浅埋煤层保水开采岩层控制研究

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浅埋煤层保水开采

收■日期ｌ２００８一ｕ一０３；修回日期ｌ２００９—０２—０３基金项目ｔ国家自然科学基金资助项Ｈ（５０５７４０７４）；教育部留学回国人员科研启动基金资助项目（教外司留２００８—８９０）作者筒介·黄庆享（１９６６一），男，博士，１９８７年毕业于西安矿业学院采矿工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事矿山压力与岩层控制方面的教学与研究工作。Ｅ—ｍａｉｌ：Ｈｕａｎｇｑｘ＠ｘｕｓｔ．ｓｎ．ｃｎ
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图２不同水（油）土比的应力一应变曲线Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｔｉｏｓｏｆｗａｔｅｒｔｏｏｉｌ
ａｎｄｃｌａｙ
（２）砂土比的影响在油土比为１：５时，不同砂土比的应力一应变全程曲线如图３所示。由此可见，当砂土比大于１．０：１时，材料强度随砂土比的减小而减小；当砂土比小于１．０：１时，其强度又有升高的趋势。当砂土比为１．０：１时，材料强度最低，并且其峰值应力和应变及残余强度都与换算模型值接近，因此确定选用砂土比为１：１。
万方数据
·９８８·
岩石力学与工程学报
２００９生
１引言
随着全球对环境的关注，煤炭开采也向环保方向发展，提出了煤矿绿色开采理念，其中保水开采日益受到重视［１－４Ｊ。我国陕北普遍赋存浅埋煤层，采动对地表水系影响严重，给脆弱的地表生态带来了灾难，浅埋煤层的保水开采问题尤为紧迫ｉ５’６Ｊ。由于陕北浅埋煤层地表潜水层下普遍赋存有三趾马黏土和离石黄土层，是天然的隔水层，这为实施保水开采技术提供了可能【７】，研究采动黏土隔水层的稳定性成为保水开采研究的基础和关键【８Ｊ。

浅埋煤层保水开采识别系统研究

的高度，实现保水开采。
２导水裂缝带广义损伤因子的确定
２１导水裂缝带广义损伤因子的定义．
由损伤力学可知引：应用损伤变量以描述材料的损伤状态可以通过从微观和宏观两方面选择度量
损伤的基准。这里假定选取空隙的长度为损伤变量Ｄ的基准，０Ｄ＝对应于无损伤状态，Ｄ＝１对应于完，
ｇ，ｎ
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Ｅ１１（ｈ＋＋… ＋ｈｌ１２２
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，、１
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式中
Ｅ， … ，为各层岩层的弹性模量，。Ｅ，Ｅｎ为岩层数；。ｈ，，为各层岩层的厚度；，，，ｈ， … ｈ。 …
为各层岩层的容重。
基金项目：国家自然科学基金项目（０７１５４５２５）作者简介：赵兵朝（９８一，，１７）男山西晋城人，博士生，，讲师主要从事开采损害及防护研究
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２００８血
遭到破坏。因此根据导水裂缝带的特征和损伤力学损伤变量的定义，本文提出了广义的导水裂缝带损伤因子的概念，根据导水裂缝带内出现裂缝的数目以及其相互贯通的情况，即：以导水裂缝带内岩层在原始状态下的长度和出现裂缝后该岩层长度的变化量作为损伤变量，其所求取的损伤因子为广义的导水裂缝带损伤因子。２２导水裂缝带广义损伤因子的确定．
对于各层岩层的破断距，不同的模型有着不同的计算方式，其具体计算公式如下。
当为定考时；为支考时ｔ √ 作固梁虑＝当简梁虑＝． √ 作

