1、第四章 水体下采煤,水体下采煤地表水体下或地下水体下采煤 开采 煤体上的水体开采空间 （由于岩层移动和变形） 水和开采空间存在着一种水力联系 弱水力联系 增加排水费用 强水力联系 突水或透水事故,开滦 林西矿 时间 涌水量Q（ t /min） Qmax （ t /min） 1906-1907 2.5 1928 15.5 1961 28-34 1977.6 37.39 1977.7.28 230 1983-1998 40.5 (2430t/h)特大涌水矿井 张双楼矿 矿井涌水量 963m3/h,矿井涌水量示例,第一节 影响水体下安全开采的因素,地表水体：积聚在江、海、河、湖、水库、沼泽、水渠、坑
2、、塘和塌陷区中的水 地下水体 ：积聚在岩石和松散层空隙中的水松散层水体 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 采空区积水 孔隙水、裂隙水及岩溶水,一、水体的类型,隔水层导水性能很差的岩层 导水层 含水层 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）,颗粒愈细，隔水性能愈好 粉土 0.005mm 砂 0.052mm 砾 2mm,二、煤岩的隔水和导水性能,煤岩的隔水和导水性能,隔水性 粘土的含量（%） 良好 30 弱 1130 差 10,煤岩的隔水和导水性能,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
3、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,煤岩的隔水和导水性能,三、地表水、地下水涌入开采空间的机理,充水通道 开采使上覆岩层移动和破坏，形成充水通道，使水体渗透或溃入井下。 影响程度 使矿井的涌水量增加（水体的水量少或补给不足） 淹井（充水通道沟通的是地表水、采空区水、溶洞水或地下暗河等大型水体，井下排水能力难以满足）,水体下开采需要了解的问题,水体的类型（水源、水量） 煤岩的隔水性能、是导水层还是隔水层 可能的水力联系,四、水体下采煤的理论依据,1、“三带”理论 对于地面水体、松散层底部和基岩中的强、中含水层水体、要求保护的水源等水体，
4、不容许导水断裂带波及； 对于松散层底部的弱含水层水体，允许导水断裂带波及； 对于厚松散层底部为极弱含水层或可以疏干的含水层，允许导水断裂带进入，同时允许垮落带波及。,水体下采煤的理论依据,2、隔水层理论 水体底面与煤层之间应有相应厚度的隔水层，才能实现水体下安全采煤。 一定厚度的泥岩和粘土层是水体下安全采煤的良好隔水层。,五、水体下的采煤方式,1、顶水采煤 对水体不处理，直接在水体下方采煤，水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱。 顶水采煤适应条件：水量大、补给充足、水体距开采煤层较远,2、疏水采煤,利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降上部水体，再在水体下方采煤。 先疏水后采煤 水量有
5、限可以预先疏 干 （小窑积水）边疏水边采煤 水量不太大，而水体的 分布范围很大时,3、顶疏结合采煤,受多种水体或多层含水层水体威胁 间距大于导水断裂带高度的水体，顶水采煤； 间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，疏水采煤。 顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水体的类型,单纯的地表水（河流、水库、湖泊）难疏干，顶水采煤，留防隔水煤岩柱。 单纯的松散含水层水体冲积层中的水 一般顶水采煤，留防隔水煤岩柱 冲积层厚度愈大，水源补给愈丰富，离煤层愈近，威胁愈大。,砂层 砂砾,水体下采煤,单纯的基岩含水层水体砂岩水 孔隙水砾岩水 裂隙水石灰岩水 岩溶水 对水体的处理取决于煤层至水体的距离， 高于断裂带时，
