第十一章 水体下采煤技术
水体下采煤的技术探讨
开采 ， 导致 急倾 斜 煤 层 严 重 抽 冒如 图 １ ， 破 坏 了上 部 留设 的 安 全 防 隔 水煤 柱 ． 使上部老空积水迅速溃入井下 ． 造成 １ ２ １名 矿 工遇难 ， 在 国 内外 造 成 了不 良的 影 响 ． 教 训 极 为 深 刻 。 因此 必
很 有 可 能 改 变上 覆 水体 与 开采 空 间之 间 水 力联 系程 度 ．水 力 联 系弱会 增 加 矿 井排 水 费 用 ． 水 力联 系强 又 有 可 能使 开 采 影
着 当今 煤 炭 工 业 的 迅 速 发展 ， 水 体 下安 全采 煤 技 术 也 在 不 断 地 进 步 。 笔 者 根 据 自 己长 期 实 地 工作 经 验 综 合 各 方面 因素 ， 多 方位 论 述 水 体 下 采 煤 技术 ， 并 提 出几 种 预 防地 表 水 与地 下水 涌 入 开 采 空 间 的技 术 措 施 。
理 部 门 审查 批 准 后 进 行 试 采 ． 试 采 结 束后 提 交 总 结报 告
１ ． ２ 严禁在水体下开采急倾斜煤层 ，防止发 生 “ 抽 冒” 突 水事 故
在 浅 部 厚 煤 层 、急 倾 斜 煤 层 及 断层 破 碎 带和 基 岩 风 化 带
附 近进 行 采 掘 ， 容 易 引起 顶 板 岩 层 和 煤 层抽 冒。 广 东梅 州 市 兴
运转 ， 标志着我国从此结束无海下采煤的历史 ． 是 中 国煤 炭 开
采 史 上 的一 件 大事 。
宁 市 大兴 煤 矿 “ ２ ０ ０ ５ ． ８ ． ７ ” 特 别 重 大 突 水 事 故 是 一 个 典 型 的 在
水 体 下 开 采 急倾 斜 煤 层 而 引发 的 突 水 淹 井 事 故 。 大 兴 煤 矿 一
分析水体下放顶煤开采
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
分析水体下放顶煤开采
1.1 水体下开采常用的采煤方法水体下开采方法按照先深后浅，先远后近，先采隔水层厚的地点、后采隔水层薄的地点，先采条件好、后采条件复杂地点的原则。
采煤方法一般有单一长壁、倾斜分层人工假顶长壁、仓房式、急倾斜煤层沿走向推进的伪倾斜柔性掩护支架等。
在水体下实施综放开采始于90 年代初期，应用比较普遍，在兖州、邢台、龙口、大屯、淮南等矿区，针对不同富水性的松散含水层水体和不同类型的覆岩，在留设防水、防砂及防爆煤柱等条件下，都成功地实现了综放安全开采。
顶板管理一般有全部跨落、水砂充填、矸石充填及留煤柱支撑顶板等。
1.2 水体下的放顶煤开采
在水体下使用放顶煤开采工艺，使采场的上覆岩层活动规律及结构特点发生了较大的变化，造成了明显的矿压凸现。
由于在水体下使用综放开采使煤炭的一次开采厚度加大，开采强度也随之增加，采动破坏性影响程度明显加剧对水体下安全采煤产生重大影响，具体应采取一些技术措施，把工作面涌水量控制在保证安全生产，且同时取得良好经济效益的水平上，从而最大限度地开采水体下压煤。
放顶煤开采的生产效率取决于顶煤的冒落是否充分和冒落下的顶煤能否顺利输出，在顶煤冒落性较好的条件下，顶煤的采出率与放顶煤效果取决于合理的放顶煤工艺参数的确定。
由顶煤放出规律确定水体下采煤时对弯曲带、裂隙带和破碎带的影响，特别是对裂隙带的影响。
对于放下顶煤的采场而言，由于开采条件的限制，顶煤一般发生沿走向的水平位移和铅垂方向的垂直位移，位移的结果使顶煤发生断裂和破碎，对于倾角较小的走向长壁放顶煤工作面，其顶煤主要表现为水平位移。
而老顶位于直接。
水体下采煤
• Ⅲ级 允许导水断裂带进入松散孔隙弱 含水层，同时允许垮落带波及该弱含水 层水体
Ⅰ级水体采动等级允许采动程度
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孔隙强、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. 要求作为重点水源和旅游地保护的 水体
隔水性和导水性能取决于颗粒大小和矿物成份 （主要取决于粘土的含量）
颗粒愈细，隔水性能愈好
粉土
0.005mm
砂
0.05～2mm
砾
＞2mm
煤岩的隔水和导水性能
隔水性 良好 弱 差
粘土的含量（%） 30
1130 10
煤岩的隔水和导水性能
岩层胶结物
开采前
硅质、钙质胶结 隔水层(强度大、 不易风化和泥化)
2、隔水层理论 水体底面与煤层之间应有相应厚度的隔水 层，才能实现水体下安全采煤。 一定厚度的泥岩和粘土层是水体下安全采 煤的良好隔水层。
五、水体下的采煤方式
