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1、第六章第六章 水体下与承压水上采煤水体下与承压水上采煤第一节第一节 概述概述第二节第二节 覆岩破坏规律覆岩破坏规律第三节第三节 水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施第四节第四节 承压水上采煤承压水上采煤概概述述 地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采煤层围岩中的含水层里的水、溶洞水以及位于开采影层围岩中的含水层里的水、溶洞水以及位于开采影层围岩中的含水层里的水、溶洞水以及位于开采影层围岩中的含水层里的水、溶洞水以及位于开采影响范围内的地表水和泥砂溃入井下，威胁煤矿安全响范
2、围内的地表水和泥砂溃入井下，威胁煤矿安全响范围内的地表水和泥砂溃入井下，威胁煤矿安全响范围内的地表水和泥砂溃入井下，威胁煤矿安全生产。因此，在水体下采煤时必须采取适当措施，生产。因此，在水体下采煤时必须采取适当措施，生产。因此，在水体下采煤时必须采取适当措施，生产。因此，在水体下采煤时必须采取适当措施，保证开采过程中不发生灾害性透水、溃砂事故，避保证开采过程中不发生灾害性透水、溃砂事故，避保证开采过程中不发生灾害性透水、溃砂事故，避保证开采过程中不发生灾害性透水、溃砂事故，避免因矿井涌水量突然增大而严重地恶化井下工作环免因矿井涌水量突然增大而严重地恶化井下工作环免因矿井涌水量突然增大而严重地恶
3、化井下工作环免因矿井涌水量突然增大而严重地恶化井下工作环境。境。境。境。多年来，我国比较广泛地进行了水体下采煤的多年来，我国比较广泛地进行了水体下采煤的多年来，我国比较广泛地进行了水体下采煤的多年来，我国比较广泛地进行了水体下采煤的研究和实践，采出了大量水体下压煤，而且对水体研究和实践，采出了大量水体下压煤，而且对水体研究和实践，采出了大量水体下压煤，而且对水体研究和实践，采出了大量水体下压煤，而且对水体下采煤的理论作了深入的研究，形成了一套具有我下采煤的理论作了深入的研究，形成了一套具有我下采煤的理论作了深入的研究，形成了一套具有我下采煤的理论作了深入的研究，形成了一套具有我国特色的论理体系
4、和计算方法。国特色的论理体系和计算方法。国特色的论理体系和计算方法。国特色的论理体系和计算方法。概概述述水体下采煤水体下采煤水体下采煤水体下采煤地表水体下或地下水体下采煤地表水体下或地下水体下采煤地表水体下或地下水体下采煤地表水体下或地下水体下采煤开采开采开采开采 煤体上的水体煤体上的水体煤体上的水体煤体上的水体开采空间开采空间开采空间开采空间（由于岩层移动和变形）（由于岩层移动和变形）（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弱水力联系弱水力联系 增加
5、排水费用增加排水费用增加排水费用增加排水费用 强水力联系强水力联系强水力联系强水力联系 突水或透水事故突水或透水事故突水或透水事故突水或透水事故我国各类水体下采煤的典型实例我国各类水体下采煤的典型实例水体水体类型类型矿井名称矿井名称 防水煤岩防水煤岩柱最小垂柱最小垂高高(m)(m)单层采厚单层采厚(m)(m)累计采累计采厚厚(m)(m)煤层倾煤层倾角角()煤岩柱煤岩柱类型类型技术措施技术措施出水量出水量(m3/h)(m3/h)淮河淮河李咀孜矿李咀孜矿70706.06.020204545防水防水分层间歇开采分层间歇开采正常正常小汶河小汶河孙村矿、孙村矿、张庄矿张庄矿303040401.81.82
6、.02.03.83.82020防水防水分层间歇开采分层间歇开采正常正常上官塘水库上官塘水库石壁塘矿石壁塘矿 80801001001.41.42.72.738384141防水防水分层间歇、非正规条带分层间歇、非正规条带开采开采开采开采正常正常小南洪水库小南洪水库柳花岭矿柳花岭矿88881.41.42.42.41.41.42.42.46 67 7防水防水分层间歇开采分层间歇开采最大最大3.043.04，一，一般般1.31.32.42.4微山湖微山湖徐庄矿徐庄矿444462621.71.71.91.92 22424防水防水分层间歇开采分层间歇开采正常正常塌陷区积水塌陷区积水孔集矿孔集矿8080100
7、1006.06.011.911.975759090防水防水伪倾斜柔性掩护支架、伪倾斜柔性掩护支架、长走向小阶段间歇开采、长走向小阶段间歇开采、严禁超限出煤严禁超限出煤正常正常顶底板砂岩水顶底板砂岩水刘桥一矿刘桥一矿 距含水层距含水层4 48 81.81.82.82.84.64.628283030相当于相当于防砂防砂预先疏放、边采边疏预先疏放、边采边疏石灰岩岩溶水石灰岩岩溶水南桐二井南桐二井414150503.03.03.53.53737相当于相当于防砂防砂预先疏放、专门疏水巷预先疏放、专门疏水巷道道2020492492分层间歇开采分层间歇开采朱仙庄矿朱仙庄矿404050502.02.02.22
