5.顶板水的防治

顶板水的防治
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• 一、顶板涌水因素分析及预测 • 采动条件下覆岩破坏的规律
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• “上三带”的水文地质特征： 上三带”的水文地质特征： • 冒落带——连通性强，导水导砂，是水、 冒落带——连通性强，导水导砂，是水、 ——连通性强 砂溃入井下的通道。 砂溃入井下的通道。 • 裂隙带——导水能力较强，导水不导砂。 裂隙带——导水能力较强，导水不导砂。 ——导水能力较强 • 冒落带+裂隙带=导水裂隙带（冒裂带） 冒落带+裂隙带=导水裂隙带（冒裂带） • 弯曲带——具隔水保护层的作用。 弯曲带——具隔水保护层的作用。 ——具隔水保护层的作用
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• 2.注浆堵水截流 2.注浆堵水截流 • ⑴煤层直接顶板含水层帷幕截流注浆
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• ⑵顶板透水后被淹采区的注浆恢复
20煤方法 • ⑴充填式开采法 • ⑵条带式开采法 • ⑶膏体充填绿色开采法 • 固体废料 + 胶结材料 = 牙膏状浆体 • → → →采空区 采空区
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• 4）地质构造 • 构造破碎带岩石的力学强度降低，在采 构造破碎带岩石的力学强度降低， 动条件下会加剧冒落带、裂隙带的发展。 动条件下会加剧冒落带、裂隙带的发展。 • 采空区上部的高角度张性断层或导水断 层会引起裂隙带沿断层向上发展， 层会引起裂隙带沿断层向上发展，甚至 抽冒使地面形成塌陷坑。 抽冒使地面形成塌陷坑。 • 位于正常冒裂带以上的断层，可能会使 位于正常冒裂带以上的断层， 冒裂带发展至该断层。 冒裂带发展至该断层。
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• ②顶板上行式疏水孔
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• ③水平(近水平)式井下疏水孔 水平(近水平)
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• ⑷吸水钻孔疏水
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• ⑸井上下联合疏（放）水 井上下联合疏（ • 当矿区在地面供水紧张，而井下水害又 当矿区在地面供水紧张， 严重时， 严重时，为了解决矿区供水与矿井排水 之间的矛盾， 之间的矛盾，可将井下疏放的地下水直 接用于矿区供水，实现供疏结合。 接用于矿区供水，实现供疏结合。
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• 5）采煤方法 • 缓倾斜煤层 缓倾斜煤层—— • 采用长壁全部垮落法和倾斜分层长壁下 行垮落法采煤， 行垮落法采煤，有利于上覆岩层得到均 衡破坏。 衡破坏。 • 采用全部充填法和煤柱支撑法管理顶板， 采用全部充填法和煤柱支撑法管理顶板， 有利于控制两带高度的发展。 有利于控制两带高度的发展。
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• 3）开采面积 • 开采倾斜、缓倾斜煤层时，裂隙发育高 开采倾斜、缓倾斜煤层时， 度随采区扩大而增大。 度随采区扩大而增大。 • 当采区扩大到一定范围，裂隙带高度达 当采区扩大到一定范围， 最大值后，采区继续扩大， 最大值后，采区继续扩大，裂隙带基本 上不再发展。 上不再发展。 • 当岩层移动趋于稳定后，原有的裂隙带 当岩层移动趋于稳定后， 将逐渐趋于压缩状态， 将逐渐趋于压缩状态，裂隙带高度甚至 会随之降低。 会随之降低。
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• (2)经验公式计算法 (2)经验公式计算法 • 矿区水文地质工程地质勘探规范 (GB12719(GB12719-91)
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• 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留 建筑物、水体、 设与压煤开采规程
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• (3)经验比值换算法 (3)经验比值换算法
