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1、第四章第四章水体下采煤水体下采煤水水体体下下采采煤煤地地表表水水体体下下或或地地下下水水体体下采煤下采煤开采开采煤体上的水体煤体上的水体开采空间开采空间（由于岩层移动和变形）（由于岩层移动和变形）水和开采空间存在着一种水力联系水和开采空间存在着一种水力联系弱水力联系弱水力联系增加排水费用增加排水费用强水力联系强水力联系突水或透水事故突水或透水事故开滦开滦林西矿林西矿时时间间涌涌水水量量Q（t/min）Qmax（t/min）1906-19072.5192815.5196128-341977.637.391977.7.282301983-199840.5(2430t/h)特大涌水矿井特大涌水矿井张
2、双楼矿张双楼矿矿井涌水量矿井涌水量963m3/h矿井涌水量示例矿井涌水量示例第一节第一节影响水体下安全开采的因素影响水体下安全开采的因素地表水体：地表水体：积聚在江、海、河、湖、水库、积聚在江、海、河、湖、水库、沼泽、水渠、坑、塘和塌陷区中的水沼泽、水渠、坑、塘和塌陷区中的水地下水体地下水体：积聚在岩石和松散层空隙中的水积聚在岩石和松散层空隙中的水 松散层水体松散层水体 第四纪和第三纪松散层中第四纪和第三纪松散层中的含水的含水 基岩含水层水体基岩含水层水体 砂岩、砾岩、砂砾岩及砂岩、砾岩、砂砾岩及石灰岩岩溶含水层水体石灰岩岩溶含水层水体 采空区积水采空区积水孔隙水、裂隙水及岩溶水孔隙水、裂隙水
3、及岩溶水 一、水体的类型一、水体的类型隔水层隔水层导水性能很差的岩层导水性能很差的岩层导水层导水层含水层含水层隔隔水水性性和和导导水水性性能能取取决决于于颗颗粒粒大大小小和和矿矿物物成成份份（主要取决于粘土的含量）（主要取决于粘土的含量）颗粒愈细，隔水性能愈好颗粒愈细，隔水性能愈好粉土粉土0.005mm砂砂0.052mm砾砾2mm二、煤岩的隔水和导水性能二、煤岩的隔水和导水性能煤岩的隔水和导水性能煤岩的隔水和导水性能隔水性隔水性粘土的含量（粘土的含量（%）良好良好 30弱弱11 30差差 10岩层胶结物岩层胶结物开采前开采前开采后开采后硅质、钙质胶结硅质、钙质胶结 隔水层隔水层(强度大、强度大
4、、不易风化和泥化不易风化和泥化)导水层导水层铁质胶结铁质胶结蒙托石蒙托石铝土铝土高岭土高岭土伊利石伊利石隔水层隔水层(强度小、易风强度小、易风化、泥化化、泥化)受压后性能恢复受压后性能恢复为隔水层为隔水层煤岩的隔水和导水性能煤岩的隔水和导水性能砂砾砂砾含水且导水，导水性能好含水且导水，导水性能好节理裂隙节理裂隙含水且导水含水且导水断层、陷落柱断层、陷落柱导水或不导水导水或不导水垮落带、裂隙带垮落带、裂隙带导水导水煤煤开开采采前前为为隔隔水水层层，开开采采后后不不易易风风化化、泥化泥化，是导水层或弱导水层是导水层或弱导水层煤岩的隔水和导水性能煤岩的隔水和导水性能三、地表水、地下水涌入开采空间的机
5、理三、地表水、地下水涌入开采空间的机理充水通道充水通道开开采采使使上上覆覆岩岩层层移移动动和和破破坏坏，形形成成充充水水通通道道，使水体渗透或溃入井下。使水体渗透或溃入井下。影响程度影响程度使使矿矿井井的的涌涌水水量量增增加加（水水体体的的水水量量少少或或补补给给不不足）足）淹淹井井（充充水水通通道道沟沟通通的的是是地地表表水水、采采空空区区水水、溶溶洞洞水水或或地地下下暗暗河河等等大大型型水水体体，井井下下排排水水能能力力难以满足）难以满足）水体下开采需要了解的问题水体下开采需要了解的问题水体的类型（水源、水量）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煤岩的隔水性能、是导水
