[精选]【采矿课件】05 承压含水层上采煤--资料
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水体下与承压水上采煤--理工大
第三节 水体下采煤的技术措施 防塌安全煤岩柱的适用条件为：
（1）地表水体小，补给不充分或无经常性补给，且 水体与煤层基岩之间全部或底部为厚度大的弱含水层与隔 水层互层； （2）地表水体虽大，但系季节性或非经常性的，补 给水源又进行了处理，且水体与基岩之间为厚度大的弱含 水层隔水层互层的松散层； （3）具有多层结构的松散层，且底部为厚层弱含水 层； （4）当煤层顶板为弱含水层，且补给不足，含水层 与煤层的距离接近于冒落带高度时。
第三节 水体下采煤的技术措施
3．防塌安全煤岩柱 在松散粘土层和已经疏干的松散含水层底界面与煤 层开采上限之间为防止泥砂溃入采空区而保留的煤层和岩 层块段称为防塌安全煤岩柱。防塌安全煤岩柱也称煤皮煤 柱，留设防塌安全煤岩柱时是允许导水裂缝带和冒落带波 及松散弱含水层底部，矿井的涌水量会增大。防塌安全煤 岩柱的垂高接近或等于冒落带高度（图6-6），即 Ht =H冒 （6-22）
第一节 概述
一、近水体采煤的特点
近水体采煤不仅可能对矿井生产的威胁，而且会对
水资源的破坏。根据水体位于煤层的位置不同，将近水 体矿层开采分为水体下开采和水体上开采。当煤层位于 水体下方时，称为水体下开采。当煤层位于承压水体上 方时，称为水体上开采。
第一节 概述
水体下（上）采煤与建筑物下采煤相比具有自身的特点： （1）水体下（上）采煤对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；
性，因此常对其下方开采的安全威胁更大。
第二节 覆岩破坏规律
一、覆岩破坏的分带 隔水层位于冒落带内时，其隔
水性将会完全被破坏；隔水层位于裂
缝带内时，其隔水性也被破坏，破坏 的程度由导水裂缝带的下部向上部逐 渐减弱；隔水层位于上覆岩层的弯曲 带下部时，其隔水性可能受到微小影 响；隔水层位于覆岩弯曲带中部或上 部时，其隔水性不受采动影响。一般 将采动破坏的顶板冒落带和裂缝带合
水体下承压水上采煤的理论依据
“上三带”理论对于地面水体、松散层底部和基岩中的强、中含水层水体、要求保护的水源等水体，不容许导水断裂带波及；对于松散层底部的弱含水层水体，允许导水断裂带波及；对于厚松散层底部为极弱含水层或可以疏干的含水层，允许导水断裂带进入，同时允许垮落带波及。
1、三带的形成213p1-2（1）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，似层状断块碎胀性：1.3~1.5，体积增大；碎胀系数的选取导水：水、水砂和泥浆容易通过 高度 :覆岩为极坚硬岩层公式 （2）断裂带，曾称做裂隙带 裂隙带（左右断裂，上下离层）弯曲，整体断裂，大致垂直于层面的裂隙，离层一般导水，又称导水断裂带。
（一般将垮落带、裂隙带称为导水裂隙带）厚煤层第一分层以后的分层开采时，断裂带高度上升，但上升的幅度较初次采动大为减小。
（3）弯曲带断裂带之上至地表，又称弯曲下沉带或整体移动带，保持整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂隙。
隔水，岩性较软时，隔水性能更好。
采深较大，弯曲带的高度可能大大超过垮落带和断裂带高度之和弯曲带上方地表一般要形成地表下沉盆地，盆地边缘往往要出现张裂隙，其深度约3~5m，一定深度后闭合消失。
浅部无弯曲下沉带充填开采无垮落带2、垮落带与断裂带的高度垮落带与断裂带的高度所谓覆岩破坏规律，在研究水体下采煤问题时主要就是指导水裂缝带的分布形态和最大高度。
影响覆岩破坏规律的因素有许多，其中有些因素的影响可以定量地描述，有些只能定性地加以说明。
（1）主要影响因素覆岩力学性质和结构特征顶板坚硬，两带高度较大，之和可达18~28倍采高顶板松软破碎时，两带高度较低，采厚的9~12倍。
覆岩破坏高度与覆岩力学性质密切相关。
但是，要想全面考虑变形特性和强度特性等力学性质对覆岩破坏的影响是极为复杂和困难的。
因此只能把问题简化，主要考察岩石的强度性质律的影响。
如果采区上覆岩层为脆性岩层，受开采影响后很容易断裂，所以覆岩破坏高度大。
