[精选]【采矿课件】05 承压含水层上采煤--资料
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第五章 承压含水层上采煤
太原群灰岩、奥陶系灰岩、茅口灰岩 灰岩岩溶发育，含水丰富。 底板承压水—有一定水压、贮存和流动于煤 层底板灰岩中的水体
奥陶系灰岩厚200 800m， 奥灰水的水压1.47 3.43 MPa，深部可达9.81MPa
至石炭系最下部可采煤层 的距离通常仅有2060m
承压含水层上采煤
•有效厚度和实际强度降
)
)
低
•煤层与含水层之间的相 对位置变化
岩溶陷落柱
少数岩溶陷落柱既充 水，又导水，在与强 含水层沟通的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件下， 对安全生产威胁极大
开滦范各庄矿 21小 时后将年产300万t的 大型矿井淹没，突水 峰期平均涌水量为 2053m3/min
+27
5s 7s 9s 12 s
14 s
-300 -400
承压含水层上采煤: 采用专门的技术和安全 措施开采邻近承压含水 层上的煤层
煤层底板突水： 灰岩水穿越了开采煤层和含水层之间的煤岩柱， 以突然的方式大量地涌入采掘空间的现象
已发生过300多次底板突水事故，并造成多次 淹没矿井、开采水平和采区的严重后果
第一节 影响底板突水的主要因素
一、底板突水类型 1、按突水地点 •巷道突水 多以构造破坏为主，承压水通过断裂或构 造破碎带进入底板，形成充水，一旦巷道 揭露出来后，承压水就迅速涌入。
底板突水类型
•采场突水 多以采矿破坏为主，矿山压力破坏和削弱了 底板隔水层的厚度和强度，造成与含水层的 密切水力联系。 巷道突水和采场突水的比例几乎相等
二、底板突水原因分析
1、煤层底板的受力与变形
K Ⅲ
M Ⅱ
3
1
o
N
Ⅱ′
3
Ⅰ
L
Ⅲ′
2
β0
ψ1
G Ⅳ CV
3
4 Ⅵ
E
2
ψ2
γ0
V′D Ⅳ′ H
3
F
1、煤层底板应力及变形分区
底板采动导水破坏带与 底板采动导水破坏带
底板承压水导升带沟通 与含水层相接
不安全
易突水
缩短工作面长度，改变采煤方法，降低采出率，减小底板 破坏深度，甚至对底板注浆加固
根据下三带预测承压含水层上采煤的安全情况
断裂构造带处导升高 度与底板承压水导升 带接近或切穿煤层 很危险 留煤柱，改变采煤方 法，对破坏带以下断 裂封堵加固
K3
-500
O2
-600
影响底板突水的主要因素
3、隔水层的阻水能力 隔水层的阻水能力取决于隔水层的强度、 分层厚度和裂隙发育程度
kγ H
h1 h2
h3
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
影响底板突水的主要因素
4、矿山压力 支承压力诱发底板突水 初次来压或周期来压期间易突水 工作面后部采空区边缘附近易突水 开切眼附近是底板易突水 工作面推进速度慢，工作面突然停止推进 或在停采线处易突水 区段或分带煤柱附近易突水
支承压力诱发底板突水
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
σ v =kγ H
σ v ≈0
σ v ≈γ H
σh
σh
σh
底板破坏带—底板突水的通道
2、煤层底板岩层中的下三带
kγ H
h1 h2
h3
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
底板采动导水破坏带
煤层底板岩层受采 动影响而产生的采
kγ H
h1
w
γH
Ⅰ 底板采动导水破坏带
kγ H
m
1017
短壁 50m
3.57
条带 20m
2.53
房柱 15m×15m
35
注：根据数值计算结果
（2）底板阻水带
位于煤层底板采动 导水破坏带以下、 底部含水体以上具 有阻水能力的岩层 范围
kγ H
h1 h2
h3
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
此带内岩层仍然能保持连续性，一定厚度的底板阻水 带可以阻止底板突水 也称为保护层带或完整岩层带
动导水断裂范围
h2
Ⅱ 阻水带
由沿层面和垂直于 h 3
Ⅲ 承压水导升带
层面的裂缝 形成
采煤工作面长度、采煤方法、煤层厚度、 开采深度、顶底板岩性及结构通过影响前 支承压力而影响底板采动导水破坏带深度。
底板采动导水破坏带深度
•工作面长度愈大，
矿山压力显现愈充分， 32
底板破坏深度 h(m)
底板破坏深度愈大
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
