第十一章 水体下采煤技术
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
分析水体下放顶煤开采
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
分析水体下放顶煤开采
1.1 水体下开采常用的采煤方法水体下开采方法按照先深后浅，先远后近，先采隔水层厚的地点、后采隔水层薄的地点，先采条件好、后采条件复杂地点的原则。
采煤方法一般有单一长壁、倾斜分层人工假顶长壁、仓房式、急倾斜煤层沿走向推进的伪倾斜柔性掩护支架等。
在水体下实施综放开采始于90 年代初期，应用比较普遍，在兖州、邢台、龙口、大屯、淮南等矿区，针对不同富水性的松散含水层水体和不同类型的覆岩，在留设防水、防砂及防爆煤柱等条件下，都成功地实现了综放安全开采。
顶板管理一般有全部跨落、水砂充填、矸石充填及留煤柱支撑顶板等。
1.2 水体下的放顶煤开采
在水体下使用放顶煤开采工艺，使采场的上覆岩层活动规律及结构特点发生了较大的变化，造成了明显的矿压凸现。
由于在水体下使用综放开采使煤炭的一次开采厚度加大，开采强度也随之增加，采动破坏性影响程度明显加剧对水体下安全采煤产生重大影响，具体应采取一些技术措施，把工作面涌水量控制在保证安全生产，且同时取得良好经济效益的水平上，从而最大限度地开采水体下压煤。
放顶煤开采的生产效率取决于顶煤的冒落是否充分和冒落下的顶煤能否顺利输出，在顶煤冒落性较好的条件下，顶煤的采出率与放顶煤效果取决于合理的放顶煤工艺参数的确定。
由顶煤放出规律确定水体下采煤时对弯曲带、裂隙带和破碎带的影响，特别是对裂隙带的影响。
对于放下顶煤的采场而言，由于开采条件的限制，顶煤一般发生沿走向的水平位移和铅垂方向的垂直位移，位移的结果使顶煤发生断裂和破碎，对于倾角较小的走向长壁放顶煤工作面，其顶煤主要表现为水平位移。
而老顶位于直接。
水体下采煤
• 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
水力采煤技术-PPT课件
水采专用泵, 单台最大扬程900米,可提升高度800米，该
泵设计流量为300～360m3/h，具体参数见下表：
DN型煤水泵技术参数表
泵型
级数 流量 m3/h
DN300-60×4～12
扬程 (m) 功率 (kw) 效率 (%) 流量 m3/h
DN360-75×4～12
扬程 (m) 功率 (kw) 效率 (%)
重量轻：98kg 压力：20MPa 通径：DN125，DN150
3）高压管
无缝钢管：材质20号钢。 通径：DN125，DN150。
• 2. 高压供水泵
目前主要使用D(Z)300-80型污水高压泵, 该泵为水采 专用泵, 单台最大供水压力为10MPa, 该泵设计流量为280 ～300m3/h，两台串联最高可达20MPa，适合于煤水浓度小 于1g/l,粒度小于0.5mm污水。技术参数见下表：
• 3.2
系统流程：从工作面下来的回采及掘进出的
煤水先进入刮板捞坑进行水力分级，+0.5mm筛上
品通过刮板筛脱水后运至煤仓旱运；-0.5mm筛下
煤水进入井下脱水硐室脱水回收，回收后的煤泥 进入也进入煤仓旱运旱提到地面，煤水净化后采 区内循环复用，详见工艺系统图。 • 3.3 适应条件：旱运旱提能力富裕，开采深度较 大（大于300米），以及旱采矿井某一区域适合水 采的块段。
• 3.采区化水采模式（全部旱提模式）
• 3.1 概念：采区化水采工艺系统彻底打破了常规型水采落 、运、提、脱的工艺模式，取消了煤水提升和地面脱水系
统，使水采煤泥全部在采区回收，实现水采原煤全部旱提
旱运。避免煤水井上下缓冲、储存设施的重复建设，使高 压供水在采区内全部进行闭路循环复用。大大简化了水采 生产环节，缩短了用水循环圈，使其更具有简单、可靠和 灵活性。如通化矿业集团5个水采矿井全部采用该模式。
ch6水体下与承压水上采煤
H 100M m 2.1M162.5
H 100M m 4.7M192.2
H 100M m 6.2M321.5
H 100M m7.0M631.2
覆岩破坏高度的计算
导水裂缝带高度计算(适用于倾角为0～54°的煤 层)
煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互 层及厚煤层分层开采时，导水裂缝带最大高度均可选择下 表中给出的两种经验公式计算。
②一般开裂区。岩层未全部断开且层次完整，裂缝间连通性 较好，透水性一般，基本不透砂。该区如果波及水体会发生 透水事故；
③微小开裂区。岩层有微小裂缝，连通性不好，透水性微弱。 该区如果触及水体会增加矿井涌水量。
这3个区域的透水性是渐变的，其间并无明确的界线。人们常 根据钻孔观测时冲洗液漏失量的大小划定出它们的界线。
留设安全煤岩柱
留设防水安全煤岩柱 ➢在水体底界面至煤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。 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。
留设安全煤岩柱
