覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术课件

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1、覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术煤矿覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术煤炭科学研究总院文学宽 覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术一、覆岩破坏规律研究的目的采掘工作面支护参数及井巷煤柱的合理留设；水体下煤层开采可行性评价及开采上限合理确定；煤层群上行开采的可能性和安全性评价；高瓦斯、易自燃近距离煤层开采防灭火措施制定；“双突”矿井瓦斯预抽范围及解放层的选取；采矿权重叠矿井安全评价。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术二、覆岩破坏的研究简史 覆岩破坏的研究只有近百年的历史。前苏联、德国、比利时、中国等国学者均进行了研究。近年来，由于研究方法、计算机的广泛和实测手段的应用，使

2、覆岩破坏的研究进入了一个新的发展阶段，但由于覆岩的复杂性、现场实测条件的限制，至今未形成系统的理论。目前应用比较广泛的理论或假说：拱形垮落理论：悬梁（或悬板）垮落理论：垮落岩块碎胀充填理论：垮落岩块铰接理论：覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术三、覆岩破坏与采动影响p采动影响引起覆岩移动变形和破坏p采动影响是指回采引起的围岩活动现象及造成的种种损害，包括：采动后岩层（岩体）和地表的应力变化；采动后岩层（岩体）和地表整体性移动；采动后岩层（岩体）和地表垮落开裂性破坏。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术采场采动影响的分布特征 在采用长壁全部垮落采煤法的情况下，采空区顶、底板岩层及所采煤层本身中的采动影响

3、，按其性质及程度可分为三个区带，即：应力微变化区；微小变形与移动区；开裂垮落性破坏区。以上这三个区带的范围大小主要受采厚、倾角、岩性、地层结构等影响。下面以中等硬度岩（煤）层为例，说明采场采动影响的分布特征：覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术采场采动影响的分布特征 覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩切冒型破坏破坏形态：既不象有规律的“三带”型破坏，又不象非均衡破坏那样逐渐向上抽冒，而是突然一次性的由煤层顶板直达地表。垮落下来的岩块与未垮落岩体之间的裂隙形如刀切。破坏特点：垮落岩体呈反漏斗形状；单次垮落的面积大；垮落范围小于开采范围；地表下沉均匀，周边裂隙宽度达0.5m，深不见底。产生条件：覆岩

4、整体性强，坚硬难冒，如大同矿区单向抗压强度80-200MPa。开采煤层厚度大，开采深度小，如大同煤厚5-6m，采深100m以内。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩拱冒型破坏破坏形态：覆岩在局部地方或大面积发生垮落，但发展到一定高度后形成悬顶、垮落的范围呈拱形。破坏特点：近煤层的顶板岩层受到破坏、远离煤层的顶板岩层不受到破坏；采空区周围垮落高度小，中央垮落高度大，类似拱形；垮落有时瞬时发生，有时是逐次发生；产生条件：开采范围小或巷道掘进时；长壁开采初次放顶时；垮落条带法开采；急倾斜煤层回采区段的倾斜及走向长度较小。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩“三带”型破坏：采用全部垮落法处理采空区的长

5、壁工作面煤层采出后，从煤层直接顶板开始，由下向上依次垮落、开裂、离层、弯曲经过若干时间终止移动。从特殊开采需要出发、对移动期间和移动稳定后的上覆岩层，按其破坏程度的不同，大致可分为垮落带、裂隙带、弯曲带。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩垮落带破坏 长壁工作面回柱放顶或移架后，与煤层毗邻的直接顶失去支撑力，垮落、破碎形成岩块堆，其特点：不规则性。垮落带下部为不规则垮落。垮落带内岩块不能传递水平力，控顶范围内垮落带的岩层重量由支柱或支架支撑。膨胀性。岩石的碎胀性使垮落带岩石的体积增大，使垮落带与未垮落顶板岩层下方的自由空间逐渐变小，使垮落不再继续。高度控制因数。垮落带与煤层采厚、上覆岩层岩性、

6、碎胀系数、煤层倾角和直接顶厚度。COSKMHK)1(覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩裂隙带破坏 垮落带之上的和整体移动带之间的岩层产生断裂或裂缝。其特点：岩层破坏有规则：无论是垂直岩层面或平行岩层面的裂缝均使岩层保持原有的层状；破坏程度分带明显：裂隙带在垂直剖面上分为：严重断裂、一般开裂和微小开裂。破坏高度与开采空间与时间关系：破坏高度随开采空间扩大而向上发展，达到最大高度之后，不再发展，并随时间推移，岩层趋于稳定。上部裂隙逐渐闭合，其高度随之降低；重复采动减弱破坏程度：厚煤层第一分层以后的分层开采时，裂隙带高度上升的幅度和初次采动减小。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩弯曲带破坏裂隙带

7、上界至地表的岩层称为弯曲带，曾称弯曲下沉带或整体移动带。其特点：垂直弯曲、水平受压、隔水性增强。岩层在自上而下沿层面法向弯曲，在水平处于双向受压，当岩性较软时，隔水性能增强。岩层完整不存在破坏。岩层移动连续有规律，保持整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂隙。上方地表形成下沉盆地。盆地边缘往往要出现长裂隙，其深度3-5m，一般小于10m。裂隙宽度向下渐窄，至一定深度后闭合消失。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩“三带”型破坏的最终形态 覆岩“三带”型破坏形态不仅决定覆岩的破坏范围，而且决定破坏的最大高度。以前认为采场与掘进巷道的覆岩破坏形态类似，均为中间高、四周低的拱形形态。通过现场实测：

