水体下开采与安全煤岩柱留设20180820

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但这引起另一问题，隔离煤系上覆含水层或积水体的 隔离煤柱留设多少是合理的，留设尺寸不足，将可能 引发采掘工作面充水，威胁采掘工作面、甚至矿井安 全；留设尺寸过大，将导致可采资源的呆滞，影响煤 矿投资效益，缩短矿井服务年限。
新中国成立后，从上世纪50年代开始，我国就开始
进行江河水体下和松散含水层水体下开采的实践和
覆岩岩性/MPa 计算公式一 计算公式二
坚硬（ 40 ～ 80 ）： Hli ＝ 100 ∑ M/ （ 1.2 ∑ M ＋ 2.0 ） 如石英砂岩、灰岩、 ±8.9 砾岩 中硬（ 20 ～ 40 ）： Hli ＝ 100 ∑ M/ （ 1.6 ∑ M ＋ 3.6 ） 如砂岩、砂质泥岩、 ±5.6 泥质砂岩 软弱（ 10 ～ 20 ）： 如泥岩、泥质砂岩 极软弱（＜ 10 ）： 如 铝 土 岩 、 风化 泥 岩 、 粘 土 、 砂质 粘 土
Hli＝30/∑M＋10 Hli＝20/∑M＋10
Hli＝ 100 ∑ M/（3.1∑ M＋5.0） Hli＝10/∑M＋5 ±4.0 Hli＝ 100 ∑ M/（5.0∑ M＋8.0） ±3.0
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以上公式不适用于急倾斜煤层（倾角大于等于55°）条件。
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厚煤层分层开采垮落带高度计算公式 覆岩岩性/MPa 坚硬（40～80） 计算公式（m） Hk＝100∑M/（2.1∑M＋16）±2.5
• 水体下采煤安全煤岩柱留设的关键参数是煤层采厚的 导水裂缝带或垮落带高度的预计。其值的预计，最接
近实际的，应是本矿井相似条件开采的实测值类比，
但由于煤矿地质、水文与工程地质、采矿条件的复杂
性，难以做到每个工作面均有相似条件实测值可以类
比，由此需要借助公式预计。
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厚煤层分层开采导水裂缝带高度计算公式
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水体下采煤及安全煤岩柱的留设
淮南矿业集团通防地质部 刘满才
2018年8月
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一、概述 二、水体下采煤的地质、水文地质条件 分析 三、水体下采煤安全煤（岩）柱的留设 四、水体下采煤的主要安全技术措施 五、淮南潘谢矿区提高上限开采的经验 与教训 六、近水体下开采管理相关规定 七、淮南矿区近水体下提高上限开采情 况及管理
中含水层水体；
• 3、有疏降条件的松散层和基岩弱含水层水体。
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3.1.3 Ⅲ类水体采动等级
允许采动程度：允许导水 裂隙带进入松散孔隙弱含 水层，同时允许垮落带波 及该含水层。
留设的安全煤（岩）柱类型：
顶板防塌安全煤（岩）柱 水体类型：
• 1、底界面下为稳定的厚粘性土、隔水层或松散弱含水层的松散层中、上部孔隙弱含水
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Ⅱ类水体
• Ⅱ类水体下开采留设防砂安全煤（岩）柱，煤（岩）柱的高度应当大
于或者等于垮落带的最大高度加上保护层厚度。即：Hs≥Hk＋Hb
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Ⅲ类水体
Ⅲ类水体下开采留设防塌安全煤（岩）柱，煤（岩）柱的高度应 当等于或者接近垮落带的最大高度。即：Ht≈Hk
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3.3
导水裂缝带和垮落带高度的预计
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3.1.2
Ⅱ类水体采动等级
允许采动程度：允许导水 裂隙带波及松散孔隙弱含 水层，但不允许垮落带波 及该水体。
留设的安全煤（岩）柱类型：
顶板防砂安全煤（岩）柱 水体类型：
• 1、底界面下为具有多层结构、厚度大、弱含水层的松散层或松散层中、上部为强含水
层、下部为弱含水层的地表中、小型水体； • 2、底界面下为稳定的厚粘性土隔水层，或松散弱含水层的松散层中、上部孔隙强、
层水体； • 2、已或接近疏干的松散层或基岩水体。
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3.2
水体下采煤安全煤（岩）柱的设计方法
一、Ⅰ类水体：Ⅰ类水体下开采留设防水安全煤（岩）柱，目的是不允许导 水裂缝带波及水体。防水安全煤（岩）柱的高度应当大于或者等于导水 裂缝带的最大高度加上保护层厚度；如果风化带含水应再加上风化带的
厚度。
二、Ⅱ类水体： Ⅱ类水体下开采留设防砂安全煤（岩）柱，目的是不允许导 水裂缝带波及含水层，但不允许垮落带接近松散层底部。防砂安全煤（