8、.26.06.010101515防水防水分层间歇开采分层间歇开采松散弱含水层松散弱含水层柴里矿柴里矿151520202.02.03.53.511.511.58 8防砂防砂分层间歇开采分层间歇开采松散弱含水层松散弱含水层邢台矿邢台矿101015152.02.02.22.26.06.01010防塌防塌分层间歇开采、仰上钻分层间歇开采、仰上钻孔孔近水体采煤的特征近水体采煤的特征uu进行水体下采煤首先要分析开采引起的覆岩中的裂缝是否进行水体下采煤首先要分析开采引起的覆岩中的裂缝是否进行水体下采煤首先要分析开采引起的覆岩中的裂缝是否进行水体下采煤首先要分析开采引起的覆岩中的裂缝是否互相连通以及互相连通的
9、裂缝是否波及到水体。互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体。互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体。互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体。因此，研究因此，研究因此，研究因此，研究覆岩破坏规律，特别是能够导水的冒落带和裂缝带的高度及其分布形覆岩破坏规律，特别是能够导水的冒落带和裂缝带的高度及其分布形覆岩破坏规律，特别是能够导水的冒落带和裂缝带的高度及其分布形覆岩破坏规律，特别是能够导水的冒落带和裂缝带的高度及其分布形态至关重要。在许多情况下，尽管地表产生较大的移动和变形、甚至态至关重要。在许多情况下，尽管地表产生较大的移动和变形、甚至态至关重要。在许多情况下，尽管地表产生较大的移动和变形
10、、甚至态至关重要。在许多情况下，尽管地表产生较大的移动和变形、甚至出现裂缝，但只要这些裂缝在某个深度上自行闭合而不构成井下涌水出现裂缝，但只要这些裂缝在某个深度上自行闭合而不构成井下涌水出现裂缝，但只要这些裂缝在某个深度上自行闭合而不构成井下涌水出现裂缝，但只要这些裂缝在某个深度上自行闭合而不构成井下涌水的通道，就不会发生透水事故。的通道，就不会发生透水事故。的通道，就不会发生透水事故。的通道，就不会发生透水事故。uu水体下采煤时的保护对象主要是矿井本身，水体下采煤时的保护对象主要是矿井本身，水体下采煤时的保护对象主要是矿井本身，水体下采煤时的保护对象主要是矿井本身，即保证在水体下即保证在水体
11、下即保证在水体下即保证在水体下开采时矿井的安全。只有在必要时开采时矿井的安全。只有在必要时开采时矿井的安全。只有在必要时开采时矿井的安全。只有在必要时(如水体为地面灌溉用的水库如水体为地面灌溉用的水库如水体为地面灌溉用的水库如水体为地面灌溉用的水库)才考才考才考才考虑水体及其附属设施的保护。因此，在进行水体下采煤时应着重研究虑水体及其附属设施的保护。因此，在进行水体下采煤时应着重研究虑水体及其附属设施的保护。因此，在进行水体下采煤时应着重研究虑水体及其附属设施的保护。因此，在进行水体下采煤时应着重研究如何防止水体和采区之间形成透水的通道、造成井下突水事故；在水如何防止水体和采区之间形成透水的通
12、道、造成井下突水事故；在水如何防止水体和采区之间形成透水的通道、造成井下突水事故；在水如何防止水体和采区之间形成透水的通道、造成井下突水事故；在水体与采区之间构成水力联系无法避免时，如何使其引起的矿井涌水量体与采区之间构成水力联系无法避免时，如何使其引起的矿井涌水量体与采区之间构成水力联系无法避免时，如何使其引起的矿井涌水量体与采区之间构成水力联系无法避免时，如何使其引起的矿井涌水量小于矿井排水能力。小于矿井排水能力。小于矿井排水能力。小于矿井排水能力。uu由于水具有流动性，覆岩破坏一旦波及水体的边缘，就可能导致水体由于水具有流动性，覆岩破坏一旦波及水体的边缘，就可能导致水体由于水具有流动性，
13、覆岩破坏一旦波及水体的边缘，就可能导致水体由于水具有流动性，覆岩破坏一旦波及水体的边缘，就可能导致水体全部流入井下；因此，全部流入井下；因此，全部流入井下；因此，全部流入井下；因此，水体必须作为一个整体加以保护，水体必须作为一个整体加以保护，水体必须作为一个整体加以保护，水体必须作为一个整体加以保护，有时有时有时有时还不得不将水体下方的部分岩层块段一起进行保护。还不得不将水体下方的部分岩层块段一起进行保护。还不得不将水体下方的部分岩层块段一起进行保护。还不得不将水体下方的部分岩层块段一起进行保护。地表水体：地表水体：地表水体：地表水体：积聚在江、海、河、湖、水库、沼泽、积聚在江、海、河、湖、水
