承壓含水層上保水采煤技術(shù).ppt

3 保水開采技術(shù),3-1 開采引起的巖層導(dǎo)水裂隙演化規(guī)律 3-2 水體下保水采煤技術(shù) 3-3 承壓含水層上保水采煤技術(shù) 3-4 礦井水的資源化利用,3-3 承壓含水層上保水采煤技術(shù),一、承壓含水層上采煤技術(shù)概述 二、底板突水類型 三、底板突水的影響因素 四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù) 五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,我國華北、華東和西北的廣大礦區(qū)石炭系之中和之下，普遍存在著太原群灰?guī)r和奧陶系灰?guī)r，南方一些礦區(qū)煤層之下的茅口灰?guī)r。這些灰?guī)r巖溶發(fā)育，含水豐富。 在主要產(chǎn)煤的華北型礦區(qū)，東起徐州、淄博，西至陜西渭北；北起遼寧南部，南至淮南、平頂山一帶，有數(shù)十個礦區(qū)受到灰?guī)r巖溶水的影響。如焦作、峰峰、邯鄲、邢臺、開灤、淄博、肥城、新汶、棗莊、徐州、淮南等礦區(qū)，灰?guī)r巖溶水資源豐富，含水性強，補給條件充沛。,一、概述,底板承壓水,把有一定水壓、貯存和流動于煤層底板灰?guī)r中的水體叫做底板巖溶水，又稱底板承壓水。,承壓水的分布,目前，不少礦井已進入深部開采，有些礦井下組煤的開采標(biāo)高已經(jīng)達到-600m，最深的已超過-1000m。煤層底板承受巖溶承壓水的壓力很大，水壓值已經(jīng)達到2.06.5MPa。底板突水的幾率增大。 目前，我國有數(shù)十億噸煤炭資源因受底板巖溶水突水威脅而成為呆滯煤量。,一、概述,承壓水上采煤意義,二、底板突水類型,工作面突水,巷道突水,緩沖型突水,爆發(fā)型突水,滯后型突水,按突水動態(tài),按突水地點,斷層突水,陷落柱突水,小型(5),中型(519),大型(2049),按突水量(m3/min),采動裂隙突水,特大型(50),底板 突水,按突水通道,構(gòu)造揭露型,斷層采動型,底板破壞型,底板突水機理及與采掘工作的關(guān)系,三、底板突水的影響因素,底板突水影響因素,水量愈豐富，突水量愈大，危害也愈大。 水壓是突水的動力，處于封閉狀態(tài)的巖溶水不斷溶蝕、沖刷裂隙，形成通道，由含水層進入底板隔水層，水壓愈大，破壞愈嚴(yán)重。,三、底板突水的影響因素,1.水源條件,底板突水事故的80%以上發(fā)生在斷裂構(gòu)造附近 構(gòu)造既可以充水，又可以導(dǎo)水 有效厚度和實際強度降低 煤層與含水層之間的相對位置變化,三、底板突水的影響因素,2.地質(zhì)構(gòu)造斷層,少數(shù)巖溶陷落柱既充水，又導(dǎo)水，在與強含水層溝通的條件下，對安全生產(chǎn)威脅極大 開灤范各莊礦 21小時后將年產(chǎn)300萬t的大型礦井淹沒，突水峰期平均涌水量為2053m3/min,2.地質(zhì)構(gòu)造巖溶陷落柱,三、底板突水的影響因素,陷落柱,富含水層,工作面,隔水層的阻水能力取決于隔水層的強度、分層厚度和裂隙發(fā)育程度,3.隔水層的阻水能力,三、底板突水的影響因素,初次來壓或周期來壓期間易突水 工作面后部采空區(qū)邊緣附近易突水 開切眼附近底板易突水 工作面推進速度慢，工作面突然停止推進或在停采線處易突水 區(qū)段或分帶煤柱附近易突水,4.礦山壓力,三、底板突水的影響因素,周期來壓期間。煤體內(nèi)的支承壓力達到最大，對底板破壞嚴(yán)重。 初次來壓期間。煤體內(nèi)的支承壓力達到最大，對底板破壞嚴(yán)重。 開切眼附近。老頂大面積顯露，直接頂不能充分垮落，底板形成較大的自由面。,三、底板突水的影響因素,4.礦山壓力,工作面推進速度慢 工作面突然停止推進 工作面停采線處 支承壓力作用時間長，底板破壞嚴(yán)重，推進快時，未形成較大裂隙就會由膨脹狀態(tài)變?yōu)閴嚎s狀態(tài)； 區(qū)段煤柱附近：頂板垮落不充分，固定支承壓力作用下底鼓,支承壓力作用時間長,三、底板突水的影響因素,4.礦山壓力,5.開采方法工作面斜長,三、底板突水的影響因素,斜長越長，抗水能力越弱！,5.開采方法工作面回采面積,三、底板突水的影響因素,底板突水與回采面積關(guān)系十分密切，不同的礦區(qū)有各自不同的突水面積。 以淄博石谷礦的930采區(qū)9304面與9306面為例。 該工作面傾斜長65m，走向長220m，煤厚0.85m，構(gòu)造簡單，緩傾斜，石灰?guī)r頂板。在回采過程中發(fā)生了三次底板突水，第一次發(fā)生在自開切眼始至45m，采空面積達2935m3；后留1015m煤柱，另開切眼，在4045m發(fā)生第二次底板突水，采空區(qū)面積與前次基本相同；又留煤柱開采的第三次底板突水與前兩次條件相同。