水体下采煤
三下一上”开采设计的原则
三下一上”开采设计的原则
“三下一上”开采设计原则是指在建筑物下、铁路下、水体下和承压水体上进行采煤，同时不破坏原有地貌。
具体原则如下：
1. 建筑物下开采：需要保证建筑物不受到开采影响而破坏，同时要尽量多采出煤炭。
对于不适合搬迁的城镇、工厂、居民区、村庄等所压煤层，应进行开采，并做到井筒矿柱的回收，既开采出煤炭，又保护好地面建筑物。
2. 铁路下开采：需要保证铁路干线与支线下所压煤层的开采，同时采取留下矿柱的策略来保护铁路。
3. 水体下开采：包括地面水体下和地下水体下的开采。
水体下开采的实质是如何确定防水和防砂矿柱的高度，此上限到地面的垂高，就是安全开采深度。
在水库、蓄水池和运河等地面水体下采煤时，除要防止矿井发生突水事故外，还要保证它们不受到开采的影响而破坏。
4. 承压水体上开采：指可采煤层以下的承压水体上的煤层开采。
此外，三下一上”采煤技术需要充分考虑安全性和经济性，以及环境保护和资源回收率等因素。
在实际应用中，应根据具体情况选择合适的开采技术和方法，并进行详细的地质勘查和工程设计。
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。
水体下采煤的技术探讨
开采 ， 导致 急倾 斜 煤 层 严 重 抽 冒如 图 １ ， 破 坏 了上 部 留设 的 安 全 防 隔 水煤 柱 ． 使上部老空积水迅速溃入井下 ． 造成 １ ２ １名 矿 工遇难 ， 在 国 内外 造 成 了不 良的 影 响 ． 教 训 极 为 深 刻 。 因此 必
很 有 可 能 改 变上 覆 水体 与 开采 空 间之 间 水 力联 系程 度 ．水 力 联 系弱会 增 加 矿 井排 水 费 用 ． 水 力联 系强 又 有 可 能使 开 采 影
着 当今 煤 炭 工 业 的 迅 速 发展 ， 水 体 下安 全采 煤 技 术 也 在 不 断 地 进 步 。 笔 者 根 据 自 己长 期 实 地 工作 经 验 综 合 各 方面 因素 ， 多 方位 论 述 水 体 下 采 煤 技术 ， 并 提 出几 种 预 防地 表 水 与地 下水 涌 入 开 采 空 间 的技 术 措 施 。
理 部 门 审查 批 准 后 进 行 试 采 ． 试 采 结 束后 提 交 总 结报 告
１ ． ２ 严禁在水体下开采急倾斜煤层 ，防止发 生 “ 抽 冒” 突 水事 故
在 浅 部 厚 煤 层 、急 倾 斜 煤 层 及 断层 破 碎 带和 基 岩 风 化 带
附 近进 行 采 掘 ， 容 易 引起 顶 板 岩 层 和 煤 层抽 冒。 广 东梅 州 市 兴
运转 ， 标志着我国从此结束无海下采煤的历史 ． 是 中 国煤 炭 开
采 史 上 的一 件 大事 。
宁 市 大兴 煤 矿 “ ２ ０ ０ ５ ． ８ ． ７ ” 特 别 重 大 突 水 事 故 是 一 个 典 型 的 在
水 体 下 开 采 急倾 斜 煤 层 而 引发 的 突 水 淹 井 事 故 。 大 兴 煤 矿 一
在水体下采煤安全煤岩柱的留设技术
在水体下采煤安全煤岩柱的留设技术[摘要]本文主要阐述了水体下采煤的顶水采煤、疏水采煤和顶疏结合采煤等方式，水体的采动等级及允许采动程度，安全煤岩柱的防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱、防塌安全煤岩柱、安全煤岩柱保护层厚度的确定等留设方法。
[关键词]水体下采煤煤岩柱留设中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-177-011、水体下采煤的方式根据对水体的处理方式的不同，水体下采煤分为顶水采煤、疏水采煤和顶疏结合采煤。
1.1、顶水采煤顶水采煤的特点是：对水体基本不处理，直接在水体下进行采煤作业，而在水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱。