五沟煤矿含水层下薄基岩浅部煤层控水开采技术与应用

间的多层复合结构萁中三隔的厚度一般均大于６ｍ且分布稳定基本阻０隔了下部含水层与上部含水层之间的水力联系。深厚松散层岩ｆ的平面生分布特征主要表现为区域内的类似ｌ和局部地段内的差异性。所谓区域生内的类似『’ 生是指在井田大面积范围内深厚松散层岩陛具有类似、稳定的结构各含、隔水层有类似的结构并目层由类似的矿物成份构成具有较岩好的类似ｌ井田范围内具有相同的“ 生。四含三隔” 结构萁中．布稳定的“ 三隔” 粘土层以蒙脱石、伊利石矿物成份为主具有良好的阻隔水特性。局部地段内的差眭是指在具体采区范围内与开采有关的含、隔水层岩陛、厚度变化大陛质差异明显。例如五沟矿主、副井间距小于４Ｔ其‘ ０ｎ ‘ ，四含’ ，底２４３睬石的粒径较大而在副井处仅为１．，６３ｍ粒径较细阍１‘ ）四含” ； ‘ 的富水明显的平面分带Ｉ。生
１底含的沉积结构特征与富水价。对五沟煤矿补１补４和２新一孔水文对孑的四含土样进行的渗透实验渗透系数为Ｑ４ — ．ｍｄ贝试推进步距（匕Ｌ３６１／。ｉ９ｍ）２４４８７２９６１０２１４４１８６１２９结果表明相粒Ｉ虽越高糟Ｉ数越虢ｌｉ繇生较差。实验料表明．澈垮落角／。）｛（６３４５５３６９５４５７５３６７层中的底部含水层，平均厚度为３ｍ渗透系数Ｋｆ０６３８ｒ单位来压步距／ｍ２，＝０６ —２２ｒ岫ｅ３４１２１０８９６９１２１０２涌水量ｑ００８一ｌ１ｍ含粘量较高呈固结～＝．６４【ｓ０７半固结状态流动ｌ生较垮落带高度／ｍ０ｃ１．１．９７１７３１．１５２１．７３０９．９４差，生～中等迳流补给条件不畅，富水ｌ弱为封闭一半封闭型复合陆水体地裂隙带高度／ｍ２０１３１．２．３４Ｉ４．４．ｃ３９６５８１５０３６１８下水以静储量为主＇在垂向和水平方向的补给缓慢，为浅部煤层安全开采离层高度／ｎ２０ａ．２３ — ２８４８５５７０８０和采用采动裂隙疏放‘ ‘ 底含” 水提供了良好的条件和内在保证。（见表１）２基岩风化带的工程地质特性研究２基岩风化带的分布规律。１井田内各区蚓风，度有薛差擢异。五沟煤矿北部基岩风化深度约为４ｍ～５ｍ５４．，一般风化深度约为６１ｍ２ｍ￣２约为２州噪层露头风化深度较深，５～５，ｉＪ２盆地中心地段则风化深度较浅．井田南部基岩风化深度多为５～０ｍ２玑平均约为１ｍ部分地段的８，风化岩层受风化影响强度大幅度降低物盛份发生了严重基糊虽风化带深度为７～５。ｍ１ｍ在风化岩层中’ 眇岩、仄粉砂岩和泥岩的隔水陛能。ａ生变形能力显著增强艄导水能力裂隙饺发育铁锰填，钦，强鎏风化泥岩、粉眇岩泥化率较高渺岩粘土矿的变异粘土矿物或份含量急剧增加塑Ｉ宦在开采扰动下膊张陛能进一步增强再生隔水Ｉ生物含量占６～５０７％以石英、长石为主，长石大部分已高岭土及蒙脱石化风降氐突水溃砂自力减弱。能岚具有阻隔裂隙发展和防止底含水下渗的双重作用，为高水压作用化砂岩比泥岩透水ｆ强。

浅埋煤层巷道围岩控制与支护技术应用研究_伊茂森

科技创新兖州煤业股份有限公司协办浅埋煤层巷道围岩控制与支护技术应用研究伊茂森(中国神华神东煤炭分公司,陕西省神木,719315)摘要近年来,超长推进距离(2000~5000m)、超宽条带(240~400m)和快速推进(20~30m/d)的大采高综采工作面,已在神东矿区成为主流发展趋势。

为此,在回采巷道围岩控制及支护方面出现了许多迫切需要解决的新问题。

本文结合各骨干矿井的巷道支护实践,总结巷道煤柱留设、围岩松动圈测试和巷道支护控制的研究成果以及成功经验。

关键词浅埋煤层煤柱留设围岩松动圈测试巷道围岩控制及支护神华集团神东矿区回采巷道的主要特点有: 巷道赋存特点为浅埋深、薄基岩、厚冲积沙,低洼处积水较严重; 全煤巷道,顶板留0 1~0 3m的薄层煤顶,巷道断面大,跨度3 5~5 6m,高度3~ 3 5m; 巷道距离长,掘进与维护时间长; 长壁工作面为留煤柱的双巷布置形式; 工作面推进速度快,一巷两用的辅运巷道(下工作面回风巷)受采动的矿压影响比较剧烈; 在山西境内的石炭煤系回采巷道,遇到地质构造破碎带时支护非常困难。

所有这些特点,决定了神东矿区回采巷道围岩控制及支护相对比较困难。

为实现巷道安全维护目的,必须解决巷道围岩控制的许多关键问题[1,2,3],诸如煤柱留设、围岩支护范围与支护载荷确定、巷道围岩稳定性分类和巷道支护技术参数设计及施工等。

1 浅埋煤层回采巷道合理煤柱宽度的实测确定为了在神东矿区骨干矿井不同主采煤层进行双巷布置时护巷煤柱的留设,在榆家梁、补连塔、大柳塔和康家滩矿的联巷中用钻孔液压枕完成了巷道煤柱应力分布规律测试,配合矿山岩石力学理论分析,合理确定了双巷布置护巷煤柱宽度参数,并在巷道支护实践中得到应用,给回采巷道围岩稳定和成功支护提供了良好的基础条件。

