带压开采分区划分方法的研究与探讨
矿井奥灰水带压开采技术分析及防治水措施
矿井奥灰水带压开采技术分析及防治水措施摘要随着煤矿采掘活动进行，奥灰水已经给矿井带来了严重危害，在奥灰带压区，应进行以掘进工作面钻探为主的构造超前探测，特别是隐伏导水构造的探测。
开拓掘进前，应使用钻探、井下物探等手段探测煤层中是否有隐伏的导水陷落柱、导水断层等，根据探测结果及时采取相应的防治水措施。
关键词：奥灰水；带压开采；水文地质类型；富水性1、井田水文地质条件1.1井田主要含水层（1）奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层。
根据井田内施工的YZK-1水文钻孔，孔径为110mm，抽水试验结果表明奥灰溶裂隙含水层静止水位标高为+831.881m，涌水量为1.04L/s，单位涌水量为0.128L/(s·m)，渗透系数为0.011m/d，水质类型为HCO3-Ca、Mg型，矿化度小于0.5g/L，总硬度14.0，水温18℃。
（2）石炭系太原组层间灰岩裂隙岩溶含水层组。
根据钻孔揭露，井田内太原组的灰岩位于13号煤层以下，岩溶裂隙亦不发育，10号煤层以上含水层以中细粒砂岩为主，厚度6.88～19.72m，全区平均厚度10.74m。
（3）二叠系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层。
该地层主要由砂岩、泥岩、砂质泥岩组成。
井田内最大残留厚度为126.40m。
井田北部磁窑沟煤矿补3号孔未对该含水层进行抽水试验。
涌水量0.374～0.610L/s，单位涌水量0.0009～0.1870L/(s·m)，渗透系数为0.0023～2.0160m/d，水位标高为+968.69～972.69m，矿化度0.35g/L，总硬度11.16，pH值为6.8，水质类型为HCO3-Ca·Na型，富水性弱—中等。
1.2矿井充水通道（1）构造对矿井充水的影响。
井田位于河东煤田的北部，井田构造形态总体呈向北西倾伏的缓倾斜单斜构造，地层倾角3°～10°，一般8°，矿井生产建设中10号煤层南翼大巷揭露8条正断层，落差均小于5m，断层对煤矿开采影响较小。
浅谈油田开发层系的划分意义及划分原则
浅谈油田开发层系的划分意义及划分原则摘要：随着我国社会主义的发展，对石油的需求量也越来越大。
在石油资源有限的前提下，油田开发层系的划分，是提高石油开采效益的一种有效手段。
本文将对油田开发层系的划分意义及划分原则两方面进行阐述，以提高人们对于油田开发层系划分的认识，也对开发层系的合理划分提出一些指导性意见。
关键词：油田开发层系划分意义划分原则引言：油田开发层系划分，是根据储层特征，将多层油藏划分为不同的层系，每个层系的物理和化学性质相似。
然后对于每个层系，分别设定开发参数，分层注水开发，以期实现油田合理而有效的开采。
一、油田开发层系的划分意义1.有利于工艺参数的合理确定我国地域辽阔，油田众多，不同油田的储层特征各部相同。
而即使对于单个油田，其在不同位置、不同深度，其储层特征也是不同的。
对于不同位置的石油开采，其工艺参数是不同的，例如：注水的压力、流量和深度，泵和电机的选型参数，抽汲设备的动力等。
这些参数的设定范围，各自适用于不同的储层位置，若不进行开发层系的划分，则许多的参数难以确定，即使确定了参数范围，也会因为参数的不够优化，从而使得石油开采出现采收率不高，而将开发层系进行合理划分，则可以根据不同层系自身特点，细分和优化工艺参数，实现工艺参数的合理确定。
2.有利于资源的合理配置储层的非均质性，包含了宏观非均质性和微观非均质性。
其中宏观又包括层间非均质性、平面非均质性和层内非均质性。
微观则包括孔隙非均质性、颗粒非均质性和填隙物非均质性。
基于储层特征的非均质性，将油田开发层系进行合理划分，根据不同层系特征决定人力资源和物力资源的使用量和配置量，实现资源的合理配置，达到节约人力物力的效果[1]。
3.有利于能源的节约油气田的开发过程，伴随着电力、热力等能源的消耗。
不同深度和位置的油藏其所处环境也有所不同，当处于结构致密的岩层中，其开发难度大，能源消耗大，当处于松散的岩层时，其开发难度小，能源消耗也小。
根据不同的储层特征进行开发层系的划分，并选用相应的设备，设定相应的合理参数，实现能源的有效利用，减少能源的消耗，实现能源的节约。
带压开采分区划分方法的研究与探讨
对促 进 西峪 煤矿 的安 全 生产 、 有效 预 防水 害 事故 起
到一 定的 指导 作用 。
3 结束 语
科学 合理 地 对带 压 开采 区 域进 行 分区 划 分, 对
有效 预 防矿 井突 水事 故 可以 起 到事 半 功倍 的 良好 效
果。 具体 到 某个 矿井 采 用哪 一 种方 法 更为 合 理, 则
一般 而言 , 断层 的形 成是 先 从节 理开 始 的, 节 理继 续发 展 , 促 使岩 层 沿节 理密 集带 产 生位 移, 从
情况 获 得 : 一 种 是 当 O2f 顶面 存 在 具 有 较 为明 显 隔 水作 用的 铝土 岩 时, 一 般在 天 然状 态 下不 会 有岩 溶