h3用物探 和钻探方 法
巷道中用 电测，钻 探
根据下三带预测承压含水层上采煤的安 全情况
底板阻水带 厚度和强度 均大
安全
正常开采
底板阻水带 薄或强度不 够
不够安全
缩短工作面 长度，减少 破坏深度， 增加底板阻 水带厚度
根据下三带预测承压含水层上采煤的安全情况
无底板阻水带
底板阻水带的厚度可能大小不一，甚至可能不存在
底板阻水带厚度h2
实验法
h2=p/Z p—底板上的水压力，MPa； Z—阻水系数，MPa/m。 钻孔水力压裂法 实测单位底板隔水岩层平均阻水能力的系数 Z=pb / R pb—使岩体破裂时的临界水压力，MPa； R—裂缝扩展半径，一般取4050m
岩层阻水系数Z
层的水在水压力和
kγ H
h1
矿压作用下上升到 h 2
其顶板岩层中的范 h3
围
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
底板承压水导升带
底板承压水导升带上界参差不齐，
断层附近的承压水导升带高度一般较大， 有些矿区可能无底板承压水导升带。
kγ H
h1 h2
h3
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
岩性
中、粗粒砂 岩
阻 水 系 数 （ MPa/m ） 0.30.5
岩性 阻水系数（MPa/m）
泥岩 0.10.3
细砂岩
0.3 石灰岩
0.4
粉砂岩
0.2 断层带 0.050.10
底板承压水导升带
与石灰岩邻接的岩层中原始就存在着节理和 裂隙，岩溶承压水进入后成为导水层
底板承压水导升带
煤层底板承压含水
三、影响底板突水的主要因素
1、水源条件 水量愈丰富，突水量愈大，危害也愈大。 水压是突水的动力，处于封闭状态的岩溶 水不断溶蚀、冲刷裂隙，形成通道，由含 水层进入底板隔水层，水压愈大，破坏愈 严重。
影响底板突水的主要因素
2、地质构造
底板突水事故的80%以 上发生在断裂构造附近
•构造既可以充水，又可 以导水
28
24
•顶板悬顶愈大，前
20
支承压力峰值愈大， 16 对底板破坏愈严重。 12
8
•采深加大后前支承
4
压力的绝对量随采深
0 40 80 120 160 200 240 280 320
加大而加大
工作面斜长 L(m)
p5-3
不同采煤方法的底板破坏深度
采煤方法及面 长
底板破坏深度 (m)
长壁 80100
太原群灰岩、奥陶系灰岩、茅口灰岩 灰岩岩溶发育，含水丰富。 底板承压水—有一定水压、贮存和流动于煤 层底板灰岩中的水体
奥陶系灰岩厚200 800m， 奥灰水的水压1.47 3.43 MPa，深部可达9.81MPa
至石炭系最下部可采煤层 的距离通常仅有2060m
承压含水层上采煤
•有效厚度和实际强度降
)
)
低
•煤层与含水层之间的相 对位置变化
岩溶陷落柱
少数岩溶陷落柱既充 水，又导水，在与强 含水层沟通的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件下， 对安全生产威胁极大
开滦范各庄矿 21小 时后将年产300万t的 大型矿井淹没，突水 峰期平均涌水量为 2053m3/min
+27
5s 7s 9s 12 s
14 s
-300 -400
承压含水层上采煤: 采用专门的技术和安全 措施开采邻近承压含水 层上的煤层
煤层底板突水： 灰岩水穿越了开采煤层和含水层之间的煤岩柱， 以突然的方式大量地涌入采掘空间的现象
已发生过300多次底板突水事故，并造成多次 淹没矿井、开采水平和采区的严重后果
第一节 影响底板突水的主要因素
一、底板突水类型 1、按突水地点 •巷道突水 多以构造破坏为主，承压水通过断裂或构 造破碎带进入底板，形成充水，一旦巷道 揭露出来后，承压水就迅速涌入。
底板突水类型
•采场突水 多以采矿破坏为主，矿山压力破坏和削弱了 底板隔水层的厚度和强度，造成与含水层的 密切水力联系。 巷道突水和采场突水的比例几乎相等
二、底板突水原因分析
1、煤层底板的受力与变形
K Ⅲ
M Ⅱ
3
1
o
N
Ⅱ′
3
Ⅰ
L
Ⅲ′
2
β0
ψ1
G Ⅳ CV
3
4 Ⅵ
E
2
ψ2
γ0
V′D Ⅳ′ H
3
F
1、煤层底板应力及变形分区
底板采动导水破坏带与 底板采动导水破坏带
底板承压水导升带沟通 与含水层相接
不安全
易突水
缩短工作面长度，改变采煤方法，降低采出率，减小底板 破坏深度，甚至对底板注浆加固
根据下三带预测承压含水层上采煤的安全情况
断裂构造带处导升高 度与底板承压水导升 带接近或切穿煤层 很危险 留煤柱，改变采煤方 法，对破坏带以下断 裂封堵加固