应用钻孔液压枕方法,测试获得的神东煤炭公司榆家梁、补连塔、大柳塔和康家滩矿合理煤柱宽度参数[4,5],如表1。

表1 矿区骨干矿井煤柱宽度参数的实测选择矿名煤层断面/高宽采高/m测试煤柱宽度/m合理煤柱宽度/mm备注及说明榆家梁5-23 2 5 02 9520205-2煤层较薄区补连塔1-23 6 (4 8~6)4 52025应加大煤柱尺寸大柳塔2-2(3 2~3 4) (5 0~5 6)3 52020正常区域保德8#3 5 4 84 02520初采工作面两帮支护榆家梁矿5-2煤层较薄(厚度3 0m)区域,实测认为20m煤柱宽度是合理的,能够满足回采巷道稳定要求,且与实际设计留设参数一致,原巷道煤柱参数设计是适宜的。

榆树湾浅埋煤层保水开采三带发展规律研究

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维普资讯
土隔水层：第三系三趾马红土广布全区，厚度８．３５７１５该层上部为亚沙土，７．ｍ，０亚粘土．Ｉ性为棕红，下部石Ａｔａ浅紫红色粉质粘土，含钙质结核，Ｃ２据５号钻孔抽水资料，上部黄土层单位涌水量为００４Ｊｓ）渗透系数．０１（ｍ，０７Ｉ．为００ｍｄ富水性极差，．２／，０７该层为区内主要隔水层．（）２地下水的补给：地下水主要接受大气降水入
收稿日期：０６０ — ８２０ — ６１
（）四系中更新统离石黄土及第三系三趾马红１第
基金项目：自然科学基金资助项目（０７０３；国家５０４２）教育部博士学科点基金资助项目（０５７４０）２００００３作者简介：（９８）男，张杰１７一，四川达县人，士生．博主要从事浅埋煤层研究和教学工作．
保水开采，这为榆树湾煤矿保水开采提供了重要的科学依据．３表１参８图，，．
关键词：榆树湾煤矿；浅埋煤层；厚土层隔水层；水开采保中图分类号：Ｄ８Ｔ２文献标识码：Ａ文章编号：６２９Ｏ（Ｏ６０－０００１７— １２２Ｏ）４０１－４
随着榆神府矿区煤炭资源的逐步开发及能源重
加，在开切眼处最薄，２３其中基岩厚１０土层为２ｍ，２ｍ，
化工基地的建设，耕地、草场被风蚀沙化或为流沙所侵占【． ” 而该区分布的第四系上更新统萨拉乌苏组含
水层是陕北地区居民生活和工业用水水源，神北区沙基型煤层埋深一般在１左右，煤层开采会直接波０ｉ０ｎ

保水开采

保水开采班级：采矿2014级1班姓名：阮泽宇学号：01140041摘要：保水开采的概念包括下列三个层次的内涵：首先要避免才没工作面的突水事故，实现工作面安全高效开采；其次，采取技术减少采煤对地下含水层的破坏程度，保护地下水资源；第三，要对矿井疏排水进行资源化利用，一定程度上实现“煤水共采”，同时对采煤破坏的含水层进行恢复和再造。

本文通过举例介绍部分保水开采的方法。

1.浅埋煤层保水开采岩层控制实例我国西部浅埋煤层保水开采的核心理念是保护生态水位，保水开采岩层控制的理论基础是隔水层的稳定性。

基于陕北浅埋煤层煤水赋存条件，通过物理模拟和地裂缝实测分析，揭示了浅埋煤层隔水岩组的“上行裂隙”和“下行裂隙”发育规律，发现了“上行裂隙”和“下行裂隙”的导通性决定着隔水岩组的隔水性。

通过理论分析，给出了“上行裂隙带”发育高度和“下行裂隙带”发育深度的计算公式，建立了以隔水岩组厚度与采高之比( 隔采比) 为指标的隔水岩组隔水性判据。

据此，提出了保水开采分类方法，基于神府矿区条件给出了分类指标范围。

保水开采分类覆岩隔水岩组的厚度、性质和采高不同，隔水岩组的稳定性不同。

根据隔采比指标对保水开采进行分类，有利于从宏观上确立对应的开采方法。

(1) 自然保水开采类。

采用一次采全高长壁开采方法，隔水岩组位于弯曲下沉带并保持隔水性，称为自然保水开采类。

神府矿区基岩的导水裂隙带高度一般为18 ～ 28 倍采高，取上限 28 倍; 下行裂隙深度取 2 倍采高，代入( 4) ，则神府矿区自然保水开采的条件为Gc ≥ 28M + 2M + ( 3 ～ 5) M = ( 33 ～ 35) M即，有效隔水岩组为黏土层( 或基岩) 时，隔水岩组总厚度超过 33( 或 35) 倍采高才能实现自然保水开采。

