专题-承压水上煤层开采技术.doc

1、专题部分承压水上煤层开采技术摘要研究合理开采方法及回采工艺是承压水体上采煤的重大变革，使其由被动治理变为主动防治。确定合理的开采方案及采煤工艺，实现在承压水体上安全合理的开采。对于有承压水威胁的各类矿井选择合理开采方法及回采工艺有指导意义。通过底板突水机制及其地质条件与矿压显现类型研究可知，采场底板突水是多力源、复杂地质条件和采矿条件决定的，因而防治采场底板突水，应该根据不同的地质条件和采矿条件，采取综合防治水措施，才能收到好的效果。关键词：承压水；突水机理；采煤尺寸； Abstract Methods and rational exploitation of water extraction

2、 process is the pressure on the mining of major changes, so that from passive to active control treatment.Determine a reasonable scheme and coal mining process, to achieve safe water in confined rational exploitation.For all mine threat confined water mining method selection and reasonable recovery

3、process of guiding significance.Inrush of water through the mechanism of its geological conditions and the type of known strata behavior, inrush mining is a multi-power source, complex geological conditions and mining conditions of the decision and, therefore, inrush control mining, should be based

4、on different geological conditionsand mining conditions and taking comprehensive measures to control water in order to achieve good results.Key words: confined water; inrush mechanism; coal size;1绪论 承压水上采煤是我国煤矿近年来面临的重大工程技术难题，我国绝大部分煤田（据统计大约60%）受巨厚奥陶纪灰岩承压水的影响，致使许多煤层不能开采，突水事故频发。多年来，经许多矿业工作者的努力，取得了较大的技术

5、进步，由于我国煤系地质条件复杂，开采方法各异，加之这一复杂工程技术问题的机理和理论研究不足，因而缺乏行之有效的承压水上采煤方法和突水监测技术。1.1承压水上采煤的研究意义我国灰岩岩溶的分布很广，面积大约有2Mk，约占全国总面积的五分之一。这些地区也正是重要的煤产地，有60%的煤矿受到不同程度的底板岩溶承压水的威胁，受水害的面积和程度均居世界各主要采煤国家的首位。在主要产煤的华北型矿区，东起徐州，淄博西至陕西，渭北，北起辽宁，南至淮南。有数十各矿区受灰岩岩溶水的影响。目前不少矿区已深入深部开采有些矿井下组煤的开采标高已达到-1000m。煤层底板承受承压水的压力很大，水压值已达到26.5MPa。另

6、外，下组煤与灰岩岩溶含水层间距只有1020m，突水几率大增，淹井事故也逐年上升。统计表明近20年突水频率增长257%，淹井频率增长96%。 在突水水量方面，水量增长270%。在突水形式方面，有够造引起的突水逐年增多。突水事故频发，造成的经济损失大，其原因是至今人们对煤层底板岩体的结构采动力学缺乏研究，对突水征兆认识不足。探测手段落后，不能对煤层底板突水做出迅速，准确，超前的预报。目前，受水威胁的矿井有222处，占矿井总数的48%以上，其中，受水威胁严重的有171，有51对矿井随时有突水危险。这种局面严重阻碍了煤炭生产发展，影响矿井生产接替。如果不解决底板溶岩水害问题，将会使煤炭年产量下降。综上

7、所述，我国煤矿底板岩溶水突水频率上升，突水水量增大，损失日趋严重，因此，为了适应煤炭迅速发展，加强煤矿底板岩溶水研究有非常重要的现实和深远意义。1.2 承压水上采煤研究的历史和现状1.2.1 国外概况 就世界范围而论，岩溶地层分布面积占世界大陆面积的四分之一，有些国家的甚至更大，因而在开采中都受到不同程度的底板岩溶水影响。国外的底板岩溶水研究已经有100多年的历史，在底板岩体的结构，探测技术及防排水方面都积累了丰富的经验。 早在20世纪初，国外就有人注意到底板隔水层的作用，并从若干次底板突水资料中认识到，只要底板煤层有隔水层，突水次数就少，突水水水量就少，隔水层越厚则突水量越少。直到1944年

8、，匈牙利的韦格佛伦斯第一次底板相对隔水层的概念。他指出煤层底板突水不仅与隔水层厚度有关，而且还与水压力有关。突水条件受相对隔水层厚度的制约。在相对隔水层厚度大于1.5m/atm的情况下，开采过程中基本不突水，而80%-88%的突水都是厚度小于此值。1952年以后，许多承压水上采煤的国家都应用了只要隔水层厚度大于2m/atm就不会突水的概念。以后，现场和实验室相结合研究了隔水层的作用，研究的主要问题有两个，一是岩体结构，二是岩体强度。 1974年，匈牙利国家矿业技术鉴定委员会已将相对隔水层的概念列入矿业安全规程，并对不同矿井条件作了规定和说明。70年代后，苏联等国家也开始研究隔水层的作用。1.2

9、.2 国内概况 我国主要的煤炭产地华北石炭二叠纪煤田属于溶岩水文地质类型，受底板岩溶承压水威胁的煤量约占全国煤炭总量的十分之一。开采底板岩溶水的研究已有40多年的历史，但主要还是80年代以后。由于矿井突水频繁，淹井事故严重，给国民经济造成巨大损失。因此，我国科学工作者开展了广泛的科学研究和现场测试，对煤层底板突水有了较深入的认识，并取得可喜得成果，逐步形成了以系统工程方法为理论基础的综合研究体系。 1）基本理论 根据各个矿区研究资料初步建立了承压水上的采煤科学，提出了才动应力场的耦合作用效应理论和基本规律，底板岩体移动的“零位破坏”与“原位张裂”理论。这些理论奠定了承压水上采煤的理论基础。 2