6、顶水采煤； 低于断裂隙带，疏水采煤。,水体下采煤,地表水+松散含水层水 松散含水层水+基岩水 地表水+松散含水层水+基岩水 采煤方法由具体情况而定 隔水层的厚度 隔水层的性能 水体至煤层的距离 采厚 水量大小 水源,水 体 下 采 煤,4、堵截水源与疏水采煤,采用粘结性材料注入含水层的孔洞中，形成地下挡水帷幕，切断水的补给通道，然后疏水采煤。 条件：含水层厚度较小、补给通道集中、水文地质条件清楚，具备可靠隔水边界,六、水体下采煤的特点,主要考虑煤层与水体之间有无隔水层，开采后隔水层能否破坏，开采引起的上覆岩层裂隙是否波及水体 水体下采煤的保护对象是矿井本身，为保护矿井本身必须保护水体下方的岩层
7、 水体下采煤的主要对策是隔离和疏降,第二节 水体下采煤的安全煤岩柱留设,一、水体的采动等级及允许采动程度 级 不允许导水断裂带波及到水体 级 允许导水断裂带波及松散孔隙弱含水层水体，但不允许垮落带波及该水体 级 允许导水断裂带进入松散孔隙弱含水层，同时允许垮落带波及该弱含水层水体,级水体采动等级允许采动程度, 级水体采动等级允许采动程度, 级水体采动等级允许采动程度,二、安全煤岩柱的留设方法,留设安全煤岩柱的实质是确定开采上限，保证裂隙带或冒落带不涉及水体 1、防水安全煤岩柱 目的：不允许导水断裂带波及到水体 结果：避免上覆水体涌入井下，并要使矿井涌水量不明显增加。,地表有松散覆盖层 时的防水
8、安全煤岩柱留设,HshHd+Hb,地层上部无松散层覆盖，且采深较小时的防水安全煤岩柱,HshHd+Hb+Hbi,基岩风化带也含水时的防水安全煤岩柱,HshHd+Hb+Hfe,2、防砂安全煤岩柱,目的：是允许导水断裂带波及松散弱含水层或已疏降的松散层强含水层，但不容许垮落带接近松散层底部 结果：泥砂不会溃入井下，矿井涌水量会略有增加，或只是短时间增加。,防砂安全煤岩柱,Hs=Hk+Hb,3、防塌安全煤岩柱,防塌煤岩柱 松散层底界面与煤层开采上限之间为防止泥砂塌入采空区而保留的煤和岩体 目的：防止上覆弱含水层和粘土层塌入井下,防塌安全煤岩柱的垂高应等于或接近于垮落带的最大高度,4、安全煤岩柱保护层
9、厚度,位于导水断裂带上边界或垮落带上边界与水体底界面之间的岩层,注：A= M/n ，M-累计采厚，m；n-分层层数；本表不适用于综放开采,054煤层防水安全煤岩柱保护层厚度/m,054煤层防砂安全煤岩柱保护层厚度（m）,注：A= M/n ，M-累计采厚，m；n-分层层数；本表不适用于综放开采,5590煤层防水安全煤岩柱及防砂安全煤岩柱保护层厚度,a 松散层底部粘性土层大于累计采厚 b 松散层底部粘性土层小于累计采厚 c 松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层 d 松散层底部无粘性土层,第三节 水体下采煤的安全技术措施,一、水体下采煤的井下安全技术措施 试探开采 先远后近（水体）先厚后薄（隔水层）先简单后复杂（地质条件）先较深后较浅（煤层）,水体下采煤的井下安全技术措施,分区隔离开采 采区四周均设防水隔离煤柱 绕道和石门内设永久性的防水闸门 全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采降低覆岩破坏高度 坚持有疑必探，先探后采的原则 正确设计防水隔离煤柱防水、防砂和防塌安全煤岩柱 采区间的防隔水煤柱断层和陷落柱防隔水煤柱,二、水体下采煤的地面措施,切断和改变地面补给水源 河流改道 河流铺底 建立上游水库 筑拦洪坝 修拦洪沟 填渗水裂缝 架渡槽 设围沟 排除内涝,四、国外水体下采煤,安全开采深度H H=KM,原苏联水体下采煤的安全系数,