对于神府矿区厚度为 10 m 的厚煤层，如果采用放顶煤开采，则隔水岩组厚度必须大于 330 ～ 350 m 才能实现自然保水采。

显然，大部分工作面不能满足自然保水开采条件。

薄基岩浅埋煤层保水开采地质条件研究

２０１３年６月
Ｆｅｂ．，２０１３
刘建民，等
薄基岩浅埋煤层保水开采地质条件研究
７９
从图１可以看出，２００５年水位下降比较明显，
以后逐渐恢复，近几年水位有上升趋势，没有出现
以重复采动影响区域或 “ 天窗区” （第三隔水层缺失）为中心的降落漏斗，得出“ 三含” 不是以“ 天窗区” 为主要通道向煤系地层补给，而是以大面积的微透补给。
安全开采构成了一定威胁。
２．１－３ “ 三含 ” 的地质特征该采区浅部区域 “ 三含 ”的底界埋深一般在１１５．８～１２６．０ｍ之间，通过“ 三含 ” 的成分组构分析，该含水层的水平渗透能力比垂直渗透能力强，
受损失的主要途径。
防治水规定》附录二含水层富水性的等级标准判定ｌ１］，该采区“ 三含” 为中等富水性的含水层，而且 “ 三含” 的水平渗透能力比垂直渗透能力强。
表１６４采区浅部“ 三４采区位于井田东北部，南与６２采区为邻，西以北皮带运输机巷为界，与６８采区相连，北、东皆以６层煤风氧化带下限为界，南北
部分布着较薄的砂质粘土及粘土层，微观特征又减缓了“ 三含 ” 水的下渗能力，这些条件形成了含水层下进行防砂（塌）煤柱合理留设的有利条件。
通过对地面长观孔对 “ 三含 ” 水位的观测资料，得出“ 三含 ” 水位动态变化如图１所示。

10浅埋煤层开采岩层控制10

10.2 浅埋煤层顶板砌体梁结构及其稳定性
浅埋煤层顶板结构理论要点
浅埋煤层顶板架后切落现象不是偶然的，（4）浅埋煤层顶板架后切落现象不是偶然的，当老顶岩块块度比较大或回转角比较大时都比较容易出现架后切形成“ 台阶岩梁” 结构。台阶岩梁” 落，形成 “ 台阶岩梁 ” 结构。 “ 台阶岩梁 ” 结构的水平力随回转角的增大而减小，随块度的增大明显下降，力随回转角的增大而减小，随块度的增大明显下降，随最大回转角（落差）的增大而增大。工作面上方老顶岩最大回转角（落差）的增大而增大。块的载荷基本上全由前支点承担。台阶岩梁” 块的载荷基本上全由前支点承担。 “ 台阶岩梁 ” 结构的失稳形式为滑落失稳。失稳形式为滑落失稳。
QA =
P = γ (h + h1 )l 1
“砌体梁”结构计算式：砌体梁”结构计算式：
R i 0 − 0 = m i0 Q i0 R i 0 −1 = 0
Li 0 mi 0Qi 0 Ti = 2(hi − si 0 )
10.2 浅埋煤层顶板砌体梁结构及其稳定性
“台阶岩梁”结构模型台阶岩梁”
台阶岩梁：Pm = lk b ∑ γh +
神府浅埋煤层条件需要支护阻力7000kN/架（1.5m宽）！架神府浅埋煤层条件需要支护阻力宽
10.3 浅埋煤层采场支护
浅埋煤层采场的合理支护阻力的确定
太沙基岩土压力计算原理
P Z = K G ⋅ γh1l
l KG = ⋅ Kt 10－10 10－
10.3 浅埋煤层采场支护
浅埋煤层采场的合理支护阻力的确定
关键岩块载荷：关键岩块载荷：
P = PG + PZ 1 = γhl + K G ⋅ γ 1h1l，h1 ≥ (1.5 ~ 2.5)l

浅埋薄基岩综采面涌水机理及水灾防治技术研究

浅埋薄基岩综采面涌水机理及水灾防治技术研究摘要:锦界煤矿3-1煤层覆岩为富潜水层浅埋薄基岩,采动导水裂隙发育至地表,易导致突水灾害。

针对该矿二盘区首采工作面地质条件,分析顶板导水通道及其涌水机理,在难以实现保水开采的基础上,建立了包含提前钻孔疏放水、两顺槽施工环形水仓、设置抽排水系统、加快工作面推进速度、辅助切眼施工施工尾排水仓、将工作面调整为倾斜长壁仰采工作面等多项技术措施的综合防治水技术体系,成功解决了综采工作面突水及涌水过大的难题,实现了浅埋薄基岩综采面安全开采。

关键词:浅埋薄基岩富潜水层涌水机理水灾防治1 工作面水文地质条件锦界煤矿位于陕西省榆林市神木县瑶镇乡和麻家塔乡境内,行政区划隶属陕西省榆林市神木县瑶镇乡管辖。

于2006年投产出煤,实行的是煤矿、电厂一体化建设。

井田东西宽12km,南北长12.5km,面积约137km2。

资源储量2093.33Mt,主采3-1煤、4-2煤、5-2煤,规划建设规模10.0Mt/a,设计服务年限112年。

锦界煤矿位于秃尾河流域东部,矿井生产揭露表明地下水资源比较丰富。

目前矿井已开采完9个工作面,矿井涌水量已超过4500m3/h,远大于勘探报告预计的涌水量(原勘探报告预计的正常涌水量711.6m3/h,最大涌水量时868.8m3/h)。

