《承压含水层上采煤》PPT课件.ppt

《《承压含水层上采煤》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《承压含水层上采煤》PPT课件.ppt（52页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、4-3 承 压 含 水 层 上 采 煤 主 要 是 安 全 问 题 ， 同 时 兼 顾 水 的 综 合 利 用一 、 底 板 突 水 的 影 响 因 素二 、 承 压 含 水 层 上 采 煤 的 理 论 依 据三 、 承 压 含 水 层 上 安 全 煤 岩 柱 留 设四 、 承 压 含 水 层 上 采 煤 的 技 术 措 施五 、 承 压 含 水 层 上 采 煤 工 程 实 例 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 一 定 水 压 、 贮 存 和 流 动 于 煤层 底

2、 板 灰 岩 中 的 水 体奥 陶 系 灰 岩 厚 200 800m，奥 灰 水 的 水 压 1.47 3.43 MPa， 深 部 可 达 9.81MPa至 石 炭 系 最 下 部 可 采 煤 层的 距 离 通 常 仅 有 2060m 承 压 含 水 层 上 采 煤煤 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 一 、 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

3、， 承 压 水 通 过 断 裂 或 构造 破 碎 带 进 入 底 板 ， 形 成 充 水 ， 一 旦 巷 道揭 露 出 来 后 ， 承 压 水 就 迅 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 削 弱 了底 板 隔 水 层 的 厚 度 和 强 度 ， 造 成 与 含 水 层 的密 切 水 力 联 系 。巷 道 突 水 和 采 场 突 水 的 比 例 几 乎 相 等 底 板 突 水 类 型2、 按 突 水 量 大 小特 大 型 50m3/m;大 型 20-49 m3/m ；中 型 5-19 m3/m；小 型 5 m3/m

4、（ 二 ） 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 重 。 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 附 近 构 造 既 可 以 充 水 ， 又 可以 导 水 有 效 厚 度 和 实 际 强 度 降低

5、 煤 层 与 含 水 层 之 间 的 相对 位 置 变 化 ) ) s -600-500-400K O 2314 ss129 s 7 +27-3005 s 影 响 底 板 突 水 的 主 要 因 素3、 隔 水 层 的 阻 水 能 力隔 水 层 的 阻 水 能 力 取 决 于 隔 水 层 的 强 度 、分 层 厚 度 和 裂 隙 发 育 程 度 底 板 采 动 导 水 破 坏 带 承 压 水 导 升 带 阻 水 带h 12h 3h w Hk H k H 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

6、 间 易 突 水 工 作 面 后 部 采 空 区 边 缘 附 近 易 突 水开 切 眼 附 近 底 板 易 突 水工 作 面 推 进 速 度 慢 ， 工 作 面 突 然 停 止 推 进或 在 停 采 线 处 易 突 水区 段 或 分 带 煤 柱 附 近 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 重 。初 次 来 压 期 间 。 煤 体 内 的 支 承 压 力 达 到 最大 ， 对 底 板 破 坏 严 重 。开 切 眼 附 近 。 老 顶 大 面 积 显 露 ， 直 接 顶 不能 充 分 垮 落 ， 底 板 形 成 较 大

7、的 自 由 面 。 支 承 压 力 诱 发 底 板 突 水 工 作 面 推 进 速 度 慢工 作 面 突 然 停 止 推 进 工 作 面 停 采 线 处 支 承 压 力 作 用 时 间 长 ， 底 板 破 坏 严 重 ， 推 进 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 附 近 ： 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 间支 承 压 力 诱 发 底 板 突 水 二 、 承 压 含 水 层 上 采 煤 的 理 论 依 据 （ 一 ） “ 下 三 带 ” 理 论 （ 二

8、） 突 水 系 数 法（ 三 ） 底 板 隔 水 关 键 层 理 论 1、 煤 层 底 板 应 力 及 变 形 分 区 h =k Hv h h 0v Hv （ 一 ） “ 下 三 带 ” 理 论 2、 煤 层 底 板 岩 层 中 的 下 三 带 底 板 采 动 导 水 破 坏 带 承 压 水 导 升 带 阻 水 带h 12h 3h w Hk H k H 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 底 板 采 动 导 水 破 坏 带 承 压 水 导 升 带 阻

9、 水 带h 12h 3h w Hk H k H 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 重 。 采 深 加 大 后 前 支 承压 力 的 绝 对 量 随 采 深加 大 而 加 大 320底板破坏深度 160 408412 L(m)工 作 面 斜 长12080 p5-3160 200 240 280h(m) 202428 32 （ 2） 底 板 阻 水 带位 于 煤 层 底 板 采 动导 水 破 坏 带