三次突水的水量分別為1.452m3/min、1.216 m3/min、0.120 m3/min?？偨Y(jié)礦區(qū)內(nèi)28次的工作面底板突水資料，獲得了采9號煤突水時的回采面積一般為25003000m2，小于此數(shù)工作面未出現(xiàn)底板突水。,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),理論依據(jù),底板突水系數(shù),底板突水的“下三帶”理論,底板突水的隔水關(guān)鍵層理論,1.底板突水系數(shù)理論,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),2.底板突水的“下三帶”理論,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),2.底板突水的“下三帶”理論底板采動導(dǎo)水破壞帶,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),煤層底板巖層受采動影響而產(chǎn)生的采動導(dǎo)水?dāng)嗔逊秶?由沿層面和垂直于層面的裂縫形成,采煤工作面長度、采煤方法、煤層厚度、開采深度、頂?shù)装鍘r性及結(jié)構(gòu)通過影響前支承壓力而影響底板采動導(dǎo)水破壞帶深度。,2.底板突水的“下三帶”理論底板采動導(dǎo)水破壞帶,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),采煤方法對底板破壞深度的影響主要表現(xiàn)在是增大還是減小直接頂和基本頂?shù)膽翼斁嗪兔奥涿娣e。頂板懸頂距越大，超前支承壓力峰值越大，對底板破壞越嚴(yán)重。,（1）采煤方法,2.底板突水的“下三帶”理論底板采動導(dǎo)水破壞帶,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),工作面越長，礦山壓力顯現(xiàn)越充分，底板破壞深度越大。,（2）工作面長度,或,（3）煤層采高和采深,2.底板突水的“下三帶”理論底板采動導(dǎo)水破壞帶,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),煤層采高是影響頂板垮落高度和采空區(qū)充實的重要因素，底板破壞深度隨采高的增大而增加。 采深增加后前支承壓力的絕對量隨之增大，底板破壞深度也就越大。,2.底板突水的“下三帶”理論底板采動導(dǎo)水破壞帶,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),頂板的巖性和結(jié)構(gòu)通過影響懸頂狀況、冒落面積、冒落高度和來壓步距影響超前支承壓力，從而影響底板破壞深度；而底板的巖性和結(jié)構(gòu)影響阻止底板破壞的能力。,（4）頂?shù)装鍘r性及結(jié)構(gòu),位于煤層底板采動導(dǎo)水破壞帶以下、底部含水體以上具有阻水能力的巖層范圍,此帶內(nèi)巖層仍然能保持連續(xù)性，一定厚度的底板阻水帶可以阻止底板突水，也稱為保護層帶或完整巖層帶。 底板阻水帶的厚度可能大小不一，甚至可能不存在。,2.底板突水的“下三帶”理論底板阻水帶,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),2.底板突水的“下三帶”理論底板阻水帶,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),實驗法,阻水系數(shù)測定鉆孔水力壓裂法,與石灰?guī)r鄰接的巖層中原始就存在著節(jié)理和裂隙，巖溶承壓水進入后成為導(dǎo)水層。,煤層底板承壓含水層的水在水壓力和礦壓作用下上升到其頂板巖層中的范圍。,2.底板突水的“下三帶”理論承壓水導(dǎo)升帶,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),底板承壓水導(dǎo)升帶上界參差不齊，斷層附近的承壓水導(dǎo)升帶高度一般較大，有些礦區(qū)可能無底板承壓水導(dǎo)升帶。 h3用物探和鉆探方法；巷道中用電測，鉆探!,應(yīng)用關(guān)鍵層理論分析采場底板破壞與突水,取得了進展.很好地解釋了底板突水點位置分布特點。,初次來壓時底板關(guān)鍵層載荷特征,3.底板突水的隔水關(guān)鍵層理論,四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),底板關(guān)鍵層破斷后的一般狀態(tài),四、承壓含水層上采煤的理論依據(jù),3.