随着矿井开采面积的增大,矿井涌水量呈继续增加的趋势。

31201工作面为二盘区首采工作面,工作面有沙层和风化基岩两个含水层。

沙层含水层在切眼和回撤通道区域分布,据地质资料分析,切眼区域沙层厚约5m左右。

风化基岩全区分布,厚20m～70m。

沙层潜水以接受大气降水直接补给为主(入渗系数0.10～0.60),区域侧向补给和凝结水补给微弱。

在土层缺失区,沙层水下渗补给直罗组风化岩裂隙水。

中生界碎屑岩类孔隙裂隙承压水主要接受区域侧向补给和上部地下水的渗透补给。

烧变岩裂隙孔洞潜水的主要是长期接受第四系松散层潜水和基岩风化带潜水侧向补给。

31201工作面采用长壁综采方法,全部垮落法管理顶板,煤层厚度3.2m,采高3.1m,基岩未破坏前工作面水主要表现为渗透淋水,顶板基岩破断后,工作面涌水主要以裂隙水为主,渗透淋水相对微弱。

薄基岩浅埋煤层开采突水溃砂致灾机理及防治技术研究论文

时，极易发生突水溃砂灾害。

（3）理论计算和实测分析了哈拉沟煤矿22404综采工作面的矿压显现规律。

通过理论计算及现场观测，得出22404工作面老顶首次来压计算步距50～60m，实测步距66m，周期来压计算步距21～28m，实测步距16～19m。

（4）理论计算分析哈拉沟22404综采工作面突水溃砂的水力条件。

研究给出临界水力坡度及临界水头高度的计算方法，对哈拉沟煤矿22404综采工作面过哈拉沟段的突水溃砂危险性进行了预测计算，判定该段在初始状态下有突水溃砂危险。

（5）提出突水溃砂的综合防治技术。

综合分析突水溃砂的影响因素及形成条件，提出以井下疏放水改变上覆地层水力条件及注浆改造松散层胶结状态的综合防治技术，并详细阐述了各类技术措施的防治原理。

（6）理论及技术实践验证，指导哈拉沟22404综采工作面过沟开采。

将突水溃砂致灾理论分析成果及防治技术综合应用于哈拉沟煤矿22404综采工作面过哈拉沟段浅埋煤层开采，在严格执行防治技术方案的条件下，成功预防了突水溃砂事故，最终保证了22404综采工作面顺利通过哈拉沟。