10、 以 下 、底 部 含 水 体 以 上 具有 阻 水 能 力 的 岩 层范 围 底 板 采 动 导 水 破 坏 带 承 压 水 导 升 带 阻 水 带h 12h 3h w Hk H k H 底 板 阻 水 带 厚 度 h2 实 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 能 力 的 系 数Z=pb / R pb使 岩 体 破 裂 时 的 临 界 水 压 力 ， MPa；R裂 缝 扩 展 半 径 ， 一 般 取 40 50m 岩 层 阻 水 系 数 Z岩 性 中

11、 、 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 底 板 采 动 导 水 破 坏 带 承 压 水 导 升 带 阻 水 带h 12h 3h w Hk H k H煤 层 底 板 承 压 含 水层 的 水 在 水 压 力 和矿 压 作

12、 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 附 近 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 。 底 板 采 动 导 水 破 坏 带 承 压 水 导 升 带 阻 水 带h 12h 3h w Hk H k H h3用 物 探和 钻 探 方法巷 道 中 用电 测 ， 钻探 根 据 下 三 带 预 测 承 压 含 水 层 上 采 煤 的 安全 情 况 底 板 阻 水 带厚 度 和 强 度均 大 安 全正 常 开 采 底 板

13、阻 水 带薄 或 强 度 不够不 够 安 全缩 短 工 作 面长 度 ， 减 少破 坏 深 度 ，增 加 底 板 阻水 带 厚 度 根 据 下 三 带 预 测 承 压 含 水 层 上 采 煤 的 安 全 情 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 通不 安 全 底 板 采 动 导 水 破 坏 带与 含 水 层 相 接易 突 水 根 据 下 三 带 预 测 承 压 含 水 层 上 采 煤 的 安 全 情 况断 裂 构 造 带 处 导 升 高度 与 底 板 承 压 水 导 升带 接 近 或 切 穿 煤 层 很 危 险 留 煤 柱 ， 改 变

14、 采 煤 方法 ， 对 破 坏 带 以 下 断裂 封 堵 加 固 （ 二 ） 突 水 系 数 法TS突 水 系 数 ， MPa/ m； P实 际 水 压 力 ， MPa； h d底 板 隔 水 岩 层 厚度 ， m；h1底 板 采 动 导 水 破 坏带 深 度 ， m 1hh pT CM pT ds ps 或 突 水 系 数 法 底 板 突 水 预 测经 验 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 5 65底板隔水层厚度ha(m) 3555452515 (e)焦 作 矿

15、 区 突 水 统 计 关 系 曲 线突 水 区掘 进 安 全 区回 采 安 全 区 采 煤 工 面 突 水 点 掘 进 工 面 突 水 点o P水 压 （ MPa)1 2 3 4 5 6 三 、 承 压 含 水 层 上 安 全 煤 岩 柱 留 设 （ 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

16、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 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 、

17、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 （ 二 ） 水 体 上 采 煤 防 水 安 全 煤 岩 柱 设 计 方 法 设 计 防 水 安 全 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 h 2h ha 1 水 体 上 采 煤 防 水 安 全 煤 岩 柱 设 计 方 法2、

18、 承 压 水 附 近 存 在 导升 带底 板 安 全 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 a h1+h2 +h3 h 3 hh a 2h 1 导 升 带阻 水 带 水 体 上 采 煤 防 水 安 全 煤 岩 柱 设 计 方 法 h a hh 42h1 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 安 全 煤 岩 柱 尺 寸承 压 水 上 采 煤 的 安 全 度 符 合 要 求 。 h d h a h d 煤 层 底 板

19、至 含 水 层 顶 之 间 的 实 际 厚 度h a 计 算 的 安 全 煤 岩 柱 尺 寸当 计 算 所 得 的 安 全 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 四 、 承 压 含 水 层 上 安 全 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

20、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 附 近 工 农 业 用 水 缺 乏 ，并 造 成 地 表 下 沉 。 承 压 含 水 层 上 安 全 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 带采 用 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

21、降 低 到 开 采 水 平 以 下特 定 条 件 ， 水 文 地 质 条 件 清 楚 ， 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 能 力 的 隔 水 层 岩 柱 ， 在 有 一 定 水 压 条 件下 开 采 。带 压 开 采 无 需 事 先 专 门 排 水 ， 在 经 济 上 花 费较 少 ， 特 别 是 在 水 文 地 质 条 件 复 杂 的 地 区 ，底 板 突 水 的 危 险 性 更 大 。开 采 技 术 要 求 高 ， 要 防 止 发 生 突 出 事 故 ， 保护 采 掘 空 间 本 身

