浅论基于水体下采煤技术的研究探讨

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1、浅论水体下采煤技术的研究探讨　[摘要]水体下采煤技术最先在欧洲主要产煤国家得到发展。德国、波兰、前苏联和英国等国家建立了一系列的岩层与地表移动理论，并且成功地将水体下采煤技术广泛应用于生产实践中。相对而言，我国“三下一上”所造成压煤量之多，在世界上也是罕见的。其中仅水体下压煤数量就十分巨大。据不完全统计，我国有125条较大的河流压煤，还有微山湖、太湖、大冶湖和渤海等湖海下压煤，在华北、东北和华东平原地区普遍有第四系的含水砂层覆盖，这些地区的煤田浅部开采都存在含水砂层下采煤的问题。我国的水体下采煤技

2、术的研究与应用开始于20世纪50年代，到20世纪80年代已经取得了很大的成果。经过40余年的研究和实践，积累了经验，发现了规律，编制了规程，在岩层与地表移动理论及与“三下一上”采煤有关的技术领域，都接近或达到了国际先进水平。随着陆地部分煤炭可采储量锐减，进入海下采煤势在必行。关键词水体下采煤技术研究探讨1.采动后岩层移动特征及对水体下开采的影响　　水体下采煤包括地表水体、含水沙层水体及基岩水体下采煤。在水体下采煤时，既要防止上覆水体中的水或泥沙溃入井下，又要防止因矿井水增大而过分增加矿井涌水量，增

3、大排水费用。顾名思义，水体下采煤由于开采条件的特殊性，使其除了具有一般井工开采的共性之外，还有自身的一些特点：水体下采煤着重研究岩层与地表的破坏规律以及可能造成的水力联系，而不考虑地表移动与变形情况；水体下采煤不仅要考虑到岩层与地表破坏规律，而且要考虑水体的类型以及矿井地质和水文地质情况；水体下采煤的主要对策是“隔离”或“疏降”6两类方案。前者适用于水量大、补给充分的条件；后者适用于水量小、补给有限的条件。　　由这些特点对于埋藏于水体下的煤炭能否根据现有的技术条件，保证安全、经济的采出，需要重点考

4、虑三方面：一是开采引起的覆岩中裂隙是否相互连通以及相互连通的裂隙是否波及到水体；二是受开采影响后，防水煤岩柱是否具有足够的隔水性能；三是要合理的确定煤层的开采上限，正确选择开采方法和防护措施。　　2.影响水体下采煤的主要因素　　研究水体下采煤时要弄清导水断裂的分布形态和最大高度。影响覆岩破坏及其导水性的因素有很多，其中有些因素的影响可以定量的描述，有些只能定性的加以说明。　　2.1岩石力学性质和结构特征　　如果工作面上覆岩层为脆性岩层，煤层开采后容易断裂，覆岩破坏高度大；如果上覆岩层为塑性岩层，煤

5、层开采后不易断裂，但容易下沉，能使冒落岩块充分压实，最终覆岩破坏高度较低，对水体下采煤来说，较软的覆岩比坚硬的覆岩有利。覆岩中的上下分层与坚硬、软弱不同性质岩层的不同组合，即覆岩结构特征，对覆岩破坏高度有重要影响，为了简便起见，将覆岩大致分为坚硬与软弱两种。于是有4种组合形式：　　⑴坚硬——坚硬型　　⑵软弱——软弱型　　⑶软弱——坚硬型　　⑷坚硬——软弱型。　　2.2地层结构　　地层结构系指地层内含水层与隔水层在空间上的分布情况及相互关系。可分为单一结构、复合结构、封闭或半封闭结构以及覆盖结构。单

6、一结构的含水层，水体集中，水量大，渗水性强；复合结构的含水层与隔水层相互隔离，水体分散，各含水层在铅直方向上相互阻隔，在水平方向上流动；封闭或半封闭结构，隔水层在一定范围内形成封闭或半封闭的储水条件，在铅直方向上的补给是缓慢的和有限的，地下水以静储量为主；覆盖结构，隔水层与煤系地层呈不整合接触，地表水与地下水被隔水层隔绝。　　2.36采煤方法和顶板管理方法　　采煤方法对覆岩破坏的影响，主要表现在开采空间的大小和采空区内垮落岩块的不同运动形式。开采缓倾斜煤层，采用单一走向长壁采煤法，一次采高不大，垮

7、落岩块不易产生再次运动，覆岩破坏的规律性明显，这对水体下采煤是有利的，开采急倾斜煤层时，采用水平分层人工假顶下行采煤法和沿走向推进的伪倾斜柔性掩护支架采煤法时，采区沿走向长度大，阶段垂高小，两个分层之间的回采间隔时间长，采空区内垮落岩块容易被压实，同时，人工假顶将采空区与工作面隔开，限制了超限采煤，而遗留在采空区内的煤柱和顶底煤能有效的阻止垮落岩块滑动，使覆岩破坏具有明显的规律性，这也有利于水体下采煤，若采用落垛式采煤法，容易引起采空区垮落岩块的再次运动，形成局部集中超限采煤，造成上边界煤柱抽冒，

8、使垮落带有可能达到煤层露头，这些不利于水体下采煤。　　顶板管理方法决定了覆岩破坏的基本特征，垮落法使覆岩破坏最充分，对水体下采煤不利。充填法管理顶板在充填质量好时，煤层的直接顶可以不发生垮落，但往往是充填并不密实，加之充填材料本身受压收缩，覆岩仍产生下沉和断裂。与垮落法比较，此时的导水断裂带高度要小很多，采用煤柱支撑法（条带法、房柱法、刀柱法）管理顶板时，若所留煤柱能够支撑顶板，尽管开采部分的顶板局部垮落，导水断裂带还能孤立存在并且高度很小。如果所留煤柱太窄，煤柱就会被压垮，此时的