6、层还是隔水层可能的水力联系可能的水力联系四、水体下采煤的理论依据四、水体下采煤的理论依据1 1、“三带三带”理论理论对对于于地地面面水水体体、松松散散层层底底部部和和基基岩岩中中的的强强、中中含含水水层层水水体体、要要求求保保护护的的水水源源等等水水体体，不不容容许许导水断裂带波及；导水断裂带波及；对对于于松松散散层层底底部部的的弱弱含含水水层层水水体体，允允许许导导水水断断裂带波及；裂带波及；对对于于厚厚松松散散层层底底部部为为极极弱弱含含水水层层或或可可以以疏疏干干的的含含水水层层，允允许许导导水水断断裂裂带带进进入入，同同时时允允许许垮垮落落带波及。带波及。水体下采煤的理论依据水体下采煤
7、的理论依据2、隔水层理论、隔水层理论水水体体底底面面与与煤煤层层之之间间应应有有相相应应厚厚度度的的隔隔水水层，才能实现水体下安全采煤。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。煤的良好隔水层。五、水体下的采煤方式五、水体下的采煤方式1、顶水采煤、顶水采煤对对水水体体不不处处理理，直直接接在在水水体体下下方方采采煤煤，水水体体与与煤煤层层之之间间保保留留一一定定厚厚度度或或垂垂高高的的安安全全煤岩柱。煤岩柱。顶水采煤适应条件：水量大、补给充足、顶水采煤适应条件：水量大、补给充足、水体距开采煤层较远水体距开采煤层较远2、疏
8、水采煤、疏水采煤利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降上部水体，再在水体下方采煤。上部水体，再在水体下方采煤。先先疏疏水水后后采采煤煤 水水量量有有限限可可以以预预先先疏疏 干干（小窑积水）小窑积水）边边疏疏水水边边采采煤煤 水水量量不不太太大大，而而水水体体的的 分布范围很大时分布范围很大时3、顶疏结合采煤、顶疏结合采煤受多种水体或多层含水层水体威胁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，顶水采间距大于导水断裂带高度的水体，顶水采煤；煤；间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，疏水采煤。疏水采煤。顶
9、顶水水和和疏疏水水取取决决于于水水体体与与煤煤层层的的间间距距和和水水体的体的类型类型v单纯的地表水（河流、水库、湖泊）难疏单纯的地表水（河流、水库、湖泊）难疏干，顶水采煤，留防隔水煤岩柱。干，顶水采煤，留防隔水煤岩柱。v单纯的松散含水层水体单纯的松散含水层水体冲积层中的水冲积层中的水一般顶水采煤，留防隔水煤岩柱一般顶水采煤，留防隔水煤岩柱冲冲积积层层厚厚度度愈愈大大，水水源源补补给给愈愈丰丰富富，离离煤煤层层愈近，威胁愈大。愈近，威胁愈大。砂层砂层砂砾砂砾水体下采煤水体下采煤v单纯的基岩含水层水体单纯的基岩含水层水体砂岩水砂岩水孔隙水孔隙水砾岩水砾岩水裂隙水裂隙水石灰岩水石灰岩水岩溶水岩溶水
10、对水体的处理取决于煤层至水体的距离，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；高于断裂带时，顶水采煤；低于断裂隙带，疏水采煤。低于断裂隙带，疏水采煤。水体下采煤水体下采煤地表水地表水+松散含水层水松散含水层水松散含水层水松散含水层水+基岩水基岩水地表水地表水+松散含水层水松散含水层水+基岩水基岩水采煤方法由具体情况而定采煤方法由具体情况而定隔水层的厚度隔水层的厚度隔水层的性能隔水层的性能水体至煤层的距离水体至煤层的距离采厚采厚水量大小水量大小水源水源水水体体下下采采煤煤4、堵截水源与疏水采煤、堵截水源与疏水采煤采采用用粘粘结结性性材材料料注注入入含含水水层层的的孔孔洞洞中中，
