煤礦開采與損害課件ch6

煤礦開采與損害課件ch6第一頁，共18頁。第六章水體下與承壓水上采煤第一節(jié)概述 第二節(jié)覆巖破壞規(guī)律

第三節(jié)水體下采煤的技術(shù)措施 第四節(jié)承壓水上采煤 第二頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 一、底板突水類型及底板破壞規(guī)律(一)基本概念1．煤層底板巖溶水賦存和運(yùn)動(dòng)于煤層底板巖溶地層空間中的水體和水流叫做煤層底板巖溶水，又稱底板承壓水。2．隔水層與等值隔水層存在于含水層與開采煤層底板、巷道和采空區(qū)之間的能阻礙或減弱水流動(dòng)的巖層。該巖層內(nèi)的孔隙不連通，地下水無運(yùn)動(dòng)條件，稱其為隔水層，亦稱保護(hù)層。由于隔水層的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不同，其隔水—阻水性能也不同。兩個(gè)質(zhì)量不同的而單位厚度相同的巖層，在相同的水文地質(zhì)邊界條件下，隔水—阻水作用相等時(shí)，稱之為等值隔水層。第三頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 3．突水系數(shù)突水系數(shù)是水壓值與隔水層厚度的比值：式中T—突水系數(shù)，Mpa/m；

p—水壓力值，MPa；

m—隔水層厚度，m。部分礦區(qū)極限突水系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見上表。當(dāng)突水系數(shù)超過表中數(shù)值時(shí)，即有可能發(fā)生突水事故。第四頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 （二）底板突水的類型1．按突水地點(diǎn)分，底板突水有巷道突水與采煤工作面突水。2．按突水的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)形式有：（1）爆發(fā)型：直接在采掘工作地點(diǎn)附近發(fā)生，一旦突水，突水量在瞬間即達(dá)到峰值，突水峰值過后，突水量趨于穩(wěn)定或逐漸減小。爆發(fā)型突水來勢猛、速度快、沖擊力大，常有巖塊碎屑伴水沖出。（2）緩沖型：直接在采掘工作地點(diǎn)附近發(fā)生，突水量由小到大逐漸增長，經(jīng)幾小時(shí)、兒天甚至幾個(gè)月才達(dá)到峰值。（3）滯后型：采掘工作面推進(jìn)到一定距離后，在巷道或采空區(qū)內(nèi)發(fā)生突水，其滯后時(shí)間為幾天、幾個(gè)月甚至幾年，突水最可急可緩。第五頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 3．按突水量的大小可分為：(1)特大型突水事故，突水量為50m3/min以上；(2)大型突水事故，突水量為20～49m3/min；(3)中型突水事故，突水量為5～19m3/min；(4)小型突水事故，突水量小于5m3/min。（三）開采后煤層底板巖層的破壞規(guī)律在開采過程中，煤層底板應(yīng)力重新分布造成底板巖層的變形與破壞，削弱了底板巖層的阻水能力，甚至形成突水通道。因此，研究開采后煤層底板的應(yīng)力重新分布、變形與破壞的規(guī)律，是防止底板突水的基礎(chǔ)。第六頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 1．開采過程中底板應(yīng)力與變形情況在開采過程中，工作面前方的煤壁和底板處在增壓區(qū)內(nèi)，支承壓力使煤層底板壓縮。當(dāng)工作面推進(jìn)跨過此處時(shí)，采空區(qū)處在減壓區(qū)內(nèi)，底板巖層從壓縮狀態(tài)轉(zhuǎn)為膨脹狀態(tài)，產(chǎn)生底鼓，可能出現(xiàn)斷裂。隨工作面推進(jìn)，采空區(qū)中的垮落巖塊壓實(shí)，底板重新處于增壓區(qū)內(nèi)，又從膨脹狀態(tài)轉(zhuǎn)為壓縮狀態(tài)。在工作面推進(jìn)過程中，底板各處都要經(jīng)受壓縮、膨脹和再壓縮作用的過程。底板沿工作面推進(jìn)方向受到壓縮、膨脹和再壓縮的作用(圖6-7)。第七頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 在支承壓力的作用下，底板中出現(xiàn)水平拉應(yīng)力；在壓縮區(qū)和膨脹區(qū)分界處的底板中出現(xiàn)剪應(yīng)力。拉應(yīng)力和剪應(yīng)力使底板出現(xiàn)斷裂。垂直斷裂與順層斷裂交叉，形成底板破壞帶。成為底板突水的誘發(fā)因素。第八頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 2．煤層底板的“下三帶”根據(jù)煤層底板破壞情況及地下水的導(dǎo)升情況，在工作面連續(xù)推進(jìn)后，煤層底板可分為“下三帶”。1）破壞帶;2）完整巖層帶;3）地下水導(dǎo)升帶.第九頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 二、影響底板突水的因素

