煤矿顶板突水机理和防治技术的现代研究
浅埋薄基岩煤层顶板突水机理的研究
〃2[3(£+/；) +2 就] 1_ 6館&+屹)
(2)顶板隔水土层塑性理论解 当顶板隔水土层处于极限应力状态下，应用
板的极限分析方法对其进行求解，如图2所示卫 为未知数，设A1A2的挠度为1，采用虚功原理求解 得：
图2隔水土层破坏时的塑绞线
根据图2所示,外力总虚功为：
2
1
V =亍弘• x+—ly(lx -2x)q
Px =Al(h - hx}2T0 + Yh>p
(19)
P2 = ~^~人2 (% —屁)<7*0 + yh >p
(20)
由上式的判据，根据实际情况,在西部地区的 浅埋煤层的矿区进行试验，表明该判据有效，达到 预期效果，在这里由于篇幅影响不一一阐述。
4总结 (1) 根据浅埋煤层的覆存特点,建立力学计算
文献标识码:A
文章编号：1009 - 4601(2019)03 - 0101 -03
1引言
我国目前开发较大的煤田是神府东胜煤 田⑴，地处西部地区，干旱少雨，是我国大型的能 源化工基地。大规模的煤炭开发,导致本缺水的 地区变得更加紧迫,大量地下水由于开采的影响, 遭到破坏,突水溃沙是该地区经常发生的灾害,所 以矿井水害防治是亟待解决的问题，对建设现代 的能源化工基础具有重要的现实意义[2-4\
Pi =昇2{h -hxya0 +Yh
(⑻
其中式中：
24 f
A2 =----
-----
礙（/£+3段7）2
以上是根据弹塑性力学计算出隔水土层带的
极限水压力值，从方程中可以看出极限应力与隔 水土层的厚度成抛物线的关系。
3浅埋煤层顶板突水的理论判据及其应用
煤矿突水机理与防治基础理论研究
一、重要立项背景
❖ 研究不足
针对中国煤矿开采面临特别复杂的构造地质 与水文地质条件，例如：奥陶系高承压、强 富水岩溶含水层底板，研究不深入。
采动裂隙场演化规律、采动岩体渗流突变理 论、预测预报理论等研究不足。
控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方 法等研究才起步。
精选ppt
二、关键科学问题
天
采
然
动
构
裂
造
隙
突水通道
突水
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内容3
预测预 报理论 与方法
内容4
控制突 水的采 煤方法
课题1 地质结构模 式及条件
课题2 地质动力学 及控制因素
课题3 隔水关键层 与裂隙演化
课题4 采动裂隙渗 流与突变
内容1
地质结 构特征 与条件
内容2
裂隙演 化与渗 流突变
四、主要研究思路
水源
隔水关键层
天
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重点研 究内容
三、主要研究内容
1、矿井突水的水文地质结构 特征及形成条件
2、采动岩体破裂结构运动及 渗流突变理论
3、矿井突水的预测预报理论 与方法
4、控制矿井突水的水资源保 护性采煤理论与方法
精选ppt
三、主要研究内容
1、矿井突水的水文地质结构模式及形成条件
2、矿井突水的动力学特征及控制因素
四、主要研究思路
矿井突水治理与水资源保护
矿井突水的含导
水构造地质特征 及条件
采动岩体结构破坏
与裂隙演化及渗流 突变规律
矿井突水预测与
控制的基础理论 与方法
矿井突水的 水文地质结
构特征及形
成条件
采动岩体破裂 结构运动及采 动岩体渗流突
掘进巷道顶板综合防治水技术与实施要点研究