11、形形成成地地下下挡挡水水帷帷幕幕，切切断断水水的的补补给给通通道道，然然后后疏疏水采煤。水采煤。条条件件：含含水水层层厚厚度度较较小小、补补给给通通道道集集中中、水水文地质条件清楚，具备可靠隔水边界文地质条件清楚，具备可靠隔水边界六、水体下采煤的特点六、水体下采煤的特点 主要考虑煤层与水体之间有无隔水层，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岩层裂隙是否波及水体水水体体下下采采煤煤的的保保护护对对象象是是矿矿井井本本身身，为为保保护矿井本身必须保护水体下方的岩层护矿井本身必须保护水体下方的岩层水体下采煤的主
12、要对策是隔离和疏降水体下采煤的主要对策是隔离和疏降第二节第二节水体下采煤的安全煤岩柱留设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一、水体的采动等级及允许采动程度级级 不允许导水断裂带波及到水体不允许导水断裂带波及到水体 级级 允许导水断裂带波及松散孔隙弱含允许导水断裂带波及松散孔隙弱含水层水体，但不允许垮落带波及该水体水层水体，但不允许垮落带波及该水体 级级 允许导水断裂带进入松散孔隙弱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含水层，同时允许垮落带波及该弱含水层水体水体水体类型水体类型允许采允许采动程度动程度安全煤安全煤岩柱岩柱1.直接位于基岩上方或底
13、界面下无稳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定的粘性土隔水层的各类地表水体地表水体2.直接位于基岩上方或底界面下无稳直接位于基岩上方或底界面下无稳定的粘性土隔水层的定的粘性土隔水层的松散孔隙强、中松散孔隙强、中含水层水体含水层水体3.底界面下无稳定的泥质岩类隔水层底界面下无稳定的泥质岩类隔水层的的基岩强、中含水层水体基岩强、中含水层水体4.急斜煤层上方的各类急斜煤层上方的各类地表水体和松地表水体和松散含水层水体散含水层水体5.要求作为要求作为重点水源重点水源和旅游地保护的和旅游地保护的水体水体不允许不允许导水断导水断裂带波裂带波及到水及到水体体顶板防顶板防水安全水安全煤岩柱煤
14、岩柱级水体采动等级允许采动程度级水体采动等级允许采动程度水体类型水体类型允许采允许采动程度动程度安全煤安全煤岩柱岩柱1.底界面下为具有多层结构、厚度大、底界面下为具有多层结构、厚度大、弱含水的松散层弱含水的松散层或松散层中、上部为或松散层中、上部为强含水层强含水层,下部为弱含水层的下部为弱含水层的地表中、地表中、小型水体小型水体2.底界面下为稳定的厚粘性土隔水层底界面下为稳定的厚粘性土隔水层或松散弱含水层的松散层中、上部孔或松散弱含水层的松散层中、上部孔隙强、中含水层水体隙强、中含水层水体3.有疏降条件的有疏降条件的松散层松散层和基岩和基岩弱含水弱含水层水体层水体允许导允许导水断裂水断裂带波及
15、带波及松散孔松散孔隙弱含隙弱含水层水水层水体，但体，但不允许不允许垮落带垮落带波及该波及该水体水体顶板防顶板防砂安全砂安全煤岩柱煤岩柱 级水体采动等级允许采动程度级水体采动等级允许采动程度水体类型水体类型允许采动程度允许采动程度安全煤安全煤岩柱岩柱1.底界面下为稳定的底界面下为稳定的厚厚粘性土隔水层粘性土隔水层的松散层中、的松散层中、上部孔隙弱含水层水体上部孔隙弱含水层水体2.已或接近疏干已或接近疏干的松散的松散层或基岩水体层或基岩水体允许导水断裂带允许导水断裂带进入松散孔隙弱进入松散孔隙弱含水层，同时允含水层，同时允许垮落带波及该许垮落带波及该弱含水层弱含水层顶板防顶板防塌安全塌安全煤岩柱煤