1、顶水采煤 对水体不处理，直接在水体下方采煤，水 体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全 煤岩柱。
顶水采煤适应条件：水量大、补给充足、 水体距开采煤层较远
一、水体的类型
地表水体：积聚在江、海、河、湖、水库、 沼泽、水渠、坑、塘和塌陷区中的水 地下水体 ：积聚在岩石和松散层空隙中的水
松散层水体 第四纪和第三纪松散层中 的含水
基岩含水层水体 砂岩、砾岩、砂砾岩及 石灰岩岩溶含水层水体
水力采煤技术-PPT课件
水采专用泵, 单台最大扬程900米,可提升高度800米，该
泵设计流量为300～360m3/h，具体参数见下表：
DN型煤水泵技术参数表
泵型
级数 流量 m3/h
DN300-60×4～12
扬程 (m) 功率 (kw) 效率 (%) 流量 m3/h
DN360-75×4～12
扬程 (m) 功率 (kw) 效率 (%)
重量轻：98kg 压力：20MPa 通径：DN125，DN150
3）高压管
无缝钢管：材质20号钢。 通径：DN125，DN150。
• 2. 高压供水泵
目前主要使用D(Z)300-80型污水高压泵, 该泵为水采 专用泵, 单台最大供水压力为10MPa, 该泵设计流量为280 ～300m3/h，两台串联最高可达20MPa，适合于煤水浓度小 于1g/l,粒度小于0.5mm污水。技术参数见下表：
• 3.2
系统流程：从工作面下来的回采及掘进出的
煤水先进入刮板捞坑进行水力分级，+0.5mm筛上
品通过刮板筛脱水后运至煤仓旱运；-0.5mm筛下
煤水进入井下脱水硐室脱水回收，回收后的煤泥 进入也进入煤仓旱运旱提到地面，煤水净化后采 区内循环复用，详见工艺系统图。 • 3.3 适应条件：旱运旱提能力富裕，开采深度较 大（大于300米），以及旱采矿井某一区域适合水 采的块段。
• 3.采区化水采模式（全部旱提模式）
• 3.1 概念：采区化水采工艺系统彻底打破了常规型水采落 、运、提、脱的工艺模式，取消了煤水提升和地面脱水系
统，使水采煤泥全部在采区回收，实现水采原煤全部旱提
旱运。避免煤水井上下缓冲、储存设施的重复建设，使高 压供水在采区内全部进行闭路循环复用。大大简化了水采 生产环节，缩短了用水循环圈，使其更具有简单、可靠和 灵活性。如通化矿业集团5个水采矿井全部采用该模式。
ch6水体下与承压水上采煤
H 100M m 2.1M162.5
H 100M m 4.7M192.2
H 100M m 6.2M321.5
H 100M m7.0M631.2
覆岩破坏高度的计算
导水裂缝带高度计算(适用于倾角为0～54°的煤 层)
煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互 层及厚煤层分层开采时，导水裂缝带最大高度均可选择下 表中给出的两种经验公式计算。
②一般开裂区。岩层未全部断开且层次完整，裂缝间连通性 较好，透水性一般，基本不透砂。该区如果波及水体会发生 透水事故；
③微小开裂区。岩层有微小裂缝，连通性不好，透水性微弱。 该区如果触及水体会增加矿井涌水量。
这3个区域的透水性是渐变的，其间并无明确的界线。人们常 根据钻孔观测时冲洗液漏失量的大小划定出它们的界线。
留设安全煤岩柱
留设防水安全煤岩柱 ➢在水体底界面至煤层开采上限之间所留设
的防止水体中的水溃入井下的煤和岩层块 段称为防水安全煤岩柱。 目的：不允许导水断裂带波及到水体 结果：避免上覆水体涌入井下，并要使矿 井涌水量不明显增加。
留设安全煤岩柱
留设防水安全煤岩柱 ➢防水安全煤岩柱适用于下列情况：
a) 各种大型地表水体下采煤； b)各类地表水体和第四纪、第三纪松散含水层
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 2．采煤方法和顶板管理方法 3．煤层倾角 4．开采强度 5．时间因素 6．重复采动
0度
不
同 20度
煤
层
倾
角
围
40度
岩
破
坏
形
60度
态
图
煤
10度
30度
矿井水灾防治及水体下安全采煤
矿井水灾防治及水体下安全采煤预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制矿井水灾防治及水体下安全采煤一、地下水的基本知识（一）自然界中水的循环自然界中的水：1、大气水：水蒸气、云、雾、雨、雪和冰雹；2、地表水：河流、湖泊、海洋、冰雪；3、地下水：保存在地下岩石的空隙、裂隙及岩溶中的水。
自然界中的水在太阳辐射热和重力的作用下不断地循环着。
从海洋、河流、湖泊的表面，岩石的表面及植物的叶面上蒸发，变成水汽上升至大气圈中。