而形 成断 层 。按 照水 文 地质 特点 , 断 层 可以 分为 富 水导 升, 此时 导 升高 度 为零 ; 另一 种 是在 破 碎地 段
结 合矿 井实 际 情况 , 即 可得 出 富水 系数 的 一个
度 量 值 , 然 后 根据 经 验 数 值 , 就 可 以 进 行 带 压 开
采 分区 的划 分了。
1.3.2 渗透 系数 法
渗 透系 数法 是 应用 地下 水动 力 学进 行井 巷 涌水
量预测, 从而对 带压开采区域采取 分区划分的方
业于山西矿业学院, 工程师。
层 倾 角等 因素 有 关, 但 目前 国 内尚 无 统一 规 定来 计 算, 一般 采用 多 元非 线 性回 归 分析 法 所导 出 的经 验 公式 来确定 :
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太 原 科 技 2008 年 第 4 期 T AIYU AN S C I- T E CH
应 用技术
h1=7.929ln
应用技术
太 原 科 技 2008 年 第 4 期 T AIYU AN S C I- T E CH
采空区上覆岩层_三带_的界定准则和仿真确定
采空区上覆岩层“三带”的界定准则和仿真确定黄志安1) 童海方2) 张英华1) 李示波1) 倪 文1) 宋建国3) 邢 奕1)1)北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083 2)北京矿通资源开发咨询有限责任公司,北京1000373)华晋焦煤有限责任公司,离石033315摘 要 为了准确划分采空区上覆岩层的“三带”范围,提出了“三带”的界定准则:将应力超过屈服强度或抗剪强度的岩层高度定为裂隙带的上限,而将双向拉应力都超过抗拉强度的岩层高度定为裂隙带的下限.采用FLAC 软件对矿山进行了界限确定,通过生产实践中的瓦斯抽放效果进行了验证,结果表明该界定方法合理有效.此方法可普遍用于采空区上覆岩层的“三带”划分.关键词 煤;瓦斯抽放;“三带”划分;数值模拟分类号 TD 712+1622收稿日期:20050516 修回日期:20051010作者简介:黄志安(1973—),男,博士研究生;倪文(1961—),男,教授,博士生导师 煤层开采后,采空区上覆岩层将形成“三带”.准确地划分“三带”,是“三下”采煤可行性研究和设计的基础,是覆岩离层充填技术研究和应用的基础,是突出矿井解放层选择和开采设计的基础,也是上邻近层瓦斯抽放研究和实施的基础[1].目前对“三带”的研究大多是通过实验途径[25],而没有从理论上进行量的划分.本文正是基于这一思路,从理论途径进行了研究,提出了“三带”的力学界定,并通过数值模拟的方式对“三带”进行量化研究,最后通过矿山瓦斯抽放来验证划分方法的可行性.1 “三带”力学界定准则的提出根据矿压原理及实测研究,煤层开采以后其上覆岩层在垂直方向的破坏和移动一般分为“三带”(从下至上),即垮落带(或称冒落带)、裂隙带(或称断裂带)和弯曲下沉带.传统的“三带”概念主要是从破坏形式上进行定义的,而没有从机理上进行定义,也没有从量的角度定义“三带”,这就给实际操作带来了困难.比如瓦斯抽放,抽放通道最佳位置是裂隙带,如果无法准确划出“三带”界限,就无法将抽放通道准确布置到理想位置.煤层开采后,上覆岩层自上而下可以分为5个区:(1)弹性区———岩体在开采影响下未发生任何破坏;(2)塑性变形区———韧性岩层发生塑性变形,脆性岩层发生剪切破坏;(3)拉张裂隙区———某一方向的拉应力超过岩体的抗拉强度而产生一定方向的张裂隙;(4)拉张破坏区———在双向拉应力作用下,岩层被拉断、拉开而产生大变形,岩层以冒落为主;(5)局部拉张区———由于覆岩整体向采空区下沉,在下沉范围的边缘出现拉应力,使岩体发生某种程度的张裂隙,一般情况下,这些张裂隙与拉张裂隙区不沟通,其间有未破坏区和塑性变形区相隔[67].拉张破坏区主要分布在采空区上方拉应力区岩层内;其上部发育拉裂隙区,产生单向或双向裂隙;塑性变形区主要发生在支撑压力区和拉张裂隙区之上的下沉盆地中岩层内,其上岩层处于未破坏区[6].由此,可以将弹性区和塑性变形区划分成弯曲下沉带,将拉张裂隙区划分成裂隙带,而将拉张破坏区及局部拉张区划分成冒落带.为此,将岩层应力超过了屈服强度或抗剪强度而开始发生塑性变形或剪切破坏的岩层高度定为裂隙带的上限,而将岩层双向拉应力都超过了抗拉强度而开始发生大变形的岩层高度定为裂隙带的下限.这就是本文提出的“三带”力学界定准则.2 FLAC 模拟及结果分析首先利用FLAC 建立开采模型,施加边界条件并进行求解后,获取各个单元的弹塑性变化结果图和位移等值线图,再结合上面提出的“三带”界定方法进行分析,即可获得“三带”的界限.211 采煤工作面概况本实验使用淮南某矿采煤工作面作为实例,该工作面长度150m ,顺槽长度1650m ,煤层厚度第28卷第7期2006年7月北京科技大学学报Journal of U niversity of Science and T echnology B eijingV ol.28N o.7Jul.20066m ,倾角3°.