14、库、沼泽、积聚在江、海、河、湖、水库、沼泽、积聚在江、海、河、湖、水库、沼泽、水渠、坑、塘和塌陷区中的水水渠、坑、塘和塌陷区中的水水渠、坑、塘和塌陷区中的水水渠、坑、塘和塌陷区中的水 地下水体地下水体地下水体地下水体 ：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：松散层水体：松散层水体：第四纪和第三纪松散层中的含水第四纪和第三纪松散层中的含水第四纪和第三纪松散层中的含水第四纪和第三纪松散层中的含水 基岩含水层水体：基岩含水层水体：基岩含水层水体：基岩含水层水体：砂岩、砾岩、砂砾岩及石灰岩砂岩、砾岩、砂
15、砾岩及石灰岩砂岩、砾岩、砂砾岩及石灰岩砂岩、砾岩、砂砾岩及石灰岩 岩溶含水层水体岩溶含水层水体岩溶含水层水体岩溶含水层水体 采空区积水采空区积水采空区积水采空区积水 孔隙水、裂隙水及岩溶水孔隙水、裂隙水及岩溶水孔隙水、裂隙水及岩溶水孔隙水、裂隙水及岩溶水复合型水体复合型水体复合型水体复合型水体 地表水和地下水联通地表水和地下水联通地表水和地下水联通地表水和地下水联通 水体的基本类型水体的基本类型水体下采煤的可行性水体下采煤的可行性 进行水体下采煤，除要考虑开采引起进行水体下采煤，除要考虑开采引起的覆岩中的裂缝是否互相连通以及互相连的覆岩中的裂缝是否互相连通以及互相连通的裂缝是否波及到水体外，还
16、要分析在通的裂缝是否波及到水体外，还要分析在受开采影响后，防水煤岩柱是否还具有足受开采影响后，防水煤岩柱是否还具有足够的隔水性能。够的隔水性能。合理地确定煤层的开采上合理地确定煤层的开采上限，正确地选择开采方法和防护措施，以限，正确地选择开采方法和防护措施，以期做到既能最大限度地采出煤炭资源又能期做到既能最大限度地采出煤炭资源又能确保矿井的安全。确保矿井的安全。覆岩的隔水性覆岩的隔水性覆岩的隔水性与其岩性、岩相及结构面等因覆岩的隔水性与其岩性、岩相及结构面等因素有关。素有关。(1)(1)覆岩的岩性覆岩的岩性 岩性是评价覆岩隔水性的最重要依据。岩性是评价覆岩隔水性的最重要依据。影响覆岩隔水性能的
17、主要因素是岩石颗粒的影响覆岩隔水性能的主要因素是岩石颗粒的大小及其胶结形式。大小及其胶结形式。颗粒越小，级配越适当，颗粒越小，级配越适当，隔水性能就越好。隔水性能就越好。n n粘土比例大于粘土比例大于粘土比例大于粘土比例大于30303030的岩层是良好的隔水层；的岩层是良好的隔水层；的岩层是良好的隔水层；的岩层是良好的隔水层；n n粘土含量为粘土含量为粘土含量为粘土含量为1111111130303030的岩层可作为相对隔水层；的岩层可作为相对隔水层；的岩层可作为相对隔水层；的岩层可作为相对隔水层；n n粘土含量少于粘土含量少于粘土含量少于粘土含量少于10101010的岩层隔水性能很差；的岩层隔
18、水性能很差；的岩层隔水性能很差；的岩层隔水性能很差；n n粘土页岩和泥质页岩等塑性岩层隔水性能较好。粘土页岩和泥质页岩等塑性岩层隔水性能较好。粘土页岩和泥质页岩等塑性岩层隔水性能较好。粘土页岩和泥质页岩等塑性岩层隔水性能较好。覆岩的隔水性覆岩的隔水性(2)岩相岩相 岩相是指沉积岩生成的条件和环境。岩相是指沉积岩生成的条件和环境。岩相特征是评价沉积岩隔水性的依据之一。岩相特征是评价沉积岩隔水性的依据之一。就隔水性而言，其优劣顺序是：海相、湖就隔水性而言，其优劣顺序是：海相、湖泊相、风成沉积相、河流冲积相、冰水沉泊相、风成沉积相、河流冲积相、冰水沉积相。积相。覆岩的隔水性覆岩的隔水性(3)(3)结
19、构面结构面结构面主要指原生结构面、构造结构面和次生结构面。结构面主要指原生结构面、构造结构面和次生结构面。结构面主要指原生结构面、构造结构面和次生结构面。结构面主要指原生结构面、构造结构面和次生结构面。它们它们它们它们既是评价岩层物理力学特征的重要因素，又是评价岩层体系既是评价岩层物理力学特征的重要因素，又是评价岩层体系既是评价岩层物理力学特征的重要因素，又是评价岩层体系既是评价岩层物理力学特征的重要因素，又是评价岩层体系隔水性的重要因素。有时一个结构面能单独成为隔水层。隔水性的重要因素。有时一个结构面能单独成为隔水层。隔水性的重要因素。有时一个结构面能单独成为隔水层。隔水性的重要因素。有时一
20、个结构面能单独成为隔水层。原生结构面原生结构面原生结构面原生结构面如层面，一般是层状分布，其延续性强，导水性如层面，一般是层状分布，其延续性强，导水性如层面，一般是层状分布，其延续性强，导水性如层面，一般是层状分布，其延续性强，导水性不好。不好。不好。不好。构造结构面构造结构面构造结构面构造结构面如断层面，有的断层面本身有含水性和导水性，如断层面，有的断层面本身有含水性和导水性，如断层面，有的断层面本身有含水性和导水性，如断层面，有的断层面本身有含水性和导水性，并成为岩层强度的薄弱环节，有的断层本身能隔水，且能把并成为岩层强度的薄弱环节，有的断层本身能隔水，且能把并成为岩层强度的薄弱环节，有的