水温、水位等特征，含水层的富水性(强、中、弱)，隔水层
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• 三、工作面及周边基岩面控制程度及起伏变化。
• 四、风化带发育深度、厚度，岩性及组合特征，含（
隔）水性能。
• 五、根据新生界各松散含（隔）水层赋存、厚度、岩
性及组合特征，富水性及水质、水位等指标，各含水 层地下水动力场等资料，综合分析判定各含水层的补 给、径流、排泄条件和隔水层的隔水性，进而分析确 定井田（工作面）水体采动等级及允许采动程度等。
中硬（20～40）
Hk＝100∑M/（4.7∑M＋19）±2.2
软弱（10～20）
Hk＝100∑M/（6.2∑M＋32）±1.5
极软弱（＜10）
Hk＝100∑M/（7.0∑M＋63）±1.2
不适用于急倾斜煤层开采（倾角大于等于55°）条件。
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3.4
安全煤（岩）柱保护层厚度
• 为保证水体下采煤安全，防止因勘探控制程度的不足 产生的基岩面起伏变化、煤厚和采高增大、煤层顶板
发的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开
采规程》，标志着水体下采煤技术的成熟。
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新旧变化
2000年修订的“三下采煤规程”、2017年制定的“ 三下采煤规范”，其水体下开采导水裂隙带、冒落带 预计经验公式，安全煤岩柱留设方法等没有变化，均 延续1985年“三下采煤规程”，只不过2017年制定 的“三下采煤规范”，删去了急倾斜煤层开采导水裂 隙带、冒落带预计经验公式和安全煤岩柱留设方法。
岩性强度增大等原因，造成安全煤（岩）柱留设尺寸
不足，在设计留设防水或防砂安全煤（岩）柱时，均
需增加保护层。其厚度按下表经验值进行留设。
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防水安全煤（岩）柱保护层厚度表
松散层底部粘 松散层底部粘 松散层全厚小 松散层底部无 性土层厚度大 性土层厚度小 于累计采厚/m 粘性土层/m 于累计采厚/m 于累计采厚/m
• 新生界底部含隔水层与煤系地层的接触关系，直接关系水 体下开采安全煤岩柱的留设。如：新生界底部松散含水砂 层与煤系地层直接接触，且富水性较强，并有动水补给的 ，应留设较大尺寸的防水煤岩柱；新生界底部稳定的粘土 层与煤系地层直接接触，则可留设较小的安全煤岩柱。
• 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规
• 1、风化带不含水：Hsh≥Hli＋Hb
• 2、风化带含水：Hsh≥Hli＋Hb＋Hfe 大量工作面开采验证，两淮矿区煤系地层风化带一般多不含水，可
以不考虑将风化带作为含水岩层对待，而作为保护层。
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基岩风化带含水时防水安全煤（岩）柱设计
• 基岩风化带含水：Hsh≥Hli＋Hb＋Hfe
大量工作面开采验证，两淮矿区煤系地层风化带一般多不含水，可 以不考虑将风化带作为含水岩层对待，而作为保护层。
与研究，正确分析判定井田地质、水文地质条件；如果资料
不足，则需采用钻探、物探、化探、试验、测试等综合方法
进行必要的补充勘探。
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地质、水文地质条件分析的具体内容
• 一、全面收集和分析开采区域地层岩性及组合、厚度、赋存 、构造特征，开采煤层赋存、厚度及顶底板岩性组合、厚度 与变化特征，煤系地层与上覆新生界松散层间的接触关系， 煤层埋藏深度等。 • 二、全面收集和分析煤系上覆新生界松散层厚度、岩性及组 合、层组划分，重点分析影响开采安全的松散含(隔)水层岩 性及组合、厚度及变化特征，含水层水文地质参数和水质、
允许导水裂隙带波 顶板防砂安全煤（岩） 及松散孔隙弱含水 层，但不允许垮落 带波及该水体。
允许导水裂隙带进 1 ．底界面下为稳定的厚粘性土、隔水层或松散弱含 入松散孔隙弱含水 顶板防塌安全煤（岩） 水层的松散层中、上部孔隙弱含水层水体； 层，同时允许垮落 14 2．已或接近疏干的松散层或基岩水体。 带波及该含水层。
范》（以下简称《三下开采规范》）第六十六条明确了松
散含水层开采水体采动等级及允许采动程度。
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水体采动等级及允许采动程度一览表
水 体 类 型 允许采动程度
采 级
要求留设的安全煤（岩 柱类型