底板突水的隔水關(guān)鍵層理論,五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,1.承壓含水層上安全煤巖柱留設(shè) 2.承壓含水層上斷層防水煤柱留設(shè) 3.帷幕注漿截流技術(shù) 4.減少采動底板破壞深度 5.底板注漿加固技術(shù) 6.疏降底板水技術(shù),是,否,五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,1.承壓含水層上安全煤巖柱留設(shè),無導(dǎo)升帶的正常底板,存在導(dǎo)升帶底板,底板含水層頂部 存在充填隔水帶,五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,2.承壓含水層上斷層防水煤柱留設(shè)傳統(tǒng)方法,承壓水從斷層或彼側(cè)的強含水層直接突破煤層進入采空區(qū),五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,2.承壓含水層上斷層防水煤柱留設(shè)傳統(tǒng)方法,防止的方法不僅應(yīng)使煤柱的寬度a符合要求，還應(yīng)使由采掘邊界至導(dǎo)水?dāng)鄬訋Щ驈姾畬拥淖疃叹嚯x大于按公式計算的安全煤柱a值。,承壓水從斷層或彼側(cè)的強含水層沿最短距離突入采空區(qū),五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,2.承壓含水層上斷層防水煤柱留設(shè)傳統(tǒng)方法,其防止的方法是，使a值符合煤柱邊界至導(dǎo)水?dāng)鄬觾?nèi)強含水層的鉛垂距離大于水體下采煤的防水煤柱高度（預(yù)計或該區(qū)實測的導(dǎo)水裂隙帶高度加防護層厚度） ：,煤層采后向上冒裂波及含水?dāng)鄬踊驍鄬颖藗?cè)的強含水層,五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,2.承壓含水層上斷層防水煤柱留設(shè)經(jīng)驗方法,在許多礦區(qū)，采用經(jīng)驗公式來設(shè)計斷層煤柱的合理尺寸取得了成功。如肥城礦業(yè)集團對斷層煤柱的留設(shè)采用了如下方法： （1）上組煤 對落差大于或等于30m的斷層，在斷層兩側(cè)各留30m的煤柱；對落差小于30m的斷層不留煤柱。 （2）下組煤 對落差大于或等于30m的斷層，兩側(cè)各留50m的煤柱；對落差2030m的斷層，兩側(cè)各留30m的煤柱；落差在20m以下的斷層一般不留煤柱。,五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,3.帷幕注漿截流技術(shù),帷幕注漿截流方案的實質(zhì)是在井田或井田內(nèi)某一區(qū)域外圍集中徑流帶采用鉆孔注漿的方法建立人工帷幕，截斷礦井的補給水，然后在開采范圍內(nèi)進行疏水，將承壓水的水位降低到開采水平以下。,肥城曹莊煤礦帷幕截流工程平面圖,五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,4.減少采動底板破壞深度,（1）縮小來壓步距 通過人工挑頂、軟化頂板和及時放頂?shù)姆椒ǎs小初次來壓和周期來壓步距，一方面降低前支承壓力峰值，另一方面盡快使垮落矸石作用在采空區(qū)底板上。 （2）改變采煤方法和開采參數(shù) 采用充填采煤法可減小支承壓力對煤層底板的破壞，能有效地防止底鼓和底板裂隙擴張;條帶開采也可減輕支承壓力對煤層底板的破壞程度。,五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,5.底板注漿加固技術(shù),肥城大封礦10403工作面走向長度290m，回采標(biāo)高-23.239.7m，傾向?qū)挾绕骄?5m，儲量8.1萬t。 水壓0.750.93MPa，底板厚度14.9525m，平均19.69m，而東部和北部分別是F206和F401斷層，面內(nèi)有小斷層7條，共施工29個孔，其中23個孔發(fā)現(xiàn)有導(dǎo)水裂隙，導(dǎo)高9.512.8m，五灰單孔水量40240m3/h,平均120 m3/h。 該面進行注漿改造，共注水泥1437.2t，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。在回采過程中，只發(fā)現(xiàn)裂隙出水91 m3/h,對生產(chǎn)無大影響。本面平均噸煤改造費用4.3元。若改用疏水降壓采煤，使水頭降低到18.5m所需噸煤電費為13.46元。,五、承壓含水層上采煤技術(shù)措施與工程實例,5.