关键词：浅埋煤层；薄基岩；富水松散层；突水溃砂；致灾机理；防治技术研究类型：应用研究Subject: Study on the Mechanism and Prevention and ControlTechnics of Sand Inrush and Water Blasting of Shallow BuriedCoal Seam Mining Under Thin BedrockSpecialty: Architecture and Civil EngineeringName: LI Jianwen（Signature）Instructor: Gu Shuancheng（Signature）Xu Shuanhai（Signature）ABSTRACTCoal the most important resource in China’s energy consumption plays a decisive role in China’s economy development. Safe mining is the solid foundation of miners’ life, resource security and healthy economy development, at the same time it is the focus of society concern and experts and engineers research. When shallow buried coal seam excavates under thin overlying rock and water-rich loose area, there are several sand inrush and water blasting accidents have happened in China which has caused huge property loss and casualty. Sand inrush and water blasting has been one of the key problems of shallow buried coal mining.Sand inrush and water blasting can happen is because of the special geological and hydrological engineering condition of shallow buried, thin overlying rock and water-rich loose strata. It involves geological structure, hydrogeology and engineering geology, coal seam, overburden and mining technics, etc. This paper systematically analyzed the influence factors and obtained the mechanism of sand inrush and water blasting from this special mining condition view. Based on the analysis results, the author set up a mechanical model and provides a method for prevention and control of sand inrush and water blasting. The method was applied in a comprehensive long-wall panel at Shendong Halagou coal mine and it successfully prevented the accident. This prevention and control technics has gained good technical, economic and social effects.This paper’s main research results are below:(1) Through systematically analyzing of the engineering geological and hydrological condition and the mining method of 22404 long-wall panel of Halagou coal mine, this papergets the influence factors and mechanism of sand inrush and water blasting. There are four requisites of the happening of sand inrush and water blasting which are supply (loose overburden), motive source (high phreatic water level), passage (thin overlying rock fracture) and storage capacity (mine gobs). When the roof bedrock fractures and the water pressure gets the threshold value, sand and water will inrush into roadway and gobs through the fracture.(2) Analyze the sand inrush and water blasting condition of 22404 comprehensive stope at Halagou coal mine. 22404 comprehensive stope is 260 meters wide and the coal buried depth under Halagou ditch is about 42m to 45m and its mining height is 4.2m. The mining-induced fracture develops directly to the surface. Therefore, 22404 stope belongs to the special condition of shallow buried and thin overlying bedrock and water-rich loose sand layer. So, sand inrush and water blasting may happen when mining under Halagou ditch.(3) Theoretically calculate and measurement analyze the roof behavior of 22040 comprehensive stope at Halagou coal mine. The calculated first weighting interval of the main roof is 50m to 60m while the monitoring data is 66m. The calculated periodic weighting interval is 21m to 28m while the monitoring data is 16m to 19m.(4) Theoretically calculate and analyze the sand inrush and water blasting water pressure condition of 22404 stope of Halagou coal mine. This paper provides a feasible calculation method of threshold hydraulic gradient and water level and calculated the hydraulic gradient of 22404 stope. The calculated result shows sand inrush and water blasting may happen.(5) Provide an integrated technics of prevention and control of sand inrush and water blasting. This paper suggests using dewatering and grouting to prevent and control sand inrush and water blasting through comprehensive analysis of the influence factors. Also this paper explains the basic principle of different prevention and control technics in detail.(6) Application of the prevention and control technics at 22404 stope of Halagou coal mine. The author implemented the theoretic results and integrated prevention and control technics at 22404 stope. The sand inrush and water blasting accident was successfully prevented by strict implementation of the technics.Key word: Shallow buried coal seam Thin bedrock Water-rich unconsolidated overburden Sand inrush and water blasting Disaster-causing mechanismPrevention and control technicsThesis:Application study目录1绪论 (1)1.1选题背景及研究意义 (1)1.1.1选题背景 (1)1.1.2研究意义 (2)1.2国内外研究动态 (3)1.3研究方案、研究内容和技术路线 (7)1.3.1研究方案 (7)1.3.2研究内容 (7)1.3.3技术路线 (8)2 开采突水溃砂致灾影响因素分析 (9)2.1薄基岩、浅埋煤层 (9)2.2物源 (12)2.3动力源 (12)2.3.1静水压力 (13)2.3.2动水压力 (13)2.4通道 (14)2.5空间 (15)2.6本章小结 (15)3 开采突水溃砂致灾机理研究 (16)3.1地质模型 (16)3.1.1井田地质条件 (17)3.1.2水文地质条件 (18)3.2开采覆岩破坏特征 (21)3.2.1开采地质条件分析 (23)3.2.2开采来压特征研究 (23)3.2.3开采覆岩破坏产生裂隙变化规律 (26)3.3临界水力坡度及安全水头 (27)3.3.1临界水力坡度的确定 (27)3.3.2实际水力坡度的确定 (30)3.3.3突水溃砂发生动力条件 (33)3.3.4 22404工作面临界水力坡度及安全水头计算 (34)3.4本章小结 (35)4 开采突水溃砂防治技术及应用 (36)4.1防治技术措施 (36)4.1.1预防（报）技术 (36)4.1.2开采技术 (36)4.1.3工程技术 (37)4.1.4其他技术 (38)4.2防治工程设计 (38)4.2.1目的 (38)4.2.2工程范围确定 (39)4.2.3疏水降压及注浆加固工程设计 (41)4.3防治工程实施 (50)4.3.1施工工艺 (50)4.3.2钻孔技术要求 (52)4.3.3疏水降压 (53)4.3.4注浆加固 (53)4.3.5地面导流 (54)4.3.6开采措施 (54)4.4工程效果评价 (54)4.5本章小结 (55)5结论及展望 (56)5.1结论 (56)5.2不足与展望 (56)参考文献 (57)致谢 (64)附录 (65)1绪论1.1选题背景及研究意义1.1.1选题背景煤炭是我国重要的基础能源和原料。

浅埋煤层保水开采简述

７４
鸯斜ｌ晨技
２９第６０年期０
浅埋煤层保水开采简述
王悦平，胡永凯，晓辉李
（中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州２１０２０８）
摘要浅埋煤层多见于我国西部，并且西部是缺水地区，弱的生态系统势必会绐采矿事业带来新的挑战，了迎接这一挑战，脆为浅埋煤层保
基岩比较薄且关键层单一，键层破断后形成下降漏关斗，由于基岩较薄重新压实作用不明显，隔水带不易形
பைடு நூலகம்
成，故传统的开采方案需要进一步的调整，以满足保水
开采的需要。
２２保水开采的关键层理论．关键层是指对采场上覆岩层局部或直至地表的全
埋煤层，特征可以概括为埋藏浅、载比小、其基老顶为
收稿日期：０９— ６一４２００ｏ
部岩层活动起控制作用的岩层。对于保水开采而言，
关键层则是起主要隔水作用的岩层，它可以位于采区
上方也可以位于采区下方，区上方的水体关键层位采
作者简介：王悦平（９７一）男，１８，内蒙古包头市人，现就读于中国矿业大学矿业工程学院采矿工程系。
成下降漏斗。随着工作面的推进，上覆岩层中的裂隙
被重新压实、闭合形成新的隔水带阻止地下水位的进
一
步下降。若有隔水带，则随着雨水的再次补给，下降
１１保水开采．
漏斗也将随之消失。而它对地面生态的影响则决定于