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• 二、影响覆岩破坏的因素 • 1.覆岩性质及组合特征 覆岩性质及组合特征 • 1）坚硬-坚硬型——冒落带高度（冒高） 冒落带高度（ 坚硬-坚硬型 冒落带高度 冒高） 约为采厚的5 裂隙带高度（裂高） 约为采厚的5～6倍，裂隙带高度（裂高） 约为采厚的18 28倍 18～ 约为采厚的18～28倍。 • 2）软弱-软弱型 软弱-软弱型——冒高约为采厚的2～ 冒高约为采厚的2 冒高约为采厚的 裂高约为采厚的9 12倍 3倍，裂高约为采厚的9～12倍。
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• 三、顶板导水裂隙带发育高度的确定方法
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• (1)类比法 (1)类比法 • 选用与本矿区的地质条件（煤层倾角、 选用与本矿区的地质条件（煤层倾角、 覆岩性质及组合结构等）、 ）、开采条件 覆岩性质及组合结构等）、开采条件 （采厚、分层或回采垂高、采煤方法和 采厚、分层或回采垂高、 顶板管理方法等） 顶板管理方法等）相似的其它矿区的数 通过对比， 据，通过对比，以确定本矿区的导水裂 隙带高度。 隙带高度。
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• • • •
⑷实测法 ①钻孔透视法 ②钻孔冲洗液消耗量法 ③井下仰孔观测法
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• 三、顶板涌水因素分析及涌水预测 • 某矿井综采区顶板导水裂隙带发育高度 分析 • 华北某矿5201工作面是该矿第一个综采 华北某矿5201 5201工作面是该矿第一个综采 工作面。开采2号煤，煤层厚度3 4m。 工作面。开采2号煤，煤层厚度3-4m。 • 煤层上覆地层为砂岩、泥岩互层岩层和 煤层上覆地层为砂岩、 第四系松散层。 第四系松散层。 • 砂岩、泥岩互层岩层厚度37～41m。 砂岩、泥岩互层岩层厚度37 41m。 37～ • 松散层厚度平均30m，为中、粗砂及细砾 松散层厚度平均30m 为中、 30m， 含水层，富水性强。 含水层，富水性强。
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• 4.留设防水煤(岩)柱 4.留设防水煤( 留设防水煤
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• h安——防水煤柱的垂直安全长度，m； 防水煤柱的垂直安全长度， 防水煤柱的垂直安全长度 • h导——风化裂隙带高度，m； 风化裂隙带高度， 风化裂隙带高度 • h导——导水裂隙带高度，m； 导水裂隙带高度， 导水裂隙带高度 • h保——保护带高度，m。 保护带高度， 保护带高度 • 注意！ 注意！
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• 1. 超前疏干(放) 超前疏干( • 对于距煤层顶板较近，含水较多而补给量 对于距煤层顶板较近， 有限的含水层， 有限的含水层，可提前将含水层中的水进 行疏干，或降低地下水水位，然后回采。 行疏干，或降低地下水水位，然后回采。 • 预防地下水突然涌入矿井造成灾害事故。 预防地下水突然涌入矿井造成灾害事故。
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谢谢！
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• • • •
设计一次采全高，全部垮落管理顶板。 设计一次采全高，全部垮落管理顶板。 分析开采时导水裂隙带发育高度。 分析开采时导水裂隙带发育高度。 方法1 方法1：经验公式法 由于2号煤顶板为中硬岩石， 由于2号煤顶板为中硬岩石，选用三下采 煤规程，中硬顶板公式计算： 煤规程，中硬顶板公式计算：
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• “采准”巷道疏水——提前开拓采区巷道或 采准”巷道疏水 提前开拓采区巷道或 采准 采面准备巷道， 采面准备巷道，用以预先疏放煤层顶板含 水层水。 水层水。 • 优点 优点—— • 提前疏水，为后期生产创造条件。 提前疏水，为后期生产创造条件。
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• ⑶井下钻孔疏干(放) 井下钻孔疏干( • ①直通式井下疏水孔