36 /矿业装备 MINING EQUIPMENT掘进巷道顶板综合防治水技术与实施要点研究□ 王佳佳 山西世德孙家沟煤矿有限公司煤炭资源开采中，在展开有效的巷道掘进工作。
掘进的同时，需重视巷道顶板的状态。
积水对顶板安全的影响十分明显，如果积水超出一定范围，则会造成掘进工作面安全事故的发生，威胁煤矿生产安全。
基于此，展开对掘进巷道顶板研究，提出有效 顶板综合防治水技术，再对其具体的实施要点进行阐述，详细内容如下。
矿井概况为充分研究掘进巷道顶板综合防治水技术及其要点，需在了解矿井基本情况的基础上。
其中，开挖情况确定矿井的基本情况，以夏季掘进巷道开挖为例，过度降水对顶板的影响较大。
主要是因为降水后，顶板与岩石之间发生反应，则造成岩石的密度下降，从而造成裂缝的产生。
这些裂缝则给予了雨水富集的空间，逐渐在岩层和顶板之间形成一道蓄水层，这样则给掘进巷道带来安全隐患，而且，这一蓄水层的产生，不易被察觉，且需定期展开顶板检查工作，减少顶板的腐蚀。
掘进巷道的支护择取的锚杆和锚网喷浆支护，这类支护方式的支撑能力较好。
掘进早期，部分凹凸的地面同样能型号才能水源富集区，随着掘进深度增加，掘进巷道的的积水量也发生变化。
掘进深度为500 m 左右时，如未能实现顶板排水，则会诱发锚固效果障碍，甚至引起顶板脱离、矸石掉落的情况，甚至能够达到30 t 以上，造成安全隐患。
具体防治水研究中，需对煤炭开采现实状况、采空区积水数量等进行研究，如果掘进巷道距离采空区相对较近，且采空区未采取有效排水，则诱发事故。
现本文以某煤矿的一具体煤层为例，研究分析综合防治水技术。
该煤层距上部采空区平均距离为11.5 m，直接顶砂纸泥岩，基本顶为泥岩，矿井含水量相对较少，采空区上覆岩层裂隙发育，为雨水进入上覆采空区提供了条件。
探测方式选择及结果研究为完成对掘进巷道顶板的综合防治水，则需率先展开对掘进巷道顶板展开研究，详细内容如下。
探测方法选择具体的探测方法选择中，需结合具体顶板蓄水量和积水的主要位置，展开综合探测方式选择。
煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术
煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术摘要：顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大，已成为近年来矿井水害防治的研究热点。
本文详细分析了煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治方法。
关键词：离层水害；致灾机理；防治方法离层水是指煤层开采后顶板覆岩不均匀变形破坏形成的离层空腔积水。
当前，遭受离层水害的矿井分布范围广，涉及的开采煤系齐全，不同煤矿离层水形成条件和影响因素、致灾成因、水害强度等存在差异，由此可见离层水害问题的复杂性。
一、覆岩离层水形成机制1、可积水离层。
发育在导水裂隙带上的离层才能满足积水条件。
采场顶板离层按其持续稳定时间、最大离层量、富水性可分为裂隙型及空腔型，其中，“空腔型”离层具有离层空间大、稳定时间长、富水性和渗水性强特点，是造成离层水水害的主要离层类型。
其主要形成于软硬互层结构地层中，集中发育于厚硬岩层底部；此外，煤层采厚越大，越易形成“空腔型”离层。
2、离层周围存在补给水源。
离层达到“封闭”可积水条件后，只有在相邻含水层补给时，才能形成离层水体。
天然含水层的富水性决定了采动离层空间中积水强度，进而影响离层涌突水强度。