神东矿区浅埋煤层水害防治研究

首采工作面，或水文地质条件复杂的工作面，要查清工作面范围内沙层、风化基岩含水层厚度，各含水层补、径、排关系，１＝作面充水因素。施工抽水试验孔或水文观测孔，在工作面施工探放水钻孔时，对水文孔进行长期观测，分析水位变化规律，预算工作面涌水量等。３．２加强矿井水文监测尽快建立井上、下水文自动监测系统，观测内容包括地面各钻孔水位，井下各水仓水量、水位，各采空区涌水量、水位，主要排水管路排水量。建立水文自动监测报警系统，其数控中心自动采集各测点的水位、流量、压力等信息，并进行综合分析处理，以预测矿井突水的可能性及突水强度，突水动态等，为矿井防治水决策提供科学依据。３．３加大井下探放水力度根据矿井接续，提前安排队伍掘进接续工作呵，留有充足的探放水时
接和间接两种。它们分别受大气降水、地表水和地下水等因素的控制，裂通道导通程度则决定充水强度的大小。裂隙密集畅通，充水强度相对就大，反之则小。初次冒裂范围大，充水强度则
大。
３浅埋煤层防治水技术措施３．１加强矿井水文地质工作对水文地质资料不清楚的地段提前进行勘探。特别对于各采区（盘区）
间。根据经验，建议工作面采前疏放水时间不少于６个月。地测部门应根据
有 …定的水力联系，对矿井生产有不同程度的影响， ‘ 般来说主要充水水源有以ＦＪＩＡ￣：

生态脆弱矿区煤层覆岩隔水特征及保水开采实验研究

生态脆弱矿区煤层覆岩隔水特征及保水开采实验研究高召宁;应治中;李铭【摘要】对薄基岩浅埋煤层覆岩的隔水性进行了分析,采用相似材料模拟的方法,研究了薄基岩浅埋煤层覆岩的物理力学特征和上覆岩层移动破坏规律。

研究表明,覆岩的矿物成分以石英、钾长石等为主,其含量高达75．4%~92．0%；岩石的单向抗压强度远大于抗拉强度,属于典型的脆性岩石。

风化岩石的膨胀性增强,塑性增加,强风化带内,结构致密的粉砂岩、细粒砂岩的物理力学性质无明显变化。

相似模拟实验表明：在煤柱附近和采空区中央,沿顶板方向覆岩移动表现出明显的分区性,在同一层位水平变形引起的压缩区和拉伸区交错出现；导水断裂带最大高度约为94 m,是采高的27倍。

在此基础上,对薄基岩浅埋煤层保水开采的条件进行了评价,提出了保水开采的关键技术措施。

%In this paper, analysis was made on the water-resisting propery of the overlaying strata of the shallow coal seam with thin bedrock, and research was carried out on its physical and mechanical characteristics as well as its movement and failure laws with the similar material simulation method. The research showed that the main mineral compositions of the overlying strata were quartz, potash feldspar and so on, their content was as high as 75. 4% ~92. 0%, the uniaxial compressive strength of the rock was far greater than its uniaxial tensile strength, it belonged to a typical brittle rock. The expansibility of the weathered rock reinforced and its plasticity increased, and in the strongly weathered zone, the physical and mechanical properties of the compact siltstone and fine sandstone had no obvious changes. The Similar simulation experiments indicated that near the coal pillar and at the certerof the gob, the movement of the overlying strata along the roof direction had obvious zoning characteristics, the compression zone and tensile zone caused by the horizontal deformation appeared alternately in the same horizon; the maximum height of water flowing fractured zone was about94 m, 27 times of mining height. On this basis, water-preserved mining conditions of the shallow seam with thin bedrock were evaluated, and the key technical measures for water-preserved mining were proposed.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P12-15,31)【关键词】薄基岩;浅埋煤层;保水开采;相似模拟实验【作者】高召宁;应治中;李铭【作者单位】煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽淮南232001; 安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TD322.1陕北侏罗纪煤田地处毛乌素沙漠地区,地质环境脆弱,水资源短缺,仅有的地下水资源赋存于第四系萨拉乌苏组,由于煤层埋藏较浅,开采引起的冒裂带一旦发育到萨拉乌苏组,将导致地下水流失,引发一系列的环境问题[1-3]。

薄基岩浅埋煤层保水开采技术

3. 保水开采技术
经过近几年的不断探索与实践，形成一套以长壁工作面快速推进为基础的较为系统的保水开采技术，其关键技术为：1）长壁工作面快速推进；2）支护阻力确定；3）局部处理。
3.1 长壁工作面快速推进
依据关键层理论，本区老顶关键层（唯一关键层）承受整个覆盖层载荷，老顶关键层初次破断后，直接顶冒矸充填部分采空区，阻碍岩块的转动，可能形成暂时的三铰拱平衡。由于中部运动被阻，因而在覆盖层重载作用下，岩块朝反方向回转，靠工作面一侧的裂缝被挤压，而这一侧裂缝的挤压闭合运动是防止突水的重要条件。加快工作面推进速度可使破断岩块尽快朝反方向与工作面一侧未断岩层在断面下端铰接并挤压闭合。周期来压时，关键层破断前，在工作面前方，随着工作面支架的往复升降活动，顶板岩体的整体性遭到减弱，岩体的抗拉强度降低。由于顶板周期破断，覆岩向采空区发生倾斜，由拉应力产生裂缝。因此，加大截深等加快工作面推进速度的开采技术可减少对顶板岩体的
4. 工程实例
4.1 采矿地质条件
补连塔煤矿 32201 工作面长 3800m，宽 240m，快速推进速度为 15~30m/d。其强富水区 2-2 煤的岩层综合柱状如表 1 所示。
Table 1 名称松散层砂质泥岩砂岩砂质泥岩中细粒砂岩砂质泥岩煤下 2 表1 岩层综合柱状表 32201 coalface Comprehensive strata column 层厚 /m 46.4 17 25 9.7 11 6.55 4.6 底部夹 0.6m 左右的细砂岩岩性描述中细粒砂，松散未胶结，含砾石顶部 5m 左右的岩层已风化中间夹三层 1~2m 厚的煤层
[5][6]
。顶板基岩全厚度切落形成的裂缝以及冒落形成的 “天窗” 为突水提供了必要的空间通道。