21、断层本身能隔水，且能把并成为岩层强度的薄弱环节，有的断层本身能隔水，且能把统一型水体分割成彼此独立的分散型水体。断层的导水性和统一型水体分割成彼此独立的分散型水体。断层的导水性和统一型水体分割成彼此独立的分散型水体。断层的导水性和统一型水体分割成彼此独立的分散型水体。断层的导水性和隔水性，主要取决于断层所切割的岩层的力学性质和断层面隔水性，主要取决于断层所切割的岩层的力学性质和断层面隔水性，主要取决于断层所切割的岩层的力学性质和断层面隔水性，主要取决于断层所切割的岩层的力学性质和断层面间的充填程度。间的充填程度。间的充填程度。间的充填程度。次生结构面次生结构面次生结构面次生结构面一般指风化岩层
22、中的界面。有些风化带是良好的一般指风化岩层中的界面。有些风化带是良好的一般指风化岩层中的界面。有些风化带是良好的一般指风化岩层中的界面。有些风化带是良好的隔水层，即使受到重复采动仍能保持其隔水性能，但也有一隔水层，即使受到重复采动仍能保持其隔水性能，但也有一隔水层，即使受到重复采动仍能保持其隔水性能，但也有一隔水层，即使受到重复采动仍能保持其隔水性能，但也有一些风化带隔水性能不好。因此，对风化带的隔水性，需要具些风化带隔水性能不好。因此，对风化带的隔水性，需要具些风化带隔水性能不好。因此，对风化带的隔水性，需要具些风化带隔水性能不好。因此，对风化带的隔水性，需要具体分析。体分析。体分析。体分析
23、。地下开采对覆岩隔水性的影响地下开采对覆岩隔水性的影响在大面积开采的影响下，覆岩的天然隔水性遭到不同程度的在大面积开采的影响下，覆岩的天然隔水性遭到不同程度的在大面积开采的影响下，覆岩的天然隔水性遭到不同程度的在大面积开采的影响下，覆岩的天然隔水性遭到不同程度的破坏，破坏程度首先取决于破坏，破坏程度首先取决于破坏，破坏程度首先取决于破坏，破坏程度首先取决于隔水岩层与采空区的相对位置。隔水岩层与采空区的相对位置。隔水岩层与采空区的相对位置。隔水岩层与采空区的相对位置。隔水层与煤层紧贴或邻近隔水层与煤层紧贴或邻近隔水层与煤层紧贴或邻近隔水层与煤层紧贴或邻近，且位于冒落带时，其隔水性被完，且位于冒落
24、带时，其隔水性被完，且位于冒落带时，其隔水性被完，且位于冒落带时，其隔水性被完全破坏。全破坏。全破坏。全破坏。隔水层远离煤层隔水层远离煤层隔水层远离煤层隔水层远离煤层，位于整体弯曲带内时，除了隔水层下部的，位于整体弯曲带内时，除了隔水层下部的，位于整体弯曲带内时，除了隔水层下部的，位于整体弯曲带内时，除了隔水层下部的隔水性会受到暂时的影响之外，整个隔水层的隔水性基本不隔水性会受到暂时的影响之外，整个隔水层的隔水性基本不隔水性会受到暂时的影响之外，整个隔水层的隔水性基本不隔水性会受到暂时的影响之外，整个隔水层的隔水性基本不受破坏。受破坏。受破坏。受破坏。覆岩内水的渗透性是有规律地变化的。覆岩内水
25、的渗透性是有规律地变化的。覆岩内水的渗透性是有规律地变化的。覆岩内水的渗透性是有规律地变化的。这是因为煤层围岩的这是因为煤层围岩的这是因为煤层围岩的这是因为煤层围岩的隔水性与采动程度和和岩层变形性质有关。在水平拉伸区，隔水性与采动程度和和岩层变形性质有关。在水平拉伸区，隔水性与采动程度和和岩层变形性质有关。在水平拉伸区，隔水性与采动程度和和岩层变形性质有关。在水平拉伸区，岩层会发生竖向的张开裂缝，从而隔水性遭到破坏。在水平岩层会发生竖向的张开裂缝，从而隔水性遭到破坏。在水平岩层会发生竖向的张开裂缝，从而隔水性遭到破坏。在水平岩层会发生竖向的张开裂缝，从而隔水性遭到破坏。在水平压缩区，其隔水性基
26、本不改变。压缩区，其隔水性基本不改变。压缩区，其隔水性基本不改变。压缩区，其隔水性基本不改变。在采动影响下，在采动影响下，在采动影响下，在采动影响下，岩层本身的物理力学性质对隔水性的影响表岩层本身的物理力学性质对隔水性的影响表岩层本身的物理力学性质对隔水性的影响表岩层本身的物理力学性质对隔水性的影响表现现现现为：刚性和脆性的岩层隔水性易遭破坏；具有韧塑性的岩为：刚性和脆性的岩层隔水性易遭破坏；具有韧塑性的岩为：刚性和脆性的岩层隔水性易遭破坏；具有韧塑性的岩为：刚性和脆性的岩层隔水性易遭破坏；具有韧塑性的岩层隔水性不易被破坏，或者破坏后能重新得到恢复。层隔水性不易被破坏，或者破坏后能重新得到恢复
