水体上开采技术与典型案例分析

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1、水体上开采技术与典型案例分析煤炭科学研究总院文学宽研究员1.水体上开采概况1.1水体上水害状况水体上水害约占矿井水害的一半。上世纪80年代与50年代相比，突水频率增长2.57倍。1956-1986年30年间，淹井222起，突水1600次，1318人丧生。1984-1985年一年间，全国因底板突水而淹井事故22起，仅开滦、焦作、肥城就有6对井被淹。峰值水量高达2050m³/min，世界之最。1.2水上威胁矿井数量和煤量目前受水威胁的矿井约300处，约占大型矿井的一半。受水威胁储量近百亿吨。2.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。2.1、强排深降能

2、确保安全，但存在一定的问题，所用的较少。2.2、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。3.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出公式，20世纪40年代开始用力学观点探讨过突水机理。3.1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。Han=2Kpt/L²+rt式中：Han——安全水值，Mpa；Kp——隔水层抗张强度，Mpa；t——煤层底板隔水层厚度，m；L——巷道宽度或工作面最大控顶距，m；r——隔水岩层的重力密度，N/m³；r当实际水头Hsh＞安全水头Han时则不安全。3.2突水系数概念我

3、国上世纪60年代焦作水文地质会战时出，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。峰峰焦作淄博井陉0.066~0.0760.06~0.100.06~0.100.06~0.152009年12月1日生效的(煤矿防治水规定)笫七十七条确认了安全隔水层厚度和突水系数计算公式，并规定：底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m，正常块段不大于0.1MPa/m。这一公式显然过于简单，未能考虑采矿等诸多因素的影响，后来，煤炭科学研究总院西安研究院通过大量试验研究，提出了有效隔水层厚度的概念，即将煤层开采底板破坏产生“三带”。如图所示。上段为开采对底板隔

4、水层的破坏带；中段为完整保护层带；下段为承压水原始导升高度带。开基于上述关于隔水底板三带的划分，提出了突水系数计算的修正公式修正后的公式充分考虑的破坏和影响，应该说更加符合实际情况。3.3等效隔水层厚度概念上述公式中只考虑了底板隔水层厚度而未考虑底板隔水层是由不同性质的岩层复合而成，且不同岩石有着完全不同的力学性质和抗水压能力。因此，不能单纯以岩石的实际厚度来计算突水系数，而应根据岩石本身的力学强度和隔水性能对实际厚度进行计算，得出一个假定岩体强度和隔水性能均一的等效隔水层厚度(Me)。为此，提出了等效隔水层厚度的计算公式：3.4岩石强度比值系数确定有效隔水层厚度的关键在于如何确定

5、不同性质岩层的强度比值系数。目前还缺乏系统的理论与实验研究。根据邯郸地区的现场压水试验资料获得了表2-2斫列的强度比值系数。3.5新的突水系数计算公式在获得了等效隔水层厚度后，并考虑底板破坏带深度和原始导升高度带等因素，所得到新的突水系数的计算公式如下：上式对底板隔水层的分带性,分层性及其岩性特征都有所考虑,应该说比前述的几种突水系数计算方法有了很大改造.。3.6新突水系数计算公式的判别标准当把底板隔水层划分为多个带，并把突水系的计算公式改进之后，原来建立在统计意义上的临界突水系数巳经不适用于新的计算公式。因为统计意义上的突水系数值是底板突水诸多因素的综合反应指标。突水系数的计算公

6、式修正后，相应的突水系数判别指标也应做相应的调整。否则，二者之间不具备可比性，也就不能用作突水预测的依据。因此，作用于底板隔水层的水压力成为新突水系数计算公式的判别标准。3.7作用于底板隔水层的水压力在实际工作中所获得的水压力往往是含水层中的水压值，但当下伏含水层高压水在底板隔水层下部劈裂导升一定高度后，其在导升段的能量消耗很大，这时作用于有效隔水层段下部的实际水压巳远远小于含水层中的观测水压(图2-21)。从图2-21，真正作用于有效隔水层带底部的水压力是导升水的残余压力pc，而非含水层的原始压力p0；如果采用新的有效隔水层计算突水系数，对应的水压应该采用残余压力pc。由此可见，

7、考虑多种因素的底板隔水层突水系数的计算公式应为上式计算了单位有效隔水层厚度上的水压力，要判定是否突水还需要正确选择临界突水系数。3.8.底板突水事故分析我国煤矿主要底板突水事故见表2-3。从表2-3的资料反映出：不管隔水底板承受的水压如何，不管是巷道突水或工作面突水，其底板隔水层厚度95%都在20m之内，而很少发现在较厚隔水层和高水压作用下发生底板突水。上述现象表明：（1）发生底板突水的核心因素是矿压破坏带与高压水导升带之间是否相互沟通，而不是作用在底板有效隔水层单位