10浅埋煤层开采岩层控制

浅部煤层长壁工作面上覆岩层活动特点第二节浅埋煤层长壁开采顶板砌体梁结构及其稳定性第三节浅埋煤层采场支护第四节近距冲积层采场矿山压力规律
第一节浅部煤层长壁工作面上覆岩层活动特点
神府、东胜煤田探明储量2236亿t，占全国探明储量的1/3，是
世界七大煤田之一，神东矿区开采区域大部分集中于埋深在 100～150 m以内的浅部，煤层的典型赋存特点是埋深浅、基岩顶板较薄、表土覆盖层较厚。
综采工作面矿压显现特征
1、初次来压步距27m。主要特征是工作面中部约91m范围顶板
2、周期来压步距9.4～15.0m，平均12m。来压历时较短，支架
平时工作阻力不大，只有来压时才超过额定值，动载明显。
3、顶板破断直接波及地表。初次来压时在对应煤壁的地表出
现了高差约20cm的地堑，表明贯通地表。工周期来压时发生了类似破断，工作面台阶下沉是顶板基岩沿全厚切落的结果。
第三节浅埋煤层采场支护二、合理支护阻力的确定
浅埋煤层工作面周期来压时顶板最危险的状态如图所示，工
作面支架的支护阻力Pm由直接顶岩柱重量和老顶滑落失稳所传递的压力RD组成。
“短砌体梁”结构的“支架—围岩”关系
第三节浅埋煤层采场支护
周期来压期间老顶关键块上载荷计算仍然借鉴太沙基岩土压
力计算原理，顶板载荷P1的构成如图所示。
第三节浅埋煤层采场支护
三、浅埋煤层工作面支护设计基本方法
1、判断关键层。根据顶板赋存情况和力学性质判断关键层位
置和厚度；
2、确定来压步距。未采面可按照初次来压和周期来压步距计
算公式（必要时配合模拟研究）确定来压步距，已采面可实测确定；
3、确定合理的工作阻力。分别计算初次来压和周期来压的工

浅埋煤层条件下基于概率积分法的保水开采识别模式研究的开题报告

浅埋煤层条件下基于概率积分法的保水开采识别模式研究的开题报告一、研究背景及意义煤炭资源是我国的重要资源，为满足国家能源需求做出了巨大贡献。

浅埋煤层是指埋深在100米以内的煤层，具有资源丰富、易开采等优点，是我国煤炭工业发展的重要领域。

浅埋煤层开采面临的主要问题之一就是水害问题。

在浅埋煤层开采过程中，由于煤层上盖岩体裂隙多、透水性强、岩层变形灵敏等因素的影响，往往会导致水、气等次生灾害的发生。

因此，如何准确识别和评估浅埋煤层的保水性是煤炭开采的重要环节。

针对这一问题，本研究将基于概率积分法，建立一种保水开采识别模式，旨在为浅埋煤层开采提供一种有效的工具和方法，同时为保水开采策略制定提供科学依据。

二、研究内容及方法本研究将以广西某矿区为研究对象，采用现场实验、野外勘探以及实测数据分析等方法，建立浅埋煤层保水开采识别模式。

具体步骤主要包括：1.调查勘探：对矿区内的煤层、上下盖岩等进行现场勘探，并采集样本进行室内实验测试。

2.概率积分法：以概率积分法为基础，建立保水开采识别模式，根据煤层综合物性参数（如渗透系数、孔隙度等）与岩层应力（如岩石强度）等相关因素进行综合分析，评估煤层的保水性。

3.实验测试：对模式预测结果进行实验测试，验证模式的可行性和有效性。

三、预期结果及意义通过本研究，预计可以建立一种基于概率积分法的浅埋煤层保水开采识别模式，为煤炭开采提供科学的保障，同时为矿山安全生产提供有效的技术支持。

在工程实践中，该模式可为矿山企业提供方案评估和决策支持，帮助企业制定合理的保水开采策略，提升开采效率和经济效益。

同时，该研究在理论上也对浅埋煤层保护与开采问题的研究具有一定的推动作用。