留设防水安全煤岩柱 ➢防水安全煤岩柱适用于下列情况：
a) 各种大型地表水体下采煤； b)各类地表水体和第四纪、第三纪松散含水层
影响覆岩破坏及其导水性的因素
1．覆岩力学性质和结构特征 2．采煤方法和顶板管理方法 3．煤层倾角 4．开采强度 5．时间因素 6．重复采动
0度
不
同 20度
煤
层
倾
角
围
40度
岩
破
坏
形
60度
态
图
煤
10度
30度
矿井水灾防治及水体下安全采煤
矿井水灾防治及水体下安全采煤预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制矿井水灾防治及水体下安全采煤一、地下水的基本知识（一）自然界中水的循环自然界中的水：1、大气水：水蒸气、云、雾、雨、雪和冰雹；2、地表水：河流、湖泊、海洋、冰雪；3、地下水：保存在地下岩石的空隙、裂隙及岩溶中的水。
自然界中的水在太阳辐射热和重力的作用下不断地循环着。
从海洋、河流、湖泊的表面，岩石的表面及植物的叶面上蒸发，变成水汽上升至大气圈中。
在高空凝结，形成不同形式的降水而降落到地面。
降落下来的水一部分就地蒸发，一部分通过地表和地下径流的形式回归到海洋、河流、湖泊中。
（二）岩石的空隙性和透水性1、岩石的空隙性（1）孔隙：岩石颗粒之间存在的空隙。
孔隙以孔隙度(n)表示。
30%或更大。
~颗粒大小均匀，孔隙度大；大颗粒之间空隙充填有较小颗粒，孔隙度小。
沉积岩孔隙度一般为10%，砾岩和充填胶结差的砂岩可达20%（2）裂隙：坚硬岩石受地壳运动作用，产生各式各样的裂缝，称为裂隙。
（3）岩溶：地下水溶蚀了某些可溶性岩石（如石灰岩、石膏、岩盐）后，在岩石中形成了洞穴，称为岩溶溶洞。
2、岩石的透水性岩石能使水透过本身的性能，称透水性。
根据岩石透水性的大小，岩石可分为透水岩石和不透水岩石。
砂、砾石、砾岩以及裂隙与岩溶比较发育的岩石（砂岩、石灰岩）为透水性岩石；粘土及裂隙不发育的岩石（如页岩）为不透水岩石。
岩石的透水性是相对的。
在普通压力下为不透水岩石，在高压力下可能是透水性岩石。
介于透水与不透水之间的岩石为半透水性岩石，如亚粘土和亚砂土等。
岩石透水性的大小，用渗透系数表示。
(见图1)渗透系数是水力坡度为1时的渗透速度。
测得太原组石灰岩含水层渗透系数平均为4、79210-6m/s（0、414m/d）;本溪组石灰岩含水层渗透系数平均为1、44610-6m/s(0、125m/d)。
3、透水层与不透水层；含水层与隔水层能够透水或透水性强的岩石，称为透水层，如石灰岩，白云岩，空隙度大的砾岩和砂岩。
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。
建筑物与水体下采煤方法
三带的空间轮廓形状
（1）0 35 垮落带 开采期间，垮落带的高度 基本上是相同 开采完毕，中间较低，两 端较高的枕形轮廓 断裂带 两端边界超出，呈马鞍形， 最高点位于采空区斜上 方。
li
(a)
m
H
H
顶板岩性对两带的影响
顶板坚硬，两带高度较大，之和可达18 28倍采高 顶板中硬，两带高度达12 18倍采高 顶板松软破碎时，两带高度较低，采厚的9 12倍。
2 开采引起的地表移动 一、地表移动和破坏的形式
二、地表移动盆地的形成及特征
一、地表移动和破坏的形式
地表移动盆地
地表裂缝及台阶
煤层露头处附近漏斗状塌陷坑
二、地表移动盆地的形成及特征
1、地表移动盆地的形成
W1 W2 W3 W4 W5
H
1
2
3
4
5
2、充分采动与非充分采动
充分采动—地表最大下沉值不再随开采区域尺寸增大而增加。 非充分采动—地表最大下沉值随开采区域尺寸增大而增加 。
b a
条带划分的类型
以条带面推进方向 走向条带 搬家少 稳定性差 倾斜条带 搬家多 稳定性好
b a
条带采煤法的适用条件
•地面为密集建筑群、结构复杂的或纪念性的 建筑物； •难搬迁的村庄； •铁路桥梁、隧道或铁路干线下； •水体下的煤层及受岩溶承压水威胁的上方煤 层； 条带采煤法开采的理想地质条件： 煤层埋深小于400500m，单一薄及中厚煤层， 厚度比较稳定，顶底板岩层和煤层较硬。
垮落带
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 碎胀性：1.3 1.5,体积增大 导水：水、水砂和泥浆容易通过
断裂带
曾称：裂隙带。 断裂带特点： 左右断裂，上下离层
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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。
因此，设计的底板防水煤岩柱厚度（ha ）应大于或等于导水破坏带（h1）和阻水带厚度（h2）之和（图11-11a ），即：21h h h a +≥
如果底板含水层上部存在承压水导升带（h3）时，则有：
321h h h h a ++≥
承压水上采煤的安全措施
进行承压水上采煤，可以采取以下一些技术措施：
1）缩短工作面长度
2）采用房式或条带式采煤方法
3）强制放顶或软化顶板
4）对易突水的局部地点，采取局部注浆加固等措施
5）疏水降压。