顶水采煤适合于水量大、补给充足、水体距开采煤层较远的条件。
1.2、疏水采煤疏水采煤可分为先疏水后采煤和边疏水边采煤。
按我国水体下开采的经验，先疏后采适合于以下条件：一是煤层直接顶为砂岩或石灰岩岩溶含水层，并能实现预先疏干时；二是松散含水砂层为弱或中弱含水层砂层，水源补给有限，通过石门疏干措施或提前开拓与采煤能预先疏干时。
水体的水量不太大，而水体的分布范围较大时，一般采用边疏边采的方式，如砂岩或石灰岩岩溶含水层为煤层基本顶时，采煤后基本顶含水层的水由采空区涌出，不影响工作面作业，但工作面内应采取疏排水措施。
1.3、顶疏结合采煤在受多种水体或多层含水层水体威胁的情况下采煤时，对远离煤层，其间距大于导水断裂带高度的水体，采用顶水采煤；对位于煤层直接顶之上或离煤层距离较近，其间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，采用疏水采煤。
2、水体的采动等级及允许采动程度水体下采煤时要严格控制地下开采对水体的影响，根据水体的类型、流态、规模、赋存条件及水体的允许采动程度，把地下开采影响的水体分为三个采动等级。
不同采动等级的水体，要留设相应的安全煤岩柱。
3、安全煤岩柱的留设方法安全煤岩柱是从开采上限到上覆水体底界面之间的煤层、岩层和松散层厚度的总称。
“三下”采煤技术
用心专注，服务专业“三下”采煤技术在煤矿生产的建设中，经常遇到大的各种类型的水体、建筑物、铁路及矿井井巷。
在一般情况下这些水体、建筑物、铁路及矿井井巷需要留设煤柱予以保护，从而造成了地下资源的积压和浪费。
因此研究不留或少留煤柱，并保护水体、建筑物、铁路、矿井井巷免遭破坏，实现在上述条件下的安全采煤技术及地面建筑物等的保护技术统称为特殊开采技术。
根据保护对象的不同，可将特殊开采技术分为：（1）水体下特殊开采技术。
其中水体包括：地表明水体，如江河、湖海、水库等；松散层含水体，如第三、四纪松散层中的水体和基岩含水体，如砂岩、石灰岩含水层。
（2）建筑物下特殊开采技术。
如城镇建筑物、民房、工农业建筑、公路、桥梁等。
（3）铁路下特殊开采技术。
如国家级铁路、矿区专用铁路等。
以上特殊开采技术又简称为“三下”开采技术。
“三下”采煤技术是随着煤炭生产建设的发展而诞生的一门新型实用技术。
从50年代起它就在我国受到重视。
经过几十年的研究、试验和推广应用，目前无论是从研究试验规模、关键技术以及基础理论水平、推广应用效果看，还是从所服务的对象范围看，“三下”采煤技术已经初步成为采矿学中一个实用性强，服务对象广，具有相应理论基础和技术水平的学科分支。
40年的水体下采煤中，我们得到了不同覆岩岩性，不同倾角，不同采煤方法（厚煤层分层开采，单一煤层一次采全高及放顶煤开采）的覆岩破坏规律。
提出了一套适于不同岩性、倾角和开采方法的冒落带和导水裂缝带高度的计算公式。
已掌握了不同地质条件下不同采煤方法所产生的地表移动规律，并形成一套地表移动变形预计理论，制定了房屋保护等级及相应措施。
我国的“三下”采煤技术有广泛的实践基础，已形成了较系统的、全面的理论体系和技术体系。
水体下采煤合同
水体下采煤合同一、合同双方。
甲方（煤矿企业）：______________________甲方代表：______________________联系地址：______________________联系电话：______________________乙方（相关权益方，比如周边受影响区域代表等）：______________________乙方代表：______________________联系地址：______________________联系电话：______________________二、采煤的基本情况。
1. 甲方计划在水体下进行采煤作业。
采煤的区域大概位于______________________（详细的地理位置），这片区域预计的煤炭储量是______吨呢。