8、长壁全陷开采缓倾斜煤层，当工作面初次放顶后，不再出现垮落拱，其形态与煤层倾角有关。按倾角划分为3种形态：近水平、缓倾斜煤层：0-35；中倾斜煤层：36-54；急倾斜煤层：55-90。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术近水平、缓倾斜煤层覆岩破坏最终形态（0 35）裂隙带两端边界一般会超出开采边界，呈马鞍形。其特点：采空区四周边界略高。中间较低，两端较高，最高位于采空区斜上方。采空区中央破坏高度一致。采空区面积相当大，且采厚大体相等时，中央破坏高度基本一致。马鞍形产生原因：煤层倾角小。开采边界区和采区中央区的变形值不同。工作端部和中部下沉量和下沉速度不一样。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规

9、律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术中倾斜煤层覆岩破坏范围最终形态（36 54）产生原因：当煤层倾角为36-54时，采后垮落岩块落到采空区底板后，向采空区下部滚动，使采空区下部被垮落岩块填满，从而不再继续垮落。而采空区上部，由于垮落岩块的流失，等于增加了开采空间，故破坏高度大。垮落带、裂隙带破坏范围在倾斜方向上呈上大下小的抛物线拱形形态。但在走向方向上仍为马鞍形形态。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术急倾斜煤层覆岩破坏范围最终形态（55 90）垮落带呈耳形或上大下小的不对称拱形，裂隙带形状与垮落带类似。其特点：破坏性影响更加偏向于采空区上边界；破坏范围有顶板、底板及所采煤层本身

10、；随煤层倾角的加大，垮落带、裂隙带范围逐渐转变为椭圆拱形形态。产生原因：开采倾角较大的急倾斜煤层时，由于垮落带岩块滚动下滑加剧，迅速充填采空区下部空间，限制了下部的垮落带和裂隙带向上发展。采空区上部、边界煤柱片帮、破碎、抽冒，使垮落带和裂隙带急剧向上发展。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏范围最大高度一、影响覆岩范围最大高度的主要因素岩性软硬程度：覆岩直接顶和基本顶都比较坚硬的条件下，下沉量小，使垮落过程充分发展，“两带”高度大。而软弱岩层顶板松软破碎，随采随落，采空区易充满，覆岩下沉量大，“两带”变化小。为了便于进行覆岩破坏最大高度的计算，按覆岩单向抗压

11、强度划分为四类。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术采高及厚煤层分层次数一次采全高或厚煤层分层初次开采时“两带”高度与采高呈近似直线关系，水平至倾斜厚煤层分层开采或近距离煤层群重复开采条件下“两带”高度随分层次数的增加呈分式函数的关系增长，其增加的幅度越来越小。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术采空区面积 采空区尺寸的扩大会导致两带高度的增加，但在工作面放顶线后方垮落岩石堆已经接顶的地方，垮落带最大高度就达到了最大值（顶板极坚硬的除外）（共距离为：中硬岩石自煤壁到岩石堆接顶处515米）；导水裂缝带高度则在经过回采工作面第一次放顶和老顶周期来压以及地表出现最大下沉速度时出现。以后再扩大采空面积则不再增

12、加了。此时采空区走向长度：中硬2060米。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术采煤方法和顶板管理方法 采煤方法和顶板管理方法是控制覆岩破坏性影响最大高度的重要因素。特别是顶板管理方法，它决定着覆岩破坏性影响的基本特征和最大高度。常见有全部陷落法、全部充填、条带法。不同的顶板管理方法形成不同的覆岩破坏高度。全部陷落法是采用最普遍的，使覆岩破坏最严重的一种顶板管理方法。采用全陷法管理顶板，除了采厚极小（0.50.7m以下）时，顶板会缓慢下沉和顶板极为坚硬时不发生破坏以外，一般都发生垮落性和开裂性破坏，并且有“三带”的性质。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术时间过程 时间过程在两个方面起作用：导水裂缝带发

13、展到最大高度以前：导水裂缝带的高度随着时间而增长。中硬覆岩在回柱放顶后12个月时间内达到最大值。坚硬覆岩，比中硬要长一些，软弱覆岩，比中硬要短一些。导水裂缝带发展到最大高度（或最大值）以后导水裂缝带的发展过程出现稳定和导水裂缝带高度有所降低，坚硬覆岩：随时间，导水裂缝带最大高度基本没有变化。（最多96240个月）均未发生变化（指导水裂缝带高度）软弱覆岩：随时间的增加，导水裂缝带最大高度有所下降，导水裂缝带的稳定时间，最少0.37个月，一般69个月，最多1217个月。下降速度为：0.4m/月。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术近水平、缓倾斜煤层覆岩破坏最大高度计算 为实际应用方便及统一起见，均以开

