05-承压含水层上采煤解析优秀PPT

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样,*,第五章,承压含水层上采煤,太原群灰岩、奥陶系灰岩、茅口灰岩,灰岩岩溶发育，含水丰富。,底板承压水有确定水压、贮存和流淌于煤层底板灰岩中的水体,奥陶系灰岩厚200,80,0,m，,奥灰水的水压1.47,3.43,MPa，,深部可达9.81,MPa,至石炭系最下部可采煤层的距离通常仅有20,60,m,承压含水层上采煤,承压含水层上采煤:,接受特地的技术和平安措施开采邻近承压含水层上的煤层,煤层底板突水：,灰岩,水穿越了开采煤层和含水层之间的煤岩柱，以突然的方式大量地涌入采掘空间的现象,已发生过300多次底板突水事故，并造成多次沉没矿井、开采水平和采区的严峻后果,第一节,影响底板突水的主要因素,一、底板突水类型,1、按突水地点,巷道突水,多以构造破坏为主，承压水通过断裂或构造裂开带进入底板，形成充水，一旦巷道揭露出来后，承压水就快速涌入。,底板突水类型,采场突水,多以采矿破坏为主，矿山压力破坏和减弱了底板隔水层的厚度和强度，造成与含水层的亲密水力联系。,巷道突水和采场突水的比例几乎相等,二、底板突水缘由分析,1,、煤层底板的受力与变形,1、煤层底板应力及变形分区,底板破坏带底板突水的通道,2,、煤层底板岩层中的下三带,底板采动导水破坏带,煤层底板岩层受采动影响而产生的采动导水断裂范围,由沿层面和垂直于层面的裂缝,形成,采煤工作面长度、采煤方法、煤层厚度、开采深度、顶底板岩性及结构通过影响前支承压力而影响底板采动导水破坏带深度。,底板采动导水破坏带深度,工作面长度愈大，矿山压力显现愈充分，底板破坏深度愈大,顶板悬顶愈大，前支承压力峰值愈大，对底板破坏愈严峻。,采深加大后前支承压力的确定量随采深加大而加大,不同采煤方法的底板破坏深度,采煤方法及面长,长壁,80,100,m,短壁,50,m,条带,20,m,房柱,15,m,15m,底板破坏深度,(,m),10,17,3.5,7,2.5,3,3,5,注：依据数值计算结果,（2,）底板阻水带,位于煤层底板采动导水破坏带以下、底部含水体以上具有阻水实力的岩层范围,此带内岩层照旧能保持连续性，确定厚度的底板阻水带可以阻挡底板突水也称为疼惜层带或完整岩层带,底板阻水带的厚度可能大小不一，甚至可能不存在,底板阻水带厚度,h,2,试验法,h2=p/Z,p底板上的水压力，MPa；,Z阻水系数，MPa/m。,钻孔水力压裂法,实测单位底板隔水岩层平均阻水实力的系数,Z=pb/R,pb使岩体裂开时的临界水压力，MPa；,R裂缝扩展半径，一般取4050m,岩层阻水系数,Z,岩性,中、粗粒砂岩,细砂岩,粉砂岩,阻水系数（,MPa/m,）,0.3,0.5,0.3,0.2,岩性,泥岩,石灰岩,断层带,阻水系数（,MPa/m,）,0.1,0.3,0.4,0.05,0.10,底板承压水导升带,与石灰岩邻接的岩层中原始就存在着节理和裂隙，岩溶承压水进入后成为导水层,底板承压水导升带,煤层底板承压含水层的水在水压力和矿压作用下上升到其顶板岩层中的范围,底板承压水导升带,底板承压水导升带上界参差不齐，,断层旁边的承压水导升带高度一般较大，有些矿区可能无底板承压水导升带。,h,3,用物探和钻探方法,巷道中用电测，钻探,依据下三带预料承压含水层上采煤的平安状况,底板阻水带厚度和强度均大,平安,正常开采,底板阻水带薄或强度不够,不够平安,缩短工作面长度，削减破坏深度，增加底板阻水带厚度,依据下三带预料承压含水层上采煤的平安状况,无底板阻水带,底板采动导水破坏带与底板承压水导升带沟通,担忧全,底板采动导水破坏带与含水层相接易突水,缩短工作面长度，变更采煤方法，降低采出率，减小底板破坏深度，甚至对底板注浆加固,依据下三带预料承压含水层上采煤的平安状况,断裂构造带处导上升度与底板承压水导升带接近或切穿煤层,很紧急,留煤柱，变更采煤方法，对破坏带以下断裂封堵加固,三、影响底板突水的主要因素,1、水源条件,水量愈丰富，突水量愈大，危害也愈大。