K3
-500
O2
-600
影响底板突水的主要因素
3、隔水层的阻水能力 隔水层的阻水能力取决于隔水层的强度、 分层厚度和裂隙发育程度
kγ H
h1 h2
h3
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
影响底板突水的主要因素
4、矿山压力 支承压力诱发底板突水 初次来压或周期来压期间易突水 工作面后部采空区边缘附近易突水 开切眼附近是底板易突水 工作面推进速度慢，工作面突然停止推进 或在停采线处易突水 区段或分带煤柱附近易突水
支承压力诱发底板突水
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
σ v =kγ H
σ v ≈0
σ v ≈γ H
σh
σh
σh
底板破坏带—底板突水的通道
2、煤层底板岩层中的下三带
kγ H
h1 h2
h3
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
底板采动导水破坏带
煤层底板岩层受采 动影响而产生的采
kγ H
h1
w
γH
Ⅰ 底板采动导水破坏带
kγ H
m
1017
短壁 50m
3.57
条带 20m
2.53
房柱 15m×15m
35
注：根据数值计算结果
（2）底板阻水带
位于煤层底板采动 导水破坏带以下、 底部含水体以上具 有阻水能力的岩层 范围
kγ H
h1 h2
h3
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
此带内岩层仍然能保持连续性，一定厚度的底板阻水 带可以阻止底板突水 也称为保护层带或完整岩层带
动导水断裂范围
h2
Ⅱ 阻水带
由沿层面和垂直于 h 3
Ⅲ 承压水导升带
层面的裂缝 形成
采煤工作面长度、采煤方法、煤层厚度、 开采深度、顶底板岩性及结构通过影响前 支承压力而影响底板采动导水破坏带深度。
底板采动导水破坏带深度
•工作面长度愈大，
矿山压力显现愈充分， 32
底板破坏深度 h(m)
底板破坏深度愈大
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
h3用物探 和钻探方 法
巷道中用 电测，钻 探
根据下三带预测承压含水层上采煤的安 全情况
底板阻水带 厚度和强度 均大
安全
正常开采
底板阻水带 薄或强度不 够
不够安全
缩短工作面 长度，减少 破坏深度， 增加底板阻 水带厚度
根据下三带预测承压含水层上采煤的安全情况
无底板阻水带
底板阻水带的厚度可能大小不一，甚至可能不存在
底板阻水带厚度h2
实验法
h2=p/Z p—底板上的水压力，MPa； Z—阻水系数，MPa/m。 钻孔水力压裂法 实测单位底板隔水岩层平均阻水能力的系数 Z=pb / R pb—使岩体破裂时的临界水压力，MPa； R—裂缝扩展半径，一般取4050m
岩层阻水系数Z
层的水在水压力和
kγ H
h1
矿压作用下上升到 h 2
其顶板岩层中的范 h3
围
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
Ⅱ 阻水带
kγ H
Ⅲ 承压水导升带
底板承压水导升带
底板承压水导升带上界参差不齐，
断层附近的承压水导升带高度一般较大， 有些矿区可能无底板承压水导升带。
kγ H
h1 h2
h3
w
γH Ⅰ 底板采动导水破坏带
岩性
中、粗粒砂 岩
阻 水 系 数 （ MPa/m ） 0.30.5
岩性 阻水系数（MPa/m）
泥岩 0.10.3
细砂岩
0.3 石灰岩
0.4
粉砂岩
0.2 断层带 0.050.10
底板承压水导升带
与石灰岩邻接的岩层中原始就存在着节理和 裂隙，岩溶承压水进入后成为导水层
底板承压水导升带
煤层底板承压含水
三、影响底板突水的主要因素
1、水源条件 水量愈丰富，突水量愈大，危害也愈大。 水压是突水的动力，处于封闭状态的岩溶 水不断溶蚀、冲刷裂隙，形成通道，由含 水层进入底板隔水层，水压愈大，破坏愈 严重。
影响底板突水的主要因素
2、地质构造
底板突水事故的80%以 上发生在断裂构造附近
•构造既可以充水，又可 以导水
28
24
•顶板悬顶愈大，前
20
支承压力峰值愈大， 16 对底板破坏愈严重。 12
8
•采深加大后前支承
4
压力的绝对量随采深
0 40 80 120 160 200 240 280 320
加大而加大
工作面斜长 L(m)
p5-3
不同采煤方法的底板破坏深度
采煤方法及面 长
底板破坏深度 (m)
长壁 80100