采矿学采煤方法.ppt
3
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2
4
5
2 31
3 2
1
25
铺顶网优点：
• 利于改善工作面顶板管理。铺一次网可 为上、下分层服务。刚割过煤后，及时 移架铺网，及时支护。
• 提高煤质。 • 提高煤炭采出率。采面浮煤在金属网下，
采下分层时，一并采出。 • 简化回采工艺，提高效率。
26
2、再生顶板
煤层的顶板为页岩或含泥质成份较高的岩 层，冒落后注水或注泥浆，在上覆岩层 重压下形成再生顶板。一般4 6个月胶 结形成。
IV、集中区段平巷与分层平巷间联系 （10） —（12 ） —沟通各分层机巷； （9） — （11）— 沟通各分层机巷； 从最后一个（12）反向掘（14）至采区边界，
从最后一个（13）反向掘（15）至采区边界。
5
3）顶分层采面
13
13
顶分层（14）、（15）
超前采面两个（12）
掘进。
11
（14）— 开切眼—
• 各分层采用集中（共用）上山、集中（共用）区段
平巷 — 联合布置方式（之一）
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i、集中上山
轨上（5）和运上（4）均布置在距煤层15m 的底板岩石中，且在层位上错距 ≮2m （运“上”在下，轨“上”在上）
• 技术发展趋势： （1）多采用分层分采； （2）“放顶煤”
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四、分层同采的参数
采煤基础知识 ppt课件
制约，在选择时应当综合考虑。
煤层倾角、厚度
煤层及围岩特性
煤层地质构造
影 响 采 煤
地质因素
煤层水文地质条件 矿井瓦斯等级 地温、地压
方
煤层自燃发火倾向性
法
煤尘的爆炸危险性
选
择
矿井管理水平
的
工人掌握先进技术的水平
因
素
技术发展及装备水平
补充知识： 采煤工作面矿山压力规律
一、基本概念
• 原岩—地壳中没有受到人类工程活动影响的岩 体。
– 第一节 采煤方法概述 – 第二节 采煤工艺 – 第三节 采煤工作面循环工作组织 – 第四节 采煤方法 – 第五节 采煤系统分析
第一节 采煤方法概述
采煤方法概念
回采工作—在采煤工作面内，为采取煤炭所进行的各项工作 。 基本工序—破煤、装煤、运煤、支护和采空区处理。 采煤工艺—在采煤工作面内，按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合。 采煤系统—回采巷道的掘进和回采工作之间在时间上的配合以及在空间上 的相互位置关系。 采煤方法—是采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间和空间上的配合。两 者之间相互影响相互制约。
循环组织的主要内容
1、循环方式 循环方式是循环进度和昼夜循环次数的总称。
环进度：每完成一个循环工作面煤壁向前推进的距
离。炮采0.8-1.2m 普采、综采0.6-1.0m。 2、作业形式：一昼夜内采煤班与准备班在时间上的 配合方式。 三八制 四六制 3、采煤工作面循环作业图表 循环图表包括循环作业图、工人出勤表和技术经济指 标表三项主要内容。
工艺过程：
采煤机破煤装煤——刮板输送机运煤——液压支架 支护顶板
综采工作面主要设备
• 液压支架
• 双滚筒采煤 机 • 刮板运输机 • 桥式转载机 • 胶带输送机
煤层倾角、厚度
煤层及围岩特性
煤层地质构造
影 响 采 煤
地质因素
煤层水文地质条件 矿井瓦斯等级 地温、地压
方
煤层自燃发火倾向性
法
煤尘的爆炸危险性
选
择
矿井管理水平
的
工人掌握先进技术的水平
因
素
技术发展及装备水平
补充知识： 采煤工作面矿山压力规律
一、基本概念
• 原岩—地壳中没有受到人类工程活动影响的岩 体。
– 第一节 采煤方法概述 – 第二节 采煤工艺 – 第三节 采煤工作面循环工作组织 – 第四节 采煤方法 – 第五节 采煤系统分析
第一节 采煤方法概述
采煤方法概念
回采工作—在采煤工作面内，为采取煤炭所进行的各项工作 。 基本工序—破煤、装煤、运煤、支护和采空区处理。 采煤工艺—在采煤工作面内，按照一定顺序完成各项工序的方法及其配合。 采煤系统—回采巷道的掘进和回采工作之间在时间上的配合以及在空间上 的相互位置关系。 采煤方法—是采煤系统与采煤工艺的综合及其在时间和空间上的配合。两 者之间相互影响相互制约。