,水压是突水的动力，处于封闭状态的岩溶水不断溶蚀、冲刷裂隙，形成通道，由含水层进入底板隔水层，水压愈大，破坏愈严峻。,影响底板突水的主要因素,2、地质构造,底板突水事故的80%以上发生在断裂构造旁边,构造既可以充水，又可以导水,有效厚度和实际强度降低,煤层与含水层之间的相对位置变更,岩溶陷落柱,少数岩溶陷落柱既充水，又导水，在与强含水层沟通的条件下，对平安生产威逼极大,开滦范各庄矿 21小时后将年产300万t的大型矿井沉没，突水峰期平均涌水量为2053m3/min,影响底板突水的主要因素,3、隔水层的阻水实力,隔水层的阻水实力取决于隔水层的强度、分层厚度和裂隙发育程度,影响底板突水的主要因素,4、矿山压力,支承压力诱发底板突水,初次来压或周期来压期间易突水,工作面后部采空区边缘旁边易突水,开切眼旁边是底板易突水,工作面推动速度慢，工作面突然停止推动或在停采线处易突水,区段或分带煤柱旁边易突水,周期来压期间。煤体内的支承压力达到最大，对底板破坏严峻。,初次来压期间。煤体内的支承压力达到最大，对底板破坏严峻。,开切眼旁边。老顶大面积显露，干脆顶不能充分垮落，底板形成较大的自由面。,支承压力诱发底板突水,工作面推动速支度慢,工作面突然停止推动,工作面停采线处,支承压力作用时间长，底板破坏严峻，推动快时，未形成较大裂隙就会由膨胀状态变为压缩状态；,区段煤柱旁边：顶板垮落不充分，固定支承压力作用下底鼓,支承压力作用时间问题,支承压力诱发底板突水,其次节 煤层下方承压水体采动等级及防水平安煤岩柱留设方法,一、煤层下方水体采动等级和允许采动程度,水体类型,允许采动程度,要求留设的安全煤岩柱类型,1位于煤系地层之下的巨厚灰岩强含水体,2位于煤层之下的薄层灰岩具有强含水源补给的含水体,3位于煤层之下的作为重要水源或旅游资源保护的水体,不允许底板采动导水破坏带波及水体，或与承压水导升带沟通，并有能起到强阻水作用的有效保护层,底板强防水安全煤岩柱,煤层下方水体,I,级采动等级和允许采动程度,煤层下方水体采动等级和允许采动程度,1位于煤系地层之下的弱含水体，或已疏降的强含水体,2位于煤层之下的无强水源补给的薄层灰岩含水体,3位于煤系地层或煤系地层底部其它岩层中的中弱、含水体,允许采取安全措施后底板采动导水破坏带涉及水体，或与承压水导升带沟通，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,煤层下方水体,II,级采动等级和允许采动程度,二、水体上采煤防水平安煤岩柱设计方法,设计防水平安煤岩柱的原则是：不允许底板采动导水破坏带涉及水体，或与承压水导升带沟通,1、无导升带的正常底板,底板防水平安煤岩柱高度h a应大于或等于导水破坏带深度h1和阻水带厚度h2之和h ah1+h2,水体上采煤防水平安煤岩柱设计方法,2、承压水旁边存在导升带,底板平安煤岩柱高度ha应大于或等于导水破坏带深度h1、阻水带厚度h2和承压水导升带高度h3之和 h ah1+h2+h3,水体上采煤防水平安煤岩柱设计方法,底板含水层顶部存在充填隔水带,充填隔水带厚度h4可以作为底板防水平安煤岩柱厚度的组成部分,h ah1+h2+h4,第三节 底板突水预料,h d h a,h d 煤层底板至含水层顶之间的实际厚度,h a 计算的平安煤岩柱尺寸,承压水上采煤的平安度符合要求。