22、。 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 减 少底 板 裂 隙 带 深 度 减 少井 陉 、 邯 郸 隔 水 层 最 薄 处 10多 米 ； 不 同 采 煤 方 法 的 底 板 破 坏 深 度 采 煤 方 法 及 面长 长 壁80100m 短 壁50m 条 带20m 房 柱15m 15m底 板 破 坏 深 度(m) 10 17 3.5 7 2.5 3 3 5 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

23、， 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、 改 变 顶 板 管 理 方 法 和 采 煤 方 法充 填 采 煤 法 可 减 少 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 别 要 注 意 交 岔 点 和 工

24、作 面 上 下 出 口 要 避 开 断 层 。巷 道 应 尽 可 能 和 断 层 正 交 ， 避 免 巷 道 与 断 层 平行 和 长 距 离 斜 交 。减 少 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 别 与 多 条 断 层 交 叉有 密 切 关 系 峰 峰 76%井 陉 97%淄 博 70%焦 作 55%带 压 开 采 时

25、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 保 护 层 强 度对 于 底 板 破 碎 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 破 碎带 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 进 速 度 ， 并 保 持 匀 速 推 进 ， 避 免 工 作面 长 期 停

26、 采 。带 压 开 采 时 的 技 术 措 施 8、 综 合 治 理 同 时 带 压 开 采 m1 m2 m3 H 1H 2 水 平 采 m1 、 m2， 水 位 为 H 1在 水 平 水 位 为 H 2时 ， 再 采 水 平 的 m3降 低 水 位 ， 采用 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

27、 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 五 、 承 压 含 水 层 上 带 压 开 采 工 程 实 例 921采 区 设 计 开 采 区 域911291129112 9110 9110居 民 楼 邮 电 局 镇 卫 生 院 法 院 20 8 10 23山 后 寨 17.5 232008 2008 20079111406020040604004060600406080040610004061200 4061400 20

28、537200 20537200 20537400 20537600 20537600 20537800 20537800 20538000 20538000 20538200 20538200 20538400 20538400 20538600 20538800 20538800 20539000 20539000 20539200 20539200 2007 20082008 2009 2009 冠 军 花 苑 小 区 敬 老 院 圣 井 幼 儿 园圣 井 中 学 9211工 作 面 9212工 作 面9214工 作 面9216工 作 面 9213工 作 面9215工 作 面9217工 作

29、 面9218工 作 面 20538600 20537400 4061600 4061800 张 官 庄 4060200 4060400 4060600 4060800 4061000 4061200 4061400 4061600 4061800 试验采区采动影响边界受采动影响 建筑物的保护煤柱边界山后寨村受试验采区采动影响范围试验采区采动影响边界张官庄村受试验采区采动影响范围 受采动影响建筑物的保护煤柱边界 该 条 带 采 宽 为 40m ， 推 采 至 33m 时 ， 发 生 底 板 突 水 ， 初 始 水 量150m 3/h， 最 大 水 量 334.8 m 3/h。 36,7834,9

30、9112.7 注 浆 孔 1.40(采 高 1.40m ) 探 查 孔 2 探 查 孔 1 -366.2-364.4 -369.8-370.3 -371.8 医 疗 器 材 厂-373.0 2004.7.31225-351.6(m3/h) 9110 5#水 闸 墙4#水 闸 墙3#水 闸 墙2#水 闸 墙1#水 闸 墙 9110上 面 2004-370.6 九 一 一 0下 面 上 出 口九 一 一 0上 面 下 出 口-363.9 -363.8 -366.9-370.0 -368.79110条 带 工 作 面 突 水 位 置 图 4060200 4060400 4060600 4060800

31、 4061000 4061200 4061400 4061600921采 区 921采 区 20537400 4061600 张 官 庄 圣 井 幼 儿 园圣 井 中 学 冠 军 花 苑 小 区 敬 老 院 4060000 4060200 4060400 4060600 4060800 4061000 4061200 4061400 20537200 20537600 20537800 20538000 20538200 20538400 20538600 20538600 20538800 20539000 20539200 居 民 楼 邮 电 局 镇 卫 生 院 法 院 20 8 10 23 山 后 寨 17.5 23 921采 区 条 带 布 置 方 案 921采 区 采 用 倾 斜 条 带 布 置 ： 条 带 采 宽 20m 、 留 宽 25m 。