在承压水体上安全系统采煤问地的题目

在承压水体上安全采煤问题

2007-4-3 17:08:49 【大中小】【您是本文第位读者】

我国华北及华东地区的主要矿区如开滦矿区、兖州矿区、新汶矿区、枣庄矿区，开采石炭二叠系煤层。煤系基底为奥陶系石灰岩，厚度大、岩溶裂隙发育、富水性强、水压大。当遇有地质构造（如断裂构造）时，奥陶系石灰岩与上覆的本溪组或太原组的石灰岩连通，发生水力联系，造成底板突水事故。有些煤层由于受奥陶系石灰岩承压水的威胁而不能开采。因此，研究和解决受奥陶系石灰岩承压水威胁煤层的安全开采问题，对于煤矿的安全生产和解放呆滞的煤炭资源具有重大的现实意义。

一、底板突水类型

1、按底板突水地点分：巷道突水、采煤工作面突水。

2、按突水的动态表现形式分：

（1）爆发型：突然爆发，即达峰值，过后突水近于稳定、减小。来势猛、速度快、冲击力大，常有岩石碎屑伴水突出。

（2）缓冲型：水量由小到大逐渐增大，经几小时、几天、甚至几月才达到峰值。

（3）滞后型：采掘工作面推过后，在巷道、采空区内发生突水，滞后

时间几天、几个月、几年，突水量可急可缓。

3、按突水量大小分：

（1）特大型：突水量等于或大于50 ;

49 ；（2）大型：20

19 ；（3）中型：5

（4）小型：小于5。

二、开采后底板岩层破坏规律

在开采过程中，煤层底板应力重新分布造成底板岩层的变形与破坏，削弱了底板岩层的阻水能力，甚至形成突水通道。因此，研究开采后煤层底板的应力重新分布、变形与破坏规律，是研究煤层底板突水问题的基础。1、开采过程中工作面底板应力变形特征

采煤工作面周围应力的分布情况：按应力大小分升高应力区（增压区）、降低应力区（减压区）和原始应力区（稳压区）。

采煤工作面底板应力与变形情况：按应力与变形性质分压缩区（压应力）、膨胀区（拉应力）、压缩区与膨胀区之间（剪应力）。拉应力与剪应力使底板出现一系列垂直于层面的断裂。垂直断裂与层理、顺层断裂交叉，形成底板破碎带。

2、煤层底板“下三带”

根据煤层底板的破坏情况及地下水的导升情况，采煤工作面连续推进后，工作面及采空区煤层底板可分为三带

（1）破坏带：直接与工作面邻接的底板，出现一系列沿层面和垂直于层面的断裂，使底板导水能力增强，因此又称为导水破坏带，其厚度称

底板破坏深度hl，可达几米到十几米。

（2）保护层带：位于破坏带之下的完整岩层，岩层在支承压力作用下产生弹性变形或塑性变形，但仍保持连续性，其阻水能力未发生变化。因此，又称完整岩层带或阻水带。其厚度为h2。

（3）地下水导升带：位于保护层带之下，底板承压水，沿底板隔水层裂隙上升的高度，其厚度为h3。

（4 ）底板含水层顶部充填隔水带：有时底板含水层顶部存在泥质物的

充填，具有隔水作用，其厚度以h4表示。

根据下三带理论，预测承压水体上采煤有四种情况，

三、影响底板突水因素

1、水源条件

水源条件包括水压和水量。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，其危害性也越大。水压大，一方面冲破力大; 另一方面在隔水层裂隙中导升高度增大，水压越大其破坏性越大。

2、矿山压力

（1）有周期来压的采煤工作面，在初次来压、周期来压时，支承压力大，对底板破坏严重，易发生底板突水事故。

（2 ）在采煤工作面后部采空区附近的底板处于降低应力区或变形膨胀区，顶板垮落不充分，断裂张开，阻水能力最弱，易于突水。

（3）初次来压前，在开切眼附近，老顶大面积悬露、且直接顶垮落不接顶，底板形成较大的自由面，易于突水；

（4 ）工作面推进速度太慢或停止时，在停采线处由于支承压力的长时

期作用，使底板破坏严重，易于突水。工作面推进速度快，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；

（5）区段煤柱在侧向支承压力的作用下，边缘处破坏；煤柱边缘处顶板垮落不充分，易于突水。

3、隔水层（保护层）阻力

0.3Mpa/m 隔水层的强度、厚度及裂隙发育程度，影响隔水层阻力的大小。隔水层阻力系数（Z），以Mpa/m 表示，在一般情况下Z=0.1

4、地质构造

地质构造，特别是断裂构造，是造成煤层底板突水的主要原因。我国绝大部分（80%以上）的底板突水，是由断裂构造引起的。

（1 ）断裂错距的存在，缩短了含水层与煤层之间的距离，使底板隔水层厚度减小甚至消失（见图4 ）。

（2）断裂错动时，断裂影响范围内的岩石比较破碎，极大地破坏了隔

水层岩石的完整性，降低了隔水层的阻水能力。

（3）断裂错动时，断裂影响范围内的岩石比较破碎，具有良好的储水

和导水特征，当采煤工作面揭露到断裂构造时，即会发生底板突水。

（4）采煤工作面底板岩体中存在断裂构造时，使底板的破坏带深度增大。

四、承压水体上采煤防水安全媒岩柱的留设

1、防水安全煤岩柱的类型

承压水体上采煤，对于不同采动等级的水体，都必须留设安全媒岩柱。

表1为承压水体上采煤的采动等级、允许采动程度及留设的安全煤岩柱类型。

2、防水安全煤岩柱的设计

原则：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。计算公式：

(1)含水层顶部无泥质物充填

h a=h i+h 2 + h3 , m

式中h a -防水安全煤岩柱厚度，m

h i —导水破坏带厚度，m

h2 —阻水带或保护层带厚度，m

h3 —承压水导升带厚度，m

(2)含水层顶部有泥质物充填

h a=h i+h 2 + h4 , m

式中h4—充填隔水带厚度，m

3、防水安全煤岩柱基本参数的确定

(1)导水破坏带厚度确定