14、采上限（或回风巷顶）至两带形态曲线的最高点作为两带的高度。1.水平，缓倾斜及中倾斜煤层垮落导水裂缝带最大高度的计算（1）垮落带高度；根据岩石的强度，其垮落带计算公式如下：坚硬中硬软弱极软 5.2161.2100MMHm2.2197.4100MMHm2.1630.7100MMHm覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术9.80.22.1100MMHli1030MHli6.56.36.1100MMHli1020MHli0.40.51.3100MMHli510MHli0.30.80.5100MMHli导水裂缝带高度式中：煤层累计采厚，m；单层采厚不超过3m，累计采厚不超过15m。M覆岩破坏规律及近水体煤层开

15、采技术近距离煤层导水裂缝带高度计算 上、下两层煤的最小垂距大于下层煤的垮落带高度。分别进行计算，取其中标高最高者作为两层煤的导水裂缝带最大高度。上、下两层煤的最小垂距小于下层煤的垮落带高度。上层煤采用本层煤的开采厚度计算，下层煤则应用上、下层煤的综合开采厚度计算。取其中标高最高者为两层煤的导水裂缝带最大高度。三个部分的透水性能不同，但都不能透砂、透泥。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 1 21 2212ZhMMMy1212ZMMM上、下煤层综合开采厚度式中：M1上煤层开采厚度；M2下煤层开采厚度；h12上、下层煤距离；y2下煤层冒高与采厚之比。如果上、下层煤之间的距离很小时，则综合开采厚度为累

16、计厚度：覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术厚煤层综放开采导水裂缝带高度：我国上世纪八十年代从法国引进的厚煤层综采放顶煤一次采全厚的技术在国内已得到广泛推广应用。据测定厚煤层综放开采覆岩破坏的高度与“三下”采煤规程中通过厚煤层分层开采，且单煤层采厚不超过3m的计算公式得出的结果相比较，前者要大（见下表）。根据国内为数不多的观测资料得出：厚煤层综放开采条件下的导水裂缝带最大高度与采厚虽然也近似分式函数关系，但其关系曲线上升速度高于分层开采。说明随着采厚的增加，综放开采导水裂缝带最大高度增加更快。导水裂缝带高度与开采方法关系曲线导水裂缝带高度与开采方法关系曲线1-薄煤层或中厚及厚煤层顶分层开采；2-中

17、厚及厚煤层分层开采；3-中厚及厚煤层综放开采覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 综放开采覆岩破坏高度实测值与规程规定公式计算值比较 覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术综放开采两带高度计算 山东兴隆庄煤矿通过综放开采导水裂隙带高度的实测拟合出，综放开采“两带”破坏高度。垮落带高度的计算式为：100M Hk -+3.15 5.45M5.82导水裂缝带的计算式为：100M Hk-+3.15 0.84M4.57覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 谢 谢!覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采

18、技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术1 应留设安全煤岩柱的水体类型应留设安全煤岩柱的水体类型 “三下”采煤规程第三章第43条对水体下安全煤岩柱的留设规

19、定的同时，也强调了水体下只要按照规程规定留设了安全煤岩柱，就允许水体下压煤进行开采或试采。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术防水安全煤岩柱留设方法留设目的：不允许导水裂隙带波及水体（1）地表有松散覆盖层时 HShHLi+Hb式中 HSh-防水煤柱垂高，m；HLi-导水裂隙带最大高度，m；Hb-保护层厚度，m。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩

20、破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术3、国外海下采煤概况、国外海下采煤概况 世界上进行过海下采煤的国家有：英国、澳大利亚、日本、加拿大和智利，采煤方法多为房柱式开采，也有长壁综采。国外海下采煤有着悠久的历史，英国早在1560年就已开始开采海底煤田，日本于1863年在长崎县高岛矿建了一座深45m的竖井开采海底煤田，加拿大海下采煤始于1874年。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 国外海下采煤产量最多的是英国和日本，英

21、国曾达到1300万t/a，日本曾达到1235万t/a。一般多在海滩及浅海下开采，离岸距离：英国约为58Km，日本约为12Km以上。英国海下采煤煤层厚度一般介于0.63m，海水深度为7m，没有发生透水事故。当采用长壁或房柱式开采时，英国、日本规定第四系粘土层厚度小于5m时，采深应大于105m，其采深采厚比约为60，英国还规定煤系地层厚度应大于60m；在第四系粘土层厚度大于5m时，采深应大于70m。加拿大规定深厚比大于100时，才允许用长壁垮落法开采。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 日本海下采煤的海水深度一般015m，局部达7080m，采深一般在海下200500m，井筒大多建在陆地，井底至工作面

22、一般712Km。由于工作面远离井筒，造成运输和通风等条件恶化，因此，从50年代开始，日本就在海域水深10m左右处填筑人工岛开凿竖井解决通风问题，人工岛最大直径达205m，并逐渐向海域深部发展。日本海下采煤积累了许多经验，并制定了许多海下采煤的法律法规。由于资源枯竭，大部分矿井已停止海下开采，目前进行海下采煤的有原隶属于 太平洋兴发株式会社的钏路煤矿等。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术表表1-1 国外海下长壁法采煤的相关安全技术规定国外海下长壁法采煤的相关安全技术规定覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆

23、岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术广东大兴煤矿特大水灾事故广东大兴煤矿特大水灾事故典型案例分析典型案例分析覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 2005年8月7日13时13分，广东省梅州市大兴煤炭发生特大透水事故，造成121人死亡，伤1人，直接经济损失4391.02万元。一、煤矿演变过程一、煤矿演变过程 1 1、矿井由