2. 甲方采煤所采用的技术和设备。
甲方会采用比较先进的采煤技术哦，像是______（具体技术名称），设备呢有超级厉害的采煤机、输送机之类的。
这些设备可都是经过精心挑选和维护的，就像我们精心照顾自己的小宝贝一样，就是为了能安全又高效地采煤。
三、对水体的影响及保护措施。
1. 可能产生的影响。
咱都知道在水体下采煤可能会对水体有一些影响，比如说可能会导致水位有一点下降啦，或者水的质量可能会有一点点变化。
不过呢，甲方会一直盯着这些情况的，不会让它变得太糟糕。
2. 保护措施。
甲方可是有一整套保护水体的方案呢。
首先就是在采煤前会进行超级详细的地质勘探，就像给这片地下世界做一个全面的体检一样。
然后根据勘探结果来规划采煤的路线和方法，尽可能地避开那些对水体影响大的地方。
在采煤过程中呢，还会安装各种监测设备，像水位监测仪之类的，时刻关注水体的情况。
如果发现有什么不对劲儿的地方，就会马上调整采煤的操作。
而且啊，甲方还会预留一些保护水体的煤柱，这些煤柱就像是水体的小保镖一样，守护着水体不受太大的干扰。
四、双方的权利和义务。
1. 甲方的权利和义务。
甲方有权按照合理的计划进行采煤作业。
恩洪矿区水体下采煤方法设计研究
恩洪矿区水体下采煤方法设计研究摘要:独木水库为煤层上水库,本文通过对水库地质条件进行分析,合理确定水库下采煤方法,试图有效解决水资源保护与资源开采之间的矛盾。
关键词:水库地质采煤方法设计1、独木水库概况曲靖市独木水库地处麒麟、富源、罗平三县（区）交界处,库容1.056亿立方米,为大(二)型水库,径流面积196平方公里,年产水量1.4亿立方米。
水库是一座位于“煤层”上的水库。
2、恩洪矿区独木水库地质经钻探揭露及地表自然出露的地层,独木水库附近地层由老至新依次有:极弱裂隙含水带二叠系上统峨眉山玄武岩组(P2β)、隔水层二叠系上统龙潭组(宣威组)P2l1—P2l3;裂隙含水带三叠系下统卡以头组(T1k1—T1k3);隔水带三叠系下统飞仙关组(T1f1—T1f2);隔水带第四系(Q)。
3、煤层赋存情况3.1 煤层赋存情况区内可采煤层有:1、3、8、9、11、13a、13b、14、15、16-1、16、19a、19b、19c、21a、21b、23、24共计l8层。
3.2 煤与水库位置关系独木水库水域面积近3.0平方公里,覆盖区域大,贯穿恩红矿区4井田及14井田。
矿区内煤层赋存与水体关系如（图1）。
4、水体下采煤方法设计4.1 采煤方法设计计算(1)不透水条件按照下式（安全煤岩柱留设）进行计算:(3)裂隙带高度计算:独木水库矿区煤层顶底板属中硬-及软弱岩性;裂隙带高度按照中硬岩性计算,公示如下:——煤层累计开采厚度,根据矿区资料,取27m;(4)保护层厚度选取:保护层按照矿区煤层顶底板属中硬-及软弱岩性;松散层底部无粘土层选取,为=23m（——煤层累计开采厚度,按照单层煤开采,取27m;n为开采总计层数,取17）4.2 水体下采煤方法确定根据恩洪矿区地质条件,进行分析如下:(1)煤层赋存主要集中在龙潭组P2L, 根据地质资料显示,在T1f1以下段有平均厚度90m（薄于23m以下区域除外）的隔水层,P2L3有部分隔水层,该地层厚度总计平均厚度为69m（薄于63.5m以下区域除外）,即在P2L2、P2L1中煤层可以进行水库下采煤方法推广实施。
水体下采煤的安全与技术措施分析
水体下采煤的安全与技术措施分析摘要:文章介绍了水体下采煤的特点和影响因素,分析了当前实践中不同水下采煤的技术要求,探讨了安全技术措施。
关键词:水体下采煤影响因素控制方法安全技术措施所谓水体下采煤指的是在开采煤层上方的地表水体下采煤。
据统计,我国的重点煤矿受水威胁储量超过250亿吨,有百余条较大的河流压煤,还有微山湖、太湖、大冶湖和渤海等湖海下压煤,在华北、东北和华东平原地区普遍有第四系的含水砂层覆盖,这些地区的煤田浅部开采都存在含水砂层下采煤的问题。