在高空凝结，形成不同形式的降水而降落到地面。
降落下来的水一部分就地蒸发，一部分通过地表和地下径流的形式回归到海洋、河流、湖泊中。
（二）岩石的空隙性和透水性1、岩石的空隙性（1）孔隙：岩石颗粒之间存在的空隙。
孔隙以孔隙度(n)表示。
30%或更大。
~颗粒大小均匀，孔隙度大；大颗粒之间空隙充填有较小颗粒，孔隙度小。
沉积岩孔隙度一般为10%，砾岩和充填胶结差的砂岩可达20%（2）裂隙：坚硬岩石受地壳运动作用，产生各式各样的裂缝，称为裂隙。
（3）岩溶：地下水溶蚀了某些可溶性岩石（如石灰岩、石膏、岩盐）后，在岩石中形成了洞穴，称为岩溶溶洞。
2、岩石的透水性岩石能使水透过本身的性能，称透水性。
根据岩石透水性的大小，岩石可分为透水岩石和不透水岩石。
砂、砾石、砾岩以及裂隙与岩溶比较发育的岩石（砂岩、石灰岩）为透水性岩石；粘土及裂隙不发育的岩石（如页岩）为不透水岩石。
岩石的透水性是相对的。
在普通压力下为不透水岩石，在高压力下可能是透水性岩石。
介于透水与不透水之间的岩石为半透水性岩石，如亚粘土和亚砂土等。
岩石透水性的大小，用渗透系数表示。
(见图1)渗透系数是水力坡度为1时的渗透速度。
测得太原组石灰岩含水层渗透系数平均为4、79210-6m/s（0、414m/d）;本溪组石灰岩含水层渗透系数平均为1、44610-6m/s(0、125m/d)。
3、透水层与不透水层；含水层与隔水层能够透水或透水性强的岩石，称为透水层，如石灰岩，白云岩，空隙度大的砾岩和砂岩。
水体下采煤的安全与技术措施分析
水体下采煤的安全与技术措施分析摘要:文章介绍了水体下采煤的特点和影响因素,分析了当前实践中不同水下采煤的技术要求,探讨了安全技术措施。
关键词:水体下采煤影响因素控制方法安全技术措施所谓水体下采煤指的是在开采煤层上方的地表水体下采煤。
据统计,我国的重点煤矿受水威胁储量超过250亿吨,有百余条较大的河流压煤,还有微山湖、太湖、大冶湖和渤海等湖海下压煤,在华北、东北和华东平原地区普遍有第四系的含水砂层覆盖,这些地区的煤田浅部开采都存在含水砂层下采煤的问题。
显见,水体下采煤在我国多数矿区都有不同程度地存在,而且在今后较长一段时期内不可避免。
近年来,相关方面做了大量的研究和实践工作,取得可喜的进步。
这里浅就笔者的学习与实施情况,简要探讨水体下采煤的安全与技术措施。
1 几种水体下采煤技术对安全技术上的要求(1)综合机械化顶水采煤。
我国研究和实践水体下采煤技术已历经了50余年历史,以往主要采取炮采和普通机械化开采。
20世纪80年代后,我国投入了水体下安全综采的研究与实践。
鉴于“综采”工作面上机电设备多,抗水患能力较差,因此要求水体下采煤的安全性很高,防水安全煤柱尺寸也较大。
(2)综合机械化放顶煤顶水采煤。
“综放”开采主要适用于厚煤层和特厚煤层,工作面的采高一般5m～15m,可根据需要适当调整。
这种开采方式工作面上机电设备多,部分矿井为“一矿一面”或“一矿两面”的高产高效模式。
因此,一旦工作面涌水量较大,将对矿井生产造成十分不利的影响。
因此,在水体下采煤中,通常综放工作面覆岩破坏高度大、变化幅度大、防水安全煤柱尺寸大。
为减少煤炭损失,通常采用台阶式“限厚放煤”的方法减少采高,降低覆岩破坏高度、减小防水安全煤柱厚度。
(3)保水采煤。
我国水资源丰富,但人均占有量偏低,在煤炭资源丰富的中西部地区,水资源却相当匮乏,生态环境脆弱。
煤田开发过程中,地下水渗漏、水位大幅下降,对当地生态产生不利影响。
保水采煤要求导水裂缝带高度不波及地表及浅部含水层,使水体不向矿井泄漏。
建筑物与水体下采煤方法
三带的空间轮廓形状
（1）0 35 垮落带 开采期间，垮落带的高度 基本上是相同 开采完毕，中间较低，两 端较高的枕形轮廓 断裂带 两端边界超出，呈马鞍形， 最高点位于采空区斜上 方。
li
(a)
m
H
H
顶板岩性对两带的影响
顶板坚硬，两带高度较大，之和可达18 28倍采高 顶板中硬，两带高度达12 18倍采高 顶板松软破碎时，两带高度较低，采厚的9 12倍。
2 开采引起的地表移动 一、地表移动和破坏的形式
二、地表移动盆地的形成及特征
一、地表移动和破坏的形式
地表移动盆地
地表裂缝及台阶
煤层露头处附近漏斗状塌陷坑
二、地表移动盆地的形成及特征
1、地表移动盆地的形成
W1 W2 W3 W4 W5
H
1
2
3
4
5
2、充分采动与非充分采动
充分采动—地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加。 非充分采动—地表最大下沉值随开采区域尺寸增大而增加 。
b a
条带划分的类型