24、来、矿井由来 20世纪90年代，在原四望嶂矿务局范围内，约有300处小煤窑开采。由于乱采滥挖，使国有煤矿失去了安全生产的基本条件，加之企业亏损严重，经梅州市同意，将原四望嶂矿务局开采范围和有关资产有偿转让给民营企业继续经营生产，并重新规划为大径里、梨树坑、东兴、大兴、大窝里和上丰煤矿6对矿井，大兴煤矿是其中的一个矿井。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 2 2、建井情况、建井情况 大兴煤矿是合伙煤矿企业，始建于1990年，原为一个主井和一个风井，位于原四望嶂矿务局一矿井田范围内，2003年将永丰煤矿的一个井买来作为副井，形成现有的主井、副井和风井。3 3、生产情况、生产情况 大兴煤矿是一矿两井生

25、产，主井和副井生产管理相对独立，主井和副井分别出煤，材料、设备、人员分别走主、副井，共用一个风井回风。大兴煤矿煤炭生产许可证核定的年生产能力为3万吨，2004年实际生产原煤9万吨。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术二、大兴煤矿概况二、大兴煤矿概况 大兴煤炭位于梅州市的兴宁市黄槐镇，在兴宁市和平远县交界处，南距兴宁市44km，北距平远县22km，东南距梅县64km。1、矿井地质、水文地质情况、矿井地质、水文地质情况 大兴煤矿为二叠系上统龙潭组含煤底层，走向东西，倾向南，倾角55o75o。平均65o，属极倾斜煤层，井田范围东以F16断层为界，西以F1断层为界，上以-180m隔水煤柱为界，下至-500

26、m水平。煤层本身水文地质条件较简单。以上部水淹区估算积水体积为1500万2000万立方米，对矿井开采形成极大威胁。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 2、煤层情况、煤层情况 大兴煤矿井田主要有5个煤层，自下而上分别为七煤、六煤、五煤、四煤（9号煤）、三煤（10号煤），其中七煤和四煤为全井田可采，三煤为局部可采，六煤和五煤不可采。七煤厚度01.79m，平均0.91m，靠近F16断层附近煤层厚度变大，上距四煤平均距离为36.27m；四煤平均厚度为0.287.28m，平均厚度为3.54m，中间夹两层火成岩侵蚀层，厚0.30.8m，上距三煤平均间距28.42m；三煤厚度为0.044.02m，平均厚度为1

27、.11m。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 3 3、矿井开拓方式、矿井开拓方式 大兴煤矿采用斜井开拓方式，主、副井和风井三条明斜井与暗斜井分三级延伸至-480m水平。主斜井由地面+282m至55m水平，第一级暗斜井由-55m水平至-290m水平，第二级暗斜井由-290m水平至-480m水平。副斜井由地面+356m至+42m水平，第一级暗斜井由42m水平至-290m水平，第二级暗斜井从-290m水平至-480m水平。风井由地面+282m至+75m水平；第一级暗斜井+75m水平至-55m水平，第二级暗斜井-55m水平至-290m水平。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 4、采煤方法、采煤方法 大兴煤

28、矿采用斜坡短壁采煤法，采用打眼爆破落煤工艺，自然垮落管理顶板，开采顺序为下行式。5、提升运输系统、提升运输系统 大兴煤矿采用三级提升，井下平巷采用人力推车；-480m水平煤炭通过第二级暗斜井提升到-290m水平，由第一级暗斜井分别提升到-55m水平或+42m水平，再由主、副井分别提升到地面；材料和设备下放与煤炭运输方向相反。6、通风系统、通风系统 大兴煤矿通风方式为中央并列抽出式通风，由主、副井进风，风井回风。7 7、排水系统、排水系统 大兴煤矿深部正常涌水量150m3/h，最大涌水量200m3/h；矿井分三级排水，-480m水平的水先排到-290m水平，再由-290m水平分别排到-55m水平

29、和+42m水平，分别通过主、副斜井排至地面。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 三、水害矿井积水区下开采三、水害矿井积水区下开采 1、矿井积水区的形成、矿井积水区的形成 1999年11月，因小煤窑开采破坏，当年降水量大，矿井排水能力不足及排水费用过高，矿井采区被淹，井下巷道大量积水，为了保护矿井不被淹掉和减少排水费用，各矿均在-180m水平以上，各水平构筑了井下堵水闸墙，六对矿井共构筑29处堵水闸墙，使-180m水平以上采空区逐步充满矿井水，从+262m平硐溢出，形成积水区。2、积水区下部的煤炭开采形成、积水区下部的煤炭开采形成 2000年5月大兴煤矿（原永丰煤矿）委托北京煤炭设计研究院编制完成

30、了永丰煤炭延深方案设计和防水闸墙施工计算咨询，该设计从-180m水平至-290m水平留设垂高110m防水隔离煤柱，延深开采积水区下深部煤炭资源。2001年2月26日由广东省经贸委审查通过该设计，该矿开始向深部延伸开采。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 四、水害事故发生经过四、水害事故发生经过 2005年8月7日13时13分左右，大兴煤矿上部水淹区-290m标高防水煤岩柱被破坏，发生透水，透水发生后，主、副井井筒均有雾气冒出，出现反风现象。13时30分，副井调度室接到-290m水平西三暗斜井绞车房（-281m）电话，说“水很大，我跑不出去了，.”，但话未说完电话就断了，说明此时水已涨至-281m