开采煤层为13-1煤层.煤层底板为灰褐色泥岩,顶板以上的煤层和岩层分布简图如图1所示.图1 模拟模型煤岩层分布简图Fig.1 C o al and rock stratum distribution of th e simu lation m od el212 模拟模型的建立因工作面的长度远小于煤层的走向,可以作为平面应变问题来处理,所以建立二维FLAC 网格模型来模拟.为了消除应力边界和位移边界效应,二维计算模型的长和高分别设置为550m 和220m ,采煤工作面沿走向布置.为了便于建模和剖分,同时充分体现各岩层组合特征,将研究区内力学性质相近的岩层归并为一组,因此研究区内岩层共划分为12个层组.模拟时,计算模型边界条件确定如下:①模型的两端的x 方向的位移固定,即边界水平位移为零;②模型底部的y 方向位移固定,即底部边界水平、垂直位移为零;③模型顶部(也即地表)为自由边界.213 力学模型和力学参数的确定岩石是一种脆性材料,当荷载达到屈服强度后将发生破坏、弱化,应属于弹塑性体.在FLAC 中,对于弹塑性材料,其屈服判据准则有德拉克-普拉格准则和莫尔-库仑准则.本项研究选择莫尔-库仑准则.计算模型中各岩层力学参数基本来源于矿山实测数据,包括弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、抗拉强度和密度等参数[8].214 模拟结果为符合开采实际,模拟计算从形成初始应力场开始.模拟过程中,通过模拟开挖将开挖空间的实单元变成空单元.采煤工作面设计规格为:走向长1650m ,倾向长150m.基于上述采煤工作面规格和开采方法,利用建立的模型进行模拟计算,塑性结果图如图2所示.图3是y 方向的位移等值线图,图4是x 方向的位移等值线图.215 模拟结果分析从塑性结果图中可以看出,采空区上方首先是拉伸屈服区(图中文字标注的亮色区域),接着图2 塑性结果图Fig.2 Plastic result图3 y 方向位移等值线图Fig.3 Displacement contour ch art of y direction图4 x 方向位移等值线图Fig.4 Displacement contour ch art of x direction往上是曾经为塑性但现在处于弹性状态的区域(图中文字标注的暗色区域,此区域由于恢复了弹性,已没有裂隙,因此不认为是裂隙带,而认为已经进入弯曲下沉带),再往上是另外一个拉伸破坏区(由于这个拉伸破坏区下部是处于屈服过的弹性区域,因此这个拉伸破坏区将不会产生裂隙,认为这个区域仍然是弯曲下沉带).而裂隙带和冒落带都发生了拉伸屈服,只不过由于冒落带被压实后,裂隙带将不会跨落而只是保留有裂隙.从图2中可以看出,曾经是塑性但现在处于弹性状态的部分将不会有裂隙存在,这个区域可视为塑性变形区,可以将这一带的下限作为裂隙带的上限,也就是将发生拉伸屈服的区域和曾经是塑性・016・北 京 科 技 大 学 学 报2006年第7期但现在处于弹性状态的区域之间的界限定为裂隙带的上限.根据图中单元的显示情况可以看出,这一上限离13-1煤的顶板约20m.由于莫尔-库仑理论无法解释拉伸破坏,即对于FLAC模拟而言,难以从抗拉强度的角度获取冒落带的高度,只能寻求其他途径.从图3和图4中还可以看出,在采空区以上8m位置,等值线密集,说明位移变化很快,有一个突变,突变情况也可从位移图观察到.另外,这个位置上部的位移变化已经稳定(通过命令plot his n可以看到这一情况),而下部的位移还不是定数.从数值模拟的角度来看,采空区上部8m以上开始趋于收敛,而以下趋于不收敛.事实上,裂隙带由于变形小,各个参数值具有确定值,因此都将趋于收敛,而冒落带由于各个位置在冒落后位置都不确定,其受力也具有不确定性,因此其参数值趋于不收敛.为此,可以将突变上面的部分确定为裂隙带,而将下面的部分确定为冒落带[9].基于此分析,可将采空区以上8m位置定为冒落带的高度.按照本文提出的“三带”界定准则,结合FLAC模拟分析,可以确定出裂隙带的上限高度为距煤层垂距约20m高度处,下限为自煤层底板约8m高度处,20m以上为弯曲下沉带,8m以下为冒落带.3 瓦斯抽放应用情况淮南某矿进行了钻孔瓦斯抽放实验,在综放工作面上风巷内侧沿走向每隔50～60m布置一钻场,共设6个钻场,每钻场内沿走向布置3～5个抽放钻孔.抽放钻孔尽量布置在工作面顶板冒落后的裂隙带内,每个钻场的钻孔均超前前一钻场20m以上,如图5所示.钻孔施工、封孔完毕后,即通过管道连接到瓦斯抽放泵上进行抽放,抽放负压在46166～80100kPa之间.为了考察钻孔抽放效果,在设计1号钻场钻孔参数时,采用了较大的仰角钻孔,以便确定抽放最有效的钻孔空间位置.由实测得钻孔抽放瓦斯量与钻孔距煤层顶板的垂直距离如图6所示.由图6可知:当顶板走向钻孔距离煤层顶板垂距4～8m时,瓦斯抽放量较小;钻孔距煤层垂距10～16m时,抽放量最大,3个孔抽放量6100m3・min-1,抽放量占工作面总涌出量的23%;根据1号钻场,抽放量在3135～6134m3・min-1左右,抽放浓度在49%～85%.