3、离层空间持续时间足够长。
离层发育是一个动态过程，随着采煤工作面不断推进，采空区面积逐渐增大，离层空间逐渐扩大；当离层空间发育到极限时，即当离层空间上伏岩层达到极限破断距时，其上覆岩层发生断裂并整体下沉，离层空间会迅速缩小甚至闭合，上述过程所经历的时间即是离层空间持续时间，其持续时间越长，则充水时间越长、积水水量越大。
二、煤层覆岩离层水害致灾机理1、多煤层叠加开采下离层水害形成机制。
在近距离煤层叠加开采条件下，煤层后期开采会重复扰动煤层顶板覆岩，导致顶板覆岩破坏加剧，导水裂隙带抬高，最终在离层空间与下伏采场形成导水通道，引起离层水害。
根据覆岩工程地质条件、导水通道形成原因、突水特征等，可将其分为两类。
①重复扰动突水。
离层突水致灾机理为：煤层开采初期，离层空间位于导水裂隙带上方，处于稳定状态；在后期采煤重复扰动下，导水裂缝突破隔水层，形成导水通道，导致离层突水。
煤矿开采中的煤层突水预防与治理
05
结论与展望
当前研究的不足与局限性
技术手段的局限性
当前煤层突水预防与治理技术 仍以传统方法为主，缺乏高效
、智能化的技术手段。
理论研究不足
关于煤层突水的机理研究尚不 深入，缺乏对突水预测和预警 的理论支持。
安全意识待提高
部分煤矿开采人员对煤层突水 的危害认识不足，安全意识有 待提高。
法律法规不完善
煤矿开采中的煤层突水预防与治 理
汇报人：可编辑 2023-12-31
contents
目录
• 煤层突水概述 • 煤层突水预防措施 • 煤层突水治理方法 • 煤层突水预防与治理案例分析 • 结论与展望
01
煤层突水概述
煤层突水的定义与特征
定义
煤层突水是指在煤矿开采过程中 ，地下水突然涌入采掘工作面的 现象。
相关法律法规和标准体系尚不 健全，对煤层突水防治工作的
监管力度不够。
对未来研究的建议与展望
加强技术创新研究
鼓励研发新型的煤层突水预防与治理技 术，提高防治工作的效率和安全性。
提高安全意识
加强煤矿开采人员的安全培训和教育 ，提高他们对煤层突水危害的认识。
深化理论研究
加大对煤层突水机理的研究力度，为 突水预测和预警提供更可靠的理论依 据。
完善法律法规和标准体系
建立健全煤层突水防治相关的法律法 规和标准体系，强化监管力度，确保 防治工作的有效实施。
03
煤层突水治理方法
注浆技术
总结词
注浆技术是一种常用的煤层突水治理方法，通过将浆液注入煤层或含水层，达到封堵水流、降低水压、防止突水 的目的。
详细描述
注浆技术包括地面注浆和井下注浆两种方式。地面注浆是通过在地面钻孔，将浆液注入地层，使浆液在含水层中 扩散、凝固，达到封堵水流的目的。井下注浆则是将浆液通过钻孔注入井下煤层，利用注浆泵施加压力，使浆液 在煤层中扩散、渗透、凝固，形成防水帷幕，阻止水流进入工作面。
矿井水防治2顶板水
• 井田内及井田边界有老窑分布。
返回
矿井防治水技术之2：
矿井顶板水的防治
一、煤层顶板涌水因素分析及顶板涌水预测
二、防水煤(岩)柱的留设 三、顶板水的超前疏干
四、注浆截流 五、改变采煤技术 六、工程实例
一、煤层顶板涌水因素分析及预测
(一)采动条件下覆岩破坏的规律 (二)影响覆岩破坏的因素 (三)顶板突水预测
（一）采动条件下覆岩破坏的规律
实例7 某矿513区运输石门探放水设计方案
典型工作任务
• 矿井顶板水对开采的影响分析及防治方案 • 1.工作任务 • (1)背景资料分析 • ①分析矿井充水因素。