• 公式1计算结果：41.3-45.6m 公式1计算结果：41.3• 公式2计算结果：44.6-50m 公式2计算结果：44.62011-11-27 20
• 方法2：采用钻孔冲洗液法测定，导水裂 方法2 采用钻孔冲洗液法测定， 隙带发育高度为42.78m 42.78m。 隙带发育高度为42.78m。 • 计算结果表明：2号煤层开采后，导水裂 计算结果表明： 号煤层开采后， 隙带可发育至第四系砂砾石富含水层中。 隙带可发育至第四系砂砾石富含水层中。 • 分析结论——第四系砂砾石富含水层是 第四系砂砾石富含水层是 分析结论 煤层开采的直接充水含水层。开采2 煤层开采的直接充水含水层。开采2号煤 层时，该含水层将对矿井造成充水影响。 层时，该含水层将对矿井造成充水影响。 • 因此矿井生产中须制定防范顶板孔隙水 的措施、方案。 的措施、方案。
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• 四、顶板水的防治措施 • 当矿井顶板涌水因素分析结果表明煤层 顶板存在矿井充水水源及通路 存在矿井充水水源及通路时 顶板存在矿井充水水源及通路时，为保 证矿井安全生产， 证矿井安全生产，应采取措施进行顶板 水的防治。 水的防治。 • 常见的顶板水防治措施有—— 常见的顶板水防治措施有—— • 超前疏干、注浆堵水截流、留设防水煤 超前疏干、注浆堵水截流、 柱等。 (岩)柱等。
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• 3）软弱-坚硬型 软弱-坚硬型——直接顶易冒落，老 直接顶易冒落， 直接顶易冒落 顶不易弯曲下沉。 顶不易弯曲下沉。一般冒高约为采厚的 10倍 裂高约为采厚的13 16倍 13～ 8～10倍，裂高约为采厚的13～16倍。 • 4）坚硬-软弱型 坚硬-软弱型——直接顶冒落后，老 直接顶冒落后， 直接顶冒落后 顶很快弯曲下沉，占据采空区上部空间。 顶很快弯曲下沉，占据采空区上部空间。 冒落、裂隙发育都不充分， 冒落、裂隙发育都不充分，两带高度均 较低。 较低。
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• ⑴地表疏干(放) 地表疏干( • 在地面构筑疏水工程和疏水设施。可采 在地面构筑疏水工程和疏水设施。 用疏水沟、 垂直或水平疏水钻孔等。 用疏水沟、渠，垂直或水平疏水钻孔等。 • 优点 优点—— • 经济、安全、施工方便，建设速度快， 经济、安全、施工方便，建设速度快， 且容易调控和管理。 且容易调控和管理。 • 抽排出的地下水未受污染，可作为矿区 抽排出的地下水未受污染， 生活用水，实现矿区地下水疏供结合。 生活用水，实现矿区地下水疏供结合。
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• 2.导水裂隙带发育高度与煤层赋存及开采 导水裂隙带发育高度与煤层赋存及开采 关系 • 1）采厚 • 开采单一薄煤层及中厚煤层或厚煤层第 一分层所形成的导水裂隙带高度与采厚 基本呈直线或近似直线关系。 基本呈直线或近似直线关系。
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• 2）分层数及回采垂高 • 水平至倾斜的煤层分层开采，或近距离 水平至倾斜的煤层分层开采， 煤层群重复采动， 煤层群重复采动，裂隙发育高度随分层 数增加而递减。 数增加而递减。
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• ⑵井下巷道疏干(放) 井下巷道疏干( • 石门疏干 石门疏干——使含水层水通过石门穿过 使含水层水通过石门穿过 段直接流入石门，达到集中疏水的目的。 段直接流入石门，达到集中疏水的目的。 • 优点 优点—— • 石门可同时疏降多个切穿的含水层，并 石门可同时疏降多个切穿的含水层， 可兼做运输使用。 可兼做运输使用。
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• 6）覆岩破坏的延续时间 • 中硬岩层 中硬岩层——回采放顶后1～2个月； 回采放顶后1 个月； 回采放顶后 • 坚硬岩层 坚硬岩层——回采放顶后2～3个月； 回采放顶后2 个月； 回采放顶后 • 软弱岩层 软弱岩层——回采放顶后0.5～1个月。 回采放顶后0.5～ 个月。 回采放顶后0.5 • 覆岩坚硬时，导水裂隙带高度一般不再 覆岩坚硬时， 随时间变化。中硬或软弱覆岩， 随时间变化。中硬或软弱覆岩，裂隙带 高度随时间延续略有减小。 高度随时间延续略有减小。 • 厚煤层分层开采时，随分层数增加，裂 厚煤层分层开采时，随分层数增加， 隙带高度达最大值的时间逐层加快。 隙带高度达最大值的时间逐层加快。