距离煤层顶板由15～22m时,瓦斯抽放量却逐渐降低.据此可判定采场上方顶板离层裂隙发育丰富区的高度在13m左右,为走向抽放钻孔的最佳层位,这与FLAC数值模拟的结果相一致,证明本文“三带”划分方法合理有效.图5 顶板走向钻孔布置示意图Fig.5 Layout of roof strike drill holes图6 钻孔瓦斯抽放量分布曲线Fig.6 Distribution curve of drill2hole mech anic drainage flux 在研究结果应用期间,抽放瓦斯量最大达到12145m3・min-1,瓦斯抽放率接近50%.这样在保证工作面的风量达到1800m3・min-1时,工作面上隅角回风流中的瓦斯浓度不超限,共抽放瓦斯量1160×106m3.同时该实验方法还成功应用于淮南矿区的许多采煤工作面,取得了显著的社会效益和经济效益[10].4 结论(1)提出了煤矿开采后采空区上覆岩层“三带”的力学划分准则,即将岩层因为应力超过了屈服强度或抗剪强度的岩层高度定为裂隙带的上限,而将岩层双向拉应力都超过了抗拉强度的岩层高度定为裂隙带的下限.(2)针对淮南某煤矿,使用先进的FLAC数值模拟方法,并结合本文提出的“三带”划分准则,获取了该矿开采过程中的“三带”高度:将发生拉伸屈服的区域和曾经是塑性但现在处于弹性状态的区域之间的界限定为裂隙带的上限(离煤层顶板20m),将裂隙带下部的位移突变高度作为冒・116・V ol.28N o.7黄志安等:采空区上覆岩层“三带”的界定准则和仿真确定落带的高度(离煤层顶板8m ).最后由该矿瓦斯抽放的实际情况对本文提出的“三带”划分方法进行了有力的验证,结果证明该划分准则合理有效.(3)由于“三带”分析属于大变形,因此本文使用了更适用于大变形分析的有限差分数值分析软件FLAC.而使用有限元分析软件也可以完成这项工作,可以将两种计算结果进行比较,进一步对“三带”进行分析研究.参 考 文 献[1] 梁运培,文光才.顶板岩层“三带”划分的综合分析法.煤炭科学技术,2000,28(5):39[2] 熊晓英,杜广森,李俊斌.注水实验法探测导水裂隙带高度.煤炭技术,2004,23(2):77[3] 贾剑青,王宏图,唐建.采煤工作面采动裂隙带的确定方法.中国矿业,2004,13(11):45[4] 尹增德,李伟,王宗胜.兖州矿区放顶煤开采覆岩破坏规律探测研究.焦作工学院学报,1999,18(4):235[5] 张杰,侯忠杰.浅埋煤层导水裂隙发展规律物理模拟分析.矿山压力与顶板管理,2004(4):32[6] 邹海,桂和荣,王桂梁,等.综放开采导水裂隙带高度预测方法.煤田地质与勘探,1998,26(6):45[7] 涂敏.潘谢矿区采动岩体裂隙发育高度的研究.煤炭学报,2004,29(6):643[8] 查文华,谢广祥,华心祝.综放采场围岩压力分布规律数值模拟研究.矿山压力与顶板管理,2004(4):2[9] 尹尚先,王尚旭.陷落桩影响采场围岩破坏和底板突水的数值模拟分析.煤炭学报,2003,28(3):264[10] 涂敏,刘泽功.综放开采顶板离层裂隙变化研究.煤炭科学技术,2004,32(4):45Dividing guideline and emulating determination of “three zones ”of the depress 2ing zones overlying a goafHUA N G Zhian 1),TON G Haif ang2),ZHA N G Yi nghua1),L I S hibo 1),N I Wen1),S ON G Jianguo 3),X IN G Yi 1)1)Civil and Environmental Engineering School ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China 2)Beijing Kuangtong Resource Development Consulting Co.,Beijing 100037,China 3)Huajin Coking Coal Company ,Lishi 033315,ChinaABSTRACT In order to divide “three zones ”of the depressing zones overlying a goaf accurately ,the guideline to divide the “three zones ”is presented :specifying the height of the rock stratum whose stress surpasses the yield or shear strength of itself as the upper bound of the fracture zone ,while specifying