,底板突水预料,h d h a,h d 煤层底板至含水层顶之间的实际厚度,h a 计算的平安煤岩柱尺寸,当计算所得的平安煤岩柱尺寸ha大于煤层底板至含水层顶之间的实际厚度h d时，需进一步评定,底板突水预料,一、突水系数法,T,S,突水系数，,MPa/m；,P,实际水压力，,MPa；,M,底板隔水岩层厚度，即,h,d,，m；,C,p,底板采动导水破坏带深度，即,h,1,，,m,突水系数法,突水系数小于临界突水系数时，可以实现平安开采，否则要实行措施,部分矿区临界突水系数,矿区 突水系数,T,s,（,MPa/m,）,峰峰,0.066,0.076,焦作,0.06,0.10,淄博,0.06,0.10,井陉,0.06,0.15,底板突水预料,二、阅历曲线,以往带压开采过程中的突水与未突水的采掘工作面水压与底板岩层厚度的关系，制成突水临界曲线,第四节 承压含水层上平安采煤的技术措施,采煤方法主要是指开采过程对岩溶水的处理方法,一、深降强排（疏水开采）,设置各种疏水工程，将岩溶水水位人为地降低到开采水平以下,疏水井巷、疏水钻孔,防止底板突水效果最好。,疏水工程量大、设备多、电耗大，因而投资大、成本高；,由于疏水引起的水位降低，使旁边工农业用水缺乏，并造成地表下沉。,承压含水层上平安采煤的技术措施,二、外截内排（堵水开采）,在井田或井田内某一区域外围集中径流带接受钻孔注浆的方法建立人工帷幕，截断矿井的补给水,然后在开采范围内进行疏水，将承压水的水位降低到开采水平以下,特定条件，水文地质条件清晰，补给径流区集中,三、带压开采,带压开采在煤层和含水层之间保留足够厚度和阻水实力的隔水层岩柱，在有确定水压条件下开采。,带压开采无需事先特地排水，在经济上花费较少，特殊是在水文地质条件困难的地区，底板突水的紧急性更大。,开采技术要求高，要防止发生突出事故，疼惜采掘空间本身。,带压开采时的技术措施,1、缩短工作面长度,缩小到跨度60m时效果明显，,降低了最大应力，底臌量削减,底板裂隙带深度削减,井陉、邯郸隔水层最薄处10多米；,2、缩小来压步距,挑顶和软化顶板，强制放顶（降低了最大支承压力，改善了底板受力状态，变两向应力状态为三向应力状态）,带压开采时的技术措施,3）变更顶板管理方法和采煤方法,充填采煤法可削减支承压力对底板的破坏、可防止底鼓和底板裂隙张开。,条带采煤法可减轻对底板的破坏。,分层采煤法以后各分层周期来压不明显。,带压开采时的技术措施,4、改革采区巷道布置,巷道布置要少穿断层，特殊要留意交岔点和工作面上下出口要避开断层。,巷道应尽可能和断层正交，避开巷道与断层平行和长距离斜交。,削减交岔点数目和交岔点的面积。,采区间隔离开采，采区四周要留煤柱，之间要设置水闸门，以缩小底板突 水影响范围。,带压开采时的技术措施,5、处理断层和陷落柱,突水与断层有关，特殊与多条断层交叉有亲密关系,峰峰 76%,井陉 97%,淄博 70%,焦作 55%,带压开采时的技术措施,注浆加固,留断层和陷落柱煤柱,6、注浆加固底板，提高疼惜层强度,对于底板裂开带及薄层石灰岩含水层，通过钻孔注浆，堵塞石灰岩溶洞，加固裂开带和裂隙带，并封闭奥陶系石灰岩的补给通道。,注浆 对局部地点,注固结剂,带压开采时的技术措施,7、其它,易突水地点要少掘巷，少钻孔，提高工作面推动速度，并保持匀速推动，避开工作面长期停采。,带压开采时的技术措施,8、综合治理同时带压开采,m,1,m,2,m,3,H,1,H,2,水平采,m,1、,m,2，,水位为,H,1,在 水平水位为,H,2,时，再采 水平的,m,3,降低水位，接受疏水措施,灰岩类,矿井,岩柱承受的水压,MPa,岩柱高,m,采厚,m,技术措施,薄层灰岩,焦作冯营矿,0.65-1.57,38-40,4.5,疏水降压,厚层灰岩,淄博,黑山矿,2.2-3.18,35-46,留断层煤柱,厚层奥灰,邯郸王,凤一矿,0.44,19-25,1,预疏邻近,灰岩水,厚层茅口,灰岩,涟邵,桥头河矿,2.3,8-10,1.8,疏水降压,引起局部,突水,薄层徐灰,淄博双沟矿,0.95,33-38,疏水降压,留断层煤柱,我国承压水上带压开采的状况,