• ②计算2号煤层开采后导水裂隙带高度，预测2号煤层上部含水层对煤层开采的影响。 • ③提出开采2号煤层时对顶板水的初步防治方案。 • (2)收集矿区顶板水防治案例（每人1～2例），并分析、讨论、提出问题、进行总结 • 2.工作方法：分组讨论，独立完成
• 多井联合疏干
•
顶板含水层分布范围较广，补给水量较大 。
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（二）常见的疏干方式
1、地表疏干 2、巷道疏干 3、井下钻孔疏水 4、井上下联合疏水
返回
1、地表疏干
地表疏降模式图
下页
地表疏降钻孔(井)平面布置方式
地表疏降钻孔(井)平面布置方式
2、巷道疏干1
• 1)石门疏水
石门多含水层疏水
下页
2、巷道疏水2
2)采准”巷道疏水
煤矿顶板离层水突水机理与防治
煤矿顶板离层水突水机理与防治摘要：在矿井建设和生产过程中，研究矿井水的最终目的是搞清水的来龙去脉并与之作斗争，以便根据矿井具体条件，订出合理的措施，从而预防和消除矿井水的威胁。
而矿井防水之所以被认为是一种积极措施，是因为它在许多方面，可以解决只靠排水所不能解决的问题，同时在经济上更为有利，这正是在矿井水防治工作中坚持“以预防为主、防治结合”的原因所在。
煤矿生产工作中，要在《煤矿防治水规定》等有关法律法规的指导下，及时准确地收集补充完善矿井水文地质原始基础资料，进一步查明存在的水害隐患，制定有针对性的防治水措施并严格执行，只有这样，才能够有效防止矿井水害事故的发生，保证矿井安全健康发展。
关键词：矿井水灾；影响；防治；措施一、影响矿井水灾发生的因素煤矿水灾的诱发原因多种多样，发生水灾时往往并不是由单一的原因引发的事故，而是由多种原因共同作用而引发的。
因此，全面细致地了解矿井水灾发生的影响因素，对矿井水灾的防止有非常重要的作用。
矿井水灾发生的影响因素可简单的分为以下几条：（1）地面防洪、防水措施不当，或因对防洪设施管理不善，暴雨山洪冲毁防洪工程，使地面水涌入井下，造成灾害；（2）水文地质条件不清，井巷接近老窑区、充水断层、强含水层、陷落柱时，不事先探放水，盲目施工；或探放水，但措施不当，而造成淹井或伤亡事故；（3）井巷位置不合理，如布置在不良地质条件中或接近强含水层附近，施工后在矿山压力与水压力共同作用下，发生顶板或底板突水；（4）乱采、乱掘，破坏了防水煤柱，岩柱造成突水；（5）工程质量低劣，井巷严重塌落冒顶，造成顶板塌落，沟通强含水层突水；（6）管理不善，井下无防水闸门或虽有闸门但未及时关闭，矿井突水时不能起堵截水作用；（7）矿井排水能力不足或排水设备平时维护不当，水仓不按时清挖，突水时排水设备失效而淹井；（8）测量错误，导致巷道揭露积水区或含水断层突水而淹井；（9）忽视安全生产方针，思想麻痹大意，丧失警惕，没有严格执行探放水制度、违章作业等。
煤矿掘进巷道顶板事故及合理防范方式研究
煤矿掘进巷道顶板事故及合理防范方式研究煤矿掘进巷道顶板事故是煤矿生产中常见的一种事故。
煤矿掘进巷道顶板事故的发生对矿山生产和矿工安全都造成了巨大的威胁。
研究煤矿掘进巷道顶板事故的原因及合理的防范方式对矿山生产和矿工安全具有重要意义。
一、煤矿掘进巷道顶板事故的原因1. 岩层断裂和变形：煤矿地质条件复杂，岩石含水量较高，岩层易于产生断裂和变形。
在掘进巷道时，岩层的断裂和变形会导致顶板不稳定，进而引发顶板事故。
2. 突水：在煤矿掘进过程中，地下水经过矿井排出，形成排水通道。
当掘进巷道的速度太快或者巷道内部的排水设备故障时，地下水会突然涌入巷道，增加巷道的水压，进而导致顶板事故。
3. 爆炸气体：煤矿中常常存在可燃气体，如甲烷。