27、。层隔水性不易被破坏，或者破坏后能重新得到恢复。层隔水性不易被破坏，或者破坏后能重新得到恢复。覆岩破坏规律覆岩破坏规律1 1冒落带冒落带2 2裂缝带裂缝带3 3整体弯曲带整体弯曲带覆岩破坏分带覆岩破坏分带1 1冒落带冒落带 煤层顶板在采动影响下发生变形、离煤层顶板在采动影响下发生变形、离层、断裂后脱离原生岩体而下落到采空区层、断裂后脱离原生岩体而下落到采空区的破坏区域称为冒落性破坏区或称冒落带。的破坏区域称为冒落性破坏区或称冒落带。由于该区的岩层完全失去了原有的连续性由于该区的岩层完全失去了原有的连续性和层状结构，不但透水而且流砂也极易从和层状结构，不但透水而且流砂也极易从中穿过。中穿过。显然
28、位于该区内的水体和井巷将显然位于该区内的水体和井巷将遭受十分严重的破坏。遭受十分严重的破坏。覆岩破坏分带覆岩破坏分带2 2裂缝带裂缝带uu煤层覆岩在采动影响下只发生煤层覆岩在采动影响下只发生煤层覆岩在采动影响下只发生煤层覆岩在采动影响下只发生移动、变形和断裂移动、变形和断裂移动、变形和断裂移动、变形和断裂，但仍保持，但仍保持，但仍保持，但仍保持原有层次的覆岩区称为裂缝带。根据岩层开裂的严重程度，原有层次的覆岩区称为裂缝带。根据岩层开裂的严重程度，原有层次的覆岩区称为裂缝带。根据岩层开裂的严重程度，原有层次的覆岩区称为裂缝带。根据岩层开裂的严重程度，裂缝带又可细分为严重开裂区、一般开裂区和微小开
29、裂区。裂缝带又可细分为严重开裂区、一般开裂区和微小开裂区。裂缝带又可细分为严重开裂区、一般开裂区和微小开裂区。裂缝带又可细分为严重开裂区、一般开裂区和微小开裂区。uu 严重开裂区。严重开裂区。严重开裂区。严重开裂区。该区内岩层大部分断开，但仍保持原有层次。该区内岩层大部分断开，但仍保持原有层次。该区内岩层大部分断开，但仍保持原有层次。该区内岩层大部分断开，但仍保持原有层次。裂缝间连通性极好，既透水又透砂。该区一旦波及水体将发裂缝间连通性极好，既透水又透砂。该区一旦波及水体将发裂缝间连通性极好，既透水又透砂。该区一旦波及水体将发裂缝间连通性极好，既透水又透砂。该区一旦波及水体将发生透水透砂的重大
30、事故；生透水透砂的重大事故；生透水透砂的重大事故；生透水透砂的重大事故；uu一般开裂区。一般开裂区。一般开裂区。一般开裂区。岩层未全部断开且层次完整，裂缝间连通性岩层未全部断开且层次完整，裂缝间连通性岩层未全部断开且层次完整，裂缝间连通性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较好，透水性一般，基本不透砂。该区如果波及水体会发生较好，透水性一般，基本不透砂。该区如果波及水体会发生较好，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；透水事故；透水事故；透水事故；uu微小开裂区。微小开裂区。微小开裂区。微小开裂区。岩层有微小裂缝，连通性不
31、好，透水性微弱。岩层有微小裂缝，连通性不好，透水性微弱。岩层有微小裂缝，连通性不好，透水性微弱。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。该区如果触及水体会增加矿井涌水量。该区如果触及水体会增加矿井涌水量。该区如果触及水体会增加矿井涌水量。uu这这这这3 3 3 3个区域的透水性是渐变的，其间并无明确的界线。人们常个区域的透水性是渐变的，其间并无明确的界线。人们常个区域的透水性是渐变的，其间并无明确的界线。人们常个区域的透水性是渐变的，其间并无明确的界线。人们常根据根据根据根据钻孔观测钻孔观测钻孔观测钻孔观测时冲洗液漏失量的大小划定出它们的界线。时冲洗液漏失量的
32、大小划定出它们的界线。时冲洗液漏失量的大小划定出它们的界线。时冲洗液漏失量的大小划定出它们的界线。覆岩破坏分带覆岩破坏分带3 3整体弯曲带整体弯曲带 一般说来，整体弯曲带内的岩层在受一般说来，整体弯曲带内的岩层在受开采影响后仍保留其原始的完整性。开采影响后仍保留其原始的完整性。如整如整体弯曲带内岩层的原始隔水性能较好体弯曲带内岩层的原始隔水性能较好(渗透渗透系数很小、没有断层、陷落柱等涌水通道系数很小、没有断层、陷落柱等涌水通道)，水体下的整体弯曲带又有足够的厚度，水体下的整体弯曲带又有足够的厚度(大大于保护层厚度于保护层厚度)，则可认为整体弯曲带可，则可认为整体弯曲带可有效地阻隔水体内的水流
33、入开采区，防止有效地阻隔水体内的水流入开采区，防止井下突水事故的发生。井下突水事故的发生。影响覆岩破坏及其导水性的因素影响覆岩破坏及其导水性的因素1 1覆岩力学性质和结构特征覆岩力学性质和结构特征2 2采煤方法和顶板管理方法采煤方法和顶板管理方法3 3煤层倾角煤层倾角4 4开采强度开采强度5 5时间因素时间因素6 6重复采动重复采动不不同同煤煤层层倾倾角角围围岩岩破破坏坏形形态态图图覆岩破坏高度的计算覆岩破坏高度的计算 根据覆岩性质的不同，冒落带高度计根据覆岩性质的不同，冒落带高度计算有下列几种情况：算有下列几种情况：a)a)煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，采后能煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，采后能