底板阻水帶的厚度、承壓水的壓力是決定底板突水的關(guān)鍵因素。國內(nèi)有的學(xué)者提出底板突水的“六因素說”:1）煤層底板含水層的富水性；2）含水層的水頭壓力；3）地質(zhì)構(gòu)造；4）底板隔水層的厚度與結(jié)構(gòu)；5）礦山壓力；6）開采方法。這是人可控的，具體如下：第十頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 開采方法對(duì)底板突水的影響主要表現(xiàn)在兩方面：（1）工作面斜長。工作面斜長對(duì)底板突水的影響比采深、煤層傾角、底板巖層強(qiáng)度等都明顯。工作面斜長越大，底板巖層破壞深度越大，工作面越容易突水，反之亦然。（2）開采面積。工作面底板突水與開采面積關(guān)系十分密切，不同礦區(qū)有各自不同的突水面積。當(dāng)開采面積大于突水面積后，底板要產(chǎn)生突水。因此，控制開采面積是控制底板突水的有效方法。一些礦區(qū)采用條帶開采、巷式開采等方法減小開采面積，防止底板突水。第十一頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 三、底板破壞深度底板破破深度與采深H、工作面長度L、煤層傾角α有關(guān)：理論分析給出的公式如下：式中:h1為底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞深度，m；

H為采深，m；

α為煤層傾角，（°）；

L為工作面斜長，

γ為底板巖體平均容重，MN/m2；

Rc為巖體抗壓強(qiáng)度，一般取巖石單軸抗壓強(qiáng)度的0.15倍，Mpa；。第十二頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 四、承壓水上采煤方案根據(jù)我國歷年來的實(shí)踐，主要有以下幾種方案。1．深降強(qiáng)排方案所謂深降強(qiáng)排方案，就是設(shè)置各種疏水工程，如疏水井巷、疏水鉆孔等，將巖溶水水位人為地降低到開采水平以下，以確保安全地進(jìn)行開采。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：防止底板突水效果最好，能確保礦井安全生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是：疏水工程量大、設(shè)備多、電耗大，因而投資大、成本高；由于疏水引起的水位降低，使附近的工農(nóng)業(yè)用水缺乏，并造成地表下沉。此外，當(dāng)井田內(nèi)奧灰水量極為豐富、補(bǔ)給來源充足時(shí)，深降強(qiáng)排方案難以實(shí)現(xiàn)。第十三頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 2．外截內(nèi)排方案實(shí)質(zhì)是在井田內(nèi)某一區(qū)域外圍的集中徑流帶采用鉆孔注漿的方法建立人工帷幕，截?cái)嗟V井的補(bǔ)給水，然后在開采范圍內(nèi)進(jìn)行疏水，將承壓水的水位降低到開采水平以下。這種方案可以確保礦井的安全生產(chǎn)，而且克服了深降強(qiáng)排的缺點(diǎn)。但這種方案只能適用于特定的條件，如水文地質(zhì)條件清楚，補(bǔ)給徑流區(qū)集中，帷幕截流工程易于施工等。第十四頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 3．帶壓開采方案實(shí)質(zhì)是在開采過程中利用隔水層的阻水能力，防止底板突水。帶壓開采無需事先專門排水，在經(jīng)濟(jì)上花費(fèi)較少，并且也可能做到安全開采。但帶壓開采不能確保不發(fā)生底板突水事故，特別是在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，底板突水的可能性更大。第十五頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 五、開采安全技術(shù)措施（1）選擇開采：應(yīng)本著先遠(yuǎn)后近、先易后難、由淺到深、先簡單后復(fù)雜的原則.對(duì)受承壓水威脅的煤層進(jìn)行全面規(guī)劃，劃分成不同的水文地質(zhì)單元，進(jìn)行開采。對(duì)于條件相同的煤層，應(yīng)有計(jì)劃地進(jìn)行試采，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出規(guī)律，再逐步進(jìn)行推廣應(yīng)用。（2）分區(qū)隔離開采：在采區(qū)四周要留設(shè)隔離煤柱，采區(qū)之間要設(shè)置水閘門，以縮小底板突水的影響范圍。（3）改革采區(qū)巷道布置：在設(shè)計(jì)采區(qū)巷道布置時(shí)，要注意采掘巷道與斷裂構(gòu)造的空間位置關(guān)系,盡可能地少穿過斷層。第十六頁，共18頁。第四節(jié)承壓水上采煤 （4）選擇合理的采煤方法：充填開采、部分開采，保留的煤柱可支撐一部分上覆巖層的載荷，減輕礦山壓力對(duì)底板的破壞作用。（5）縮短工作面長度：提高工作面推進(jìn)速度縮短工作面長度，可以減小底板的破壞深度。提高工作面推進(jìn)速度，可使采動(dòng)后底板的裂隙不能得到充分?jǐn)U展，從