31、绞车房。14时，水已涨至离主井口80m（斜长），此时水位为+245m。透水后原四望嶂一矿明斜井水位从+262m降至+255.5m，下降6.5m，经专家估算，矿井总透水量约为25万立方米。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 五、抢险救灾经过五、抢险救灾经过 大兴煤矿特大透水水害事故发生以后，党中央、国务院领导同志做出重要批示，要求全力以赴抢救被困人员，并保证抢险救灾人员的安全。国家安监总局和广东省委。省政府主要领导及时赶赴现场，组织抢险救灾工作，立即成立大兴煤矿特大透水水害事故现场抢险救援指挥部，迅速启动重特大安全事故应急预案。来自广东省、梅州市、兴宁市党委、政府和有关部门以及各方面300余人参加

32、了抢险救援，并聘请了国内有关技术专家组成专家组，提供技术服务，指导救援工作。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 制订了抢险排水总体方案，形成了“强排、封堵、多点、防渗”的综合抢险排水工作方案，并根据现场条件具体细化，科学论证，组织分步实施，取得积极的效果。广东省迅速从江西、河南、中煤排水站调集了6台大流量高扬程潜水泵，以及19名专业技术人员投入抢险排水，8月9日19时20分主井水泵排水，8月15日3时40分副井、风井相继排水，截至8月18日，共排水25万m3，发现3具遇难矿工尸体。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 六、特大水害事故的分析六、特大水害事故的分析 事故类别是一起透水事故，主要依据是：

33、2005年8月7日14时，主井被淹至+245m，突水量大且迅猛；事故发生后，+262m平硐水流突然断流，8月12日22时，+262m平硐水位为+253.5m，水位下降8.5m，说明-180m以上老空水淹区的积水溃入大兴煤矿。事故性质是一起责任事故。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术特大水害事故的原因分析特大水害事故的原因分析 经调查和专家组技术鉴定，认定在主井东翼四煤-400m石门以东150m附近，由于煤层倾角大（75度左右）、厚度大（34），小断层发育，煤质松散易塌落，-400m以上各水平在生产过程中煤层均发生过严重抽冒。在此抽冒严重的情况下，大量出煤，超强度开采，致使-180m水平至-290

34、m水平防水煤柱抽冒导通了+262m水平至-180m水平的水淹区，造成上部水淹区的积水大量溃入大兴煤矿，导致事故的发生。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术一、煤层抽冒调查情况一、煤层抽冒调查情况 据矿井生产资料显示，水害事故矿井东翼-290m石门东侧四煤厚度34m，倾角大约75o，较松散，小断层发育，易发生抽冒，在-290m水平石门东侧约35m处，四煤回采曾发生抽冒；在同一位置-320m水平石门以东2个反眼，反眼长约100m和-360m水平暗斜井以东4个反眼，四煤也均发生了抽冒，此外，东翼-400m石门以东150m处，也发生过四煤大规模抽冒，其抽冒煤量约3000t，抽冒后，在-360m水平巷道向下

35、能看见宽8m、深10m的大坑，向上可看见23m的抽冒带，23个月后，该地点再次发生抽冒，原塌陷大坑被抽冒的四煤所充填，且塌陷的煤较潮湿。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 上述资料证明在-400m石门以东150m范围的四煤层在-290m以下各水平开采时，都发生了大量的抽冒现象，使-290m至-180m防隔水煤柱被破坏。二、透水地点的认定二、透水地点的认定 专家分析认定，水害事故的透水点在矿井东翼-400m石门东150m附近的-290m水平四煤层，其主要依据是：1、事故前该区域开采强度大、事故前该区域开采强度大 矿井西翼小断层发育，且瓦斯较大，煤层较硬，开采规模不大；矿井中部煤层厚度较薄，不便于开

36、采；而矿井东翼煤层倾角大（60o80o）、厚度大、煤层松散、易塌落，是该矿的主要采煤区，而且开采强度一直很大。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 2、该区域煤层厚、出煤多，曾多次发生抽冒、该区域煤层厚、出煤多，曾多次发生抽冒 矿井西翼煤层较硬，据了解没有发生过抽冒；中部煤层较薄，未进行大规模开采；矿井东翼-400m石门四煤厚度34m，倾角大，约75o，较松散，小断层发育，易发生抽冒，是该矿的主要产煤区，据事故矿井资料证实，从2004年到现在，在东翼-400m石门东侧-400水平以上各水平都在出煤，且出煤量较大，在8月7日13时13分透水事故发生前的8月7日早上还看到在该地区采出105120t，该

37、处四煤的出煤量为9000t左右。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 3、该区域离、该区域离F16断层较近，小断层发育、煤层倾角大易抽冒断层较近，小断层发育、煤层倾角大易抽冒 据水害矿井生产资料证实，东翼-400m石门以东150m处距离F16断层仅100m左右，F16断层为逆断层，断距90m，该处-290m水平的四煤小断层发育，煤层比较松散，且此处四煤倾角是全矿井最大的地方，平均煤层倾角达75o左右，近似直立，易抽冒。由于各水平煤层均已发生抽冒，以致-180m水平至-290m水平防水隔煤柱被抽冒破坏，导通了原四望嶂矿区+262m至-180m水淹区积水，造成水淹区积水溃入大兴煤矿。覆岩破坏规律及近水

