水体下采煤的安全与技术措施分析
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
姚桥煤矿微山湖下采煤安全性分析研究
姚桥煤矿微山湖下采煤安全性分析研究许延春;李明山;刘世奇;柳昭星;王克武【摘要】本文结合大屯矿区姚桥煤矿现场地质资料、实测资料，按照水体下采煤的技术理论，对微山湖下第四系松散层结构和隔水性、覆岩破坏规律进行了分析研究，进而对姚桥煤矿微山湖下采煤的安全性进行了分析论证。
得出3隔和4隔为区域关键隔水层，能够有效防止湖水溃入井下；导水裂缝带发育的最大标高达不到基岩顶部，波及不到关键隔水层，无法导通湖水结论。
%This paper combined mining in Yaoqiao Coal field geological data and the measured data, according to the theory and technology of the coal mining under water body , analyzes the structure of Quaternary Loose Soils and the overburden failure law , and also predicts the ground surface deformation, and then analyzes and proves the security of Yaoqiao mine coal mining under Weishan Lake. Draw 3 compartment and 4 compartment for regional key aquifuge and it can effectively prevent the lake water burst into the underground . The maximum elevation of development of water-flowing fractured zone can' t reach the top of the bedrock, and can' t spread to the key water- resisting layer , and can' t form the crack of conducting the lake.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2012(009)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】水体下采煤;区域关键隔水层;导水裂缝带【作者】许延春;李明山;刘世奇;柳昭星;王克武【作者单位】中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;上海大屯能源公司姚桥煤矿,江苏徐州221611;中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;保利能源控股有限公司,北京100010【正文语种】中文【中图分类】TD823.83我国受顶板水体威胁的煤炭储量近百亿吨，所以进行水体下采煤是不可避免的，而对水体下采煤技术的研究也是势在必行的。
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。
第十一章 水体下采煤技术
第十一章水体下（上）采煤技术水体下（上）采煤特点（1）水体下（上）采煤对地表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；（2）保护对象一般来说不是水体而是矿井本身；（3）水体是一整体，只要破裂带触及到水体，就会使水大量溃入井下，淹没矿井，因此水体必须作为整体加以保护矿区水体主要分为地表水和地下水两大类潜水位：潜水面上任意点的绝对标高称为潜水位标高潜水面：潜水所具有的自由表面称潜水面从对水体下采煤的要求出发，将采空区上覆岩层按破坏程度划分为三带：垮落带、裂缝带和整体弯曲带导水裂缝带：冒落带、裂缝带合称导水裂缝带导水裂缝带分为四个区：垮落性破坏区、严重开裂区、一般开裂区、微小开裂区影响覆岩破坏规律的因素（一）覆岩力学性质和结构特征（二）煤层倾角（三）采煤方法和顶板管理方法（四）开采面积（五）开采厚度（六）时间因素（七）重复采动水体下采煤技术措施：留煤柱、处理水体、开采措施一、留设安全煤岩柱目的：使导水裂缝带不触及水体或触及水体但不会使水大量涌入井下，达到安全采矿的目的。