在掘进巷道时，若甲烷随着岩层破碎物质进入到巷道中，一旦遇到火源，容易引发爆炸事故，导致巷道顶板崩落。
4. 地震：地震是顶板事故的直接原因之一。
地震会导致地下岩石发生断裂和位移，进而引发顶板事故。
二、合理的防范方式1. 加强巷道支护：在掘进巷道时，应根据巷道的地质条件和岩层的断裂程度及时加强巷道支护。
常用的支护方式包括喷浆锚杆支护、锚索支护等。
通过合理的巷道支护方式，可以有效地保持巷道顶板的稳定性。
2. 控制掘进速度：掘进巷道时应控制掘进速度，避免过快掘进造成顶板不稳定。
在掘进过程中，应根据实际情况适时停车检查巷道的支护情况，确保巷道的安全。
3. 加强排水设备的维护：巷道掘进过程中，应随时检查和维护排水设备，确保排水通道的畅通。
特别是在巷道有突水的地区，应加强排水设备的维修和保养，确保巷道的水压不过大。
4. 加强瓦斯抽放工作：煤矿中存在可燃气体时，应加强瓦斯抽放工作，减少巷道内可燃气体的积累。
加强瓦斯抽放工作可以有效地降低爆炸事故的发生率，进而减少顶板事故的发生。
5. 加强地震监测：地震是顶板事故的重要诱因之一，煤矿应加强地震监测工作，及时掌握地震的发生情况。
在地震发生后，煤矿应及时采取措施，如暂停巷道掘进工作，确保矿工的安全。
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煤矿顶板突水机理和防治技术的现代研究
摘要随着煤矿生产规模的不断扩大，煤矿水害已成为制约煤矿安全生产的重要问题。
从突水水源分析，煤矿水害包括底板水害、顶板水害、老空区水害以及地表水水害。
一般来讲，顶板水害是由于采矿活动产生的导水裂隙带沟通了煤层上覆含水层，含水层水涌入矿井而造成的灾害或恶化工作面工作条件。
基于此，本文就针对煤矿顶板突水机理和防治技术进行分析探讨。
关键词煤矿；顶板突水；机理；防治
1 导言
由于煤矿顶板水害导致煤炭开采中的重大事故较少，因而对顶板水害预测的研究不如底板水害预测那样受到重视。
但自20世纪70年代以来，随着煤矿综合机械化的普及，顶板水害对正常生产的影响日益突出。
因此，分析煤矿开采时关键层的破断、顶板突水机理及突水预测，具有重要的学术价值和社会实践意义。
本文以某煤矿工作面突水为例，探讨其煤层顶板突水机理。
2 水文地质条件分析
某煤矿井田为全隐蔽式华北型石炭-二疊系含煤建造，地层自上而下发育有：第四系、上二叠统上A组、下二叠统下A组和B组、上石炭统C组、中石炭统D组及奥陶系中、下统。
2.1 第四系含水层与隔水层
上组：厚59.60～93.90m，平均72.15m，主要以棕黄、褐黄色局部灰绿色的黏土、砂质黏土及中、细砂层组成。
该含水层受大气降水补给，水位动态变化与降雨量基本一致。
中组：厚34.10～85.10m，平均58.53m，主要由灰绿色、黄褐色中、细砂夹黏土组成，局部含钙质结核。
局部较松散，富水性强。
底界发育有厚0～11.30m 平均厚4.28m的黏土层，第四系下组顶界为厚层钙质黏土层，故本组砂层孔隙含水层与下组含水层无水力联系。
下组：厚56.10～131.40m，平均96.5lm，主要由褐黄、灰绿色、灰白色含钙黏土、钙质黏土组成，局部钙质富集固结。
底部钙质层及石灰岩角砾层已形成统一的坚硬地层，厚0.90～16.70m，平均厚8.81m，含裂隙一岩溶水。
施工中所取岩芯溶洞直径30～80mm，溶洞中有大小不等的方解石晶体，岩溶率30%，角砾层孔洞达15%～20%。
2.2 叠系含水层与隔水层
（1）A组隔水层。