34、形成悬顶，冒落带最大高度采用下式计算形成悬顶，冒落带最大高度采用下式计算：H Hm mM/(KM/(K1)1)coscos 式中式中M M煤层开采厚度；煤层开采厚度；K K冒落岩石碎胀系数，根据实测求得，一冒落岩石碎胀系数，根据实测求得，一般为般为1.101.101.401.40；煤层倾角煤层倾角覆岩破坏高度的计算覆岩破坏高度的计算b)b)煤层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、煤层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层互或其互层时，开采单一煤层极软弱岩层互或其互层时，开采单一煤层的冒落带最大高度可采用下式计算：的冒落带最大高度可采用下式计算：H Hm m(M(MW)/(KW)/(K1)1)cos
35、cos 式中式中W W为冒落过程中顶板下沉值，由实测得为冒落过程中顶板下沉值，由实测得到。到。覆岩破坏高度的计算覆岩破坏高度的计算c)c)厚煤层分层开采时冒落带最大高度采用厚煤层分层开采时冒落带最大高度采用下表中给出的经验公式计算。下表中给出的经验公式计算。覆岩岩性覆岩岩性(单向抗压强度单向抗压强度MPaMPa，主要岩石组成，主要岩石组成)经验公式经验公式m m坚硬坚硬(40(408080，石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩，石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩)中硬中硬(20(204040，砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩，砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩)软弱软弱(10(102020，泥岩、泥质砂岩
36、，泥岩、泥质砂岩)极软弱极软弱(10(10，铝土岩、风化泥岩、粘土、砂质粘土，铝土岩、风化泥岩、粘土、砂质粘土)注：公式中注：公式中后面的数字为中误差；后面的数字为中误差；M M为累计开采厚度。为累计开采厚度。覆岩破坏高度的计算覆岩破坏高度的计算导水裂缝带高度计算导水裂缝带高度计算导水裂缝带高度计算导水裂缝带高度计算(适用于倾角为适用于倾角为适用于倾角为适用于倾角为0 0 0 054545454的煤的煤的煤的煤层层层层)煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩
37、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层及厚煤层分层开采时，导水裂缝带最大高度均可选择下层及厚煤层分层开采时，导水裂缝带最大高度均可选择下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。表中给出的两种经验公式计算。表中给出的两种经验公式计算。表中给出的两种经验公式计算。覆岩破坏高度的计算覆岩破坏高度的计算 开采开采开采开采急倾斜煤层急倾斜煤层急倾斜煤层急倾斜煤层(倾角为倾角为倾角为倾角为5555555590909090)时冒落带时冒落带时冒落带时冒落带高度和导水裂缝带高度计算高度和导水裂缝带高度计算高度和导水裂缝带高度计算高度和导水裂缝带高度计
38、算 煤层顶底板岩层内为坚硬、中硬、软弱岩层，煤层顶底板岩层内为坚硬、中硬、软弱岩层，煤层顶底板岩层内为坚硬、中硬、软弱岩层，煤层顶底板岩层内为坚硬、中硬、软弱岩层，用垮落法开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度用垮落法开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度用垮落法开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度用垮落法开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度可用下表中给出的经验公式计算。可用下表中给出的经验公式计算。可用下表中给出的经验公式计算。可用下表中给出的经验公式计算。覆岩破坏高度的计算覆岩破坏高度的计算开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度 a)a)上、下两层煤的垂距上、下两