循环组织的主要内容
1、循环方式 循环方式是循环进度和昼夜循环次数的总称。
环进度：每完成一个循环工作面煤壁向前推进的距
离。炮采0.8-1.2m 普采、综采0.6-1.0m。 2、作业形式：一昼夜内采煤班与准备班在时间上的 配合方式。 三八制 四六制 3、采煤工作面循环作业图表 循环图表包括循环作业图、工人出勤表和技术经济指 标表三项主要内容。
工艺过程：
采煤机破煤装煤——刮板输送机运煤——液压支架 支护顶板
综采工作面主要设备
• 液压支架
• 双滚筒采煤 机 • 刮板运输机 • 桥式转载机 • 胶带输送机
煤矿开采基本知识 ppt课件
15
构造变动引起的变化特点：
原始结构破坏，出现层间揉皱和滑动镜面， 在构造复杂的地段煤呈碎粒状、鳞片状和粉 末状，煤的光泽变暗，灰分增高；煤层增厚 带和变薄带相间出现，并沿主要构造线呈狭 长条带分布；煤岩层出现不协调褶曲，有时 煤岩互相穿插，致使煤层呈各种不规则状态。
16
(四) 煤层顶板和底板
顶板：赋存在煤层之上的临近岩层 底板：赋存在煤层之下的临近岩层
岩石 最坚固、致密的石英岩及玄武岩。其它最坚固的岩石 很坚固的花岗岩类：
花岗岩（致密的）及花岗岩类岩石；
坚固的石灰岩；不坚固的花岗岩；坚固的砂岩；
一般的砂岩；铁矿石 砂质页岩；泥质页岩 坚固的页岩：不坚固的砂岩及石灰岩；软的砾岩 各种（不坚固的）页岩；致密的泥灰岩 软的页岩；很软的石灰岩；石膏；冻土；无烟煤；
矿井生产能力，一般是指矿井的设计年产量，以万 T/a表示。我国把矿井划分为大、中、小三种类型， 称井型。
大型矿井：生产能力为120万T/a、150万T/a、 180万T/a、240万T/a、300万T/a、400万T/a、 500万T/a及以上的矿井，300万T/a及其以上的矿 井又称特大型矿井。
19
每一个单独的弯曲称为褶曲
有2种基本形式: 向斜：岩层向下弯曲，核部是老岩层，两
翼是新岩层 背斜：岩层向上弯曲，核部是新岩层，两
翼是老岩层 褶曲要素（基本组成部分）： 核部、翼部、 轴面、 枢纽
20
背斜
向斜
21
22
（二）断层构造 岩层或煤层受力超过其强度极限发生变形
破坏的类型，可以分为两类：
断层（两侧岩块有显著位移）和节理（裂 隙）。
断层是影响矿井安全生产的最主要的地质构 造。 1、断层要素
构造变动引起的变化特点：
原始结构破坏，出现层间揉皱和滑动镜面， 在构造复杂的地段煤呈碎粒状、鳞片状和粉 末状，煤的光泽变暗，灰分增高；煤层增厚 带和变薄带相间出现，并沿主要构造线呈狭 长条带分布；煤岩层出现不协调褶曲，有时 煤岩互相穿插，致使煤层呈各种不规则状态。
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(四) 煤层顶板和底板
顶板：赋存在煤层之上的临近岩层 底板：赋存在煤层之下的临近岩层
岩石 最坚固、致密的石英岩及玄武岩。其它最坚固的岩石 很坚固的花岗岩类：
花岗岩（致密的）及花岗岩类岩石；
坚固的石灰岩；不坚固的花岗岩；坚固的砂岩；
一般的砂岩；铁矿石 砂质页岩；泥质页岩 坚固的页岩：不坚固的砂岩及石灰岩；软的砾岩 各种（不坚固的）页岩；致密的泥灰岩 软的页岩；很软的石灰岩；石膏；冻土；无烟煤；
矿井生产能力，一般是指矿井的设计年产量，以万 T/a表示。我国把矿井划分为大、中、小三种类型， 称井型。
大型矿井：生产能力为120万T/a、150万T/a、 180万T/a、240万T/a、300万T/a、400万T/a、 500万T/a及以上的矿井，300万T/a及其以上的矿 井又称特大型矿井。
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每一个单独的弯曲称为褶曲
有2种基本形式: 向斜：岩层向下弯曲，核部是老岩层，两
翼是新岩层 背斜：岩层向上弯曲，核部是新岩层，两
翼是老岩层 褶曲要素（基本组成部分）： 核部、翼部、 轴面、 枢纽
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背斜
向斜
21
22