38、体煤层开采技术三、水害矿井透水水源的认定三、水害矿井透水水源的认定 该矿发生透水后，+262m平硐水流突然断流，据8月12日22时观测，水位降至+253.5m，水位下降8.5m，8月10日23时在原四望嶂一矿明斜井观测，原+262m水位线痕迹明显，实际水位已降至+255.5m，水位下降6.5m，水很臭；说明此次突水水源为+262m至-180m水淹区水。综合分析认定，大兴煤矿透水地点为在矿井东翼-400m石门东150m的-290m水平四煤处，水的来源是原四望嶂矿区262m至-180m水淹区积水。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术四、特大水害矿井透水量的计算四、特大水害矿井透水量的计算 该矿历年所产

39、煤炭共约38万吨，煤的视密度为1.6t/m3，采空区充水系数按1计算（因采后顶板不冒落），据专家组计算采空区体积约20万km3，巷道容积约5万km3，因此该矿透水量约25万km3。据调查了解，8月7日13时13分发生透水事故，至13时30分，矿井被淹至-281m，透水量达23.1万m3，据此估算此段时间的透水强度约为1.36万 m3/min；从13时30分至14时，矿井被淹至+245m，此时间段透水量约1.9m3，估算此段时间的透水强度约为633m3/min。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术对开采区域上部采空区有积水的矿井，必须先排空采空区积水，方可进行采掘活动，否则不许生产；矿与矿之间要按煤

40、矿安全规程规定留足矿界煤柱，矿井内设计的其他各类保安煤柱，一定要严格保护，如有煤柱垮塌都应及时维护，并停止出煤，更不能区偷采煤柱；对有水害危险的矿井，一定要配备相应的探访水设备，对工作面有疑点的，应采取“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”十六字原则和“防、堵、疏、排、截”五项治理措施；停产整顿煤矿在停产整顿期间，要严格按照制定的整改方案进行整改，防止停而不改，利用整改之名违法出煤生产；特大水害事故防范措施及建议特大水害事故防范措施及建议覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术煤矿必须依法生产，依法经营，要按照规定范围开采，没有“四证一照”的矿井不得开采；认真落实安全生产责任制，杜绝违章指挥、违章

41、作业、煤矿企业的矿长及其他管理人员，一定要牢固树立“安全第一、预防为主”的思想，要严格执行各项规章制度，有事故隐患及主要危险源存在的矿井，发现问题，要及时整改，把事故消灭在萌芽之前；5.矿井要按核定的生产能力生产，不得超能力生产。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术水体下急倾斜煤层开采技术水体下急倾斜煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术淮河下急倾斜煤层开采实例淮河下急倾斜煤层开采实例 淮南孔集煤矿是在含水层下开采急倾斜煤层群的矿井。淮南孔集煤矿是在含水层下开采急倾斜煤层群的矿井。具有煤层厚、层数多、倾角大、煤质松软易于抽冒、部分煤具有煤层厚、层数多、倾角大、煤质松软易于抽冒、部分煤层顶板坚

42、硬以及砂层含水丰富且与淮河水有直接水力联系等层顶板坚硬以及砂层含水丰富且与淮河水有直接水力联系等特点，地质和水文地质条件十分复杂。特点，地质和水文地质条件十分复杂。该矿采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，在水体底界与开采该矿采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，在水体底界与开采上限留设上限留设90100m90100m垂高的防水煤柱。为了控制急倾斜煤层开垂高的防水煤柱。为了控制急倾斜煤层开采后煤柱的抽冒实现安全开采，采取了有效的开采技术措施。采后煤柱的抽冒实现安全开采，采取了有效的开采技术措施。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术1 1、长走向、小阶段、间歇开采、长走向、小阶段、间歇开采 该方法有利于顶板充分冒落

43、、上覆地层整体平缓下沉该方法有利于顶板充分冒落、上覆地层整体平缓下沉和避免防水煤柱受到剧烈破坏，可起到抑制导水裂缝带发和避免防水煤柱受到剧烈破坏，可起到抑制导水裂缝带发展的作用。具体参数是：工作面沿走向的连续回采长度不展的作用。具体参数是：工作面沿走向的连续回采长度不小于小于100m100m；第一水平第一小阶段的段高不大于；第一水平第一小阶段的段高不大于20m20m，以，以下各小阶段采后的导水裂高发展情况而定，且一般也不应下各小阶段采后的导水裂高发展情况而定，且一般也不应大于大于30m30m，下一小阶段应在上一小阶段采后，下一小阶段应在上一小阶段采后4646个月回采。个月回采。覆岩破坏规律及近

44、水体煤层开采技术2 2、按尺定产，控制超限出煤、按尺定产，控制超限出煤 为了防止人为因素造成煤柱抽冒。制定了采出量与允许采出为了防止人为因素造成煤柱抽冒。制定了采出量与允许采出量的定期核算制度。每星期核算一次，及时发现问题，采取措施，量的定期核算制度。每星期核算一次，及时发现问题，采取措施，保证安全生产。所谓超限出煤就是采出了规定回采范围以外的煤保证安全生产。所谓超限出煤就是采出了规定回采范围以外的煤炭，可用下式表示：炭，可用下式表示：Q=QQ=Q1 1QQ2 2式中式中 QQ超限出煤量，超限出煤量，t t；QQ1 1 实际产量（统计产量），实际产量（统计产量），t t；QQ2 2 允许煤量，