the height of the rock stratum whose two 2way tensile stress both surpasses the tensile strength of itself as the low bound of the fracture zone.FLAC software was used to determine the boundary of a coal mine that was validated by the effect of corresponding methane drainage.The result indicates that the division guideline is rational and useful.This method can be used generally to divide “three zones ”of the depressing zones over 2lying a goaf.KE Y WOR DS coal ;methane drainage ;“three zones ”division ;numerical simulation・216・北 京 科 技 大 学 学 报2006年第7期。
高突危险水体上煤层开采下限及带压开采分区研究
Ｌ Ｕ — ｅ，ＹＩ Ｓ ｎ ・ ｉｎ，ＧＵ ｕ ｇ ｎ Ｉ Ｙｕ ｄ Ｎ ｈａ ｇ ｘａ Ｘｉ — ｅ
Ｓ ｕｄ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎｄ ｔｏ ｃ ａ ｓｆｃ ｔｏ ｎ ｌ ｉ ｅ ｈ ｆｗａ ｅ － ｒ ｓ ｕｒｚ ｄ ｍ ｉ ｉ ｇ ｏ ｔ ｙ ｏ ｈ ｏ ｉｉ ｎ－ ｌ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｔ ｄ ｐｔ ｏ ｔ ｒ ｐ ｅ ｓ ｉｅ ｎ ｎ ｆ ｉ ｍ
第 ６卷 第 ３期 ２１ ０ ０年 ６月
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中 国 安 全 生 产 科 学 技 术
ｏ ｒ ａ ｆＳ ｆ ｔ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｊｕ ｎ ｌｏ ａｅｙ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ
—
Ｖ０ ． ． １６ Ｎｏ ３
Ｊ ｎ ０ ０ ｕ ｅ２ １
文章编号 ：６ ３ ９ Ｘ（０ ０ 一 ３—０５ ０ １７ —１３ ２ １ ） ０ ０４— ６
Hale Waihona Puke 高突 危 险水体 上 煤层 开采 下 限及 带压 开 采分 区研 究
刘 玉德 ， 尚先 ， 秀根 尹 顾
（ 华北科技学院安全工程学院 ， 北京 摘 １ １０ ） ０ ６ １
要： 确定开采下限 ， 对高突危险水体 上煤层 的安全 开采具有 十分重要 的意 义。本 文基于肥 城
矿区地质条件 ， Ｆ Ａ ３ 用 Ｌ Ｃ Ｄ软件 ， 对开采煤层下伏岩层移动变形规律进行 了深 入研究 ， 对煤层 底板 三带范 围进行 了初步确定 ； 同时 ， 从不 同方 面对煤层底板 开采破坏 深度进行 了理论计算 。根据 突 水系数 、 导水带深度 、 导升带高度和经验数 据 ， 确定 出正常条件 下带压 开采 的下限 （一 ２ ｍ） ７ ０ 以及 安全措施条件下（ 底板预注浆处理等 ） 的带压开 采下限 （一８０ 。依据 开采下限 ， ５ ｍ） 对带压开 采条
带压开采
带（水）压开采安全评价技术及其发展方向煤炭是我国今后相当长一段时期内主要的、不可替代的能源，大力发展煤炭工业，实施科技兴煤战略是煤炭工业可持续发展的根本所在。
目前，煤矿安全严重地制约着能源工业的发展，成为其发展的“瓶颈”问题。
当务之急，做好煤矿安全评价工作、基本杜绝恶性灾害性事故成为煤矿安全生产中的一项首要任务。
安全评价就是从系统工程的观点出发，对煤矿生产中潜在的危险进行预先识别、分析和评估，为制定基本的防灾、减灾措施提供科学依据。
近年来，随着以人为本管理理念的建立，逐渐确立了安全评价在生产中的重要地位，从而促进了安全技术的发展和完善。
中国社会对于安全工作的重视程度达到了前所未有的高度，主要体现在以下方面：①国家安全生产监督管理局升格为国家安全生产监督管理总局;成立中国安全生产科学研究院(简称“安科院”);开办中国安全网专业网站;从2005年6月1日开始受理注册安全工程师执业资格的注册申请;②中国矿业大学(北京)开办资源与安全工程学院，下设安全工程系，计划将在不远的将来形成安全技术学科群;③直接以安全为主题的刊物多达3种，如《煤矿安全》、《矿业安全与环保》、《矿山压力与顶板管理》，其它矿业工程刊物上与各类安全工程相链接的文章更是不胜枚举。
1 带压开采及其安全评价带(水)压开采(简称“带压开采”) 技术，是指当煤层底板隔水层承受较高水压时，在不进行或很少降低含水层水头压力的情况下，确定能否安全采煤的技术[1]。