以条带面推进方向 走向条带 搬家少 稳定性差 倾斜条带 搬家多 稳定性好
b a
条带采煤法的适用条件
•地面为密集建筑群、结构复杂的或纪念性的 建筑物； •难搬迁的村庄； •铁路桥梁、隧道或铁路干线下； •水体下的煤层及受岩溶承压水威胁的上方煤 层； 条带采煤法开采的理想地质条件： 煤层埋深小于400500m，单一薄及中厚煤层， 厚度比较稳定，顶底板岩层和煤层较硬。
垮落带
垮落带 不规则垮落带，呈杂乱堆积。 规则垮落带，岩块堆积排列较整齐 碎胀性：1.3 1.5,体积增大 导水：水、水砂和泥浆容易通过
断裂带
曾称：裂隙带。 断裂带特点： 左右断裂，上下离层
3-2 水体下保水采煤技术
二、水体下保水采煤技术措施
水体下保水采煤技术措施
矿井水文地质勘查
判别顶板导水裂隙发育高度
否
导水裂隙是否沟通水体
是
隔离水体技术措施
疏降水体技术措施
留 设 安
降 低 导 水
全 煤 岩 柱
裂 隙 发 育
注 浆 堵 截 水 源
高
度
钻
巷
回
孔
道
采
疏
疏
疏
降
降
降
水 水水 体 体体 下 下下 充 部限 填 分厚 开 开开 采 采采
二、水体下保水采煤技术措施
2.疏降水体技术措施——含水层采动破坏后的恢复与再造
黄县煤矿副井西翼1201工作面观测孔布置
黄县煤矿在进 行含水砂层下采煤 试验中，曾在长壁 全部垮落采煤法工 作面上方的冲积层 和基岩内布置一组 观测钻孔，(岩层 在 -14 米 以 上 为 砂 岩；砂质黏土以及 表土层）在回采前 后及整个回采过程 中进行了为期一年 的水位观测。
最大降速（米/天） — 0.535 0.825 0.950 — —
下降时间（天） —
30
27
17
——
二、水体下保水采煤技术措施
2.疏降水体技术措施——含水层采动破坏后的恢复与再造
水位下降 是暂时的
1#孔水位变化曲线
二、水体下保水采煤技术措施
2.疏降水体技术措施——含水层采动破坏后的恢复与再造
水位已经 下降但还 有恢复的 可能
风化带
HshHd+Hb+Hfe
二、水体下保水采煤技术措施
（2）留设防砂安全煤岩柱
➢防砂煤岩柱：在松散弱含水层底界面至煤层开 采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤和岩 层块段。
水体下采煤PPT课件
HshHd+Hb+Hfe
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sh
2、防砂安全煤岩柱
目的：是允许导水断裂带波及松散弱含水层或已疏降的松散层强含水层，但不容许垮落带接近松散层底部 结果：泥砂不会溃入井下，矿井涌水量会略有增加，或只是短时间增加。
第26页/共47页
Hs Hk H b
防砂安全煤岩柱
Hs=Hk+Hb
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黄县煤矿在进 行含水砂层下采煤 试验中，曾在长壁 全部垮落采煤法工 作面上方的冲积层 和基岩内布置一组 观测钻孔，(岩层 在 -14 米 以 上 为 砂 岩；砂质黏土以及 表土层）在回采前 后及整个回采过程 中进行了为期一年 的水位观测。
图5-5 黄县煤矿副井西翼1201工作面观测孔布置
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2、疏水采煤
利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降上部水体，再在水体下方采煤。
先疏水后采煤 干
水量有限可以预先疏
小窑积水、采空区积水
边疏水边采煤 分布范围很大
水量不太大，而水体的
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3、顶疏结合采煤
受多种水体或多层含水层水体威胁 间距大于导水断裂带高度的水体，顶水采煤； 间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，疏水采煤。
•全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采 降低覆岩破坏高度
•坚持有疑必探，先探后采的原则 •正确设计防水隔离煤柱
防水、防砂和防塌安全煤岩柱
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二、水体下采煤的地面措施
切断和改变地面补给水源 河流改道 河流铺底 建立上游水库 筑拦洪坝 修拦洪沟 填渗水裂缝 架渡槽 设围沟 排除内涝