10、）预测方法 运用信息拟合方法建立采前地质模型与采动模型，分析与评价底板突水条件，预测突水可靠度。3）观测方法 采用了全空间全方位的观测方法，以岩体超声波特性，层间水动态规律，底板应力变化等方面系统的观测承压水运动场的耦合效应。4）治理与检测 根据控制理论采用客观方法和主观方法相结合的承压水上采煤治理和监测系统，提供采动突水性检测方法。1.2.3我国承压水上采煤的研究方向1）突水机制的研究。 运用地下岩体工程力学理论研究影响底板突水的因素，突水的发生规律及控制因素，突水的条件及环境。2）预防方法的研究 引进，研制使用和推广先进的探测技术和开采工艺，合理留设防水煤柱及检测底板突水性等，为煤矿安全生

11、产提供了条件。3）防水设施及工艺的研究 采用高强度的防水闸门，疏排堵技术等2承压水的形成承压水是指充满于二个隔水层之间的地下水。由于隔水顶板的存在，他的补给区小于分布区动态较稳定，不易被污染，承受静水压力，当地形适宜时，钻孔开凿到含水层后，水即可喷出地表，形成自流，故承压水又被称为自流水。承压水的形成首先决定于地质构造，在适宜的地质构造条件下，无论孔隙水，裂隙水，岩溶水都可以形成承压水。最适宜形成承压水的地质构造大致分为向斜构造和单斜够造，这两种构造，在不同的地址发展史中可以被一系列的断裂复杂化。承压水的补给来源可以是多方面的首先来自露头区的大气降水，也可以由地表水通过“天窗”供给。一般情况下

12、，承压含水层的储水量越大压力越高，随着矿井开采深度的增加，承压突水会日趋严重，是矿井突水的主要含水层。3承压水引起突水的因素由承压水引起突水的因素分主观因素和客观因素1）主观因素有：（1） 开采压力活动对底板的破坏特征是底板突水的决定因素；（2）煤矿开采的断裂构造影响是底板突水的控制因素，构造结构面是承压水从煤层底板突水的薄弱面，它导致工作面内小连续面的存在，破坏了岩体本身的完整性，易形成导水通道；（3）开采方法是底板突水的影响因素，对底板突水起到直接影响。因此改变采煤方法在控制或防底板突水中起到主要的作用。2）影响底板突水的客观因素（1）水源条件承压水的水压对底板隔水层的作用主要表现为压裂扩

13、容作用和渗水软化作用。压裂扩容作用是指承压水在小裂隙中进一步压裂岩体、使原有裂隙扩大，渗水软化是指承压水在底板隔水层中，降低有效应力和岩体的粘聚力，在与采动矿压联合作用下，使底板隔水层强度软化，使其产生更大破裂。根据对底板矿压显现与底板岩体变形破坏规律的研究发现，采动突水是由矿压和底板承压水水压共同作用的结果。在采掘前方益定范围内的底板岩体产生超前支承压力；在空顶区形成卸压，底板岩层应力下降，造成卸压膨胀；在增压区与卸压区之间，底板岩体即由压缩转化为膨胀状态时，会出现剪切面或局部化剪切带，当导水断裂的产状与破坏变形带一致时，或当底板隔水层破裂已经贯通时，其阻水能力就会大为下降，只要承压含水层有

14、一定的水源和大于最小水平主应力的水压力就会出现突水。这种采动突水多发生在工作面后方附近的采空区内。水压越大，这种破坏作用越严重。（2）矿山压力在支承压力作用下，从煤体边缘到采空区一定距离和一定深度范围内的底板出现水平拉应力；在压缩区和膨胀区分界处的底板中出现剪应力。拉应力和剪应力使底板出现了一系列垂直于层面的裂隙缝。垂直裂隙缝交叉，形成底板破坏带，从而在煤层底板形成了“下三带”。隔水层的阻水能力取决于隔水层的强度、厚度和裂隙发育程度。强度越大、厚度越大、裂隙越少，隔水层阻力越大，突水的危险性就越小，反之，突水的危险性就越大。 （3）地质构造 大量统计资料表明，底板突水事故80 以上发生在断裂构

15、造附近。底板突水，首先要有带压的水体，其次要有突水的通道。隔水层的岩体强度要比底板岩溶水的压力大几倍至几十倍，底板突水的实际通道几乎都是底板隔水层中原有的断裂构造。断裂构造可以充水或导水，大大降低隔水层的实际强度，减小底板隔水层的有效厚度。4承压水突水的监测煤矿承压水的检测是防治承压突水的重要主成部分，是防水治水的重要条件，从检测环境分，承压水的检测分地面监测和井下检测；从监测对象分为水动态监测和突水性检测；从检测条件下又分为自然条件下和采动条件下的检测。4.1监测工作的任务1) 检测地板含水层的水文参数动态变化，个含水层之间的水力联系；2）检测底板断层处的富水性和导水性变化；3）检测采动条件下的地下水运动，动态，水压的变化；4）通过检测，提出安全开采地板水的水压值和疏降条件。承压水的监测对防治底板突水起到了重要的作用，在有底板突水危险的矿区，一定要做好这个工作。要有安排，有步骤，有重点的进行监测，切实保证矿建生产安全。4.2水动态监测水动态监测的目的，就在于通过日常的检测，了解一个矿井水文地质随时间空间变化而变化的规律。为采取必要防水措施提供依据。进行水动态监测应选择矿区内具有代表性的泉，井，钻孔，井下突水点，采区巷道作为检测地点组成监测网或检测系统。1） 监测点的布置监测点应布置在以下地段（1） 对工作面开采有直间影响的地板含水层地段。（2） 影响矿