煤矿覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术.ppt

煤矿覆岩破坏规律及煤矿覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术近水体煤层开采技术煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院文学宽文学宽 一、覆岩破坏规律研究的目的Ø采掘工作面支护参数及井巷煤柱的合理留设；Ø水体下煤层开采可行性评价及开采上限合理确定；Ø煤层群上行开采的可能性和安全性评价；Ø高瓦斯、易自燃近距离煤层开采防灭火措施制定；Ø“双突”矿井瓦斯预抽范围及解放层的选取；Ø采矿权重叠矿井安全评价二、覆岩破坏的研究简史 覆岩破坏的研究只有近百年的历史前苏联、德国、比利时、中国等国学者均进行了研究近年来，由于研究方法、计算机的广泛和实测手段的应用，使覆岩破坏的研究进入了一个新的发展阶段，但由于覆岩的复杂性、现场实测条件的限制，至今未形成系统的理论目前应用比较广泛的理论或假说：Ø拱形垮落理论：Ø悬梁（或悬板）垮落理论：Ø垮落岩块碎胀充填理论：Ø垮落岩块铰接理论：三、覆岩破坏与采动影响p采动影响引起覆岩移动变形和破坏p采动影响是指回采引起的围岩活动现象及造成的种种损害，包括：Ø采动后岩层（岩体）和地表的应力变化；Ø采动后岩层（岩体）和地表整体性移动；Ø采动后岩层（岩体）和地表垮落开裂性破坏。

采场采动影响的分布特征p 在采用长壁全部垮落采煤法的情况下，采空区顶、底板岩层及所采煤层本身中的采动影响，按其性质及程度可分为三个区带，即：应力微变化区；微小变形与移动区；开裂垮落性破坏区p 以上这三个区带的范围大小主要受采厚、倾角、岩性、地层结构等影响p 下面以中等硬度岩（煤）层为例，说明采场采动影响的分布特征： 采动影采动影响部位响部位 采动影向性质采动影向性质 不同煤层倾角采动影响范围不同煤层倾角采动影响范围 （米）（米）采动影响后果采动影响后果 ≤ ≤35° 35° 36~54° 36~54° ≥ ≥55° 55° 工作面工作面前前( (后后) )方所采方所采煤层本煤层本身身 应力微变化区应力微变化区微小变形与移动区微小变形与移动区开裂垮落性破坏区开裂垮落性破坏区80~15080~15030~3530~350~3 0~3 80~15080~15030~3530~35—— —— —————————— —— 巷道维护容易巷道维护容易, ,透气性微增透气性微增, ,隔水性不变隔水性不变巷道维护困难巷道维护困难, ,隔水性微受影响，透气性隔水性微受影响，透气性增加增加巷道不能维护、隔水（气）性完全破坏巷道不能维护、隔水（气）性完全破坏 采空区采空区上（下）上（下）侧所采侧所采煤层本煤层本身身 应力微变化区应力微变化区微小变形与移动区微小变形与移动区开裂垮落性破坏区开裂垮落性破坏区（下侧）（下侧）80~100*80~100*( (下侧）下侧）15~25**15~25**( (下侧）下侧）2~32~3（上侧）（上侧）40~6040~60（上侧）（上侧）10~3010~30（上侧）（上侧）2~52~5（上侧）（上侧）30~5030~50（上侧）（上侧）10~3010~30（上侧）（上侧）5~205~20巷道维护容易巷道维护容易, ,透气性微增透气性微增, ,隔水性不变隔水性不变巷道维护困难巷道维护困难, ,隔水性微受影响，透气性隔水性微受影响，透气性增加增加巷道不能维护、隔水（气）性完全破坏巷道不能维护、隔水（气）性完全破坏 采空区采空区顶板岩顶板岩层层 整体移动带整体移动带开裂性破坏带开裂性破坏带垮落性破坏带垮落性破坏带30~40m30~40m以上以上9~30m9~30m0~6m 0~6m 30~40m30~40m以上以上9~30m9~30m0~6m 0~6m ————3~21m3~21m（煤层）（煤层）3~7m3~7m（煤层）（煤层） △△巷道有可能维护、透气性增加，隔水巷道有可能维护、透气性增加，隔水性微受影响性微受影响△△巷道难以维护，隔水（气）性完全破巷道难以维护，隔水（气）性完全破坏坏△△巷道不能维护，隔气性完全破坏，无巷道不能维护，隔气性完全破坏，无隔水、泥、砂能力隔水、泥、砂能力采空区采空区底板岩底板岩层层 鼓胀开裂带鼓胀开裂带微小变形与移动带微小变形与移动带应力微变化带应力微变化带 8~15***8~15***20~25****20~25****60~80 60~80 —————————— —— —————————— —— △△△△巷道难以维护，隔水（气）性受破巷道难以维护，隔水（气）性受破坏坏△△△△巷道可以维护、隔水（气）性受破巷道可以维护、隔水（气）性受破坏坏巷道维护容易，透气性微增，隔水性不巷道维护容易，透气性微增，隔水性不受影响受影响 采场采动影响的分布特征 注：注：m——m——采厚采厚覆岩切冒型破坏破坏形态：既不象有规律的“三带” 型破坏，又不象非均衡破坏那样逐渐向上抽冒，而是突然一次性的由煤层顶板直达地表。

垮落下来的岩块与未垮落岩体之间的裂隙形如刀切破坏特点：Ø垮落岩体呈反漏斗形状；Ø单次垮落的面积大；Ø垮落范围小于开采范围；Ø地表下沉均匀，周边裂隙宽度达0.5m，深不见底产生条件：覆岩整体性强，坚硬难冒，如大同矿区单向抗压强度80-200MPa开采煤层厚度大，开采深度小，如大同煤厚5-6m，采深100m以内覆岩拱冒型破坏破坏形态：Ø覆岩在局部地方或大面积发生垮落，但发展到一定高度后形成悬顶、垮落的范围呈拱形破坏特点：Ø近煤层的顶板岩层受到破坏、远离煤层的顶板岩层不受到破坏；Ø采空区周围垮落高度小，中央垮落高度大，类似拱形；Ø垮落有时瞬时发生，有时是逐次发生；产生条件：Ø开采范围小或巷道掘进时；Ø长壁开采初次放顶时；Ø垮落条带法开采；Ø急倾斜煤层回采区段的倾斜及走向长度较小覆岩“三带”型破坏：采用全部垮落法处理采空区的长壁工作面煤层采出后，从煤层直接顶板开始，由下向上依次垮落、开裂、离层、弯曲经过若干时间终止移动从特殊开采需要出发、对移动期间和移动稳定后的上覆岩层，按其破坏程度的不同，大致可分为垮落带、裂隙带、弯曲带覆岩垮落带破坏 长壁工作面回柱放顶或移架后，与煤层毗邻的直接顶失去支撑力，垮落、破碎形成岩块堆，其特点：Ø不规则性。

垮落带下部为不规则垮落垮落带内岩块不能传递水平力，控顶范围内垮落带的岩层重量由支柱或支架支撑Ø膨胀性岩石的碎胀性使垮落带岩石的体积增大，使垮落带与未垮落顶板岩层下方的自由空间逐渐变小，使垮落不再继续Ø高度控制因数垮落带与煤层采厚、上覆岩层岩性、碎胀系数、煤层倾角和直接顶厚度覆岩裂隙带破坏 垮落带之上的和整体移动带之间的岩层产生断裂或裂缝其特点：Ø岩层破坏有规则：无论是垂直岩层面或平行岩层面的裂缝均使岩层保持原有的层状；Ø破坏程度分带明显：裂隙带在垂直剖面上分为：严重断裂、一般开裂和微小开裂Ø破坏高度与开采空间与时间关系：破坏高度随开采空间扩大而向上发展，达到最大高度之后，不再发展，并随时间推移，岩层趋于稳定上部裂隙逐渐闭合，其高度随之降低；Ø重复采动减弱破坏程度：厚煤层第一分层以后的分层开采时，裂隙带高度上升的幅度和初次采动减小覆岩弯曲带破坏 裂隙带上界至地表的岩层称为弯曲带，曾称弯曲下沉带或整体移动带其特点：Ø垂直弯曲、水平受压、隔水性增强岩层在自上而下沿层面法向弯曲，在水平处于双向受压，当岩性较软时，隔水性能增强Ø岩层完整不存在破坏岩层移动连续有规律，保持整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂隙。

Ø上方地表形成下沉盆地盆地边缘往往要出现长裂隙，其深度3-5m，一般小于10m裂隙宽度向下渐窄，至一定深度后闭合消失覆岩“三带”型破坏的最终形态 覆岩“三带”型破坏形态不仅决定覆岩的破坏范围，而且决定破坏的最大高度 以前认为采场与掘进巷道的覆岩破坏形态类似，均为中间高、四周低的拱形形态通过现场实测：长壁全陷开采缓倾斜煤层，当工作面初次放顶后，不再出现垮落拱，其形态与煤层倾角有关按倾角划分为3种形态：Ø近水平、缓倾斜煤层：0-35°；Ø中倾斜煤层：36-54°；Ø急倾斜煤层：55-90°近水平、缓倾斜煤层覆岩破坏最终形态（0°≤α ≤35°） 除特别坚硬岩层其裂隙带两端边界一般会超出开采边界，呈马鞍形其特点：Ø 采空区四周边界略高中间较低，两端较高，最高位于采空区斜上方Ø 采空区中央破坏高度一致采空区面积相当大，且采厚大体相等时，中央破坏高度基本一致Ø 垮落角、裂隙角大于移动角采空区四周边界垮落带、裂隙带范围与开采边开采边界上水平面形成的垮落角和裂隙角比基岩移动角大马鞍形产生原因：Ø煤层倾角小Ø开采边界区和采区中央区的变形值不同。

Ø工作端部和中部下沉量和下沉速度不一样中倾斜煤层覆岩破坏范围最终形态（36°≤α ≤54°）产生原因：当煤层倾角为36-54°时，采后垮落岩块落到采空区底板后，向采空区下部滚动，使采空区下部被垮落岩块填满，从而不再继续垮落而采空区上部，由于垮落岩块的流失，等于增加了开采空间，故破坏高度大 垮落带、裂隙带破坏范围在倾斜方向上呈上大狭小的抛物线拱形形态但在走向方向上仍为马鞍形形态急倾斜煤层覆岩破坏范围最终形态（55°≤α ≤90°） 垮落带呈耳形或上大下小的不对称拱形，裂隙带形状与垮落带类似其特点：Ø破坏性影响更加偏向于采空区上边界；Ø破坏范围有顶板、底板及所采煤层本身；Ø随煤层倾角的加大，垮落带、裂隙带范围逐渐转变为椭圆拱形形态产生原因： 开采倾角较大的急倾斜煤层时，由于垮落带岩块滚动下滑加剧，迅速充填采空区下部空间，限制了下部的垮落带和裂隙带向上发展采空区上部、边界煤柱片帮、破碎、抽冒，使垮落带和裂隙带急剧向上发展覆岩破坏范围最大高度一、影响覆岩范围最大高度的主要因素岩性软硬程度： 覆岩直接顶和基本顶都比较坚硬的条件下，下沉量小，使垮落过程充分发展，“两带”高度大。