安全煤岩柱：在水体和矿层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和矿层安全煤岩柱可分为：防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌安全煤岩柱1．防水安全煤岩柱在水体底界面至矿层开采上限之间所留设的防止水体中的水溃入井下的煤和岩层块段称为防水安全煤岩柱2.留设防砂安全煤柱在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤岩层区段称为防砂安全煤岩柱3.留设防塌煤岩柱在松散粘土层或已经疏干的松散含水层底界面至煤层开采上限之间设计的用于防止泥砂塌入采空区岩层区段称为防塌煤岩柱二、水体处理措施（一）疏降水体（二）处理水体补给来源三．开采技术措施目的：减小导水裂缝带高度主要有：充填开采、柱式开采、分区开采和分层间歇开采影响底板突水的主要因素（一）地质构造（二）含水层的富水性和水头压力（三）底板隔水层厚度和强度（四）矿山压力（五）开采方法水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法（一）防水安全煤岩柱的设计设计防水安全煤岩柱的原则是，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。
水体下开采与安全煤岩柱留设20180820
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今天与各位领导交流的主要是针对松散含水层 下开采。
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二、 水体下采煤的地质、水文地质条件分析
•
水体的性质、类型和水文地质条件是确定水体下采煤方法和
工艺的依据。 • 要实现水体下采煤取得成功，并最大可能地留设最小、合 理安全煤岩柱，多回收煤炭资源，首先必须对所在井田（矿 区）内地质、水文地质资料进行全面调查、收集和综合分析
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水体下采煤及安全煤岩柱的留设
淮南矿业集团通防地质部 刘满才
2018年8月
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一、概述 二、水体下采煤的地质、水文地质条件 分析 三、水体下采煤安全煤（岩）柱的留设 四、水体下采煤的主要安全技术措施 五、淮南潘谢矿区提高上限开采的经验 与教训 六、近水体下开采管理相关规定 七、淮南矿区近水体下提高上限开采情 况及管理
覆岩类型
坚硬 中硬 软弱 极软弱
4A 3A 2A 2A
5A 4A 3A 2A
6A 5A 4A 3A
7A 6A 5A 4A
不适用于急倾斜煤层开采（倾角大于等于55°）条件。
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防砂安全煤（岩）柱保护层厚度表
松散层底部粘 松散层底部粘 松散层全厚小 性土层厚度大 性土层厚度小 于累计采厚/m 于累计采厚/m 于累计采厚/m 松散层底部无 粘性土层/m
水温、水位等特征，含水层的富水性(强、中、弱)，隔水层
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• 三、工作面及周边基岩面控制程度及起伏变化。
• 四、风化带发育深度、厚度，岩性及组合特征，含（
隔）水性能。
• 五、根据新生界各松散含（隔）水层赋存、厚度、岩
性及组合特征，富水性及水质、水位等指标，各含水 层地下水动力场等资料，综合分析判定各含水层的补 给、径流、排泄条件和隔水层的隔水性，进而分析确 定井田（工作面）水体采动等级及允许采动程度等。
付村煤矿东四采区水体下采煤安全性分析
煤 （ 岩） 柱 ；垮落带发育最大高度 小于基 岩厚度 ；东 四采 区符合 留设 防砂 安全煤 （ 岩） 柱标 准 ，松
散层底砂不会溃入 井下。第四系上下组之 间的黏土层和基岩顶部 的风化 带能够有效地 阻 隔导水裂 缝带 的发育 ，不会使上下组之 间发生水力联 系导致水害事故 ，付村矿东 四采 区水体 下采煤是 安全 的。
第１ ８卷 第 ３期 （ 总第 １ Hale Waihona Puke ２期） ２ ０ １ ３年 ６月
煤
矿
开
采
Ｖ ｏ １ ． １ ８ Ｎ ｏ ． ３（ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ Ｎ ｏ ． １ １ ２ ）
Ｊ ｕ ｎ ｅ ２ ０ １ ３
Ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
要］ 根据付村煤矿地质 资料和 现场 观测结果 ，分析 了第 四系松散含 水层 的结 构及 性质 ，
计算 了 “ 两带” 高度并讨论 了防砂煤 （ 岩）柱 的 留设 ，论 证 了付村煤 矿水体 下 采煤 的安全 性。结果 表 明：第 四系松散含水层 上组 （ Ｑ ） 为 富水性强 的含水层 ，下组 （ Ｑ ） 为弱含水层 ，可 以 留设 防砂
上 、下两 组 。
由表 １中的数据 可知 ，６个 钻孔 中有 ４个 钻 孔 存 在厚 层黏 土层 ，其 中 ２个 厚 度 大 于 ３ ｍ，另 外 ２
上组 （ Ｑ ） 厚 ２ ３ ． ４ Ｏ一４ ３ ． １ ９ ｍ，由黏 土 、砂
质黏土 、砂和黏土质砂组成 。一般含砂 ４层 ，补给 条 件好 。单位 涌 水 量 ｑ ＝１ ． ８ １ ３— ６ ． ６ ８ １ Ｌ ／ ｓ・ ｍ，根
＋ ３ ３ ． ６ ８ ｍ。东 四采 区 内 ３号煤 层 赋存 较 稳定 。 目