16、岩柱 级水体采动等级允许采动程度级水体采动等级允许采动程度二、安全煤岩柱的留设方法二、安全煤岩柱的留设方法 留留设设安安全全煤煤岩岩柱柱的的实实质质是是确确定定开开采采上上限限，保保证裂隙带或冒落带不涉及水体证裂隙带或冒落带不涉及水体1、防水安全煤岩柱、防水安全煤岩柱目的：目的：不允许导水断裂带波及到水体不允许导水断裂带波及到水体结结果果：避避免免上上覆覆水水体体涌涌入入井井下下，并并要要使使矿矿井井涌水量不明显增加。涌水量不明显增加。地表有松散覆盖层地表有松散覆盖层时的时的防水安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱留设HshHd+Hb 地层上部无松散层覆盖，且采深较小时的地层上部无松散层覆盖，且采深较
17、小时的防水安全煤岩柱防水安全煤岩柱H Hshsh H Hd d+H Hb b+H Hbibi 基岩风化带也含水时的基岩风化带也含水时的防水安全防水安全煤岩柱煤岩柱H Hshsh H Hd d+H Hb b+H Hfe fe 2 2、防砂安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱目的：目的：是允许导水断裂带波及松散弱含水是允许导水断裂带波及松散弱含水层或已疏降的松散层强含水层，但不容许层或已疏降的松散层强含水层，但不容许垮落带接近松散层底部垮落带接近松散层底部结结果果：泥泥砂砂不不会会溃溃入入井井下下，矿矿井井涌涌水水量量会会略有增加，或只是短时间增加。略有增加，或只是短时间增加。防砂安全煤岩柱防砂安全煤岩柱H
18、 Hs s=H Hk k+H Hb b 3 3、防塌安全煤岩柱、防塌安全煤岩柱防塌煤岩柱防塌煤岩柱松散层底界面与煤层开采上限之间为防止泥松散层底界面与煤层开采上限之间为防止泥砂塌入采空区而保留的煤和岩体砂塌入采空区而保留的煤和岩体目的：目的：防止上覆弱含水层和粘土层塌入井下防止上覆弱含水层和粘土层塌入井下 防塌安全煤岩柱的垂高应等于或接近于防塌安全煤岩柱的垂高应等于或接近于垮落带的最大高度垮落带的最大高度 4 4、安全煤岩柱保护层厚度、安全煤岩柱保护层厚度位于导水断裂带位于导水断裂带上边界或垮落带上边界或垮落带上边界与水体底上边界与水体底界面之间的岩层界面之间的岩层覆岩覆岩岩性岩性松散层底部粘
19、性松散层底部粘性土层厚度大于累土层厚度大于累计采厚计采厚松散层底部粘性松散层底部粘性土层厚度小于累土层厚度小于累计采厚计采厚松散层全厚松散层全厚小于累计采小于累计采厚厚松散层底部松散层底部无粘性土层无粘性土层坚硬坚硬4A5A6A7A中硬中硬3A4A5A6A软弱软弱2A3A4A5A极软极软弱弱2A2A3A4A 注：注：注：注：A=A=A=A=M/n M/n M/n M/n，M-M-M-M-累计采厚，累计采厚，累计采厚，累计采厚，m m m m；n-n-n-n-分层层数；本表不适用于综放开采分层层数；本表不适用于综放开采分层层数；本表不适用于综放开采分层层数；本表不适用于综放开采0 0 5454
20、煤层防水安全煤岩柱保护层厚度煤层防水安全煤岩柱保护层厚度/m m0 54 煤层防砂安全煤岩柱保护层厚度煤层防砂安全煤岩柱保护层厚度（m）覆岩岩覆岩岩性性松散层底部粘性土层或松散层底部粘性土层或弱弱含水层厚度大于累计采厚含水层厚度大于累计采厚松散层全厚大于松散层全厚大于累计采厚累计采厚坚硬坚硬4A2A中硬中硬3A2A软弱软弱2A2A极软弱极软弱2A2A注：注：注：注：A=A=A=A=M/n M/n M/n M/n，M-M-M-M-累计采厚，累计采厚，累计采厚，累计采厚，m m m m；n-n-n-n-分层层数；本表不适用分层层数；本表不适用分层层数；本表不适用分层层数；本表不适用于综放开采于综放