而软弱岩层顶板松软破碎，随采随落，采空区易充满，覆岩下沉量大，“两带”变化小为了便于进行覆岩破坏最大高度的计算，按覆岩单向抗压强度划分为四类覆岩岩性覆岩岩性单向抗压强度单向抗压强度 ( (MPaMPa) )主要岩石名称主要岩石名称坚硬岩石：坚硬岩石：中硬岩石：中硬岩石：软弱岩石：软弱岩石：极软岩石：极软岩石： 40~80 40~80 20~40 20~40 10~20 10~20 <10 <10石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩砂岩、泥质灰岩、砂石页岩、页岩砂岩、泥质灰岩、砂石页岩、页岩泥岩、泥质砂岩泥岩、泥质砂岩铝土岩、风化泥岩、粘土、砂质粘土铝土岩、风化泥岩、粘土、砂质粘土采高及厚煤层分层次数一次采全高或厚煤层分层初次开采时“两带”高度与采高呈近似直线关系，水平至倾斜厚煤层分层开采或近距离煤层群重复开采条件下“两带”高度随分层次数的增加呈分式函数的关系增长，其增加的幅度越来越小采空区面积 采空区尺寸的扩大会导致两带高度的增加，但在工作面放顶线后方垮落岩石堆已经接顶的地方，垮落带最大高度就达到了最大值（顶板极坚硬的除外）（共距离为：中硬岩石自煤壁到岩石堆接顶处5~15米）； 导水裂缝带高度则在经过回采工作面第一次放顶和老顶周期来压以及地表出现最大下沉速度时出现。

以后再扩大采空面积则不再增加了此时采空区走向长度：中硬20~60米分层号分层号地表最大下沉速度地表最大下沉速度（（mm/dmm/d））地表出现最大下沉地表出现最大下沉速度时，地表下沉速度时，地表下沉值占最终下沉值的值占最终下沉值的比例（比例（%%））地表最大下沉速度地表最大下沉速度点离工作面的水平点离工作面的水平距离（距离（mm））导水裂缝带发展到导水裂缝带发展到最大高度的时间最大高度的时间（（d d））第一分层第一分层第二分层第二分层第三分层第三分层20205454555515.015.050.050.057.457.430~3530~3510~1510~1510~1510~1515~3015~305~105~105~105~10采煤方法和顶板管理方法 采煤方法和顶板管理方法是控制覆岩破坏性影响最大高度的重要因素特别是顶板管理方法，它决定着覆岩破坏性影响的基本特征和最大高度常见有全部陷落法、全部充填、条带法不同的顶板管理方法形成不同的覆岩破坏高度 全部陷落法是采用最普遍的，使覆岩破坏最严重的一种顶板管理方法采用全陷法管理顶板，除了采厚极小（0.5~0.7m以下）时，顶板会缓慢下沉和顶板极为坚硬时不发生破坏以外，一般都发生垮落性和开裂性破坏，并且有“三带”的性质。

时间过程 时间过程在两个方面起作用：①导水裂缝带发展到最大高度以前：导水裂缝带的高度随着时间而增长中硬覆岩在回柱放顶后1~2个月时间内达到最大值坚硬覆岩，比中硬要长一些，软弱覆岩，比中硬要短一些 ②导水裂缝带发展到最大高度（或最大值）以后导水裂缝带的发展过程出现稳定和导水裂缝带高度有所降低，坚硬覆岩：随时间，导水裂缝带最大高度基本没有变化最多96~240个月）均未发生变化（指导水裂缝带高度）软弱覆岩：随时间的增加，导水裂缝带最大高度有所下降，导水裂缝带的稳定时间，最少0.37个月，一般6~9个月，最多12~17个月下降速度为：0.4m/月近水平、缓倾斜煤层覆岩破坏最大高度计算 为实际应用方便及统一起见，均以开采上限（或回风巷顶）至两带形态曲线的最高点作为两带的高度1.水平，缓倾斜及中倾斜煤层垮落导水裂缝带最大高度的计算（1）垮落带高度； 根据岩石的强度，其垮落带计算公式如下：坚硬中硬软弱极软 岩性计算公式之一（m）计算公式之二（m）坚硬中硬软弱极软弱导水裂缝带高度式中： —煤层累计采厚，m； 单层采厚不超过3m，累计采厚不超过15m。

近距离煤层导水裂缝带高度计算△ 上、下两层煤的最小垂距大于下层煤的垮落带高度分别进行计算，取其中标高最高者作为两层煤的导水裂缝带最大高度△上、下两层煤的最小垂距小于下层煤的垮落带高度上层煤采用本层煤的开采厚度计算，下层煤则应用上、下层煤的综合开采厚度计算取其中标高最高者为两层煤的导水裂缝带最大高度三个部分的透水性能不同，但都不能透砂、透泥  上、下煤层综合开采厚度式中：M1——上煤层开采厚度； M2——下煤层开采厚度； h1—2——上、下层煤距离； y2——下煤层冒高与采厚之比 如果上、下层煤之间的距离很小时，则综合开采厚度为累计厚度： 厚煤层综放开采导水裂缝带高度： 我国上世纪八十年代从法国引进的厚煤层综采放顶煤一次采全厚的技术在国内已得到广泛推广应用据测定厚煤层综放开采覆岩破坏的高度与“三下”采煤规程中通过厚煤层分层开采，且单煤层采厚不超过3m的计算公式得出的结果相比较，前者要大（见下表） 根据国内为数不多的观测资料得出：厚煤层综放开采条件下的导水裂缝带最大高度与采厚虽然也近似分式函数关系，但其关系曲线上升速度高于分层开采。

说明随着采厚的增加，综放开采导水裂缝带最大高度增加更快 矿井工作面裂采比兴隆庄兴隆庄兴隆庄杨村矿振兴矿下沟矿53065306431430115#层外段ZF280211.111.39.09.711.2512.71导水裂缝带高度与开采方法关系曲线导水裂缝带高度与开采方法关系曲线1-薄煤层或中厚及厚煤层顶分层开采；2-中厚及厚煤层分层开采；3-中厚及厚煤层综放开采 综放开采覆岩破坏高度实测值与规程规定公式计算值比较 矿名采厚综放开采实测规程规定公式计算注垮高裂高垮高裂高高度垮采比高度裂采比高度垮采比高度裂采比杨村矿6.4345.31629.6913　2.0　50.6　7.9　工作面长120m6.4314.84528.1313　2.0　50.6　7.9　走向长700m620342712.7　2.1　49　8.2　岩性：中硬5.6203.57427.512.4　2.2　47.3　8.5　兴隆庄矿6.976.711.113.413.5　1.91.9　52.5　 7.6工作面长160m7547.752.9　7.6　走向长>1000m　　　　　岩性：中硬下沟矿8.5　　114～12813.41～15.0514.41.7　58.3　6.9　岩性：中硬鲍店矿8.5　　97～10711.41～12.5814.41.7　58.3　6.9　岩性：中硬济三矿6.318.6～21.7　66.610.376.36.36.3　88850.28工作面长170m6.368.610.8550.28走向长1614.8m6.366.510.5250.28岩性：中硬　　　层间距：平均34.84m综放开采两带高度计算 山东兴隆庄煤矿通过综放开采导水裂隙带高度的实测拟合出，综放开采“两带”破坏高度。

垮落带高度的计算式为： 100ΣM Hk＝ --------------- + 3.15 5.45ΣM＋5.82导水裂缝带的计算式为： 100ΣM Hk＝--------------- + 3.15 0.84ΣM＋4.57急倾斜煤层覆岩破坏最大高度计算急倾斜煤层覆岩破坏最大高度计算 谢 谢 !水体下采煤技术与典型案例分析煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院文学宽文学宽文学宽文学宽 一、我国水体下压煤概况一、我国水体下压煤概况 我国幅员辽阔，煤层赋存范围宽广，但水文地质条件比较复杂，受水威胁的煤田和水体下压煤储量十分巨大仅我国重点国有煤矿受水威胁的煤炭储量大约250亿吨，其中受地表水体（江、河、湖、海等）、松散含水层、基岩含水层等水体威胁的煤炭储量近百亿吨。

仅就受河流影响来看，就有200多个矿井受百余条大小河流威胁，大、小湖泊、水库等对近100个矿井安全开采构成了威胁，因此，我国所有产煤大省、市均面临着水体下压煤问题，给我国煤炭生产的迅速发展造成了巨大影响二、二、 水体下采煤的特点水体下采煤的特点 地下开采引起的岩层与地表移动，能使开采层围岩中的含水层水、溶洞水以及位于开采影响范围内的地表水和泥沙溃入井下，威胁矿山的安全生产因此，在水体下开采时必须采取措施，避免因矿井涌水量突然增大而严重地恶化井下工作环境，保证开采过程中不发生灾害性透水、溃砂事故 进行水体下开采时，主要考虑开采引起进行水体下开采时，主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通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因此，研究覆岩移的裂缝是否波及到水体因此，研究覆岩移动破坏规律，特别是能够导水的裂缝带的高动破坏规律，特别是能够导水的裂缝带的高度及其分布形态至关重要度及其分布形态至关重要 相对而言，此时对地表变形的研究退居到次相对而言，此时对地表变形的研究退居到次要位置。

因为在许多情况下，尽管地表产生要位置因为在许多情况下，尽管地表产生较大的移动和变形甚至出现裂缝，但是只要较大的移动和变形甚至出现裂缝，但是只要这些裂缝在某个深度上自行闭合而不构成涌这些裂缝在某个深度上自行闭合而不构成涌水的通道，就不会发生透水事故水的通道，就不会发生透水事故n n水体下开采时的保护对象和保护范围也具有某种特殊性 本来水体下开采时的保护对象主要是矿井本身（在需要时才考虑水体及其附属设施的保护），但是为了达到保护矿井的目的，却不得不保护本身并不一定有保护价值的水体和水体下方的岩层块段 此外，覆岩破坏一旦波及到水体，哪怕只触及到水体的边缘也会导致水体中的水全部流人井下因此从这个意义上讲，水体须作为一个整体加以保护n n根据水体下开采问题的特点，在进行水体下开采时应始终把着眼点放在如何想方设法使水体和开采区域之间不形成透水的通道，或者水体与开采区域之间虽已构成水力联系但能为矿井排水能力所接受。