（二）断层构造 岩层或煤层受力超过其强度极限发生变形
破坏的类型，可以分为两类：
断层（两侧岩块有显著位移）和节理（裂 隙）。
断层是影响矿井安全生产的最主要的地质构 造。 1、断层要素
【采矿课件】煤矿1-5
思考题
1、煤是如何形成的？ 2、成煤的主要条件是 什么？ 3、煤中的主要元素有那些？ 4、腐植煤的宏观煤岩组分、宏观煤岩类型有那些？ 5、煤的分类名称、分类指标，新的分类有那些特点？ 6、煤层顶、底板含义是什么？ 7、我国主要的聚煤区？
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 12.1820 .12.18Friday , December 18, 2020
由泥炭经过进一步的地质作用而形成的煤—腐植煤。 在一些湖、沼过渡环境，由高、低等植物形成的混合型的煤— 腐植腐泥煤。 二、成煤的第二阶段 1、褐煤的形成： 2、烟煤的形成：
三、成煤的必要条件 形成具有开采价值的煤层必须具备下列四个条件：
（一）植物条件： （二）气候条件：潮湿、温暖的气候对成煤最有利。 （三）自然地理条件：形成分布面积较广的煤层，必须有适于发 生大面积沼泽化的自然地理条件。 （四）地壳运动条件： 1、泥炭层的聚积，要求地壳发生缓慢下降，下降速度=植物遗体 聚积速度。 2、泥炭层的保存并转变成煤层，要求地壳大幅度的沉降。 3、为了使同一地区形成较多的煤层，要求地壳在总的下降过程中 发生多次的升降或间歇性的下降。
（1）煤层按倾角分类
煤层
露采
地采
近水平煤层
<5°
<8 °
缓斜煤层（缓倾斜煤层） 5 °－10 °
8°
25 °－45 °
急斜煤层（急倾斜煤层）
>45 °
>45 °
(2)煤层按厚度分类
煤层
露采
地采
薄煤层
<3.5m
<1.3m
中厚煤层
3.5-10m
1.3-3.5m
•
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年12月 下午9时 28分20 .12.182 1:28De cember 18, 2020
水体下采煤PPT课件
风化带
HshHd+Hb+Hfe
第25页/共47页
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
第27页/共47页
第36页/共47页
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
第10页/共47页
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
第11页/共47页
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
第34页/共47页
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
第35页/共47页
顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水体的类型
HshHd+Hb+Hfe
第25页/共47页
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
第27页/共47页
第36页/共47页
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
第10页/共47页
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
第11页/共47页
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
第34页/共47页
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
第35页/共47页
顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水体的类型
底板承压水下采煤PPT课件
(2)根据现场钻孔注水试验测试结果，在走向长壁工作面沿 推进方向剖面上，工作面煤壁附近的底板破坏带深度较大，向 采空区方向，采动破坏带深度小。
.