显见,水体下采煤在我国多数矿区都有不同程度地存在,而且在今后较长一段时期内不可避免。
近年来,相关方面做了大量的研究和实践工作,取得可喜的进步。
这里浅就笔者的学习与实施情况,简要探讨水体下采煤的安全与技术措施。
1 几种水体下采煤技术对安全技术上的要求(1)综合机械化顶水采煤。
我国研究和实践水体下采煤技术已历经了50余年历史,以往主要采取炮采和普通机械化开采。
20世纪80年代后,我国投入了水体下安全综采的研究与实践。
鉴于“综采”工作面上机电设备多,抗水患能力较差,因此要求水体下采煤的安全性很高,防水安全煤柱尺寸也较大。
(2)综合机械化放顶煤顶水采煤。
“综放”开采主要适用于厚煤层和特厚煤层,工作面的采高一般5m～15m,可根据需要适当调整。
这种开采方式工作面上机电设备多,部分矿井为“一矿一面”或“一矿两面”的高产高效模式。
因此,一旦工作面涌水量较大,将对矿井生产造成十分不利的影响。
因此,在水体下采煤中,通常综放工作面覆岩破坏高度大、变化幅度大、防水安全煤柱尺寸大。
为减少煤炭损失,通常采用台阶式“限厚放煤”的方法减少采高,降低覆岩破坏高度、减小防水安全煤柱厚度。
(3)保水采煤。
我国水资源丰富,但人均占有量偏低,在煤炭资源丰富的中西部地区,水资源却相当匮乏,生态环境脆弱。
煤田开发过程中,地下水渗漏、水位大幅下降,对当地生态产生不利影响。
保水采煤要求导水裂缝带高度不波及地表及浅部含水层,使水体不向矿井泄漏。
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• Ⅲ级 允许导水断裂带进入松散孔隙弱 含水层，同时允许垮落带波及该弱含水 层水体
Ⅰ级水体采动等级允许采动程度
水体类型
1. 直接位于基岩上方或底界面下无稳 定的粘性土隔水层的各类地表水体 2. 直接位于基岩上方或底界面下无稳 定的粘性土隔水层的松散孔隙强、中 含水层水体 3. 底界面下无稳定的泥质岩类隔水层 的基岩强、中含水层水体 4. 急斜煤层上方的各类地表水体和松 散含水层水体 5. 要求作为重点水源和旅游地保护的 水体
隔水性和导水性能取决于颗粒大小和矿物成份 （主要取决于粘土的含量）
颗粒愈细，隔水性能愈好
粉土
0.005mm
砂
0.05～2mm
砾
＞2mm
煤岩的隔水和导水性能
隔水性 良好 弱 差
粘土的含量（%） 30
1130 10
煤岩的隔水和导水性能
岩层胶结物
开采前
硅质、钙质胶结 隔水层(强度大、 不易风化和泥化)
2、隔水层理论 水体底面与煤层之间应有相应厚度的隔水 层，才能实现水体下安全采煤。 一定厚度的泥岩和粘土层是水体下安全采 煤的良好隔水层。
五、水体下的采煤方式
1、顶水采煤 对水体不处理，直接在水体下方采煤，水 体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全 煤岩柱。
顶水采煤适应条件：水量大、补给充足、 水体距开采煤层较远
一、水体的类型
地表水体：积聚在江、海、河、湖、水库、 沼泽、水渠、坑、塘和塌陷区中的水 地下水体 ：积聚在岩石和松散层空隙中的水
松散层水体 第四纪和第三纪松散层中 的含水
基岩含水层水体 砂岩、砾岩、砂砾岩及 石灰岩岩溶含水层水体
采空区积水 孔隙水、裂隙水及岩溶水
二、煤岩的隔水和导水性能
隔水层—导水性能很差的岩层 导水层 含水层
矿井涌水量示例
开滦 林西矿
时间 涌水量Q（ t /min） Qmax （ t /min）
1906-1907
2.5
1928
15.5
1961
28-34
1977.6
37-39
1977.7.28
230
1983-1998 张双楼矿
40.5 (2430t/h)特大涌水矿井 矿井涌水量 963m3/h
4.1 影响水体下安全开采的因素
六、水体下采煤的特点
• 主要考虑煤层与水体之间有无隔水层， 开采后隔水层能否破坏，开采引起的上覆 岩层裂隙是否波及水体 •水体下采煤的保护对象是矿井本身，为保 护矿井本身必须保护水体下方的岩层 •水体下采煤的主要对策是隔离和疏降