本井田残留厚度0～218.15m，以泥岩为主，粗、中、细砂岩占地层厚度38%，从岩性上，基底式泥质胶结的沙砾本身失去了富水性机理，井田内该组地层基本上可视为隔水地层。
井田浅部范围内残厚11.87～64.92m，风氧化深度24.0m，但风化裂隙会成为上、下地层水力联系的通道。
（2）B组3煤顶板砂岩含水层。
对矿井充水有影响的含水层主要为3煤顶板砂岩含水层。
3煤直接顶为深灰色粉砂岩或泥岩，厚2.5～3.0 m，抗压强度15～30 MPa。
老顶为中砂岩，成分以石英、长石为主，中厚层状，泥质或钙质胶结。
平均厚33.3lm。
抽水试验钻孔单位涌水量0.00488～0.03418L/s.m，属弱富水含水层[1]。
3 井田充水条件
3.1 矿井主要充水水源
（1）第四系底界钙质层裂隙一岩溶水。
第四系底界钙质层岩溶率高、裂隙发育，含裂隙一岩溶水，水位标高：+18.38～+32.47m，水质：以型水为主。
（2）二叠系B组3煤顶板砂岩裂隙水。
3煤顶板砂岩含水层，平面上裂隙发育不均一，断层破碎带、节理发育带等地段富水性较强。
水质：总硬度11.08～86.02 m/L，矿化度400～741 mg/L，属型水。
3.2 矿井充水通道
（1）面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄区）。
根据新河井田含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析，3煤顶板含水层主要以厚层状砂岩含水层为主，薄层灰岩沉积较少。
在厚层砂岩含水层组之间沉积了以细砂岩、粉细砂岩和泥岩为主的隔水层组。
在地质历史的多期构造应力作用下，脆性的隔水岩层受力后以破裂形式释放应力，致使隔水岩层产生了不同方向的较为密集的裂隙和节理[2]。
（2）顶板垮落裂隙带。
采空区冒落后，采空区上方的岩层平衡遭到破坏而发生移动变形，形成岩层垮落带、断裂带和沉降弯曲带三个不同的岩石破坏带。
垮落带和导水裂隙带是矿井充水的人为通道，当跨落裂隙带发育高度达到顶板充水岩层时，矿井涌水量将有显著增加。
4 突水机理分析
根据岩层垮落带高度计算公式：
式中：H为垮落带高度；k为顶板岩石碎胀系数，采用1.3；m为煤层采厚（m）；α为煤层倾角，3煤平均倾角23°。
井田3煤厚度4.15～10.00 m，平均7.3 m，采用轻型支架放顶煤一次采全高时，理论计算垮落带高度h=26.4 m。
根据导水裂隙带最大高度经验公式：
式中：Hf为导水裂隙带最大高度（m）；n为煤分层数；m为累计采厚（m）。
采用轻型支架放顶煤一次采全高时，理论计算跨落带和导水裂隙带“两带”最大高度为107.9 m。
井田浅部3煤顶板上距第四系底界110～150 m左右。
采用综采放顶煤（一次采全高）采煤工艺，工作面周期来压老顶跨落后，顶板砂岩水直接进入工作面。
随着采空区范围加大，导水裂隙带得到充分发育与风化裂隙接触，在A组与第四系底界之间出现过水“天窗”，第四系钙质层水通过风化裂隙、采动裂隙对3煤顶板砂水进行补给，导致工作面出现集中突水现象[3]。
5 防治技术分析
5.1 水文地质补充勘探
在工作面试采前，开展了井下水文地质补充勘探，先后施工3组井下水文勘探钻孔，安装了孔口安全闸阀，对主要含水层水进行了水质分析，开展了放水试验。
进一步查明3煤顶板至第四系底界各含水层之间的水力联系、岩层厚度及3煤顶板砂岩岩石力学性质。
通过对水压、涌水量、水温的观测和水质分析，进一步掌握了3煤顶板砂岩水和第四系底界钙质层裂隙-岩溶水的水文参数。