29
（3）从受力角度分析，对缓倾斜及倾斜煤层，在下出口附近煤层底 板承受的集中应力大于上出口附近的集中应力，并且底板所承受的水压 力也是下出口附近的较大。所以，煤层底板在下出口附近裂隙较发育。 当然，由于煤层的倾斜，冒落在采空区的岩石将向底板下部滑移．造成 果空区下部充填的较实一些，但由于倾角不太大，冒落的岩石滑移起不 了主要的作用。然而，对于急倾斜煤层，冒落在呆空区的岩石在自重的 作用下向采空区下部滑移，造成果空区下部充填的很实．限制了下部底 板的膨胀及裂隙的形成，从而底板上部的采动裂隙较发育。另外．当煤 层倾角很大时，采空区底板上部岩层将同顶板一样，发生破坏向来空区 滑落，所以，对于急倾斜煤层，尤其是当倾角很大时，底板破坏带深度 在上出口附近较大。
.
4
1.3 国内外的研究动态
我国煤炭科技工作者在与底板水长期的斗争中，进行了大 量的研究工作，并初步形成了如下几种突水预测方法： (1)突水系数方法 我国学者早在1964年就开始了底板突水规律的研究，采用突 水系数作为预测预报底板突水与否的标准。突水系数就是单 位隔水层所能承受的极限水压值，即:
Ts p h
.
23
（1）在开采方向上分为三个区：压缩区、膨胀区、恢复区。 （2）底板岩体位移量随着距煤层法向距离的增大而减小， 至底板以下17m时已观测不到位移量。 （3）切眼处一直膨胀，原因：出现悬顶。达到极值后稳定。 （4）随着工作面的远离及采空区冒落歼石的逐渐压实、底 板位移是逐渐减小，但不能完全恢复到初始值。水平位移与 垂直位移变化一致。
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报告内容
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（3）从受力角度分析，对缓倾斜及倾斜煤层，在下出口附近煤层底 板承受的集中应力大于上出口附近的集中应力，并且底板所承受的水压 力也是下出口附近的较大。所以，煤层底板在下出口附近裂隙较发育。 当然，由于煤层的倾斜，冒落在采空区的岩石将向底板下部滑移．造成 果空区下部充填的较实一些，但由于倾角不太大，冒落的岩石滑移起不 了主要的作用。然而，对于急倾斜煤层，冒落在呆空区的岩石在自重的 作用下向采空区下部滑移，造成果空区下部充填的很实．限制了下部底 板的膨胀及裂隙的形成，从而底板上部的采动裂隙较发育。另外．当煤 层倾角很大时，采空区底板上部岩层将同顶板一样，发生破坏向来空区 滑落，所以，对于急倾斜煤层，尤其是当倾角很大时，底板破坏带深度 在上出口附近较大。
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1.3 国内外的研究动态
我国煤炭科技工作者在与底板水长期的斗争中，进行了大 量的研究工作，并初步形成了如下几种突水预测方法： (1)突水系数方法 我国学者早在1964年就开始了底板突水规律的研究，采用突 水系数作为预测预报底板突水与否的标准。突水系数就是单 位隔水层所能承受的极限水压值，即:
Ts p h
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（1）在开采方向上分为三个区：压缩区、膨胀区、恢复区。 （2）底板岩体位移量随着距煤层法向距离的增大而减小， 至底板以下17m时已观测不到位移量。 （3）切眼处一直膨胀，原因：出现悬顶。达到极值后稳定。 （4）随着工作面的远离及采空区冒落歼石的逐渐压实、底 板位移是逐渐减小，但不能完全恢复到初始值。水平位移与 垂直位移变化一致。
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报告内容
承压水上采
第四节 承压水上采煤
2．开采安全技术措施 （1）选择开采：应本着先远后近、先易后难、由浅到深、先简单后复杂的 原则，对受承压水威胁的煤层进行全面规划，划分成不同的水文地质单元，进行 开采。对于条件相同的煤层，应有计划地进行试采，总结经验，找出规律，再逐 步进行推广应用。
（2）分区隔离开采：在采区四周要留设隔离煤桂，采区之间要设置水闸门，
第四节 承压水上采煤
1．水源条件 水源条件包括水量和水压，水量是突水的物质 基础，水压是突水的动力。水量越丰富，突水量越大，
危害性也大。
水压的作用表现为：处于封闭状态的岩溶水不
断地溶蚀、冲刷构造裂隙，形成通道，由含水层上升
进入到底板隔水层，从而破坏了底板隔水层。水压越 大，这种破坏作用越严重，地下水导升带就越大。
第四节 承压水上采煤
