突然停止推进或在停采线处容易发 生突水事故。这是由于支撑压力作用的时间较长，底板破坏较严重。工 作面推进速度快时，采空区底板未形成较大裂隙就会由膨胀状态变为压 缩状态，这有利于防止底板突水。 3 遥感信息在岩溶陷落柱分布预测中的应用 陷落柱是一种在形态上不同于其他小构造的地质体。它的特点是横 向延伸范围小而垂向延伸很大。以前，人们一直用矿井物探方法对陷落 柱进行探测，这种方法存在很多的局限性。本文探讨了遥感信息在岩溶 陷落柱分布预测中的应用。 遥感技术具有宏观特性，真实地再现了矿区地面实况。利用它可以 提取与陷落柱分布相关的地质构造信息。采集了覆盖整个矿区的彩红外 图像和热红外扫面图像。 3 ．1 彩红外图像的解译 彩红外图像表现了地物的影像色调、明亮度和饱和度的区别。地质 现象在彩缈} 图像上呈现了环形构造、线性构造等特征。由于陷落柱是 一种地质构造现象，它的存在和地质活动有关。线性构造租环形构造的 解译对分析陷落柱分布规律非常重要。 3 2 热红外扫面图像的解译 由陷落体的夜间热辐射规律可知，陷落柱体与其周边地物的辐射温 度间存在着比较明显的差异。热红外扫面图像记录的正是辐射温度。在 扫面图像上温度高的地物呈现为白、亮色调，温度低的地物呈现为黑暗 色调。用目视判译法逐个圈出色调异常区，然后利用明显地物点作控 制。 4 结语 我国存在着严重的煤矿底板突水问题，频繁发生的突水事故严重威 胁着煤矿的安全生产运。采取合理的预测方法和相应的防治技术措施， 才能有效地预防和控制底板突水事故的发生。 渗考文献] ⋯1 场强日，杨增越底板突水预7 啊9 预报理论及技术Ⅱ1 煤矿开采，2 0 0 7 【2 】张金才．煤层农板突水颇恐的理论与实践U 】煤田也质与勘探，1 9 9 9 ． 【3 J 彭苏萍，王金安．承压水体上安全f f e 煤l M t 北京煤炭上业出版社, 2 0 0 1 万方数据