39、层煤的垂距h h大于回采下层大于回采下层煤时所产生的冒落带高度煤时所产生的冒落带高度H Hxmxm时，下层冒落带时，下层冒落带对上层开采影响很小，可按上、下煤层的厚对上层开采影响很小，可按上、下煤层的厚度分别计算各自的导水裂缝带高度和冒落带度分别计算各自的导水裂缝带高度和冒落带高度，取其中标高值大者作为两层煤的导水高度，取其中标高值大者作为两层煤的导水裂缝带高度；冒落带高度则取上层煤的冒落裂缝带高度；冒落带高度则取上层煤的冒落带高度带高度.覆岩破坏高度的计算覆岩破坏高度的计算开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度 b)b)b)b)下层煤的冒落带接触到或下层
40、煤的冒落带接触到或下层煤的冒落带接触到或下层煤的冒落带接触到或完全完全完全完全进入上层煤时，进入上层煤时，进入上层煤时，进入上层煤时，上层煤的导水裂缝带最大高度按本层煤的厚度计算，上层煤的导水裂缝带最大高度按本层煤的厚度计算，上层煤的导水裂缝带最大高度按本层煤的厚度计算，上层煤的导水裂缝带最大高度按本层煤的厚度计算，下层煤的导水裂缝带最大高度则采用上、下层煤的下层煤的导水裂缝带最大高度则采用上、下层煤的下层煤的导水裂缝带最大高度则采用上、下层煤的下层煤的导水裂缝带最大高度则采用上、下层煤的综合开采厚度计算，取其中标高值大者作为两层煤综合开采厚度计算，取其中标高值大者作为两层煤综合开采厚度计算，
41、取其中标高值大者作为两层煤综合开采厚度计算，取其中标高值大者作为两层煤的导水裂缝带最大高度。上、下煤的综合开采厚度的导水裂缝带最大高度。上、下煤的综合开采厚度的导水裂缝带最大高度。上、下煤的综合开采厚度的导水裂缝带最大高度。上、下煤的综合开采厚度可按下式计算：可按下式计算：可按下式计算：可按下式计算：MMx1-2x1-2MM2 2(M(M1 1h h1-21-2/y/y2 2)式中式中式中式中h h h h1-21-21-21-2上、下煤层之间的法线距离；上、下煤层之间的法线距离；上、下煤层之间的法线距离；上、下煤层之间的法线距离；y y y y2 2 2 2上层煤的冒落带高度与采厚之比。上层
42、煤的冒落带高度与采厚之比。上层煤的冒落带高度与采厚之比。上层煤的冒落带高度与采厚之比。覆岩破坏高度的计算覆岩破坏高度的计算开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度开采近距离煤层时冒落带和导水裂缝带高度 c)c)c)c)如果上、下煤的间距很小，则综合开采厚如果上、下煤的间距很小，则综合开采厚如果上、下煤的间距很小，则综合开采厚如果上、下煤的间距很小，则综合开采厚度取两层煤厚之和。求出综合开采厚度后，即可按度取两层煤厚之和。求出综合开采厚度后，即可按度取两层煤厚之和。求出综合开采厚度后，即可按度取两层煤厚之和。求出综合开采厚度后，即可按照单一煤层开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度照单一煤层开采时的冒
43、落带高度和导水裂缝带高度照单一煤层开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度照单一煤层开采时的冒落带高度和导水裂缝带高度的计算公式，计算出多煤层开采条件下冒落带高度的计算公式，计算出多煤层开采条件下冒落带高度的计算公式，计算出多煤层开采条件下冒落带高度的计算公式，计算出多煤层开采条件下冒落带高度和导水裂缝带高度。和导水裂缝带高度。和导水裂缝带高度。和导水裂缝带高度。水体下采煤的技术措施水体下采煤的技术措施留设安全煤岩柱留设安全煤岩柱处理水体处理水体开采技术措施开采技术措施留设安全煤岩柱留设安全煤岩柱在煤层至水体底面垂直距离很近的条件下，必须在煤层至水体底面垂直距离很近的条件下，必须在煤层至水体底面垂直
44、距离很近的条件下，必须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之间留设一定垂深的岩层在水体和煤层开采上限之间留设一定垂深的岩层在水体和煤层开采上限之间留设一定垂深的岩层在水体和煤层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和煤层，称为块段和煤层，称为块段和煤层，称为块段和煤层，称为安全煤岩柱安全煤岩柱安全煤岩柱安全煤岩柱。根据防水、防砂和防塌的不同要求，安全煤岩柱根据防水、防砂和防塌的不同要求，安全煤岩柱根据防水、防砂和防塌的不同要求，安全煤岩柱根据防水、防砂和防塌的不同要求，安全煤岩柱可分为可分为可分为可分为防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防