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顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水体的类型
煤矿开采水下采煤技术
对行业的意义
推动行业发展
水下采煤技术的推广和应用，将有助于提高煤矿开采的效 率和安全性，推动煤矿行业的可持续发展。
促进技术创新
水下采煤技术的研发和应用需要解决一系列技术难题，这 将促进相关技术的创新和发展，提高我国在采矿技术领域 的国际竞争力。
保障能源安全
水下采煤技术的推广和应用，将有助于保障我国的能源安 全，为经济发展提供稳定的能源供应。
。
06
结论
技术总结
技术原理
水下采煤技术利用了水体对煤层的压力作用，通过调整煤层与水体 的相对位置，实现了在水中采煤的目标。
技术优势
水下采煤技术具有开采效率高、资源利用率高、对环境影响小等优 点，是未来煤矿开采的重要发展方向。
技术挑战
水下采煤技术需要解决水体对采煤设备的腐蚀、水压对采煤环境的影 响等问题，同时需要加强技术创新和研发，提高采煤效率和安全性。
，成功开采出煤炭资源，同时也采取了生态保护措施，确保海洋生态环
境的可持续发展。
应用效果
提高开采效率
水下采煤技术的应用可以 大幅提高煤炭资源的开采 效率，缩短开采周期，降 低生产成本。
保障生产安全
水下采煤技术可以降低矿 难事故的发生率，提高生 产安全性。
保护生态环境
合理利用水下采煤技术可 以减少对河谷、湖泊、海 洋等生态环境的破坏，实 现绿色开采。
和效率。
解决方案
地下水控制技术
采用地下水控制技术，如帷幕 注浆、排水降压等，以减少地
下水对采煤的影响。
采煤设备改进
研发和采用适用于水下采煤的 设备和技术，提高采煤效率。
矿坑稳定性监测
建立矿坑稳定性监测系统，及 时发现和处理矿坑安全隐患。
我国煤矿水体下安全采煤技术的发展及展望
我国煤矿水体下安全采煤技术的发展及展望发表时间：2017-10-24T16:26:04.373Z 来源：《基层建设》2017年第17期作者：邢松战[导读] 摘要：本文首先对水体下安全采煤技术进行简单的介绍，然后对煤矿水体下安全采煤技术理论方法发展进行分析，随后提出水体下煤矿安全采煤技术实践新进展，最后提出水下采煤技术发展展望，希望能够给相关人员提供参考。
永贵能源开发有限责任公司贵州省贵阳市 550081摘要：本文首先对水体下安全采煤技术进行简单的介绍，然后对煤矿水体下安全采煤技术理论方法发展进行分析，随后提出水体下煤矿安全采煤技术实践新进展，最后提出水下采煤技术发展展望，希望能够给相关人员提供参考。
关键词：煤矿；水体下；安全采煤技术；发展在采煤实际工作中，水体下采煤占有重要的比例，在不同的矿区都不同程度的存在。
水体下采煤的主要目的是防止溃水、溃泥、溃砂或超限涌水，实现对井巷的有效保护，避免其受到破坏，保证采煤工作的安全进行。
随着水体下采煤技术理论研究的深入和实际工作经验的总结，不同的理论成果被研究出来，并相继运用到采煤实践中，它们在水体下采煤实际工作中发挥着重要的作用。
1.水体下采煤技术概况从20世纪50年代以来，我国就开始了对水体下采煤技术的研究[1]，通过多个水下煤矿的开采试验工作，我国在水体下煤矿开采上积累了相当丰富的经验。
水体下采煤对采煤的过程具有十分严格的要求：在采煤中要避免发生透水溃砂等安全事故；保证涌水量的均匀和稳定；保护地面水体，使其免受破坏等。
在水体下煤矿开采之前，为避免一些危险情况的发生，保证采煤工人的生命安全，使采煤作业能够顺利进行，要对煤矿所在地的地质、水文情况、排泄条件和隔水层厚度等进行详细的了解，制定了合理的开采方案之后才能开始采矿工作。
2.水体下采煤技术理论方法的发展在水体下采煤技术理论上，几项新的技术被提出：（1）防水安全煤柱的留设方法，为使在综采和综放条件下，防水安全煤柱能得到合理的留设，可通过形成垮落带、导水裂缝带或保护带，通过露头留设的方法留设安全煤柱；（2）覆岩破坏的数值模拟方法，在覆岩破坏度比较高的地区，可以通过模拟覆岩破坏的发展过程、形态和移位变化情况，方便采煤方案的制定；（3）涌水量渗透数值分析技术，在地质、水文等采矿条件发生变化时，通过相关软件，包括 Feeflow、Modflow 等，对涌水量的变化情况进行模拟，从而实现对矿井和工作面涌水量的预测；（4）人工智能理论的运用，即运用人工智能理论，对水体下煤矿的涌水量、含水层的富水性、采煤作业的安全性等做出科学的分析和评价，从而提高采煤方案的准确性。
水体下采煤
一、水体下采煤的特点