45、允许煤量，t t。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术3 3、充填法开采、充填法开采 对于一些地质、水文地质条件复杂的煤层，或为了少留对于一些地质、水文地质条件复杂的煤层，或为了少留防水煤柱，减少地表移动及变形值等，使用了充填法开采。防水煤柱，减少地表移动及变形值等，使用了充填法开采。孔集煤矿用矸石充填法开采了孔集煤矿用矸石充填法开采了2020多个厚和中厚煤层工作面，多个厚和中厚煤层工作面，采出煤炭采出煤炭8080多万多万t t。经采后施工的冒落孔（探测导水裂高的。经采后施工的冒落孔（探测导水裂高的钻孔）资料证实，即使只充采一个下阶段，以下用垮落法开钻孔）资料证实，即使只充采一个下阶段，以下用垮落

46、法开采，导水裂高只有全部垮落法开采的采，导水裂高只有全部垮落法开采的1/21/31/21/3。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术4 4、采后黄泥注浆、采后黄泥注浆 为解决部分工作面顶板（或煤层）局部导水裂缝带发展为解决部分工作面顶板（或煤层）局部导水裂缝带发展过高的问题，保证下一小阶段工作面的安全开采，可利用在过高的问题，保证下一小阶段工作面的安全开采，可利用在地面施工的冒落孔对采空区进行黄泥注浆，以封堵导水裂缝地面施工的冒落孔对采空区进行黄泥注浆，以封堵导水裂缝和固结采空区已冒落的煤矸，达到抑制防水煤柱抽冒和降低和固结采空区已冒落的煤矸，达到抑制防水煤柱抽冒和降低导水裂高的目的，并可起到防火作

47、用。孔集煤矿曾有计划地导水裂高的目的，并可起到防火作用。孔集煤矿曾有计划地先后利用先后利用1414个冒落孔对个冒落孔对4 4个工作面进行黄泥注浆，共注入黄个工作面进行黄泥注浆，共注入黄泥泥3211m3211m3 3，效果良好。，效果良好。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术5 5、中深孔挤压爆破强制放顶、中深孔挤压爆破强制放顶 我国煤矿大都采用自然垮落法管理顶板，已达到安我国煤矿大都采用自然垮落法管理顶板，已达到安全开采的目的。然而，有些煤层顶板坚硬难冒，不得不全开采的目的。然而，有些煤层顶板坚硬难冒，不得不采用爆破的方法，进行人工强制放顶。对于急倾斜煤层采用爆破的方法，进行人工强制放顶。对于急倾

48、斜煤层的爆破放顶在淮南的孔集煤矿采用的爆破放顶在淮南的孔集煤矿采用“中深孔挤压爆破中深孔挤压爆破”进行了试验研究。进行了试验研究。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术5.1 5.1 挤压爆破的原理挤压爆破的原理 当急倾斜煤层开采之后，还未进行爆破放顶之前，煤柱当急倾斜煤层开采之后，还未进行爆破放顶之前，煤柱也会有一些抽冒，这些抽冒下来的松散煤体，占据了爆破放也会有一些抽冒，这些抽冒下来的松散煤体，占据了爆破放顶的自由空间。因此，为了在急倾斜煤层取得好的爆破放顶顶的自由空间。因此，为了在急倾斜煤层取得好的爆破放顶效果，如另外再开凿爆破所需的自由空间，在技术上的难度效果，如另外再开凿爆破所需的自由空间

49、，在技术上的难度比较大，且在经济上也不合算，只能在这种条件下借助爆破比较大，且在经济上也不合算，只能在这种条件下借助爆破时巨大的冲击力，挤压顶板所对应采空区里的松散煤体使其时巨大的冲击力，挤压顶板所对应采空区里的松散煤体使其退移、压实，以获得爆破所需的补偿空间，达到预期的爆破退移、压实，以获得爆破所需的补偿空间，达到预期的爆破顶板的效果。顶板的效果。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术5.2 5.2 挤压爆破的方法和爆破参数挤压爆破的方法和爆破参数 为了获得较大的爆破冲击力，爆破时采用多排炮孔、为了获得较大的爆破冲击力，爆破时采用多排炮孔、逐排微差毫秒爆破的起爆方法。逐排微差毫秒爆破的起爆方法。（

50、1 1）爆破巷道布置方式）爆破巷道布置方式 爆破放顶工作，主要在爆破石门内进行。爆破石门既爆破放顶工作，主要在爆破石门内进行。爆破石门既是爆破放顶工作的场所，又是爆破放顶的主体和提供一部是爆破放顶工作的场所，又是爆破放顶的主体和提供一部分补偿空间的自由面。分补偿空间的自由面。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 爆破石门沿工作面的回风巷每隔爆破石门沿工作面的回风巷每隔15m15m往煤层顶板掘进；往煤层顶板掘进；也可在顶板岩石里专门掘一条和回风巷相平行的顶板岩巷，也可在顶板岩石里专门掘一条和回风巷相平行的顶板岩巷，然后再沿顶板岩巷每隔然后再沿顶板岩巷每隔15m15m向回风巷方向掘爆破石门。向回风巷方