4.2 水体下采煤的安全煤岩柱留设
一、水体的采动等级及允许采动程度
• Ⅰ级 不允许导水断裂带波及到水体
开采后 导水层
铁质胶结 蒙托石 铝土 高岭土 伊利石
隔水层
受压后性能恢复
(强度小、易风化、 为隔水层
泥化)
煤岩的隔水和导水性能
砂砾 含水且导水，导水性能好 节理裂隙 含水且导水 断层、陷落柱 导水或不导水 垮落带、裂隙带 导水
煤 开采前为隔水层，开采后不易风化、 泥化 ， 是导水层或弱导水层
三、地表水、地下水涌入开采空间的机理
对水体的处理取决于煤层至水体的距离， 高于断裂带时，顶水采煤； 低于断裂隙带，疏水采煤。
地表水+松散含水层水
松散含水层水+基岩水
水
地表水+松散含水层水+基岩水 采煤方法由具体情况而定
体
①隔水层的厚度
下
②隔水层的性能
采
③水体至煤层的距离
煤
④采厚
⑤水量大小
⑥水源
4、堵截水源与疏水结合采煤
采用粘结性材料注入含水层的孔洞中，形成 地下挡水帷幕，切断水的补给通道，然后疏 水采煤。 条件：含水层厚度较小、补给通道集中、水 文地质条件清楚，具备可靠隔水边界
上部孔隙弱含水层水体 含水层，同时允
2. 已或接近疏干的松散 层或基岩水体
许垮落带波及该 弱含水层
安全煤 岩柱
顶板防 塌安全 煤岩柱
二、安全煤岩柱的留设方法
留设安全煤岩柱的实质是确定开采上限，保 证断裂带或垮落带不波及水体 1、防水安全煤岩柱 目的：不允许导水断裂带波及到水体 结果：避免上覆水体涌入井下，并要使矿井 涌水量不明显增加。
顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和
水体的类型
Байду номын сангаас
水体下采煤
❖单纯的地表水（河流、水库、湖泊）难疏 干，顶水采煤，留防隔水煤岩柱。 ❖单纯的松散含水层水体 砂层
冲积层中的水 砂砾
一般顶水采煤，留防隔水煤岩柱 冲积层厚度愈大，水源补给愈丰富，离煤层 愈近，威胁愈大。
水体下采煤
❖ 单纯的基岩含水层水体 砂岩水 孔隙水 砾岩水 裂隙水 石灰岩水 岩溶水
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 水量有限可以预先疏
干
小窑积水、采空区积水
边疏水边采煤
水量不太大，而水体的 分布范围很大
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。
允许采 动程度
不允许 导水断 裂带波 及到水 体
安全煤 岩柱
顶板防 水安全 煤岩柱
Ⅱ 级水体采动等级允许采动程度
水体类型
允许采 安全煤 动程度 岩柱
1. 底界面下为具有多层结构、厚度大、允许导 顶板防
弱含水的松散层或松散层中、上部为 水断裂 砂安全
强含水层,下部为弱含水层的地表中、 带波及 煤岩柱
•充水通道 开采使上覆岩层移动和破坏，形成充水通道， 使水体渗透或溃入井下。 •影响程度 使矿井的涌水量增加（水体的水量少或补给不 足）
淹井（充水通道沟通的是地表水、采空区水、 溶洞水或地下暗河等大型水体，井下排水能力 难以满足）
水体下开采需要了解的问题
水体的类型（水源、水量） 煤岩的隔水性能、是导水层还是隔水层 可能的水力联系
小型水体
松散孔
2. 底界面下为稳定的厚粘性土隔水层 隙弱含
或松散弱含水层的松散层中、上部孔 水层水
隙强、中含水层水体
体，但
3. 有疏降条件的松散层和基岩弱含水 不允许
层水体
垮落带
波及该
水体
Ⅲ 级水体采动等级允许采动程度
水体类型
允许采动程度
1. 底界面下为稳定的厚 允许导水断裂带
粘性土隔水层的松散层中、进入松散孔隙弱
四、水体下采煤的理论依据
1、“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。
水体下采煤的理论依据