• 在处理水体下采煤时，主要考虑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。因此，研究覆岩破坏规律，特 别是能够导水的冒落带和裂缝带的高度及其分布形态至关重要。相对而 言，此时对地表变形退后到次要位置。因为在许多情况下，尽管地表产 生较大的移动和变形甚至出现裂缝，但是只要这些裂缝在某个深度上自 行闭合而不构成水的通道，就不会发生透水事故。
•
当前，我国在一般河流下或流砂下采矿的技术问题已基本解决。在
大型水体下采矿正处于试采阶段，如我国将向近海岸的浅海下进行试采， 如山东北皂矿在渤海下的开采。
• 在河、湖下开采已取得实效，如江苏殷庄煤矿在微山湖下采煤。
第一节 概 述
• 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。因此，在 水体下采煤时必须采取适当措施，保证开 采过程中不发生灾害性透水、溃砂事故， 避免因矿井涌水量突然增大而严重地恶化 井下工作环境。
• 由于松散含水层所含的水一般赋存于第四纪或第三纪 松散冲积层的孔隙中，所以又常称其为第四纪或第三纪松
散含水层。松散含水层中所含的水是一种潜水，它有自由 表面——潜水面。由于潜水能在重力作用下从高处向低处 流动，因此潜水面具有一定的坡度，而这个坡度又常与地
表坡度一致。潜水面至地表的铅垂距离称为潜水的埋藏深
•
当然，在一般情况下，地表水、松散层内的含水层水
体和基岩水体之间常构成某种水力联系。于是就产生地表
水体和松散含水层、松散含水层和基岩含水层、地表水体
和基岩含水层、地表水体、松散含水层和基岩含水层等类
型的复合水体。而各种单纯水体和复合水体又有水体与煤
覆岩破坏规律与水体下采煤技术修改--
煤矿覆岩破坏规律与水体下开采技术（摘要）煤炭科学研究总院文学宽2008年9月18日一、覆岩破坏规律研究的目的采掘工作面支护参数及井巷煤柱的合理留设；近水体煤层开采的可行性评价及开采上限的合理确定；煤层群上行开采的可能性和安全性评价；高瓦斯、易自燃近距离煤层开采防灭火措施的制定；“双突”矿井瓦斯预抽范围及解放层的选取；采矿权重叠矿井安全评价。
二、覆岩破坏的研究简史覆岩破坏的研究只有近百年的历史。
前苏联、德国、利比亚、中国等国学者均进行了研究。
近年来，由于研究方法、计算机的广泛和实测手段的应用，使覆岩破坏的研究进入了一个新的发展阶段，但由于覆岩的复杂性、现场实测条件的限制，至今未形成系统的理论。
目前应用比较广泛的理论或假说：拱形垮落理论：悬梁（或悬板）垮落理论：垮落岩块碎胀充填理论：垮落岩块铰接理论：予成裂隙假说：三、覆岩破坏与采动影响采动影响引起覆岩移动变形和破坏采动影响是指回采引起的围岩活动现象及造成的种种损害，包括：采动后岩层（岩体）和地表的应力变化；采动后岩层（岩体）和地表整体性移动；采动后岩层（岩体）和地表垮落开裂性破坏。
采场采动影响的分布特征:在采用长壁全部垮落采煤法的情况下，采空区顶、底板岩层及所采煤层本身中的采动影响，按其性质及程度可分为三个区带，即：应力微变化区；微小变形与移动区；开裂垮落性破坏区。
以上这三个区带的范围大小主要受采厚、倾角、岩性、地层结构等影响。
下面以中等硬度岩（煤）层为例，说明采场采动影响的分布特征：1、覆岩切冒型破坏破坏形态：既不像有规律的“三带”型破坏，又不象非均衡破坏那样逐渐向上抽冒，而是突然一次性的由煤层顶板直达地表。
垮落下来的岩块与未垮落岩体之间的裂隙形如刀切。
破坏特点：垮落岩体呈反漏斗形状；单次垮落的面积大；垮落范围小于开采范围；地表下沉均匀，周边裂隙宽度达0.5m，深不见底。
产生条件：覆岩整体性强，坚硬难冒，如大同矿区单向抗压强度80-200MPa。
水体下和水体上采煤理论与技术
邻近渤海湾的龙口矿区，是我国第一的海滨矿区。龙口 矿业集团进军海域始于上世纪80年代，经历了勘探、调 研、论证、设计、施工阶段。1984年开始，多次到英国、 加拿大、日本进行考察，并对国内水下采煤情况进行调 研，收集了大量水下采煤的技术资料。1989年开始，先 后对海域扩大区进行了单道地震勘探和二维地震勘探， 在海上打出了4个钻孔，完成了海域首采区三维地震勘探， 探明海域扩大区的地质储量，为海下采煤的成功实施提 供了详细的基础资料。1998年，原龙口矿务局正式向山 东省政府提出对北皂煤矿海域扩大区进行试采技术研究 与开发的立项申请，获准实施。
海下采煤相对于其他地质采煤的优缺点
优点： ①不会导致地表破坏，无需支付昂贵的搬迁费
用及耕地损失费用； ②不会造成由于地表沉陷等开采损害而引起的
农田损失和地下水资源的严重流失和环境污染； ③不受老采空区和小窑开采的影响； ④海底采煤可以在沿海煤田矿井的基础上实现，
不需另建矿井。
我国海下采煤技术的应用
海下开采安全技术体系