1、我国水体下开采概况 我国从上世纪50年代开始，进行了水体下顶水开采的试验研究半个多世纪以来，通过科研院所和生产矿井的多方面的试验研究和大量的生产实践，取得了在江、河、湖等地表水体下及地下各类含水层水体下顶水开采的成功如江西省丰城矿务局坪湖煤矿在巨厚岩溶水体下采煤、四川省广旺矿务局宝轮院煤矿在龙泉水库下采煤、上海大屯煤电公司徐庄煤矿在微山湖下采煤、安徽省淮南矿务局李咀孜、孔集煤矿在淮河下采煤、龙口北皂煤矿海下采煤等三、我国水体下开采现状2、我国水体下采煤研究成果 我国是世界上进行水体下采煤和开采的较早国家之一，从1958年开始，我国刘天泉院士（已故）就根据当时的苏联，澳大利亚、波兰等国的水体下采煤的研究，试验经验在中国开展了水体下采煤的试验研究在我国的湖下、河下、水库下，含水层下进行了大量的开采实践通过水体下采煤的试验研究和科学实践取得了一系列水体下采煤理论研究和开采成果n n制定水体下采煤的法规制定水体下采煤的法规 1984年由原煤炭工业部颁布了《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，从而使得水体下压煤的安全开采有了可遵循的技术法规。

n n建立并发展了覆岩破坏的理论建立并发展了覆岩破坏的理论 煤层开采后覆岩破坏由垮落带、导水裂缝带和整体移动带组成的“三带”理论n n拟合出用分数函数预计拟合出用分数函数预计“两带两带”高度的经验公式高度的经验公式 针对不同的岩性，拟合出了两套相对应的垮落带、导水裂缝带，即所谓“两带”的计算公式用于指导水体下采煤的设计与实践3、我国水体下采煤的有关法规、我国水体下采煤的有关法规 1984年由原煤炭工业部颁布了《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，该规程中涉及水体下采煤的法规如下：第第51条条 近水体采煤时，必须严格控制对水体的采动影响程度按水体的类型、流态、规模、赋存条件及允许采动影响程度，将受开采影响的水体分为不同的采动等级对不同采动等级的水体，必须采用留设相应的安全煤岩柱的措施矿区的水体采动等级允许采动程度水体采动等级水体类型允许采动程度要求留设的安全煤岩柱类型Ⅰ1．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．急倾斜煤层上方的各类地表水体和松散含水层水体5．要求作为重要水源和旅游地保护的水体不允许导水裂隙带波及到水体顶板防水安全煤岩柱水体采动等级水体类型允许采动程度要求留设的安全煤岩柱类型Ⅱ1．底界面下为具有多层结构、厚度大、弱含水的松散层或松散层中、上部为强含水层，下部为弱含水层的地表中、小型水体2．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、上部孔隙强、中含水层水体3．有疏降条件的松散层和基岩弱含水层水体　　允许导水裂缝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　　顶板防砂安全煤岩柱Ⅲ1．底界面下为稳定的厚粘性土隔水层的松散层中、上部孔隙弱含水层水体2．已或接近疏干的松散层或基岩水体　　允许导水裂缝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　　顶板防塌安全煤岩柱第第51条条 符合下列条件之一者，水体的压煤允许开采：符合下列条件之一者，水体的压煤允许开采：符合下列条件之一者，水体的压煤允许开采：符合下列条件之一者，水体的压煤允许开采： 1) 1)水体与设计开采界限水体与设计开采界限( (煤层煤层) )之间的最小距离，符合之间的最小距离，符合5050条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤( (岩岩) )柱尺寸。

柱尺寸 2) 2)水体与设计开采界限水体与设计开采界限( (煤层煤层) )之间的最小距离，略小之间的最小距离，略小于第于第5050条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤煤( (岩岩) )柱尺寸，本矿井又有类似条件的近水体采煤成功柱尺寸，本矿井又有类似条件的近水体采煤成功经验和可靠数据的经验和可靠数据的 3) 3)在技术可能、经济合理的条件下，能够实现改道在技术可能、经济合理的条件下，能够实现改道( (河流河流) )和放空和放空( (水库、采空积水区等水库、采空积水区等) )的水体或能够实观的水体或能够实观完全疏干，以及堵截住水源补给通道的松散孔隙含水层完全疏干，以及堵截住水源补给通道的松散孔隙含水层水体或基岩孔隙水体或基岩孔隙——裂隙、岩溶裂隙、岩溶——裂隙含水层水体裂隙含水层水体  4)4)地质、开采技术条件较好，并在有条件采用开采技术措随地质、开采技术条件较好，并在有条件采用开采技术措随及其他措施后，水体与设计开采界限及其他措施后，水体与设计开采界限( (煤层煤层) )之间的最小距离能之间的最小距离能满足第满足第5050条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤( (岩岩) )柱尺寸。

柱尺寸 5)5)地质条件允许时，可以在枯水季节进行开采的季节件水地质条件允许时，可以在枯水季节进行开采的季节件水体第第第第5252条条条条 符合下列条件之一者，水体的压煤允许进行试采：符合下列条件之一者，水体的压煤允许进行试采： 1)1)水体与设计开采界限水体与设计开采界限( (煤层煤层) )之间的最小距离，不符合第之间的最小距离，不符合第5050条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤( (岩岩) )柱尺寸，柱尺寸，但水体与煤层之间有良好隔水层，或者通过对岩性、地层组合但水体与煤层之间有良好隔水层，或者通过对岩性、地层组合结构及顶板垮落带、导水裂缝带高度或底板采动导水破坏带深结构及顶板垮落带、导水裂缝带高度或底板采动导水破坏带深度、承压水导升带厚度分析，确认无溃水、溃沙或突水可能的度、承压水导升带厚度分析，确认无溃水、溃沙或突水可能的  2)2)水体与设计开采界限水体与设计开采界限( (煤层煤层) )之间的最小距离，虽略小之间的最小距离，虽略小于第于第5050条表中各水体采动等级要求的相应类型安全煤岩柱尺条表中各水体采动等级要求的相应类型安全煤岩柱尺寸，但本矿区无此类近水体采煤经验和数据的。

寸，但本矿区无此类近水体采煤经验和数据的 3)3)水体与设计开采界限水体与设计开采界限( (煤层煤层) )之间无足够厚度的良好隔之间无足够厚度的良好隔水层，但采用充填法或条带法等开采方法可使顶板导水裂水层，但采用充填法或条带法等开采方法可使顶板导水裂 缝带高度或底板采动导水破坏带深度不达到水体的缝带高度或底板采动导水破坏带深度不达到水体的 4)4)水体与设计开采界限水体与设计开采界限( (煤层煤层) )之间的最小距离，虽符合之间的最小距离，虽符合第第5050条表中要求留设的相应类型安全煤岩柱尺寸，但煤层为条表中要求留设的相应类型安全煤岩柱尺寸，但煤层为倾角大于倾角大于55°55°的急倾斜中厚煤层和厚煤层的急倾斜中厚煤层和厚煤层 5)5)水体与设计开采界限水体与设计开采界限( (煤层煤层) )之间的最小距离，虽符合之间的最小距离，虽符合第第5050条表中要求留设的相应类型安全煤岩柱尺寸，但水体压条表中要求留设的相应类型安全煤岩柱尺寸，但水体压煤地区地质构造比较发育。

煤地区地质构造比较发育四四. 影响水体下安全开采的因素影响水体下安全开采的因素水体类型及与开采煤层的相对位置水体类型及与开采煤层的相对位置水体类型及与开采煤层的相对位置水体类型及与开采煤层的相对位置 地表水体：如江河湖海、水库坑塘；地下的孔隙水体、基地表水体：如江河湖海、水库坑塘；地下的孔隙水体、基岩裂隙水体、灰岩岩溶水体岩裂隙水体、灰岩岩溶水体防水煤岩柱含、隔水性及结构防水煤岩柱含、隔水性及结构防水煤岩柱含、隔水性及结构防水煤岩柱含、隔水性及结构 含、隔水层的划分：土层中粘土（粒径小于含、隔水层的划分：土层中粘土（粒径小于0.005mm0.005mm）大）大于于30%30%，防水性良好；岩层中泥岩、页岩、砂质页岩防水性，防水性良好；岩层中泥岩、页岩、砂质页岩防水性好；岩层中软岩隔水性好，泥质胶结的砂岩隔水性软硬岩好；岩层中软岩隔水性好，泥质胶结的砂岩隔水性软硬岩层交互沉积，且软岩距煤层较近的结构较好层交互沉积，且软岩距煤层较近的结构较好覆岩导水裂缝带高度及波及范围覆岩导水裂缝带高度及波及范围覆岩导水裂缝带高度及波及范围覆岩导水裂缝带高度及波及范围 对于地表水体，松散层底部和基岩中的强、中含水层水体对于地表水体，松散层底部和基岩中的强、中含水层水体或要求保护的水源。

不允许导水裂缝带波及；对于松散层底或要求保护的水源不允许导水裂缝带波及；对于松散层底部的弱含水层水体，允许波及对于厚松散层底部为极弱含部的弱含水层水体，允许波及对于厚松散层底部为极弱含水层或可以疏干的含水层，允许波及，同时允许垮落带波及水层或可以疏干的含水层，允许波及，同时允许垮落带波及五五.水体下采煤的方式水体下采煤的方式顶水开采顶水开采 对水体基本不处理，在水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱疏水开采疏水开采 利用矿井排水系统，开掘专门疏水巷道，通过巷道或钻孔疏通上部水体后开采可以先疏后采或边采边疏顶疏结合开采顶疏结合开采 采多层水体或多层含水体威胁，对于远离煤层水体顶水开采，较近煤层采用疏水开采堵截水源与处理水体后开采堵截水源与处理水体后开采 六六. 水体下采煤安全煤水体下采煤安全煤 岩柱留设岩柱留设 安全煤岩柱是从开采上限至上覆水体底安全煤岩柱是从开采上限至上覆水体底界面之间的煤层、岩层和松散层的总称界面之间的煤层、岩层和松散层的总称 留设原则：保证水体下安全开采，尽可留设原则：保证水体下安全开采，尽可能地减少留煤柱所造成的资源损失。

能地减少留煤柱所造成的资源损失1 、、应留设安全煤岩柱的水体类型应留设安全煤岩柱的水体类型 “三下”采煤规程第三章第43条对水体下安全煤岩柱的留设规定的同时，也强调了水体下只要按照规程规定留设了安全煤岩柱，就允许水体下压煤进行开采或试采 矿井、水平、采区设计时确定安全煤岩柱的水体主要有：ØØ水体与设计开采界限（煤层）之间的最小距离，既不符合第水体与设计开采界限（煤层）之间的最小距离，既不符合第5050条表条表4 4中各采动等级水体要求的相应安全煤岩柱尺寸，有中各采动等级水体要求的相应安全煤岩柱尺寸，有不能采用可靠的开采技术措施以保证安全正常生产的；不能采用可靠的开采技术措施以保证安全正常生产的；ØØ在目前技术条件下，只能采用该道（河流）、放空（水库）、在目前技术条件下，只能采用该道（河流）、放空（水库）、疏干（含水层）或堵截水源等办法处理，但在经济上又属严疏干（含水层）或堵截水源等办法处理，但在经济上又属严重不合理的水体；重不合理的水体；ØØ位于预计顶板垮落带、导水裂缝带内，且无疏放水条件的沙位于预计顶板垮落带、导水裂缝带内，且无疏放水条件的沙砾、孔隙强含水层和砂岩、石灰岩裂隙岩溶强含水层、岩溶砾、孔隙强含水层和砂岩、石灰岩裂隙岩溶强含水层、岩溶地下暗河和有突水危险的含水断层与陷落柱等水体；地下暗河和有突水危险的含水断层与陷落柱等水体；ØØ位于预计底板采动导水破坏带内，或底板采动导水破坏带与位于预计底板采动导水破坏带内，或底板采动导水破坏带与承压水导升带联通，且无疏放条件和可能产生底板突水灾害承压水导升带联通，且无疏放条件和可能产生底板突水灾害的水体；的水体；ØØ预计采后矿井用水量会急剧增加，超过矿井正常排水能力，预计采后矿井用水量会急剧增加，超过矿井正常排水能力，且水量长期稳定不变，增加排水能力难以实现或排水费用高且水量长期稳定不变，增加排水能力难以实现或排水费用高昂的；昂的；ØØ煤层开采后，地表和岩层有可能产生抽冒、切冒型塌陷、地煤层开采后，地表和岩层有可能产生抽冒、切冒型塌陷、地质弱面活化和突然下沉而引起溃沙、溃水灾害的；质弱面活化和突然下沉而引起溃沙、溃水灾害的；ØØ对国民经济和人民生活有重大影响的河流、湖泊、水库及旅对国民经济和人民生活有重大影响的河流、湖泊、水库及旅游景点的地面、地下水体。

