变形监测作业 第9-4章 水体下采煤 图文

9.4.2 水体下采煤技术
覆岩破坏的分带 影响覆岩破坏及其导水性的因素 覆岩破坏高度的计算方法 水体下采煤的技术措施
覆岩破坏的分带
从对水体下采煤的要求出发，将采空区上覆岩层按破坏 程度划分为垮落带、断裂带和弯曲下沉带(简称“上三带”) 。垮落带和断裂带都是透水的，所以通常把它们合称为“导 水裂缝带”。如图9-2所示。
采用煤柱支撑法(条带法、房柱法和刀柱法) 管理 顶板时，若所留煤柱能够支撑住顶板，尽管开采部分的 顶板局部垮落，导水裂缝带还能孤立存在且高度很小。
（3）煤层倾角
煤层倾角对覆岩破坏影响主要表现在使覆岩破坏产 生不同的形态。
➢ 开采水平煤层及缓倾斜煤层(α＝0～ 35°) 时
➢ 开采倾斜煤层(α＝36～54°) 时
1、垮落带； 2、断裂带； 3、弯曲下沉带； 4、导水裂缝带 5、严重开裂区； 6、一般开裂区 ；7、微小开裂区
图9-2 覆岩破坏的分带
影响覆岩破坏及其导水性的因素
（1）覆岩力学性质和结构特征 如果工作面上覆岩层为脆性岩层，煤层开采后很容易
断裂，覆岩破坏高度大。 如覆岩为塑性岩层，采煤后不易断裂、但容易下沉，
完全破坏。 ✓ 隔水层远离煤层，位于整体弯曲带内时，除了隔水层下部
的隔水性会受到暂时的影响之外，整个隔水层的隔水性基 本不受破坏。 ✓ 覆岩内水的渗透性是有规律地变化的。 ✓ 在采动影响下，岩层本身的物理力学性质对隔水性有影响。
• 近水体安全采煤的原则
水体下采煤：指在保障安全条件下，采用专门的技 术和安全措施开采湖泊、河流、水库、海洋等水体或富 含水冲积层下面的煤层。
• 矿区水体类型
（1）地表水：赋存在大地球水圈中，积聚在海洋、湖泊、
河流、水库、稻田和塌陷坑中的水统称为地表水。地表水， 特别是大型地表水储存量大，补给充分，且常常互相连通， 对矿井安全威胁极大。
（2）地下水：赋存在地球岩石圈中，积聚在岩石空隙中
的水称为地下水。
从水体下采煤工程的角度出发，可将地下含水层按埋 藏条件分为松散层内的含水层和基岩内的含水层两种。
➢ 坚硬－软弱型：软弱－坚硬型的情况相反，工作面 放顶后直接顶首先垮落，而软弱的老顶随之下沉压实 垮落岩块，因此导水裂缝带高度较小。在巨厚冲积层 下开采时顶板条件属于这种类型。
（2）采煤方法和顶板管理方法
采煤方法对覆岩破坏的影响，主要表现： ➢ 开采空间的大小 ➢ 采空区内垮落岩块的不同运动形式
顶板管理方法决定了覆岩破坏的基本特征。垮落法 使覆岩破坏最为充分，对水体下采煤不利。
➢ 软弱－软弱型：煤层直接顶软弱，容易垮落，工作面放顶后采 空区立即被垮落岩块充填。在垮落过程中，老顶也随之迅速弯 曲下沉并坐落于垮落岩块之上，开采空间和已垮落的空间不断 缩小。因此，垮落过程得不到充分发展。
➢ 软弱－坚硬型：煤层直接顶为软弱岩层而上部为坚硬 岩层。直接顶随着开采及时垮落，但坚硬的老顶板像 板梁一样横跨在直接顶板之上，老顶下沉量小于直接 顶下沉，开采空间主要由碎胀的垮落岩块充填，垮落 发育充分，导水裂缝带一般能达到老顶的底面。
9.4.1 概述 9.4.2 水体下采煤技术 9.4.3 水体（承压水）上采煤技术
9.4.1 概述
• 矿区水体类型 • 近水体安全采煤的基本原理 • 近水体采煤的原则
地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤层围岩中 的含水层里的水、溶洞水以及位于开采影响范围内的地表水 和泥砂溃入井下，威胁煤矿安全生产；同时造成水资源受损， 导致含水层水位下降，地面河流、水库干涸。
1、潜水面； 2、松散含水层； 3、隔水粘土层； 4、基岩含水层； 5、煤层 6、大地水准面； 7、地表水体；H—潜水位
图9-1 水体类型示意图
• 近水体安全采煤的基本原理
（1）近水体安全采煤的特点 近水体采煤时首先要分析开采引起的覆岩中的裂缝是否
互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体或是承压水在 水压作用下能否突入工作面。
否互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体外，还要分 析在受开采影响后，防水煤岩柱（或隔水岩层）是否还具有 足够的隔水性能。
1）覆岩的隔水性
➢ 覆岩的岩性 ➢ 岩相 ➢ 结构面
2）地下开采对覆岩隔水性的影响 ✓ 在大面积开采的影响下，覆岩的天然隔水性遭到破坏程度
首先取决于隔水岩层与采空区的相对位置。 ✓ 隔水层与煤层紧贴或邻近，且位于垮落带时，其隔水性被
水体（承压水）上采煤：指在保障安全条件下，采 用专门的技术和安全措施开采承压含水层上面的煤层。
原则：受影响的采区和矿井涌水量不超过其排水能力、 不影响正常生产，以及地面水利设施经维修不影响正常 使用。
因此，在近水体采煤时必须严格控制对水体的采动影 响程度。按水体的类型、流态、规模、赋存条件及允许 采动影响程度，可将受开采影响的水体分为不同的采动 等级对不同采动等级的水体，必须采用留设相应的安全 煤岩柱的措施。
➢ 开采急倾斜煤层(α＝55～90°) 时
开采水平煤层及缓倾斜煤层(α＝0～35°) 时
能使垮落岩块充分压实，最终覆岩破坏高度较低。
覆岩大致分为坚硬与软弱两种，包括四种组合结构形式。 如图9-3所示。
覆岩结构特征对覆岩破坏高度的影响
➢ 坚硬－坚硬型：煤层的直接顶板弯向采空区并发生块状垮落， 上部的老顶岩层由于坚硬不易弯曲下沉，开采空间靠垮落碎胀 的岩块来充填，加之坚硬岩石断裂后不易闭合，覆岩破坏高度 最大。
变形与沉陷工程学
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9 矿山开采沉陷控制理论及技术
9.1 建（构）筑物保护煤柱留设 9.2 建筑物下采煤技术 9.3 线性构筑物下采煤技术 9.4 水体下（上）采煤技术 9.5 井筒煤柱开采技术
9.4 水体下（上）采煤技术
在进行水体下采煤时应着重研究如何防止水体和采区之 间形成透水的通道、造成井下突水事故；在水体与采区之间 构成水力联系无法避免时，如何使其引起的矿井涌水量小于 矿井排水能力。
由于水具有流动性，覆岩破坏一旦波及水体的边缘，就 可能导致水体全部流入井下。
（2）近水体安全采煤的可行性 进行近水体采煤，除要考虑开采引起的覆岩中的裂缝是