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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。
目前主要采用条带法、房柱法和充填法采煤,通过保留部分煤柱或充填采空区,降低导水裂缝带高度,从而保护上面的含水层(体)。
也可采取临时疏降转移开采区域的水体,等地层移动变形稳定、采动裂缝闭合后,再允许水体流回的方法。
(4)海下采煤。
我国探测到的海下煤炭资源比较丰富,且分布在我国缺煤的东部地区。
海下采煤具有对环境影响小、不破坏建筑物等优势,有发展空间和发展必要。
但海下采煤从设备选用、技术设计等方面,对安全措施的要求很高。
2 水体下采煤的影响因素
需重点考虑:一是开采引起的覆岩中裂隙是否相互连通以及相互连通的裂隙是否波及到水体;二是受开采影响后,防水煤岩柱是否具有足够的隔水性能;三是要合理的确定煤层的开采上限,正确选择开采方法和防护措施。
影响水体下采煤的主要因素有以下几个方面。
2.1 岩石的结构特征
对于上覆岩层为脆性岩层的,煤层开采后容易断裂,覆岩破坏高度大;对于塑性岩层,煤层开采后不易断裂,但容易下沉,能使冒落岩块充分压实,最终覆岩破坏高度较低,对水体下采煤来说,较软的覆岩比坚硬的覆岩有利。
覆岩中的上下分层与坚硬、软弱不同性质岩层的不同组合,即覆岩结构特征有:(1)坚硬—坚硬型,(2)软弱—软弱型,(3)软弱—坚硬型,(4)坚硬—软弱型等4种组合形式。
2.2 开采地的地层结构
地层结构系指地层内含水层与隔水层在空间上的分布情况及相互关系。
可分为单一结构、复合结构、封闭或半封闭结构以及覆盖结构。
单一结构的含水层,水体集中,水量大,渗水性强;复合结构的含水层与隔水层相互隔离,水体分散,各含水层在铅直方向上相互阻隔,在水平方向上流动;封闭或半封闭结构,隔水层在一定范围内形成封闭或半封闭的储水条件,在铅直方向上的补给是缓慢的和有限的,地下水以静储量为主;覆盖结构,隔水层与煤系地层呈不整合接触,地表水与地下水被隔水层隔绝。
2.3 煤层倾角
处于0°～35°的煤层,垮落带的边界在采空区边界范围以内;导水断裂带的边界在采空区边界范围以外,超出采空区边界5m～8m。
垮落带与导水断裂带呈马鞍型,导水断裂带的最高点位于采空区倾斜的上方。
对于倾角为36°～54°的煤层,由于倾角增大,采空区上部垮落的岩块下滑,充填采空区下部,导致垮落带与导水断裂带的上部边缘增高,其上部边界大体上呈抛物线形状。
对于倾角为55°～90°之间的煤层,垮落的岩块下滑加剧,充填采空区下部空区,限制了垮落带与导水断裂带的下部边缘的发展,而采空区上部的边界煤柱悬空,逐次发生片帮、裂开、垮落,导致导水断裂带的上部边缘急剧向上发展。
此外,还有采煤技术与管理方法的选用,一次性开采的面积与高度、开采厚度,以及开采时间、重复采动等因素。
3 安全技术措施分析
3.1 开采深度的确定
对某一矿区来说,在具体的地质采矿条件下,根据经验,找出本矿区的岩层移动与突水规律,大致确定一个范围来指导生产。
对新开发的矿区,也可参考地质条件类似矿区的经验,采用类比法。
也可根据一些经验数值进行计算。
3.2 技术措施分析
(1)留设安全煤岩柱。
安全煤岩柱是指在煤层至水体底面垂直距离很近的条件下,必须在水体和煤层开采上限间留设一定垂深的岩层块段和煤层。
根据留设煤岩柱的目的不同,可分为防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱、防塌安全煤岩柱。
(2)采取水体处理措施。
留设安全煤岩柱可将水体与工作面安全地隔离开,能够安全开采,还不增加矿井的排水量。
留设防砂安全煤岩柱和防塌安全煤岩柱只能起隔离泥沙的作用,但不能减少矿井涌水量,可以对上覆水体起疏干作用。
留设安全煤岩柱的优点是:不改变原有的采煤方法,不增加疏水系统和排水系统,但增加了煤炭损失,增大了工作面淋水。
(3)分层间歇开采。
将厚煤层按倾斜分层或按水平分层的方法开采,减少一次开采的厚度和覆岩的破坏高度,使整个覆岩形成均衡破坏,防止了不均衡破坏对水体的影响,对于厚松散层下浅部开采或安全煤岩柱中基岩厚度较小的条件,分层间歇开采具有更加明显的效果。
在倾斜分层走向长壁式开采时,要尽量减小第一、第二分层的采厚,同时增大分层开采之间的时间间隔,上、下分层同一位置的回采间隔时间应不少于4～6个月。
如果覆岩坚硬,间隔的时间还要长。
(4)充填开采。
可以大大减小安全煤岩柱尺寸,同时开裂性破坏程度也将有所降低。
(5)分区隔离开采。
在采区四周均留设防水隔离煤柱,在运输水平的绕道和石门内设永久性的防水闸门,将采区与外界隔离,缩小灾害的影响范围。
(5)先试后采及“匀速”开采。
试探开采的原则是:先远后近、先深后浅、先厚后薄、先易后难,逐渐接近水体,以摸索出适合本地区的开采方法和技术措施后全面开采。
对于长壁垮落采煤时,要保持工作面正规循环和连续均匀推进,使工作面空间内顶板保持完整,从而顶板含水层中的水可随着回柱放顶而涌入采空区。
参考文献
[1] 王大慰.规划区内水体下采煤可行性[j].煤矿开采,2010(3).
[2] 孙文华.三下采煤新技术应用与煤柱留设及压煤开采规程实用手册[M].中国煤炭出版社,2005.。