游景点的地面、地下水体2、安全煤岩柱的种类及留设方法、安全煤岩柱的种类及留设方法 安全煤岩柱种类安全煤岩柱种类: 防水安全煤岩柱防水安全煤岩柱; ; 防砂安全煤岩柱防砂安全煤岩柱; ; 防塌安全煤岩柱防塌安全煤岩柱 安全煤岩柱留设方法如下：安全煤岩柱留设方法如下：n n防水安全煤岩柱留设方法留设目的：不允许导水裂隙带波及水体留设目的：不允许导水裂隙带波及水体（（1 1）地表有松散覆盖层时）地表有松散覆盖层时 HHShSh≥H≥HLiLi+H+Hb b式中式中 HHShSh----------------防水煤柱垂高，防水煤柱垂高，mm；； HHLiLi----------------导导水裂隙水裂隙带带最大高度，最大高度，mm；； HHb b----------------保保护层护层厚度，厚度，mm（（（（2 2）当煤系地层上部无松散层覆岩，采深较小时，）当煤系地层上部无松散层覆岩，采深较小时，）当煤系地层上部无松散层覆岩，采深较小时，）当煤系地层上部无松散层覆岩，采深较小时，应考虑地表应考虑地表应考虑地表应考虑地表裂隙（裂隙（裂隙（裂隙（diLidiLi）））） HHshsh≥H≥Hli li+H+Hb b+H+Hdilidili(3)松散层为强或中等含水层，与之接触的基松散层为强或中等含水层，与之接触的基岩风化带也含水，则应考虑基岩风化带深度岩风化带也含水，则应考虑基岩风化带深度（（Hfefe）） Hshsh≥Hli li+Hb b+Hfefe 防砂安全煤柱留设方法防砂安全煤柱留设方法留设目的：允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏降的松留设目的：允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏降的松留设目的：允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏降的松留设目的：允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏降的松 散强含水层。

其垂高（散强含水层其垂高（散强含水层其垂高（散强含水层其垂高（HHS S）））） HHS S≥H≥Hmm+H+Hb b 防塌安全煤岩柱留设方法防塌安全煤岩柱留设方法设目的：允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏干的松散强含设目的：允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏干的松散强含设目的：允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏干的松散强含设目的：允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏干的松散强含水层，同时允许垮落带接近松散层底部其垂高（水层，同时允许垮落带接近松散层底部其垂高（水层，同时允许垮落带接近松散层底部其垂高（水层，同时允许垮落带接近松散层底部其垂高（HHt t）等于或接）等于或接）等于或接）等于或接近于垮落带的最大高度（近于垮落带的最大高度（近于垮落带的最大高度（近于垮落带的最大高度（HHmm）即）即）即）即 HHt t≈H≈Hmm防水安全煤岩柱保护层厚度防水安全煤岩柱保护层厚度防砂安全煤岩柱保护层厚度防砂安全煤岩柱保护层厚度急倾斜煤层防水及防砂煤岩保护层厚度急倾斜煤层防水及防砂煤岩保护层厚度七七. 水体下采煤井下安全技术措施水体下采煤井下安全技术措施n n择优开采 先采远离水体，后采临近水体煤层；先采隔水层厚的，后采隔水层薄的煤层；先采远离水体，后采临近水体煤层；先采隔水层厚的，后采隔水层薄的煤层；先采深部后采浅部煤层；先采地质条件简单，后采地质条件复杂煤层。

先采深部后采浅部煤层；先采地质条件简单，后采地质条件复杂煤层n n分层间歇开采 厚煤层分层开采，使首分层开采后，软化覆岩，厚煤层分层开采，使首分层开采后，软化覆岩，“ “两带两带” ”高度降低高度降低n n分阶段开采 急倾斜煤层划分为小阶段沿走向开采，以减小开采空间，降低急倾斜煤层划分为小阶段沿走向开采，以减小开采空间，降低“ “两带两带” ”高度n n限厚开采 距水体较近，而煤层厚度或其他原因不宜分层开采时距水体较近，而煤层厚度或其他原因不宜分层开采时n n充填法、部分开采 水体下开采典型案例分析水体下开采典型案例分析 1、我国水体下开采实践2、中国海下采煤、中国海下采煤 龙口矿区龙口矿区: :中国海下采煤梦开始的地方；中国海下采煤梦开始的地方； 龙口矿区龙口矿区: :中国海下采煤梦想成真的地方中国海下采煤梦想成真的地方 公元公元20052005年年6 6月月1818日，龙口矿业集团正式对外宣日，龙口矿业集团正式对外宣布：北皂煤矿海下采煤工作面开始联合试运转，中布：北皂煤矿海下采煤工作面开始联合试运转，中国第一车乌金运出地面。

从这一天开始，我国无海国第一车乌金运出地面从这一天开始，我国无海下采煤的历史宣告结束，成为继英国、日本、加拿下采煤的历史宣告结束，成为继英国、日本、加拿大、澳大利亚之后的第五个海下采煤国家大、澳大利亚之后的第五个海下采煤国家3、国外海下采煤概况、国外海下采煤概况 世界上进行过海下采煤的国家有：英国、澳大利亚、日本、加拿大和智利，采煤方法多为房柱式开采，也有长壁综采国外海下采煤有着悠久的历史，英国早在1560年就已开始开采海底煤田，日本于1863年在长崎县高岛矿建了一座深45m的竖井开采海底煤田，加拿大海下采煤始于1874年 国外海下采煤产量最多的是英国和日本，英国曾达到1300万t/a，日本曾达到1235万t/a一般多在海滩及浅海下开采，离岸距离：英国约为5~8Km，日本约为12Km以上英国海下采煤煤层厚度一般介于0.6~3m，海水深度为7m，没有发生透水事故当采用长壁或房柱式开采时，英国、日本规定第四系粘土层厚度小于5m时，采深应大于105m，其采深采厚比约为60，英国还规定煤系地层厚度应大于60m；在第四系粘土层厚度大于5m时，采深应大于70m加拿大规定深厚比大于100时，才允许用长壁垮落法开采。

 日本海下采煤的海水深度一般0~15m，局部达70~80m，采深一般在海下200~500m，井筒大多建在陆地，井底至工作面一般7~12Km由于工作面远离井筒，造成运输和通风等条件恶化，因此，从50年代开始，日本就在海域水深10m左右处填筑人工岛开凿竖井解决通风问题，人工岛最大直径达205m，并逐渐向海域深部发展日本海下采煤积累了许多经验，并制定了许多海下采煤的法律法规由于资源枯竭，大部分矿井已停止海下开采，目前进行海下采煤的有原隶属于 太平洋兴发株式会社的钏路煤矿等国外海下长壁法采煤的相关安全技术规定国外海下长壁法采煤的相关安全技术规定n n海域下采煤的一条重要经验就是必须制定特殊的采掘计划和详细的安全措施国外海下采煤国家多数采用房柱法或宽房回柱法而较少采用长壁法进行海下采煤，且对允许采用长壁法的开采条件制定了较为严格的规定（见表1-1） 允允许许全采的最小全采的最小覆盖覆盖层层厚度（厚度（m））允允许许最小深度下全采的最大采厚最小深度下全采的最大采厚（（m））国国 家家1051.7英国大于采厚的60倍无限制澳大利亚100（无第四系地层）无限制日本150无限制智利213无限制加拿大表表1-1 国外海下长壁法采煤的相关安全技术规定国外海下长壁法采煤的相关安全技术规定国外海下房柱法采煤最小覆盖层厚国外海下房柱法采煤最小覆盖层厚度的规定度的规定n n实际上国外海下采煤大量的采用房柱法或宽房回柱法，除了其传统习惯和技术装备外，采用部分开采法进行海下采煤其安全性相对要高，且最小覆盖层厚度相对较小，即其开采上限可以相对提高，达到提高矿井回采率的目的。

国外对采用房柱法进行海下采煤时的最小覆盖层厚度的规定见表1-2n n有资料表明，澳大利亚在水体下大范围内采用房柱法开采时，其最小覆盖层厚度大于120呎（36.58m）表表1-2 国外海下房柱法采煤最小覆盖国外海下房柱法采煤最小覆盖层厚度的规定层厚度的规定国国 家家允允许许部分开采的部分开采的最小覆盖最小覆盖层层厚度厚度（（m））规规定形式定形式备备 注注英国60命令（国家煤炭局） 仅用于部分开采澳大利亚46指南（州政府）仅用于部分开采日本93法规仅用于部分开采智利70命令（矿山指导处） 仅用于部分开采加拿大（新斯科舍）55命令（皇家法案）仅用于部分开采国外海下采煤基岩面变形的规定国外海下采煤基岩面变形的规定n n国外海下采煤在对允许开采煤层的覆盖层厚度做出规定的同时，更进一步地对基岩面变形量做出规定实际上，当允许开采煤层厚度一定的情况下，其覆盖层厚度与其顶面变形量是相关的，这样做的目的主要是为了避免超强度开采引起基岩面过度开裂，导致井下涌水量增大见表1-3表表1-3 国外海下采煤基岩面变形量的国外海下采煤基岩面变形量的规定规定国国 家家允许最大拉伸变形值（mm/m）规规定形式定形式英国10命令（国家煤炭局）澳大利亚7.5指南（州政府）智利5.03命令（矿山指导处）加拿大（新斯科舍）7.71命令（皇家法案）n n澳大利亚根据其地质开采条件和海下采煤实践，对采动引起的基岩面变形开裂极为重视，并进行了地表移动规律观测研究，总结出具有普遍意义的预计公式。

新南威尔士煤田得出的确定海床最大拉伸变形值的普遍公式：n n式中，Emax为最大拉伸变形值，mm/m；K是由观测结果求出的系数为0.75；Smax为大范围全部回采的最大下沉值，由观测结果求出为0.6M，M为煤层采厚；D为基岩厚度n设基岩面的最大允许拉伸变形值为7.5 mm/m，于是上述公式可写成：n也就是说，如果产生在基岩面的最大拉伸变形不超过7.5 mm/m，当全部回采时，采厚为1.0m，基岩厚度应为60m该经验公式对第四系厚度小、基岩岩性较硬、开采深度相对较浅的大型水体下采煤具有很高的参考意义国外海下开采安全保障措施n n英国海下采煤防水措施，主要是从采煤方法、开采顺序、回采工作面布置、探查断层构造以及水质分析等综合措施，达到控制海下采煤的涌水量，而不采取为了堵水在井下设置防水闸门或防水墙的措施实际上进行海下采煤，首要的是严格执行有关法律条文和国家煤炭局的有关规定，其次是在覆岩厚度小的地段按规定将长壁开采改为短壁、房柱或条带开采，一般不采用充填开采n n日本煤矿保安规程制定了一系列详细的安全技术措施，最主要的是：①对预定采掘的区域及其周围海域，必须进行周密的探测，通过钻孔探明海底至煤层之间的地质情况，钻孔必须用水泥封孔。