51、向掘爆破石门。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 （2 2）炮孔布置）炮孔布置 每排炮孔都布置成扇形，扇形面与煤层层面平行，并分每排炮孔都布置成扇形，扇形面与煤层层面平行，并分成双面扇形和单面扇形两种。成双面扇形和单面扇形两种。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术（3 3）炮孔数和排数）炮孔数和排数 扇形炮孔的孔数和排数是由大密集系数确定的。大密扇形炮孔的孔数和排数是由大密集系数确定的。大密集系数的计算公式如下：集系数的计算公式如下：m=a/wm=a/w式中式中 m m 大密集系数；大密集系数；a a 炮孔孔底间距，炮孔孔底间距，mm；w w 最小抵抗线，即排距，最小抵抗线，即排距，mm。覆岩破坏规

52、律及近水体煤层开采技术（4 4）装药量及装药方式）装药量及装药方式 炮孔孔径为炮孔孔径为58mm58mm左右。为改善爆破时的间隙效应，左右。为改善爆破时的间隙效应，使单发雷管所能传爆的炸药长度尽量增加，我们加大了炸使单发雷管所能传爆的炸药长度尽量增加，我们加大了炸药药卷的直径和单卷药卷的长度。爆破放顶药卷的直径药药卷的直径和单卷药卷的长度。爆破放顶药卷的直径45mm45mm，长，长500mm500mm，重，重800g800g。每个炮孔除孔口。每个炮孔除孔口2m2m装填装填封泥外，其余部分全部装药。每两卷药插封泥外，其余部分全部装药。每两卷药插1 1个电雷管，每排个电雷管，每排炮孔使用同时起爆的

53、雷管，但排与排之间为微差起爆，延炮孔使用同时起爆的雷管，但排与排之间为微差起爆，延时起爆时间时起爆时间130ms130ms。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术5.3 5.3 爆破放顶与回采的顺序爆破放顶与回采的顺序 两种爆采顺序：两种爆采顺序：（1 1）采后爆破。爆破范围内煤层已回采，且掩护）采后爆破。爆破范围内煤层已回采，且掩护支架已经下放而形成的采空区内进行。支架已经下放而形成的采空区内进行。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术（2 2）采前爆破。没有顶板岩巷的爆破只能采取采前爆破。）采前爆破。没有顶板岩巷的爆破只能采取采前爆破。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术5.4 5.4 挤压爆破放顶效果挤

54、压爆破放顶效果 7 7个工作面个工作面9696次的中深孔挤压爆破，安全采出次的中深孔挤压爆破，安全采出1515万万t t煤煤炭。为水体下安全开采顶板坚硬难冒的急倾斜煤层取得了如炭。为水体下安全开采顶板坚硬难冒的急倾斜煤层取得了如下经验。下经验。（1 1）在顶板的爆破范围内，形成了一个截槽。同时，）在顶板的爆破范围内，形成了一个截槽。同时，使顶板更大范围产生崩开裂缝，从而加速了顶板岩层的变形、使顶板更大范围产生崩开裂缝，从而加速了顶板岩层的变形、冒落，充填了部分采空区，对抑制防水煤柱抽冒过高和促使冒落，充填了部分采空区，对抑制防水煤柱抽冒过高和促使采动引起的破坏影响由煤柱转向顶板方面起到了一定的

55、作用。采动引起的破坏影响由煤柱转向顶板方面起到了一定的作用。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术（2 2）导水裂缝带最大高度由所采煤层内转移到顶板内，其）导水裂缝带最大高度由所采煤层内转移到顶板内，其绝对值接近于缓倾斜煤层。绝对值接近于缓倾斜煤层。（3 3）由于实现了爆破放顶，留设的防水煤柱未发生过高的）由于实现了爆破放顶，留设的防水煤柱未发生过高的抽冒，因而煤柱上方冲积层水位没有异常变化，工作面涌水抽冒，因而煤柱上方冲积层水位没有异常变化，工作面涌水量也没有增加。量也没有增加。（4 4）地表没有出现突然塌陷的现象。）地表没有出现突然塌陷的现象。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术6 6、结论、结论

56、通过采取开采措施在孔集煤矿正常地质采矿条件下，只通过采取开采措施在孔集煤矿正常地质采矿条件下，只需留设需留设7080m7080m高的防水煤柱就能保证用垮落法安全开采急高的防水煤柱就能保证用垮落法安全开采急倾斜煤层；用矸石充填法开采时，只需留设倾斜煤层；用矸石充填法开采时，只需留设3040m3040m的防水的防水煤柱。煤柱。必须指出，急倾斜煤层导水裂缝带高度虽有经验公式可必须指出，急倾斜煤层导水裂缝带高度虽有经验公式可以进行计算，但由于影响裂高发展的因素很多，因此除根据以进行计算，但由于影响裂高发展的因素很多，因此除根据相似地质采矿条件下的实际裂高资料，确定留设新工作面得相似地质采矿条件下的实际

57、裂高资料，确定留设新工作面得防水煤柱之外采取有效的开采措施，控制防水煤柱的抽冒，防水煤柱之外采取有效的开采措施，控制防水煤柱的抽冒，才会取得水体下急倾斜煤层的安全开采。才会取得水体下急倾斜煤层的安全开采。覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律

58、及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术 谢 谢!