21、开采于综放开采于综放开采 5590 煤层防水安全煤岩柱及防砂安全煤煤层防水安全煤岩柱及防砂安全煤岩柱保护层厚度岩柱保护层厚度覆覆 岩岩岩性岩性保护层厚度（保护层厚度（m m）557070 719090 abcdabcd坚硬坚硬1518202217202224中硬中硬1013151712151719软弱软弱5810127101214a a a a 松散层底部粘性土层大于累计采厚松散层底部粘性土层大于累计采厚松散层底部粘性土层大于累计采厚松散层底部粘性土层大于累计采厚b b b b 松散层底部粘性土层小于累计采厚松散层底部粘性土层小于累计采厚松散层底部粘性土层小于累计采厚松散层底部粘性土层小于累计
22、采厚c c c c 松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层d d d d 松散层底部无粘性土层松散层底部无粘性土层松散层底部无粘性土层松散层底部无粘性土层第三节第三节水体下采煤的安全技术措施水体下采煤的安全技术措施一、水体下采煤的井下安全技术措施一、水体下采煤的井下安全技术措施试探开采试探开采先远后近（水体）先远后近（水体）先厚后薄（隔水层）先厚后薄（隔水层）先简单后复杂（地质条件）先简单后复杂（地质条件）先较深后较浅（煤层）先较深后较浅（煤层）水体下采煤的井下安全技术措施水体下采煤的井下安全技术
23、措施分区隔离开采分区隔离开采 采区四周均设防水隔离煤柱采区四周均设防水隔离煤柱 绕道和石门内设永久性的防水闸门绕道和石门内设永久性的防水闸门全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采 降低覆岩破坏高度降低覆岩破坏高度 坚持有疑必探，先探后采的原则坚持有疑必探，先探后采的原则正确设计防水隔离煤柱正确设计防水隔离煤柱 防水、防砂和防塌安全煤岩柱防水、防砂和防塌安全煤岩柱 采区间的防隔水煤柱采区间的防隔水煤柱 断层和陷落柱防隔水煤柱断层和陷落柱防隔水煤柱二、水体下采煤的地面措施二、水体下采煤的地面措施切断和改变地面补给水源切断和改变地面补给水源河流改道河流改道河流铺
24、底河流铺底建立上游水库建立上游水库筑拦洪坝筑拦洪坝修拦洪沟修拦洪沟填渗水裂缝填渗水裂缝架渡槽架渡槽设围沟设围沟排除内涝排除内涝四、国外水体下采煤四、国外水体下采煤安全开采深度安全开采深度HH=KM水体水体北顿涅茨河北顿涅茨河 大水库大水库 其它河流其它河流 终年流水终年流水山涧山涧倾角倾角（）454545454545安全系数安全系数K1502001001505075原苏联水体下采煤的安全系数原苏联水体下采煤的安全系数 水体水体类型类型矿井矿井煤煤 岩岩 柱柱最最 小小 垂垂高高m累累计计采采厚厚m倾角倾角煤煤岩岩柱柱类别类别技术措施技术措施准河准河李李咀咀孜孜矿矿702045 防水防水分层间歇
25、开采分层间歇开采小汶河小汶河孙村矿孙村矿30-403820 防水防水分层间歇开采分层间歇开采上上官官塘塘水库水库石石壁壁唐唐矿矿80-1002740 防水防水分分层层间间歇歇开开采采+条带条带微山湖微山湖徐庄矿徐庄矿44-62单单层层开开采采1.8m23 防水防水分层间歇开采分层间歇开采塌塌陷陷区区积水积水孔集矿孔集矿80-10011.982 防水防水小小阶阶倾倾间间歇歇开开采采顶顶底底板板砂岩水砂岩水刘刘桥桥一一矿矿距距含含水水层层4-84.629 防砂防砂预预先先疏疏边边采采边边疏疏松松散散强强含水层含水层朱仙庄朱仙庄40-50613 防水防水分层间歇开采分层间歇开采松松散散弱弱含水层含水层邢台矿邢台矿10-15610 防塌防塌分层间歇开采分层间歇开采