②掘进巷道时，如果地质条件不明，应打10m以上的超前钻孔必要时，还应在巷道前进方向的旁侧方向打超前钻孔，探测有无出水的可能性掘进工作面推进到离超前钻孔孔底5m时，应重新钻孔巷道掘进面要比采煤工作面超前50m以上n n龙口矿区含煤面积约350Km2，矿区目前已探明煤炭储量为26.8亿t，其中陆地为13.9亿t，海域下为12.9亿t（仅北皂煤矿海域下，称为海域扩大区） n n北皂煤矿位于龙口矿区西北部，滨临渤海，其海域扩大区处于井田北部渤海海域内，东至海域21勘探线，西和北至煤层露头，南至渤海海岸线，面积约18.1Km2 4、龙口矿区海下采煤情况、龙口矿区海下采煤情况n n北皂井田处于不完整的龙口北皂井田处于不完整的龙口——黄县断陷盆地内矿区海黄县断陷盆地内矿区海域煤田是陆地煤田的延伸煤系地层为新生代下第三系，域煤田是陆地煤田的延伸煤系地层为新生代下第三系，主要由钙质泥岩、泥岩、含油泥岩、油页岩、粘土岩、主要由钙质泥岩、泥岩、含油泥岩、油页岩、粘土岩、含砾砂岩及粗砂岩等软弱岩层组成北皂矿海域扩大区含砾砂岩及粗砂岩等软弱岩层组成北皂矿海域扩大区海水深度海水深度0~12m0~12m，由海底至煤，由海底至煤4 4底板油页岩总厚度底板油页岩总厚度340~400 340~400 mm。

含煤含煤4 4层，可采和局部可采煤层共层，可采和局部可采煤层共3 3层，其中煤层，其中煤2 2厚度厚度一般为一般为3.5~4.5m3.5~4.5m，为海域下首采区主要可采煤层岩层走，为海域下首采区主要可采煤层岩层走向向NENE，倾向，倾向SESE，倾角，倾角1~10˚1~10˚n n海域下采用三条暗斜井从矿井现有开采水平延深开拓方海域下采用三条暗斜井从矿井现有开采水平延深开拓方式，其中轨道暗斜井和皮带暗斜井从式，其中轨道暗斜井和皮带暗斜井从-250m-250m水平延深，回水平延深，回风暗斜井从风暗斜井从-175m-175m水平延深，海域下开采水平设计在水平延深，海域下开采水平设计在- -350m350m水平 龙口矿区开创了我国海域下采煤的先例龙口矿区开创了我国海域下采煤的先例n n北皂煤矿完成了一个面长146.6m，推进度535m的H2103综放面的开采，安全采出煤炭43.2万t完成了一个面长146.6m，推进度1440m，有效可采储量90万吨的H2106综放面的掘进准备工作该面于2008年7月1日正式投产，截止到2008年12月31日已推进631m，安全采出煤炭48.3万t，预计该面采至2009年6月底结束。

在开采期间进行了海下工作面开采覆岩运动、支撑压力和导水裂隙带高度的实测，形成我国大型水体下综采工作面安全开采的生产技术工艺，在课题研究期间安全采出煤炭资源91.5万t，收到了巨大的经济效益谢 谢 !广东大兴煤矿特大水灾事故广东大兴煤矿特大水灾事故典型案例分析典型案例分析 2005年8月7日13时13分，广东省梅州市大兴煤炭发生特大透水事故，造成121人死亡，伤1人，直接经济损失4391.02万元一、煤矿演变过程一、煤矿演变过程 1 1、矿井由来、矿井由来 20世纪90年代，在原四望嶂矿务局范围内，约有300处小煤窑开采由于乱采滥挖，使国有煤矿失去了安全生产的基本条件，加之企业亏损严重，经梅州市同意，将原四望嶂矿务局开采范围和有关资产有偿转让给民营企业继续经营生产，并重新规划为大径里、梨树坑、东兴、大兴、大窝里和上丰煤矿6对矿井，大兴煤矿是其中的一个矿井 2 2、建井情况、建井情况 大兴煤矿是合伙煤矿企业，始建于1990年，原为一个主井和一个风井，位于原四望嶂矿务局一矿井田范围内，2003年将永丰煤矿的一个井买来作为副井，形成现有的主井、副井和风井。

3 3、生产情况、生产情况 大兴煤矿是一矿两井生产，主井和副井生产管理相对独立，主井和副井分别出煤，材料、设备、人员分别走主、副井，共用一个风井回风大兴煤矿煤炭生产许可证核定的年生产能力为3万吨，2004年实际生产原煤9万吨二、大兴煤矿概况二、大兴煤矿概况 大兴煤炭位于梅州市的兴宁市黄槐镇，在兴宁市和平远县交界处，南距兴宁市44km，北距平远县22km，东南距梅县64km 1、矿井地质、水文地质情况、矿井地质、水文地质情况 大兴煤矿为二叠系上统龙潭组含煤底层，走向东西，倾向南，倾角55o～75o平均65o，属极倾斜煤层，井田范围东以F16断层为界，西以F1断层为界，上以-180m隔水煤柱为界，下至-500m水平 煤层本身水文地质条件较简单以上部水淹区估算积水体积为1500万～2000万立方米，对矿井开采形成极大威胁 2、煤层情况、煤层情况 大兴煤矿井田主要有5个煤层，自下而上分别为七煤、六煤、五煤、四煤（9号煤）、三煤（10号煤），其中七煤和四煤为全井田可采，三煤为局部可采，六煤和五煤不可采。

七煤厚度0～1.79m，平均0.91m，靠近F16断层附近煤层厚度变大，上距四煤平均距离为36.27m；四煤平均厚度为0.28～7.28m，平均厚度为3.54m，中间夹两层火成岩侵蚀层，厚0.3～0.8m，上距三煤平均间距28.42m；三煤厚度为0.04～4.02m，平均厚度为1.11m 3 3、矿井开拓方式、矿井开拓方式 大兴煤矿采用斜井开拓方式，主、副井和风井三条明斜井与暗斜井分三级延伸至-480m水平主斜井由地面+282m至－55m水平，第一级暗斜井由-55m水平至-290m水平，第二级暗斜井由-290m水平至-480m水平副斜井由地面+356m至+42m水平，第一级暗斜井由＋42m水平至-290m水平，第二级暗斜井从-290m水平至-480m水平风井由地面+282m至+75m水平；第一级暗斜井+75m水平至-55m水平，第二级暗斜井-55m水平至-290m水平 4、采煤方法、采煤方法 大兴煤矿采用斜坡短壁采煤法，采用打眼爆破落煤工艺，自然垮落管理顶板，开采顺序为下行式 5、提升运输系统、提升运输系统 大兴煤矿采用三级提升，井下平巷采用人力推车；-480m水平煤炭通过第二级暗斜井提升到-290m水平，由第一级暗斜井分别提升到-55m水平或+42m水平，再由主、副井分别提升到地面；材料和设备下放与煤炭运输方向相反。

6、通风系统、通风系统 大兴煤矿通风方式为中央并列抽出式通风，由主、副井进风，风井回风 7 7、排水系统、排水系统 大兴煤矿深部正常涌水量150m3/h，最大涌水量200m3/h；矿井分三级排水，-480m水平的水先排到-290m水平，再由-290m水平分别排到-55m水平和+42m水平，分别通过主、副斜井排至地面  三、水害矿井积水区下开采三、水害矿井积水区下开采 1、矿井积水区的形成、矿井积水区的形成 1999年11月，因小煤窑开采破坏，当年降水量大，矿井排水能力不足及排水费用过高，矿井采区被淹，井下巷道大量积水，为了保护矿井不被淹掉和减少排水费用，各矿均在-180m水平以上，各水平构筑了井下堵水闸墙，六对矿井共构筑29处堵水闸墙，使-180m水平以上采空区逐步充满矿井水，从+262m平硐溢出，形成积水区 2、积水区下部的煤炭开采形成、积水区下部的煤炭开采形成 2000年5月大兴煤矿（原永丰煤矿）委托北京煤炭设计研究院编制完成了《永丰煤炭延深方案设计》和《防水闸墙施工计算咨询》，该设计从-180m水平至-290m水平留设垂高110m防水隔离煤柱，延深开采积水区下深部煤炭资源。

2001年2月26日由广东省经贸委审查通过该设计，该矿开始向深部延伸开采 四、水害事故发生经过四、水害事故发生经过 2005年8月7日13时13分左右，大兴煤矿上部水淹区-290m标高防水煤岩柱被破坏，发生透水，透水发生后，主、副井井筒均有雾气冒出，出现反风现象13时30分，副井调度室接到-290m水平西三暗斜井绞车房（-281m），说“水很大，我跑不出去了，…….”，但话未说完就断了，说明此时水已涨至-281m绞车房14时，水已涨至离主井口80m（斜长），此时水位为+245m透水后原四望嶂一矿明斜井水位从+262m降至+255.5m，下降6.5m，经专家估算，矿井总透水量约为25万立方米 五、抢险救灾经过五、抢险救灾经过 大兴煤矿特大透水水害事故发生以后，党中央、国务院领导同志做出重要批示，要求全力以赴抢救被困人员，并保证抢险救灾人员的安全国家安监总局和广东省委省政府主要领导及时赶赴现场，组织抢险救灾工作，立即成立大兴煤矿特大透水水害事故现场抢险救援指挥部，迅速启动重特大安全事故应急预案来自广东省、梅州市、兴宁市党委、政府和有关部门以及各方面300余人参加了抢险救援，并聘请了国内有关技术专家组成专家组，提供技术服务，指导救援工作。

 制订了《抢险排水总体方案》，形成了“强排、封堵、多点、防渗”的综合抢险排水工作方案，并根据现场条件具体细化，科学论证，组织分步实施，取得积极的效果广东省迅速从江西、河南、中煤排水站调集了6台大流量高扬程潜水泵，以及19名专业技术人员投入抢险排水，8月9日19时20分主井水泵排水，8月15日3时40分副井、风井相继排水，截至8月18日，共排水25万m3，发现3具遇难矿工尸体 六、特大水害事故的分析六、特大水害事故的分析 事故类别是一起透水事故，主要依据是：①2005年8月7日14时，主井被淹至+245m，突水量大且迅猛；②事故发生后，+262m平硐水流突然断流，8月12日22时，+262m平硐水位为+253.5m，水位下降8.5m，说明-180m以上老空水淹区的积水溃入大兴煤矿 事故性质是一起责任事故 特大水害事故的原因分析特大水害事故的原因分析 经调查和专家组技术鉴定，认定在主井东翼四煤-400m石门以东150m附近，由于煤层倾角大（75度左右）、厚度大（3～4），小断层发育，煤质松散易塌落，-400m以上各水平在生产过程中煤层均发生过严重抽冒。

在此抽冒严重的情况下，大量出煤，超强度开采，致使-180m水平至-290m水平防水煤柱抽冒导通了+262m水平至-180m水平的水淹区，造成上部水淹区的积水大量溃入大兴煤矿，导致事故的发生一、煤层抽冒调查情况一、煤层抽冒调查情况 据矿井生产资料显示，水害事故矿井东翼-290m石门东侧四煤厚度3～4m，倾角大约75o，较松散，小断层发育，易发生抽冒，在-290m水平石门东侧约35m处，四煤回采曾发生抽冒；在同一位置-320m水平石门以东2个反眼，反眼长约100m和-360m水平暗斜井以东4个反眼，四煤也均发生了抽冒，此外，东翼-400m石门以东150m处，也发生过四煤大规模抽冒，其抽冒煤量约3000t，抽冒后，在-360m水平巷道向下能看见宽8m、深10m的大坑，向上可看见2～3m的抽冒带，2～3个月后，该地点再次发生抽冒，原塌陷大坑被抽冒的四煤所充填，且塌陷的煤较潮湿 上述资料证明在-400m石门以东150m范围的四煤层在-290m以下各水平开采时，都发生了大量的抽冒现象，使-290m至-180m防隔水煤柱被破坏。