5.开展井下超前探测 海下开采中，严格执行《煤矿防治水规定》，防治水工作坚持
“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则，采取防、 堵、疏、排、截的综合防治原则，开展超前探测，消除水患。同 时，先后采用音频电透、瞬变电磁探测技术在工作面回采前对工 作面顶底板及周边进行探测，以一定量的钻探工程量进行验证， 物探钻探相结合，确保了探测的可靠性。 6. 建立自动化保障系统 为了进一步减少海下作业人员数量，提高开采技术水平，建立自 动化保障机制，以海域为中心建设了自动化控制系统，包括风井 自动化监控系统、海域排水自动化控制系统、海域皮带运输自动 化控制系统、海域供电自动化控制系统及建立了安全预警系统、 安全生产检测监控系统、井下人员定位系统以及工业电视监视系 统，实现了生产过程自动化、安全监控数字化、企业管理信息化 和信息管理集约化。
水体下采煤
2. 水体下煤炭开采技术的探讨在开采煤层上方的地表水体下或地下水体下采煤称为水体下采煤。
其中，最具代表性的是河流下、流砂层下的开采问题，这也是当前煤矿中常遇到的实际问题。
水体下采煤必须采取适当的措施，保证开采过程中不发生灾害性的透水、溃沙事故，避免因矿井涌水量突然增大而严重恶化井下作业环境。
影响水体下安全采煤的因素涉及很多，在开采前要掌握水体的类型、水量、煤层到水体间岩层的结构、力学特征、隔水层厚度及其地质构造等[12,13,14]可能形成的水力通道，依据这些条件确定合适的防护措施及开采方法。
其中，水体类型[15]包括：1 地表水体，如江河湖海、沼泽坑塘、水库、灌渠、山沟水、稻田水、和地表移动盆地积水等；2 第三、四纪松散含水层水体，如砂层水、砂石层水等；3 基岩含水层水体，如砂岩、砾岩和石灰岩等含水层水体；4 其他水体，如井下老采空区积水等。
水体下采煤的理论依据主要有“三带”（即冒落带、裂隙带、整体移动带通称“三带”[16]）理论、隔水层理论。
水体下采煤的开采方案：a、留安全煤岩柱顶水采煤。
在水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱，直接在水体下采煤。
b、疏干或疏降水体开采。
水采煤利用排水系统开掘疏水巷道疏降上部水体，再在水体图2 将泥浆用水泵送到深矿井内以防地表下沉1—地表面结构；2—原来的地表水平线；3—废矿井；4—塌陷的矿房；5—煤柱；6—破碎机和泥浆站；7—泥浆；8—钻孔；9—早先开采的煤层 -4- 中国科技论文在线下从事采煤工作。
c、顶疏结合开采。
在多层含水层威胁的条件下采用此种方式的安全系数较高。
d、堵截水源与疏水采煤。
采用水泥等粘结性材料注入含水层的孔洞中形成挡水墙，切断地下水的补给通道，在进行疏水采煤。
e、合理选择开采方法及开采措施。
水下开采主要方法[17,18]有充填开采、条带采煤法开采、分层间歇开采、伪倾斜或仰斜长壁开采等。
水体下采煤的安全技术措施[19]：（1）试探开采。
水体下和水体上采煤理论与技术PPT课件
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针对今后海下采煤提出以下建议
(3)海下采煤对环境的影响比陆地采煤要小。海下 采煤可以避免陆地采煤带来的许多问题。比如， 海下采煤也不会触及活跃的黑烟囱，即不会威胁 到活跃黑烟囱附近聚集的各种海底生命。
同内陆煤矿相比，海底下采煤要取得地质资料相当困难， 费用也过大，必须通过海上钻台和打钻船打深海钻孔取 得海底煤田地质资料。
邻近渤海湾的龙口矿区，是我国第一的海滨矿区。龙口 矿业集团进军海域始于上世纪80年代，经历了勘探、调 研、论证、设计、施工阶段。1984年开始，多次到英国、 加拿大、日本进行考察，并对国内水下采煤情况进行调 研，收集了大量水下采煤的技术资料。1989年开始，先 后对海域扩大区进行了单道地震勘探和二维地震勘探， 在海上打出了4个钻孔，完成了海域首采区三维地震勘探， 探明海域扩大区的地质储量，为海下采煤的成功实施提 供了详细的基础资料。1998年，原龙口矿务局正式向山 东省政府提出对北皂煤矿海域扩大区进行试采技术研究 与开发的立项申请，获准实施。
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湖泊下开采技术措施
1、试探开采
生产实践表明，试探开采时水体下开采的一个重要 技术原则。试探开采就是先采远离水体、后采近邻水 体下面的煤层；先采隔水层厚、后采隔水层薄的煤层； 先采地质条件简单、后采地质条件复杂的煤层；先采 较深部，后采较浅部的煤层。通过先易后难地试探性 开采，逐步接近水体。这样，不仅能够在试采中确切 地了解采动对防水煤岩柱的破坏程度，而且能够不断