2．矿山压力 绝大部分工作面底板突水与矿压作用有直接关系， 影响矿压作用的因素有顶板岩体结构、支护方式、 控顶距等。矿山压力诱发底板突水，有如下规律： （1）无周期来压或周期来压不明显的顶板，支 承压力较小，对底板破坏轻，突水事故较少；有周 期来压的顶板，突水多发生在初次来压或周期来压 期间，因为在初次来压或周期来压期间，对底板破 坏严重。在时间上，突水多发生在工作面初次来压 和正常推进中二次来压或周期来压。
竖向裂隙和层间裂隙（离层），导致突水。
第四节 承压水上采煤
（3）顶板初次来压之前，在开切
眼附近，由于老顶大而较长时间
的悬露，或直接顶岩层垮落后不 接顶，使底板岩层形成较大的自 由面，给底板岩层的移动与破坏 创造了条件。因此，开切眼附近 是底板最易突水的位置之一。
第四节 承压水上采煤
（4）工作面推进速度慢、工作面突然停止推进或 在工作面停采线处，容易发生突水事故。这是由于工作 面推进速度慢或停止推进时，支承压力作用的时间较长， 底板岩层破坏严重。工作面推进速度快时，采空区底板 还来不及形成较大的断裂就会由膨胀状态变为压缩状态， 有利于防止底板突水。慢推进较快推进易突水，突然停 止推进也易形成突水。推进速度慢，底板变形充分，裂 隙发育，破坏深度大。 （5）区段煤柱承受工作面侧向支承压力，随工作 面推进侧向支承压力越来越大，再加上区段煤柱边缘处 采空区顶板垮落不充分。因此，区段煤柱附近也是发生 底板突水的最可能位置之一。
水体下和水体上采煤理论与技术PPT课件
(2)从事“黑烟囱”研究的目的，主要是因为陆地的 金属硫化沉积物与海底非常相似，将其作为研究陆 地沉积物的一种途径。我们希望通过了解海洋地质， 能为我们研究陆地上的沉积物带来一些启发。”
13
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。
18
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
4
海下采煤相对于其他地质采煤的区别和难 点
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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
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我国的北皂煤矿一角
4
海下采煤相对于其他地质采煤的区别和难 点
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支承压力诱发底板突水
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
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
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
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。
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 含水层沟通的条件下， 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
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
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
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
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
Hale Waihona Puke 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
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
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
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
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