二、透水地点的认定二、透水地点的认定 专家分析认定，水害事故的透水点在矿井东翼-400m石门东150m附近的-290m水平四煤层，其主要依据是： 1、事故前该区域开采强度大、事故前该区域开采强度大 矿井西翼小断层发育，且瓦斯较大，煤层较硬，开采规模不大；矿井中部煤层厚度较薄，不便于开采；而矿井东翼煤层倾角大（60o～80o）、厚度大、煤层松散、易塌落，是该矿的主要采煤区，而且开采强度一直很大 2、该区域煤层厚、出煤多，曾多次发生抽冒、该区域煤层厚、出煤多，曾多次发生抽冒 矿井西翼煤层较硬，据了解没有发生过抽冒；中部煤层较薄，未进行大规模开采；矿井东翼-400m石门四煤厚度3～4m，倾角大，约75o，较松散，小断层发育，易发生抽冒，是该矿的主要产煤区，据事故矿井资料证实，从2004年到现在，在东翼-400m石门东侧-400水平以上各水平都在出煤，且出煤量较大，在8月7日13时13分透水事故发生前的8月7日早上还看到在该地区采出105～120t，该处四煤的出煤量为9000t左右。

 3、该区域离、该区域离F16断层较近，小断层发育、煤层倾角大易抽冒断层较近，小断层发育、煤层倾角大易抽冒 据水害矿井生产资料证实，东翼-400m石门以东150m处距离F16断层仅100m左右，F16断层为逆断层，断距90m，该处-290m水平的四煤小断层发育，煤层比较松散，且此处四煤倾角是全矿井最大的地方，平均煤层倾角达75o左右，近似直立，易抽冒 由于各水平煤层均已发生抽冒，以致-180m水平至-290m水平防水隔煤柱被抽冒破坏，导通了原四望嶂矿区+262m至-180m水淹区积水，造成水淹区积水溃入大兴煤矿三、水害矿井透水水源的认定三、水害矿井透水水源的认定 该矿发生透水后，+262m平硐水流突然断流，据8月12日22时观测，水位降至+253.5m，水位下降8.5m，8月10日23时在原四望嶂一矿明斜井观测，原+262m水位线痕迹明显，实际水位已降至+255.5m，水位下降6.5m，水很臭；说明此次突水水源为+262m至-180m水淹区水 综合分析认定，大兴煤矿透水地点为在矿井东翼-400m石门东150m的-290m水平四煤处，水的来源是原四望嶂矿区＋262m至-180m水淹区积水。

四、特大水害矿井透水量的计算四、特大水害矿井透水量的计算 该矿历年所产煤炭共约38万吨，煤的视密度为1.6t/m3，采空区充水系数按1计算（因采后顶板不冒落），据专家组计算采空区体积约20万km3，巷道容积约5万km3，因此该矿透水量约25万km3 据调查了解，8月7日13时13分发生透水事故，至13时30分，矿井被淹至-281m，透水量达23.1万m3，据此估算此段时间的透水强度约为1.36万 m3/min；从13时30分至14时，矿井被淹至+245m，此时间段透水量约1.9m3，估算此段时间的透水强度约为633m3/min1.对开采区域上部采空区有积水的矿井，必须先排空采空区积水，方可进行采掘活动，否则不许生产；2.矿与矿之间要按《煤矿安全规程》规定留足矿界煤柱，矿井内设计的其他各类保安煤柱，一定要严格保护，如有煤柱垮塌都应及时维护，并停止出煤，更不能区偷采煤柱；3.对有水害危险的矿井，一定要配备相应的探访水设备，对工作面有疑点的，应采取“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”十六字原则和“防、堵、疏、排、截”五项治理措施；4.停产整顿煤矿在停产整顿期间，要严格按照制定的整改方案进行整改，防止停而不改，利用整改之名违法出煤生产；特大水害事故防范措施及建议特大水害事故防范措施及建议5.煤矿必须依法生产，依法经营，要按照规定范围开采，没有“四证一照”的矿井不得开采；6.认真落实安全生产责任制，杜绝违章指挥、违章作业、煤矿企业的矿长及其他管理人员，一定要牢固树立“安全第一、预防为主”的思想，要严格执行各项规章制度，有事故隐患及主要危险源存在的矿井，发现问题，要及时整改，把事故消灭在萌芽之前；7.矿井要按核定的生产能力生产，不得超能力生产。

水体下急倾斜煤层开采技术水体下急倾斜煤层开采技术文学宽文学宽 研究员研究员 煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院联系：联系：联系：联系：1368156942513681569425淮河下急倾斜煤层开采实例淮河下急倾斜煤层开采实例 淮南孔集煤矿是在含水层下开采急倾斜煤层群的矿井淮南孔集煤矿是在含水层下开采急倾斜煤层群的矿井具有煤层厚、层数多、倾角大、煤质松软易于抽冒、部分煤具有煤层厚、层数多、倾角大、煤质松软易于抽冒、部分煤层顶板坚硬以及砂层含水丰富且与淮河水有直接水力联系等层顶板坚硬以及砂层含水丰富且与淮河水有直接水力联系等特点，地质和水文地质条件十分复杂特点，地质和水文地质条件十分复杂 该矿采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，在水体底界与开该矿采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法，在水体底界与开采上限留设采上限留设90~100m90~100m垂高的防水煤柱为了控制急倾斜煤垂高的防水煤柱为了控制急倾斜煤层开采后煤柱的抽冒实现安全开采，采取了有效的开采技术层开采后煤柱的抽冒实现安全开采，采取了有效的开采技术措施1 1、长走向、小阶段、间歇开采、长走向、小阶段、间歇开采 该方法有利于顶板充分冒落、上覆地层整体平缓下沉该方法有利于顶板充分冒落、上覆地层整体平缓下沉和避免防水煤柱受到剧烈破坏，可起到抑制导水裂缝带和避免防水煤柱受到剧烈破坏，可起到抑制导水裂缝带发展的作用。

具体参数是：工作面沿走向的连续回采长发展的作用具体参数是：工作面沿走向的连续回采长度不小于度不小于100m100m；第一水平第一小阶段的段高不大于；第一水平第一小阶段的段高不大于20m20m，以下各小阶段采后的导水裂高发展情况而定，且，以下各小阶段采后的导水裂高发展情况而定，且一般也不应大于一般也不应大于30m30m，下一小阶段应在上一小阶段采后，下一小阶段应在上一小阶段采后4~64~6个月回采个月回采2 2、按尺定产，控制超限出煤、按尺定产，控制超限出煤 为了防止人为因素造成煤柱抽冒制定了采出量与允许采为了防止人为因素造成煤柱抽冒制定了采出量与允许采出量的定期核算制度每星期核算一次，及时发现问题，采取出量的定期核算制度每星期核算一次，及时发现问题，采取措施，保证安全生产所谓超限出煤就是采出了规定回采范围措施，保证安全生产所谓超限出煤就是采出了规定回采范围以外的煤炭，可用下式表示：以外的煤炭，可用下式表示：△△Q==Q1 1——2 2式中式中 △ △————超限出煤量，超限出煤量，t t；； 1 1 ————实际产量（统计产量），实际产量（统计产量），t t；； 2 2 ————允许煤量，允许煤量，t t。

3 3、充填法开采、充填法开采 对于一些地质、水文地质条件复杂的煤层，或为了少对于一些地质、水文地质条件复杂的煤层，或为了少留防水煤柱，减少地表移动及变形值等，使用了充填法开留防水煤柱，减少地表移动及变形值等，使用了充填法开采孔集煤矿用矸石充填法开采了采孔集煤矿用矸石充填法开采了2020多个厚和中厚煤层工多个厚和中厚煤层工作面，采出煤炭作面，采出煤炭8080多万多万t t经采后施工的冒落孔（探测导水经采后施工的冒落孔（探测导水裂高的钻孔）资料证实，即使只充采一个下阶段，以下用裂高的钻孔）资料证实，即使只充采一个下阶段，以下用垮落法开采，导水裂高只有全部垮落法开采的垮落法开采，导水裂高只有全部垮落法开采的1/2~1/31/2~1/34 4、采后黄泥注浆、采后黄泥注浆 为解决部分工作面顶板（或煤层）局部导水裂缝带发为解决部分工作面顶板（或煤层）局部导水裂缝带发展过高的问题，保证下一小阶段工作面的安全开采，可利展过高的问题，保证下一小阶段工作面的安全开采，可利用在地面施工的冒落孔对采空区进行黄泥注浆，以封堵导用在地面施工的冒落孔对采空区进行黄泥注浆，以封堵导水裂缝和固结采空区已冒落的煤矸，达到抑制防水煤柱抽水裂缝和固结采空区已冒落的煤矸，达到抑制防水煤柱抽冒和降低导水裂高的目的，并可起到防火作用。

孔集煤矿冒和降低导水裂高的目的，并可起到防火作用孔集煤矿曾有计划地先后利用曾有计划地先后利用1414个冒落孔对个冒落孔对4 4个工作面进行黄泥注浆，个工作面进行黄泥注浆，共注入黄泥共注入黄泥3211m3211m3 3，效果良好效果良好5 5、中深孔挤压爆破强制放顶、中深孔挤压爆破强制放顶 我国煤矿大都采用自然垮落法管理顶板，已达到安我国煤矿大都采用自然垮落法管理顶板，已达到安全开采的目的然而，有些煤层顶板坚硬难冒，不得不全开采的目的然而，有些煤层顶板坚硬难冒，不得不采用爆破的方法，进行人工强制放顶对于急倾斜煤层采用爆破的方法，进行人工强制放顶对于急倾斜煤层的爆破放顶在淮南的孔集煤矿采用的爆破放顶在淮南的孔集煤矿采用““中深孔挤压爆破中深孔挤压爆破””进行了试验研究进行了试验研究5.1 5.1 挤压爆破的原理挤压爆破的原理 当急倾斜煤层开采之后，还未进行爆破放顶之前，煤当急倾斜煤层开采之后，还未进行爆破放顶之前，煤柱也会有一些抽冒，这些抽冒下来的松散煤体，占据了爆柱也会有一些抽冒，这些抽冒下来的松散煤体，占据了爆破放顶的自由空间因此，为了在急倾斜煤层取得好的爆破放顶的自由空间。

因此，为了在急倾斜煤层取得好的爆破放顶效果，如另外再开凿爆破所需的自由空间，在技术破放顶效果，如另外再开凿爆破所需的自由空间，在技术上的难度比较大，且在经济上也不合算，只能在这种条件上的难度比较大，且在经济上也不合算，只能在这种条件下借助爆破时巨大的冲击力，挤压顶板所对应采空区里的下借助爆破时巨大的冲击力，挤压顶板所对应采空区里的松散煤体使其退移、压实，以获得爆破所需的补偿空间，松散煤体使其退移、压实，以获得爆破所需的补偿空间，达到预期的爆破顶板的效果达到预期的爆破顶板的效果5.2 5.2 挤压爆破的方法和爆破参数挤压爆破的方法和爆破参数 为了获得较大的爆破冲击力，爆破时采用多排炮孔、为了获得较大的爆破冲击力，爆破时采用多排炮孔、逐排微差毫秒爆破的起爆方法逐排微差毫秒爆破的起爆方法 （（1 1）爆破巷道布置方式）爆破巷道布置方式 爆破放顶工作，主要在爆破石门内进行爆破石门既爆破放顶工作，主要在爆破石门内进行爆破石门既是爆破放顶工作的场所，又是爆破放顶的主体和提供一是爆破放顶工作的场所，又是爆破放顶的主体和提供一部分补偿空间的自由面。