3
我国的北皂煤矿一角
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海下采煤相对于其他地质采煤的区别和难 点
水体下煤层群开采方法
水体下煤层群开采方法
格.,布亚;范学理
【期刊名称】《矿山测量》
【年(卷),期】1993(000)001
【摘要】水体下煤层群开采方法包括开掘准备巷道和在水体影响区保护煤柱内开采各煤层。
与其它方法区别之处:在水体影响区内开采各煤层时,为减少保护煤柱的煤炭损失,用宽度不大于0.05H(H—失去支撑能力的煤柱到地表的竖向距离,下同)的煤柱维护准备巷道。
该煤柱失去了支撑能力,并挤向采空区。
【总页数】2页(P53-54)
【作者】格.,布亚;范学理
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TD823.83
【相关文献】
1.急倾斜不稳定复杂煤层群正规布置与开采方法初探 [J], 李和平
2.五阳矿承压水体上开采方法的研究 [J], 熊崇山
3.火烧区水体下煤层群安全开采实践 [J], 武海文
4.浅谈填充开采方法在三下压煤条件下的应用 [J], 林德军
5.缓倾斜煤层群开采方法及工艺设计 [J], 张文龙;朱志强;李伟
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第十一章水体下（上）采煤技术
水体下（上）采煤特点
（1）水体下（上）采煤对地表变形量的大小关心较少，主要关心破裂岩体是否触及到水体；（2）保护对象一般来说不是水体而是矿井本身；
（3）水体是一整体，只要破裂带触及到水体，就会使水大量溃入井下，淹没矿井，因此水体必须作为整体加以保护
矿区水体主要分为地表水和地下水两大类
潜水位：潜水面上任意点的绝对标高称为潜水位标高
潜水面：潜水所具有的自由表面称潜水面
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三带：垮落带、裂缝带和整体弯曲带
导水裂缝带：冒落带、裂缝带合称导水裂缝带
导水裂缝带分为四个区：垮落性破坏区、严重开裂区、一般开裂区、微小开裂区
影响覆岩破坏规律的因素
（一）覆岩力学性质和结构特征
（二）煤层倾角
（三）采煤方法和顶板管理方法
（四）开采面积
（五）开采厚度
（六）时间因素
（七）重复采动
水体下采煤技术措施：留煤柱、处理水体、开采措施
一、留设安全煤岩柱
目的：使导水裂缝带不触及水体或触及水体但不会使水大量涌入井下，达到安全采矿的目的。
安全煤岩柱：在水体和矿层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和矿层
安全煤岩柱可分为：防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌安全煤岩柱
1．防水安全煤岩柱
在水体底界面至矿层开采上限之间所留设的防止水体中的水溃入井下的煤和岩层块段称为防水安全煤岩柱
2.留设防砂安全煤柱
在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤岩层区段称为防砂安全煤岩柱
3.留设防塌煤岩柱
在松散粘土层或已经疏干的松散含水层底界面至煤层开采上限之间设计的用于防止泥砂塌入采空区岩层区段称为防塌煤岩柱
二、水体处理措施
（一）疏降水体
（二）处理水体补给来源
三．开采技术措施
目的：减小导水裂缝带高度
主要有：充填开采、柱式开采、分区开采和分层间歇开采
影响底板突水的主要因素
（一）地质构造
（二）含水层的富水性和水头压力
（三）底板隔水层厚度和强度
（四）矿山压力
（五）开采方法
水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法
（一）防水安全煤岩柱的设计
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波及水体，或与承压水导升带沟通。
因此，设计的底板防水煤岩柱厚度（ha ）应大于或等于导水破坏带（h1）和阻水带厚度（h2）之和（图11-11a ），即：21h h h a +≥
如果底板含水层上部存在承压水导升带（h3）时，则有：
321h h h h a ++≥
承压水上采煤的安全措施
进行承压水上采煤，可以采取以下一些技术措施：
1）缩短工作面长度
2）采用房式或条带式采煤方法
3）强制放顶或软化顶板
4）对易突水的局部地点，采取局部注浆加固等措施
5）疏水降压。