3-1 开采引起的岩层导水裂隙演化规律.ppt

第三章保水开采技术,煤矿绿色开采技术,,主讲人袁永副教授电话18005212386邮箱yy20062006办公室矿业科学中心B525矿业工程学院B408-1,,保水开采涵义,保水开采内涵分为三个层次,①含水层未受到采动破坏；②含水层受到采动影响水位下降后，能在较快时间内恢复③即使不能恢复如初，但仍不影响其正常供水能力，至少能满足生态系统对潜水的需求。,水体分类,1.水体类型,水体类型,地表水体,松散含水层,基岩含水层,地下水体,,松散含水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,1.水体类型,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,水体分类,1.水体类型,潜水潜水是地表以下埋藏在饱水带中第一个具有自由水面的含水层中的重力水。,水体分类,1.水体类型,承压水充满于2个稳定隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的重力水。,主要特征（1）承受静水压（2）补给区与分布区不一致（3）埋藏较深，直接受气候影响较小，流量稳定，动态变化不显著（4）其运动方式是在静水压力的作用下，以水交替的形式进行运动（5）不易受污染，水质比较好,水体分类,1.水体类型,孔隙水主要赋存在松散沉积物颗粒间孔隙中的地下水。在堆积平原和山间盆地内的第四纪地层中分布广泛。,主要特征（1）孔隙水呈层状分布，空间上连续均匀，含水系统内部水力联系良好（2）通常，顺层渗透性好而垂直层面渗透性差，为层状非均质介质。,水体分类,1.水体类型,裂隙水存在于岩石裂隙中的地下水。与孔隙水相比较，它分布不均匀，往往无统一的水力联系。是丘陵、山区供水的重要水源，也是矿坑充水的重要来源。,主要特征（1）可能承压，也可能无压（2）裂隙岩层的透水性常显示各向异性，不同方向的渗透系数差别很大（3）大多数情况下裂隙水的运动符合达西定律,水体分类,1.水体类型,岩溶水赋存于可溶性岩层的溶蚀裂隙和溶洞中的地下水。又称喀斯特水（karstwater）。其最明显特点是分布极不均匀。,水体分类,2.煤岩层的隔水性能和采动导水性能,隔水层导水性能很差的岩层。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）,隔水性,粘土含量/,30,差,弱,良好,粒径/mm,类型,粉土,砂,砾,0.005,0.052,2,,水体分类,2.煤岩层的隔水性能和采动导水性能,水体分类,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,2.煤岩层的隔水性能和采动导水性能,水体分类,,方法之一控制导水裂隙带高度（常用）方法之二控制结构关键层不破断方法之三控制隔水关键层方法之四保持隔水层稳定性,怎么保水，机理是什么,第三章保水开采技术,第一节开采引起的岩层导水裂隙演化规律第二节水体下保水采煤技术第三节承压含水层上保水采煤技术第四节矿井水的资源化利用,,第一节开采引起的岩层导水裂隙演化规律,一、顶板导水裂隙发育高度二、覆岩关键层对顶板导水裂隙发育高度的影响三、顶板导水裂隙侧向边界发育规律,,导水裂隙带高度经验值坚硬顶板，18-28倍采高；软弱顶板，9-12倍采高,一、顶板导水裂隙发育高度,长壁垮落法开采时的导水断裂带高度经验公式,（1）倾角035及3654,一、顶板导水裂隙发育高度,（2）倾角5590,一、顶板导水裂隙发育高度,（3）近距离煤层,层间距大于下煤层开采形成的垮落带高度,上下煤层的垮落带高度取上煤层的垮落带高度。上下煤层的断裂带最大高度可按近距离上下煤层的厚度分别计算，取其中标高值大者作为两层煤的断裂带高度。,一、顶板导水裂隙发育高度,（3）近距离煤层,层间距小于下煤层开采形成的垮落带高度,上下煤层的垮落带高度重合。上煤层的断裂带高度按该层的厚度计算，下煤层断裂带最大高度按综合开采厚度计算，取其中标高最大值作为两层煤的断裂带最大高度。,一、顶板导水裂隙发育高度,（3）近距离煤层综合开采厚度,层间距小于下煤层开采形成的垮落带高度,MzM1M2,模拟方法预计,实验室相似材料模拟计算机数值模拟,冒落带,裂隙带,实验室相似材料模拟,一、顶板导水裂隙发育高度,S21钻孔水位变化曲线,S21钻孔冲洗液漏失量变化曲线,补连塔煤矿31401工作面顶板导水裂隙高度工程探测钻孔布置图,二、覆岩关键层对顶板导水裂隙发育高度的影响,S21,,1.主关键层位置对导水裂隙高度的影响,补连塔煤矿31401工作面顶板导水裂隙高度工程探测钻孔布置图,二、覆岩关键层对顶板导水裂隙发育高度的影响,S19,1.主关键层位置对导水裂隙高度的影响,S19钻孔钻孔水位变化曲线,S19钻孔冲洗液漏失量变化曲线,,补连塔煤矿31401面顶板导水裂隙高度实测结果,二、覆岩关键层对顶板导水裂隙发育高度的影响,a突水区域覆岩柱状与主关键层位置（b）未突水区域覆岩柱状与主关键层位置,补连塔煤矿31401面突水与未突水区域覆岩柱状与主关键层位置的对比,二、覆岩关键层对顶板导水裂隙发育高度的影响,覆岩主关键层位置影响导水裂隙发育高度的对比实验结果,（a）主关键层距煤层近（b）主关键层距煤层远,二、覆岩关键层对顶板导水裂隙发育高度的影响,主关键层位置与裂隙张开度,K主关键层破断裂隙张开度mL主关键层破断块体长度ms主关键层厚度mm煤层采厚mh主关键层与煤层距离mkρ为主关键层下部岩层残余碎胀系数Km导水裂隙的主关键层裂隙张开度最小值hm对导水裂隙带高度产生影响的主关键层与开采煤层临界距离,,,二、覆岩关键层对顶板导水裂隙发育高度的影响,2.考虑主关键层影响的导水裂隙高度估算,三、顶板导水裂隙侧向边界发育规律,1.导水裂隙侧向边界发育特征,导水裂隙边界形状为马鞍形，最大高度在煤壁的斜上方。导水裂隙侧向边界超出开采边界。,三、顶板导水裂隙侧向边界发育规律,1.导水裂隙侧向边界发育特征,三、顶板导水裂隙侧向边界发育规律,1.导水裂隙侧向边界发育特征,由于在工作面两侧导水裂隙边界发展高度大，又超出了开采边界，此处最容易沟通水源，导致突水。对于老采空区突水防治，如采用留设防水隔离煤柱的方法，不仅要考虑防水煤柱的稳定性，同时还要考虑防水煤柱两侧采空区顶板导水裂隙在侧向沟通的可能性。,三、顶板导水裂隙侧向边界发育规律,1.导水裂隙侧向边界发育特征,,计算模型示意图,岩层赋基本力学性质,三、顶板导水裂隙侧向边界发育规律,2.导水裂隙侧向边界发育的影响因素,,不同采高条件下导水裂隙边界,采高与导水裂隙侧向边界发育宽度关系曲线,三、顶板导水裂隙侧向边界发育规律,2.导水裂隙侧向边界发育的影响因素采高,,不同采深条件下导水裂隙边界,采深与导水裂隙侧向边界发育宽度关系曲线,三、顶板导水裂隙侧向边界发育规律,2.导水裂隙侧向边界发育的影响因素采深,采深300m,采深700m,