部分补偿空间的自由面 爆破石门沿工作面的回风巷每隔爆破石门沿工作面的回风巷每隔15m15m往煤层顶板掘进；往煤层顶板掘进；也可在顶板岩石里专门掘一条和回风巷相平行的顶板岩巷，也可在顶板岩石里专门掘一条和回风巷相平行的顶板岩巷，然后再沿顶板岩巷每隔然后再沿顶板岩巷每隔15m15m向回风巷方向掘爆破石门向回风巷方向掘爆破石门 （（2 2）炮孔布置）炮孔布置 每排炮孔都布置成扇形，扇形面与煤层层面平行，并每排炮孔都布置成扇形，扇形面与煤层层面平行，并分成双面扇形和单面扇形两种分成双面扇形和单面扇形两种（（3 3）炮孔数和排数）炮孔数和排数 扇形炮孔的孔数和排数是由大密集系数确定的大扇形炮孔的孔数和排数是由大密集系数确定的大密集系数的计算公式如下：密集系数的计算公式如下：m=a / wm=a / w式中式中 m m ————大密集系数；大密集系数； a a ————炮孔孔底间距，炮孔孔底间距，mm；； w w ————最小抵抗线，即排距，最小抵抗线，即排距，mm。

（（4 4）装药量及装药方式）装药量及装药方式 炮孔孔径为炮孔孔径为58mm58mm左右为改善爆破时的间隙效应，左右为改善爆破时的间隙效应，使单发雷管所能传爆的炸药长度尽量增加，我们加大了使单发雷管所能传爆的炸药长度尽量增加，我们加大了炸药药卷的直径和单卷药卷的长度爆破放顶药卷的直炸药药卷的直径和单卷药卷的长度爆破放顶药卷的直径径45mm45mm，长，长500mm500mm，重，重800g800g每个炮孔除孔口每个炮孔除孔口2m2m装装填封泥外，其余部分全部装药每两卷药插填封泥外，其余部分全部装药每两卷药插1 1个电雷管，个电雷管，每排炮孔使用同时起爆的雷管，但排与排之间为微差起每排炮孔使用同时起爆的雷管，但排与排之间为微差起爆，延时起爆时间爆，延时起爆时间130ms130ms5.3 5.3 爆破放顶与回采的顺序爆破放顶与回采的顺序 两种爆采顺序：两种爆采顺序： （（1 1）采后爆破爆破范围内煤层已回采，且掩）采后爆破爆破范围内煤层已回采，且掩护支架已经下放而形成的采空区内进行护支架已经下放而形成的采空区内进行（（2 2）采前爆破。

没有顶板岩巷的爆破只能采取采前爆破采前爆破没有顶板岩巷的爆破只能采取采前爆破5.4 5.4 挤压爆破放顶效果挤压爆破放顶效果 7 7个工作面个工作面9696次的中深孔挤压爆破，安全采出次的中深孔挤压爆破，安全采出1515万万t t煤炭为水体下安全开采顶板坚硬难冒的急倾斜煤层取得煤炭为水体下安全开采顶板坚硬难冒的急倾斜煤层取得了如下经验了如下经验 （（1 1）在顶板的爆破范围内，形成了一个截槽同时，）在顶板的爆破范围内，形成了一个截槽同时，使顶板更大范围产生崩开裂缝，从而加速了顶板岩层的变使顶板更大范围产生崩开裂缝，从而加速了顶板岩层的变形、冒落，充填了部分采空区，对抑制防水煤柱抽冒过高形、冒落，充填了部分采空区，对抑制防水煤柱抽冒过高和促使采动引起的破坏影响由煤柱转向顶板方面起到了一和促使采动引起的破坏影响由煤柱转向顶板方面起到了一定的作用定的作用（（2 2）导水裂缝带最大高度由所采煤层内转移到顶板内，）导水裂缝带最大高度由所采煤层内转移到顶板内，其绝对值接近于缓倾斜煤层其绝对值接近于缓倾斜煤层3 3）由于实现了爆破放顶，留设的防水煤柱未发生过高）由于实现了爆破放顶，留设的防水煤柱未发生过高的抽冒，因而煤柱上方冲积层水位没有异常变化，工作面的抽冒，因而煤柱上方冲积层水位没有异常变化，工作面涌水量也没有增加。

涌水量也没有增加4 4）地表没有出现突然塌陷的现象地表没有出现突然塌陷的现象6 6、结论、结论 通过采取开采措施在孔集煤矿正常地质采矿条件下，通过采取开采措施在孔集煤矿正常地质采矿条件下，只需留设只需留设70~80m70~80m高的防水煤柱就能保证用垮落法安全开高的防水煤柱就能保证用垮落法安全开采急倾斜煤层；用矸石充填法开采时，只需留设采急倾斜煤层；用矸石充填法开采时，只需留设30~40m30~40m的防水煤柱的防水煤柱 必须指出，急倾斜煤层导水裂缝带高度虽有经验公式必须指出，急倾斜煤层导水裂缝带高度虽有经验公式可以进行计算，但由于影响裂高发展的因素很多，因此除可以进行计算，但由于影响裂高发展的因素很多，因此除根据相似地质采矿条件下的实际裂高资料，确定留设新工根据相似地质采矿条件下的实际裂高资料，确定留设新工作面得防水煤柱之外采取有效的开采措施，控制防水煤柱作面得防水煤柱之外采取有效的开采措施，控制防水煤柱的抽冒，才会取得水体下急倾斜煤层的安全开采的抽冒，才会取得水体下急倾斜煤层的安全开采谢 谢 ！水体上开采技术与典型案例分析煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院文学宽文学宽 研究员研究员 一、水体上开采概况一、水体上开采概况1 1、水体上水害状况、水体上水害状况 水体上水害约占矿井水害的一半。

水体上水害约占矿井水害的一半 上世纪上世纪8080年代与年代与5050年代相比，突水频率增长年代相比，突水频率增长2.572.57倍 1956-19861956-1986年年3030年间，淹井年间，淹井222222起，突水起，突水16001600次，次，13181318人丧人丧生 1984-19851984-1985年一年间，全国因底板突水而淹井事故年一年间，全国因底板突水而淹井事故2222起，起，仅开滦、焦作、肥城就有仅开滦、焦作、肥城就有6 6对井被淹峰值水量高达对井被淹峰值水量高达2050m³/min2050m³/min，世界之最世界之最2 2、水上威胁矿井数量和煤量、水上威胁矿井数量和煤量 目前受水威胁的矿井约目前受水威胁的矿井约300300处，约占大型矿井的一半处，约占大型矿井的一半 受水威胁储量近百亿吨受水威胁储量近百亿吨二、水体上开采方案二、水体上开采方案 长期以来，对受承压水威胁煤层的安全开采主要采取两种方案。

1、强排深降 能确保安全，但存在一定的问题，所用的较少2、带压开采 成本低，对环境危险小，但技术复杂，有一定的风险 若措施得力，能防止突水，保水采煤三、水体上开采突水机理三、水体上开采突水机理 早期仅限于突水现象的表面描述和对突水资料归类导早期仅限于突水现象的表面描述和对突水资料归类导出公式，出公式，2020世纪世纪4040年代开始用力学观点探讨过突水机理年代开始用力学观点探讨过突水机理1 1、相对隔水层概念、相对隔水层概念 前苏联的斯列沙运夫提出安全水头的静力学公式前苏联的斯列沙运夫提出安全水头的静力学公式Han=2Kpt/L²+rtHan=2Kpt/L²+rt式中：式中：Han——Han——安全水值，安全水值，MpaMpa；； KpKp————隔水层抗张强度，隔水层抗张强度，MpaMpa；； t——t——煤层底板隔水层厚度，煤层底板隔水层厚度，mm；； L——L——巷道宽度或工作面最大控顶距，巷道宽度或工作面最大控顶距，mm；； r——r——隔水岩层的重力密度，隔水岩层的重力密度，N/m³N/m³；；r r 当实际水头当实际水头HshHsh＞安全水头＞安全水头HanHan时则不安全。

时则不安全n2、突水系数概念 我国上世纪60年代焦作水文地质会战时提出，作为突水预测的标准临界突水系数T 单位隔水层厚度M所能抵抗水压P的极限值，而Ts=P/M 西安煤科分院在上世纪70-80年代进行了修正考虑到矿压的破坏和不同岩层性质因素，对突水系数进行了修正Ts=P/（∑Mmi-Cp）式中：Ts——突水系数； P——水压Mpa； M——隔水底板各分层厚度，m； mi——各分层厚度换算系数； Cp——底板破坏深度，m； 四、煤层底板破坏四、煤层底板破坏“下三带下三带”理理论论 开采煤层顶板破坏产生“三带”而煤层底板也存在“三带”，即“下三带”，“下三带”从煤层底面至含水层顶面分为：1、第Ⅰ带——煤层底板导水破坏带（h1） 底板破坏深度，存在3种裂隙： 竖向裂隙 层向裂隙 剪切裂隙 3种裂隙主要影响因素是工作面得斜长，开采方法，煤层厚度及倾角、采深和岩性有关。

2、第Ⅱ带——保护层带（h2） 岩层保持采前的完整状态及其原有阻水性能基本不变的部分，位于第Ⅰ、Ⅲ带之间 岩层虽然受矿压作用，或许有弹性甚至塑性变形，但人保持采前的连续性，其阻水性能未发生明显变化可起到阻水保护作用称之为有效保护层带或阻水带3、第Ⅲ带——承压水导升带（h3） 承压水可沿含水层顶面以上隔水岩层中的裂隙导升，导升承压水的充水裂隙分布的范围称为承压导升带 含水层顶层至上部边界的最大法线距离称：含水层的原始导升高压h3，简称承压水原始导高 开采矿压作用原始导高有可能在导升，但上升值很小； 断裂可使导升很高，甚至接近或穿过煤层； 隔水软岩、无导水裂隙，导高为零； 含水层顶部岩溶充填带，不含水并起隔水作用，可视为隔水层； 五、煤层底板五、煤层底板“下三带下三带”确定的方确定的方法法1、现场观测法： 采用底板钻孔注放水验法，辅以钻孔岩移及物探方法 开滦赵各庄矿，以1237和2137两个工作面，其采深900m、100m，煤厚10m，分5个分层开采。

2、经验公式法： 根据大量实测资料，用实测的底板导水破坏深度与关系最密切的工作面斜长、采深、倾角等因素的数据经回归分析，拟合公式 h1=0.7007+1.1079L或h1=0.0085H+0.1644α1+0.1079L-4.3579或h1=0.303L0.8式中： h1=底板导水破坏深度，m； L——工作面长度，m； H——开采深度，m； α——煤层倾角，（°）2、有效保护层带（阻水带）厚度计算 有效保护层带厚度的计算必须有底板隔水层总厚度采动底板破坏带深度，承压水导升带高度h2=h-（h1+ h3）式中：h2——有效保护层带厚度，m； h——隔水层总厚度，m； h1——底板导水破坏带深度，m； h3——承压水导升高度，m；3 3、有效保护层带阻水能力计算、有效保护层带阻水能力计算 阻水能力有两种计算方法，突水系数法、阻水系阻水能力有两种计算方法，突水系数法、阻水系数法数法（（1 1）突水系数法）突水系数法 Ts=P/M-CTs=P/M-Cp p或或Ts=P/Ts=P/h hd d- h- h1 1式中式中 ：：Ts——Ts——突水系数，突水系数，MPa/mMPa/m；； P——P——水压，水压，MPaMPa M—— M——底板隔水层厚度，即底板隔水层厚度，即hdhd，，mm；； C Cp p————采动破还带深度，即采动破还带深度，即h1h1，，mm；； 当计算的当计算的TsTs小于临界突水系数时，可以实现安全开小于临界突水系数时，可以实现安全开采。