它是承压水体上安全采煤的一项实用性技术，与深降强排技术相比，具有减少吨煤排水费用和保护水资源的双重功效。
通过与国内外同类技术对比后发现，带压开采属安全技术范畴，带压开采评价技术从一开始就引起人们的极大兴趣，这从对于其定量化分析的不断创新中已经得到了印证。
自20世纪70年代后期以来，在淄博、焦作、井陉、峰峰等煤矿应用带压开采技术在解放受水害威胁的煤炭资源方面发挥了重要的作用。
我国大多数矿区，尤其是华北型煤田东部各煤矿区，在面临浅部资源枯竭的条件下，为了实现各个能源基地的可持续发展，深部煤炭资源开发已经提到重要的议事日程上来，煤炭工业的发展和煤炭资源开发进入新的历史发展阶段。
二1煤带压开采措施
某某集团某某煤业有限公司二1煤层带压开采安全技术措施二0一四年九月集团某某煤业有限公司二1煤带压开采安全技术措施一 、概况某某煤业有限公司井田位于华北板块嵩箕构造区荥巩大背斜北翼，基本构造形态为地层走向近东西，倾向北的单斜构造，属荥密背斜北翼东段倾伏端向豫东平原过渡地段，总的地势为西南高，东北低，水文地质条件属中等类型。
矿井主要开采二叠系下统山西组下部的二1煤，井田内二1煤层厚度0-15m ，平均厚度4m 。
影响开采的主要水源有：煤层顶板第三系泥灰岩含水层、底板以下的石炭系上统太原组上部的L 7-8、下部的L 1-4和奥陶系灰岩含水层。
其中顶板砂岩富水性弱，易疏放，L 7-8灰岩为矿井直接充水含水层，平均厚度10m ，距二1煤底板平均距离35m ，是矿井疏放对象，对开采影响不大；奥陶系灰岩含水层与L 1-4灰岩为矿井间接充水含水层，是造成矿井水害的主要水源，两含水层间距较近，水力联系密切，可视为同一个含水体进行重点防范。
其中L 1-4灰岩含水层顶板至二1煤平均距离为82m 。
目前，某某煤业矿井正常涌水量约120m 3/h ，井田内主检孔 L 1-3灰岩水位标高为+17m ，矿井11采区采掘最低标高+0m 。
二、二 1 煤层带压开采可行性计算根据上述对矿井水文地质条件的分析,依据《煤矿防治水规定》下面针对L 7-8灰及L 1-4灰含水层进行带压开采评价。
（一）安全隔水层厚度和突水系数计算公式：1、安全隔水层厚度计算公式： t=Kp rL KpP L L 4) 8r (22-+（该公式适用于掘进工作面） （公式1） 式中：t —安全隔水层厚度（m ）；L —巷道底板宽度 (m ）；r—底板隔水层岩石的平均容重(t/m3)；Kp—底板隔水层平均抗拉强度(t/m2）；P—底板隔水层承受水头压力(t/m2)。
根据《煤矿防治水规定》之规定，以上式计算出的安全隔水层厚度，与矿井实际隔水层厚度比较：（1）实际的底板隔水层厚度大于安全隔水层厚度，则可认为是安全的，一般可正常采掘；但在岩石破碎地段，要采取一定的安全措施；（2）实际的底板隔水层厚度小于安全隔水层厚度，则可认为是不安全的，要保证安全生产，必须采取安全措施；2、突水系数计算公式：T= P/M （该公式适用于回采和掘进工作面（公式二）式中：T—突水系数（MPa/m）；P—隔水层底板承受的水压值（MPa）；M—底板隔水层实际厚度（m）；计算实际突水系数值T与本矿区临界突水系数值T临进行比较。
放顶煤采场力学分区及支承压力分析
技术应用JISHU YINGYONG《华北国土资源》年第期6放顶煤采场力学分区及支承压力分析（山西长治市煤炭安全信息调度中心，山西长治046000）摘要：研究分析了综采放顶煤采煤工作面顶板、顶煤在支承压力的作用下活动和运移规律，总结出综放采煤工作面支架—围岩关系和采面围岩的空间分区特点，对综采放顶煤控制顶板、改善顶煤的冒放性有一定的参考作用。
关键词：综采放顶煤;支承压力规律;采场力学分区特点中图分类号：TD82文献标识码：A文章编号：1672-7487（2010）04-0064-03李利刚1放顶煤采场顶板活动规律随着放顶煤技术的应用，放顶煤工作面矿山压力的理论与实践的研究也取得了长足进展。
通过大量实测资料分析，综采放顶煤开采工作面矿压特点，总结如下。
1）从工作面支护阻力的实测结果看，支架的初撑力或工作阻力普遍升不高，支架工作特性普遍表现为初撑特性、阻力缓慢上升特性或为降阻特性，即放顶煤开采过程中工作面支架多表现为“给定载荷”的工作特性。
2）综放工作面支护阻力实测分析表现为工作面支架前柱的支护阻力普遍比后柱高，尤其是松软综放工作面更是如此。
其原因之一是支架上方及前方的煤体在支承压力的作用下提前破碎、让压，使工作面上覆岩层断裂的层位向上发展，上覆岩体对煤体的合力作用点向煤壁前方转移，工作面前方煤体内的支承压力集中区离工作面距离较远；其原因之二是顶煤上方的下位岩体对支架上方顶煤的合力作用点由支架的支撑力中心前移。
3）实测资料表明，放顶煤开采工作面的顶板来压强度低于其他开采方法的来压强度，有些放顶煤工作面甚至未见初次来压和周期来压。
这是由于顶煤裂隙逐渐发育，支承压力向煤体深部转移，来压时的峰值位置远离工作面，同时应力集中系数变小，使得工作面支架在来压时的工作阻力比分层开采有所缓和。