1. 直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水 层的各类地表水体； 不允许导水裂缝带 顶板防水安全煤（岩） 2. 直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水 波及到水体。 层的松散强、中含水层水体； 3. 底界面下无稳定的泥质岩类隔水层的基岩强、中含 水层水体； 4. 急倾斜煤层上方的各类地表水体和松散含水层水体； 5.要求作为重要水源和旅游地保护的水体。 1. 底界面下为具有多层结构、厚度大、弱含水层的松 散层，或松散层中、上部为强含水层、下部为弱含水层 的地表中、小型水体； 2. 底界面下为稳定的厚粘性土隔水层或松散弱含水层 的松散层中、上部孔隙强、中含水层水体； 3.有疏降条件的松散层和基岩弱含水层水体。
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3.1.1 Ⅰ类水体采动等级
允许采动程度：不允许导 水裂缝带波及到水体。 留设的安全煤（岩）柱类型： 顶板防水安全煤（岩）柱
水体类型： 1、直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的各类地表水体； 2、直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的松散强、中含水层水体； 3、底界面下无稳定的泥质岩类隔水层的基岩强、中含水层水体； 4、急倾斜煤层上方的各类地表水体和松散含水层水体； 5、要求作为重要水源和旅游地保护的水体。
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一、概述
水体下采煤技术
• 水体下采煤包括地表水体下(如河流、湖泊、沼泽、水
库、地表塌陷积水区等)、松散含水层下、基岩含水层 下（如倒转灰岩含水层、强砂岩含水层）以及积水老窑 区下开采。水体下采煤的上覆水害防治，采用的方法不 是“隔”就是“疏”。我国大多数矿区由于煤系上覆水 体积水丰富、疏干困难或疏干开采经济上不合理，多采 取“隔”的措施，即留设一定高度的防(隔)水煤(岩)柱 ，以保证矿井安全生产。
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三、
水体下采煤安全煤（岩）柱的留设
• 合理确定水体下开采安全煤（岩）柱的留设尺寸，首 要的是分析确定水体类型；其次是分析确定煤层顶板
类型；第三根据采厚预测采后导水裂缝带或垮落带的
发育高度；第四根据水体类型，确定保护层的厚度，
进而确定安全煤（岩）柱的最小留设尺寸。
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3.1
水体采动等级及允许采动程度
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研究，取得了淮河、微山湖、黄河、渤海等地表大型水体
、巨厚新生界强松散含水层下开采成功，积累了大量试验
研究成果，掌握了缓倾斜、倾斜、急倾斜不同倾角煤层采 后导水裂隙带、冒落带的发育规律，总结形成了不同煤层 倾角采后导水裂隙带、冒落带预计经验公式，以及水体下 采煤安全煤岩柱的留设方法，1985年由煤炭工业部制定颁
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今天与各位领导交流的主要是针对松散含水层 下开采。
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二、 水体下采煤的地质、水文地质条件分析
•
水体的性质、类型和水文地质条件是确定水体下采煤方法和
工艺的依据。 • 要实现水体下采煤取得成功，并最大可能地留设最小、合 理安全煤岩柱，多回收煤炭资源，首先必须对所在井田（矿 区）内地质、水文地质资料进行全面调查、收集和综合分析
覆岩类型
坚硬 中硬 软弱 极软弱
4A 3A 2A 2A
5A 4A 3A 2A
6A 5A 4A 3A
7A 6A 5A 4A
不适用于急倾斜煤层开采（倾角大于等于55°）条件。
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防砂安全煤（岩）柱保护层厚度表
松散层底部粘 松散层底部粘 松散层全厚小 性土层厚度大 性土层厚度小 于累计采厚/m 于累计采厚/m 于累计采厚/m 松散层底部无 粘性土层/m
岩）柱的高度应当大于或者等于垮落带的最大高度加上保护层厚度。
三、Ⅲ类水体： Ⅲ类水体下开采留设防塌安全煤（岩）柱，不仅允许导水裂 缝带波及含水层，同时允许垮落带接近松散层底部。防塌安全煤（岩）
柱的高度应当等于或者接近垮落带的最大高度。即：Ht≈Hk
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Ⅰ类水体
Ⅰ类水体下开采留设防水安全煤 （岩）柱，目的是不允许导水 裂缝带波及水体。防水安全煤 （岩）柱的高度应当大于或者 等于导水裂缝带的最大高度加 上保护层厚度；如果风化带含 水应再加上风化带的厚度。
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• 水体下开采顶板管理方法由初期的水砂充填法，至上
世纪八十年代发展为以全部陷落法为主；近年来，为
延长矿井服务年限，提高资源回收率和矿井投资效益 ，部分矿区采用了充填法开采，实现了水体下开采防 水煤（岩）柱的最大缩小。 水体下开采地层倾角既有缓倾斜、倾斜，又有急倾 斜，甚至达到70°～ 90°；煤层厚度从1m至10m不 等。