采我国部分矿井临界突水系数：我国部分矿井临界突水系数：峰 峰焦 作淄 博井 陉0.066~0.0760.06~0.100.06~0.100.06~0.15（2）阻水系数法 有现场钻孔水力压裂法实测的单位底板隔水岩层的平均阻水能力，阻水系数Z=Pb/R式中：Z——阻水系数，MPa/m； R——裂缝扩展半径，一般取40～50m； Pb——岩层破裂压力，与地应力和岩体抗拉强应有关Pb =3σh-σH+T-Po式中式中 ：：P Pb b————使岩体破裂时的临界水压力，使岩体破裂时的临界水压力，MPaMPa；； σ σh h————作用于岩体的最小水平主应力，作用于岩体的最小水平主应力， MPaMPa；； σ σHH————作用于岩体的最大水平主应力，作用于岩体的最大水平主应力，MPaMPa；； T——T——岩体的抗拉强度，岩体的抗拉强度，MPaMPa；； Po——Po——岩体空隙中的水压力，岩体空隙中的水压力，MPaMPa。

n n阻水带厚度： 作用在底板上的水压力（P）除以阻水系数（Z），即： h2=P/Z 阻水系数，“三下”采煤规程中有表可查 由表中资料可知岩层的阻水系数：l l中、粗粒砂岩 0.3～0.5Mpa/m，l l细砂岩的 0.3 MPa/ml l粉砂岩的 0.2 MPa/ml l泥岩的 0.1～0.3MPa/ml l石灰岩的 0.4 MPa/ml l断层带按弱强度填充物考虑0.05～0.10 MPa阻水系数法安全性评价原则阻水系数法安全性评价原则 n n隔水岩层破裂压力（Pb）大于水压（Pw）,则水压不具备压裂条件，故安全；n n若破裂压力（Pb）小于水压（Pw），则再用水压（Pw）与有效保护层总阻水能力（Z总）比较，若Z总> Pw则安全Z总等于各分层阻水系数Z；乘以各分层有效保护厚度（hi）之和开滦赵各庄矿五水平的开滦赵各庄矿五水平的12煤层底板有效隔水煤层底板有效隔水层的阻水系数及阻水能力表层的阻水系数及阻水能力表六、水体上采煤安全性评价六、水体上采煤安全性评价1.“1.“三下三下” ”采煤规程对水体上采煤等级允许采动的规定采煤规程对水体上采煤等级允许采动的规定 水体采动等级水体类型允许采动程度要求留设的安全煤岩柱类型Ⅰ1．位于煤系地层之下的巨厚灰岩强含水体2．位于煤层之下的薄层灰岩具有强水源补给的含水体3．位于煤层之下的作为重要水源或旅游资源保护的水体不允许底板采动导水破坏带波及水体，或与承压水导升带勾通，并有能起到强阻水作用的有效保护层底板强防水安全煤岩柱Ⅱ1．位于煤系地层之下的弱含水体，或已疏降的强含水体2．位于煤层之下的无强水源补给的薄层灰岩含水体3．位于煤系地层或煤系地层底部其它岩层中的中、弱含水体允许采取安全措施后底板采动导水破坏带波及水体，或与承压水导升带勾通，但防水安全煤岩柱仍能起到安全阻水作底板弱防水安全煤岩柱2.水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法 根据“三下”采煤规程，水上采动等级Ⅰ的规定： 底板防水安全煤岩柱厚度（hs）应大于或等于导水破坏带（h1）和保护层带（阻水带h2）之和，hs≥h1+ h2 如底板含水层上部存在承压水导升带（h3）时，则：hs≥h1+ h2+ h3 如果底板含水层顶部存在被泥质充填，且厚度稳定的隔水带时（h4）时，可作为安全岩柱厚度（hs）的组成部分：hs≥h1+ h2+ h43.水体上采煤的安全性评价水体上采煤的安全性评价应用“下三带”理论对开采的安全性评价。

“下三带下三带”理论应用实例理论应用实例n n某矿煤厚10m，倾角25°～27°，分5个层开采采深1000m，工作面斜长180m，走向长壁陷落开采奥灰含水层距煤130m，水压最高达10 MPan n现场实测和室内实验综合确定：5个分层采完累计第Ⅰ带（h1）底板导水破坏深度30m，第Ⅲ带承压导高区5m，第Ⅱ带（h2）有效保护层厚度为（65～95）m，总阻水能力最小为21 MPa,岩石破裂压力为13.3 MPan n按以上数据对正常底板区安全评价如下： 按突水系数评价正常开采区安全性 水压为10 MPa，底板隔水岩层厚度65～95m，则Ts=0.109～0.16 大于临界突水系数（0.06～0.10焦作）属不安全开采 按“下三带”理论预测评价正常开采区安全性 （1）压裂条件：破裂压力Pb=13.3 MPa，水压Pa=10 MPa 因Pw Pw，故有足够的阻水能力所以，在正常区开采能保证安全。

按按“下三带下三带”理论预测评价构造带安全理论预测评价构造带安全性性 构造带附近地应力及构造断裂带的岩体或充填物的抗张强度比正常区低（30%～50%），故其破裂压力Pb由正常区的13.3MPa下降为7～9MPa，小于水压10MPa； 构造带整体总阻水能力（含水及导水断裂除外），由于阻水系数Z一般为0.1 MPa/m，断裂带斜长最小为140m，若不留煤柱，导水破坏深度可达50m，下部导高10m，则有效阻水体斜长约为80m，其总阻水能力为8 MPa，小于水压10 MPa 由于Pw>Pb，Z总

的回风上山1313日，第一条与第二日，第一条与第二条回风上山之间的条回风上山之间的10-210-2层煤采完后，已转入才上层的层煤采完后，已转入才上层的10-110-1煤层上午煤层上午6 6点开始在第二风道与横向风道交叉点开始在第二风道与横向风道交叉处采煤，半小时后，该处顶板发生落石继而滴水，处采煤，半小时后，该处顶板发生落石继而滴水，又过半小时，顶板陷落，涌水加大，在场工人外撤又过半小时，顶板陷落，涌水加大，在场工人外撤至风道中间时，即闻轰隆一声巨响，水量骤然加大，至风道中间时，即闻轰隆一声巨响，水量骤然加大，水势凶猛，仅水势凶猛，仅40min40min井底泵房就被淹没，井底泵房就被淹没，1h1h后淹没了后淹没了-117m-117m水平，水平，78h78h后淹没了第二水平后淹没了第二水平2.突水原因突水原因（1）底板水压大 10-2煤层以下26m是本溪组徐家庄灰岩，厚19m，水位标高+60～+100，岩溶裂隙发育，含水性强；10-2煤层以下67m为奥陶系灰岩，是矿区富水性最强的含水层，水位标高+70～+120m在有断层条件下，徐灰和奥灰常有水力联系突水10-2煤层底板隔水层的静水压力2 MPa，突水时矿区范围内的徐灰和奥灰水位显著下降，距突水点12km的奥灰上升泉丰水泉被疏干，证明突水水源为徐灰和奥灰。

（（2）断层影响 突水地段有一条走向EW的周瓦庄断层，是张性正断层，落差为28～30m断层上盘10-1断层与断层下盘徐家庄灰岩含水层对接，同时上盘的徐家庄灰岩含水层对接，同时上盘的徐家庄灰岩与下盘的奥陶系灰岩强含水层也发生水平水力联系，突水点在该断层的上盘，在掘进过程中三次揭露该断层，两次有出水象征说明突水处在天然条件下，徐灰、奥灰和断层裂缝破坏带三者已有相互沟通3）断层附近采煤 在断层附近回采了面积近900m²的10层煤，通过煤壁传给顶、底板使采区边缘岩体也受到采动破坏的影响，断层带岩层进一步松动、破坏，奥灰高压水便乘虚集中是水水害治理水害治理（1）解放前 矿井被淹后，日本人为减少损失，曾采取以下措施进行水害治理 立井排水——在三个立井中安装三个铁缸同时向外排水，排水量11.3m³/min，但因排水量和上部涌水量持平，水位下降很慢，被迫放弃 注浆堵水——在周瓦庄断层以北施工以斜井至出水点，标高为+24m在斜井内向出点施工三个钻孔，注入水泥500m³，但未见效果，又被迫放弃。

（2）解放后 1972年为解放北大井地质储量，在深入分析了突水水源于突水通道的基础上，确定了从地面打钻孔、采用静水注浆、堵截过水通道、节断补给水源、加固断层两盘徐灰与奥灰岩层力学强度、彻底根除水患的原则，沿周瓦庄断层与10煤层交界线布设三排注浆钻孔注浆范围带到沿断层走向150m、断层上下盘60m的破碎带，以及深入奥灰15～20m的空间n n①① 第一排孔第一排孔————布在断层上盘的布在断层上盘的9 9号煤层与断层交号煤层与断层交接处，穿过断层经下盘的徐灰进入奥灰接处，穿过断层经下盘的徐灰进入奥灰20m20m，对下，对下盘的徐灰、奥灰进行注浆加固盘的徐灰、奥灰进行注浆加固n n②② 第二排孔第二排孔————布在断层上盘徐灰第一分层与断布在断层上盘徐灰第一分层与断层交接处，穿过断层进入奥灰层交接处，穿过断层进入奥灰20m20m，对断层破碎带、，对断层破碎带、下盘奥灰进行注浆此排孔是实现堵截过水通道、下盘奥灰进行注浆此排孔是实现堵截过水通道、进行进行“ “卡脖卡脖” ”的重点n n③③ 第三排孔第三排孔————布在断层上盘，穿过上盘徐灰、布在断层上盘，穿过上盘徐灰、奥灰上部，过断层进入断层下盘奥灰奥灰上部，过断层进入断层下盘奥灰1515～～20m20m，对，对徐灰、断层破碎带及奥灰注浆。

该排孔属于断层上徐灰、断层破碎带及奥灰注浆该排孔属于断层上盘的徐灰与奥灰的加固孔盘的徐灰与奥灰的加固孔n n每排孔间距为每排孔间距为1515～～20m20m，排距，排距30m30m共布注浆孔共布注浆孔1616个，个，检查孔检查孔2 2个（后期也作为注浆孔），徐灰观测孔个（后期也作为注浆孔），徐灰观测孔1 1个，个，外围奥灰观测孔外围奥灰观测孔1 1个，总计个，总计2020个孔，总工程量个孔，总工程量6 6 262.35m262.35m 整个工期于1972年7月开钻，当年9月注浆，1974年4月结束，历时500多天，共注入水泥9 104.25t，水玻璃115.77m³，砂子473.63m³，石子15.1m³，总投资390.92万元1974年2月证实排水，1975年5月15日排水至井底，实际涌水量742m³/h，与突水前矿井正常涌水量600 m³/h接近，说明本次注浆堵水效果显著 谢 谢 !。