2顶煤运移特点根据对顶煤运移的综合分析，可以概括出如下特点。
1）煤体的坚固性系数不同，顶煤始动点位置不同。
煤的坚固性系数越低，煤层越软，顶煤开始移动的越早，顶煤始动点超前工作面的距离越远；煤的坚固性系数越大，煤层越硬，顶煤开始移动的越晚，顶煤始动点超前工作面的距离越近。
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8α-
0.311
3F,
式 中 : h1 为 底板 矿 压 破 坏 深 度 , m; L 为 工 作 面 的
倾 斜长 度, m; H 为煤 层开采 深度 , m; α为煤 层倾
角 , rad; F 为 底板 岩层 的坚 固系 数。
根 据上 式计 算 出突 水系 数后 , 就可 以根 据 突水
业于山西矿业学院, 工程师。
层 倾 角等 因素 有 关, 但 目前 国 内尚 无 统一 规 定来 计 算, 一般 采用 多 元非 线 性回 归 分析 法 所导 出 的经 验 公式 来确定 :
·66·
太 原 科 技 2008 年 第 4 期 T AIYU AN S C I- T E CH
应 用技术
h1=7.929ln
柱能 否导 致 突水 的因 素 比较 复杂 , 受 到 陷落 柱岩 块
量指 标。 突水 系 数的 大 小取 决 于煤 层 底板 所 承受 的 水压 力, 就华 北 型岩 溶 间接 底 板突 水 矿井 而 言, 即 为峰峰组岩溶 含水层之水对煤 层底板产生 的水压
的 混 杂 胶 结 程 度 、 陷 落 柱 发 育 的 高 度 及 发 生 的 时 力, 可通 过水 头 标高 与 煤层 底 板标 高 之差 求 得。 此
强 度等 ) 的 变 化有 关。 为了 使 预计 的结 果 尽可 能接
近 客观 实际 , 生产 实践 中常 常 采取 其他 的 富水 系数
进 行预 计:
KF=Q/F ; KV=Q/V; KL=Q/L。 其 中, F , V, L 为 采空 面积 、 采空 体积 、 巷道
长 度; KF, KV, KL 为 采空 面积 富水 系数 、 采空 体积 富 水系 数、 巷道 长度富 水系 数。
的 增长 关系 所 建立 的比 拟式 进 行带 压开 采 分区 划分
的 方 法 。 若 已知 KP 值后 , 预 计 探 明 条 件, 开 采 量 为 P′的 设计 矿井 的涌 水量 Q′, 即 Q′=KPP′。
现 实作 业中 , 不同 矿井 , 甚 至 同一 矿井 不 同时
期 的 KP 值 变 化 往 往 很大 , 其 原 因 是 它 与自 然 条 件 ( 地质 、 水 文地 质 ) 和 人 为 因素 ( 开 采 方 法 、开 采
水是 生命 之 源, 但对 于煤 矿 生产 而言 , 水也 是 发突 水事 故 的一 个重 要 诱因 。 既然 断 裂构 造 极 有可
严重 威胁 煤 矿安 全生 产 的隐 形杀 手之 一 。自 从 人类 能诱 发突 水 事故 , 那 么 , 我 们 就可 以 把它 作 为带 压
从 事 煤 炭 开 采 活 动 以 来 , 大 大 小 小 的 煤 矿 突 水 事 开采 的一 个分 区 指标 进 行区 域 划分 。 根据 断 层断 裂
应用技术
太 原 科 技 2008 年 第 4 期 T AIYU AN S C I- T E CH
文章编号: 1006- 4877( 2008) 04- 0066- 02
带压开采分区划分方法的研究与探讨
王奇生, 郭 森
( 太原西峪煤矿, 山西 太原 030021)
摘 要: 以促进安全生 产、有效预防矿井突 水事故为目的, 叙 述了对带压开采矿 井进行分区划 分的 依据与方法。结合西峪煤矿二水平带压开采分区的划分及多年来对采掘 生产的现实指导意义, 验证 了 划 分 方 法 的 合理 性 、 科 学 性 。 关键词: 突水事故; 带压开采分区; 划分; 研究与探讨 中图分类号: TD82 文献标志码: A
划分指标 突水系数分区 Ts / ( MPa/ m)
断裂发育 简单区
< 0.06 0.06< Ts<0.10
> 0.10
渗透系数分区 K
/ ( m/ d)
<1
10> K> 1 >10
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ ( Ⅱ)
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ ( Ⅲ)
Ⅲ
Ⅲ
断裂发育
< 0.04
Ⅰ
复杂区 0.04< Ts<0.06
Ⅱ
> 0.06
Ⅲ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
安全 生产 , 有效 预防 矿 井突 水事 故的 发 生具 有 重要 的指 导作用 。
的现 实指 导意 义。 1 带压 开采 区域 划分 的指 标
1.2 根 据突 水系 数分 区 突水 系数 是 表征 矿 井突 水 可能 性 大小 的 一个 数
1.1 根据 地质 构造的 发育 程度 分区 通常 , 地 质 构造 分为 陷落 柱 和断 层, 但 是陷 落