45、塌防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌煤岩柱煤岩柱煤岩柱煤岩柱。留设安全煤岩柱的实质是确定合理的留设安全煤岩柱的实质是确定合理的留设安全煤岩柱的实质是确定合理的留设安全煤岩柱的实质是确定合理的开采上限开采上限开采上限开采上限，保证导水裂缝带或冒落带不波及水体。这个开采保证导水裂缝带或冒落带不波及水体。这个开采保证导水裂缝带或冒落带不波及水体。这个开采保证导水裂缝带或冒落带不波及水体。这个开采上限，对水平的上限，对水平的上限，对水平的上限，对水平的煤层群煤层群煤层群煤层群来说是某一煤层，对于倾来说是某一煤层，对于倾来说是某一煤层，对于倾来说是某一煤层，对于倾斜
46、煤层来说是煤层的某一标高。斜煤层来说是煤层的某一标高。斜煤层来说是煤层的某一标高。斜煤层来说是煤层的某一标高。留设安全煤岩柱留设安全煤岩柱留设防水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防止水体中的水溃入井下的煤和岩层块段称为称为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果：结果：避免上覆水体涌入井下，并要使矿避免上覆水体涌入井下，并要使矿井涌水量不明显增加。井涌水量不明显增加。留设安全煤岩柱留设安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱
47、防水安全煤岩柱适用于下列情况：防水安全煤岩柱适用于下列情况：n na)a)各种大型地表水体下采煤；各种大型地表水体下采煤；各种大型地表水体下采煤；各种大型地表水体下采煤；n nb)b)各类地表水体和第四纪、第三纪松散含水层各类地表水体和第四纪、第三纪松散含水层各类地表水体和第四纪、第三纪松散含水层各类地表水体和第四纪、第三纪松散含水层下开采急倾斜煤层；下开采急倾斜煤层；下开采急倾斜煤层；下开采急倾斜煤层；n nc)c)厚度大、富水性强、补给充足的第四纪、第厚度大、富水性强、补给充足的第四纪、第厚度大、富水性强、补给充足的第四纪、第厚度大、富水性强、补给充足的第四纪、第三纪松散含水层下开采缓倾斜
48、或倾斜煤层；三纪松散含水层下开采缓倾斜或倾斜煤层；三纪松散含水层下开采缓倾斜或倾斜煤层；三纪松散含水层下开采缓倾斜或倾斜煤层；留设安全煤岩柱留设安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱n nd)d)水体与基岩间元隔水层或隔水层极薄条件下水体与基岩间元隔水层或隔水层极薄条件下水体与基岩间元隔水层或隔水层极薄条件下水体与基岩间元隔水层或隔水层极薄条件下开采缓倾斜或倾斜煤层；开采缓倾斜或倾斜煤层；开采缓倾斜或倾斜煤层；开采缓倾斜或倾斜煤层；n ne)e)含水丰富、补给充足的基岩含水层特别是岩含水丰富、补给充足的基岩含水层特别是岩含水丰富、补给充足的基岩含水层特别是岩含水丰富、补给充足的基岩含水
49、层特别是岩溶水体下采煤；溶水体下采煤；溶水体下采煤；溶水体下采煤；n nf)f)在水库、水源、水渠和池塘等生产和生活要在水库、水源、水渠和池塘等生产和生活要在水库、水源、水渠和池塘等生产和生活要在水库、水源、水渠和池塘等生产和生活要求保护的水体下采煤；求保护的水体下采煤；求保护的水体下采煤；求保护的水体下采煤；n ng)g)矿井排水能力有限或矿井涌水量增加会恶化矿井排水能力有限或矿井涌水量增加会恶化矿井排水能力有限或矿井涌水量增加会恶化矿井排水能力有限或矿井涌水量增加会恶化工作面作业环境的条件下采煤。工作面作业环境的条件下采煤。工作面作业环境的条件下采煤。工作面作业环境的条件下采煤。留设安全煤
50、岩柱留设安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱 防水安全煤岩柱的高度等于预计的导防水安全煤岩柱的高度等于预计的导水裂缝带最大高度加上适当的保护层厚度，水裂缝带最大高度加上适当的保护层厚度，即：即：HshHliHbn n式中：式中：式中：式中：H H H Hlililili导水裂缝带最大高度，按前述表中导水裂缝带最大高度，按前述表中导水裂缝带最大高度，按前述表中导水裂缝带最大高度，按前述表中给出的经验公式计算；给出的经验公式计算；给出的经验公式计算；给出的经验公式计算；n nH H H Hb b b b保护层厚度保护层厚度保护层厚度保护层厚度留设安全煤岩柱留设安全煤岩柱留设防水安全煤岩柱