按照 《煤 矿 防治 水 工作 条 例》 相 关规 定 , 结 合 西峪 煤 矿实 际情 况, 根 据第 一 水文 队 施工 资 料及 井 陉、 邯郸 各 矿的 测试 资 料, 综 合各 种 划分 方 法, 对 带压 开采 区域 进行 如下 划分 , 见表 1。
表 1 太原西峪煤矿带压开采分区划分表
西 峪煤 矿 二 水 平 是 西 峪 煤 矿 平 峒 的 接 替水 平 , 水 平标 高 为 650 m, 开采 深 度 低 于 700 m 标高 , 开 采的 最 低标 高 在 430 m 左右 , 而奥 陶 系峰 峰 组岩 溶 水水 位标 高为 803 m, 最大 承压 水头 为 4.3 MPa。目 前, 二 水平 已全 面进 入 带压 开 采阶 段 , 对 带 压开 采 分区 进行 科 学的 划分 对 于安 全 生产 具 有重 要 的指 导 意义 。
间、 活动 性 、柱 体与 围 岩接 触的 特点 、 间接 底 板岩 外, 突水 系数 的 大小 还 与隔 水 岩柱 的 厚度 、 岩溶 水
溶 水的 水 头 值及 岩 溶 水 的 富 水性 等 多 种 因 素 影 响,
的导 升 高 度 、 矿 压对 底 板 破 坏 的 深 度 有 关 [1]。 隔 水
导水 断层 转 化为 导水 断 层。 这就 表明 断 裂构 造 是引 井的 测试 资料 来 确定 。 底板 破 坏深 度 的大 小 主要 与
工作 面的 斜长 、 底板 岩 性及 其 结合 状 况、 采 深和 煤
收稿日期: 2008- 01- 10; 修回日期: 2008- 02- 14 作者简介: 王奇生( 1967- ) , 男, 山西交口人。1991 年 7 月毕
数 按以 下加 权平均 式计 算:
KCP=
K1M1+K2M2+…+KnMn M1+M2+…+Mn
,
式 中 : K1, K2… Kn 为 剖 面 上 各 段 ( 层 ) 的 渗 透 系
数 ; M1, M2…Mn 为剖 面上 各段 ( 层 ) 的 厚度 。
2) 当 岩 层 在 平 面的 透 水 性 不 均 一时 , 渗 透 系
结 合矿 井实 际 情况 , 即 可得 出 富水 系数 的 一个
度 量 值 , 然 后 根据 经 验 数 值 , 就 可 以 进 行 带 压 开
采 分区 的划 分了。
1.3.2 渗透 系数 法
渗 透系 数法 是 应用 地下 水动 力 学进 行井 巷 涌水
量预测, 从而对 带压开采区域采取 分区划分的方
而且 不同 的 井田 中, 陷 落柱 的分 布、 数 量也 大 相径 庭, 所以 , 本文 只讨 论 按断 裂构 造 ( 即 断层 发育 程 度) 对井 田进 行的 带压 开采 分区。
岩柱厚度可依 据矿区范围内钻 孔资料获得 , 未见 O2f 的 钻 孔 可 以 按 隔 水 岩 柱等 厚 线 图 用 内 插 法 求 取 隔水 岩柱 厚 度。 岩溶 水 的导 升 高度 , 主要 依 据两 种
对促 进 西峪 煤矿 的安 全 生产 、 有效 预 防水 害 事故 起
到一 定的 指导 作用 。
3 结束 语
科学 合理 地 对带 压 开采 区 域进 行 分区 划 分, 对
有效 预 防矿 井突 水事 故 可以 起 到事 半 功倍 的 良好 效
果。 具体 到 某个 矿井 采 用哪 一 种方 法 更为 合 理, 则
定 性 的 影 响 程 度 , 将断 裂 构 造 划 分 为 简 单 、中 等 、 复杂 等不 同 的等 级, 然 后以 此 为依 据 , 按 不 同等 级 断裂 构造 引发 突 水事 故 可能 性 的大 小 , 将 带 压开 采
开采 的矿 井 进行 带压 开 采分 区划 分, 对 于促 进煤 矿 区域 划分 为不 同 的分 区 , 从 而 对采 掘 生产 起 到一 定
Ⅲ
Ⅲ
注: Ts 为突水系数; K 为渗透系数; Ⅰ为带压开采安全 开采区域 ; Ⅱ为 带压开采相 对安全开采 区域 ; Ⅲ 为带压开 采危 险 区 域 。
根据 多年 来 的生 产 实践 , 已基 本 验证 了 上述 划
分的 正确 性 、科 学性 , 特别 是 对正 在 采掘 中 的上 组
煤而 言, 这 种划 分方 法 是相 当 准确 的 。无 疑 , 这 将
一般 而言 , 断层 的形 成是 先 从节 理开 始 的, 节 理继 续发 展 , 促 使岩 层 沿节 理密 集带 产 生位 移, 从
情况 获 得 : 一 种 是 当 O2f 顶面 存 在 具 有 较 为明 显 隔 水作 用的 铝土 岩 时, 一 般在 天 然状 态 下不 会 有岩 溶
而形 成断 层 。按 照水 文 地质 特点 , 断 层 可以 分为 富 水导 升, 此时 导 升高 度 为零 ; 另一 种 是在 破 碎地 段
要根 据 该矿 井的 实际 地 质水 文 条件 而 定。 对 存在 带
压开 采的 井 田进 行科 学 合理 的 分区 划 分有 利 于提 高
矿井 安全 生 产系 数, 有 效避 免 突水 事 故的 发 生, 值
得我 们在 实践 中不 断分 析总 结。