覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,煤矿覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术,煤炭科学研究总院,文学宽,一、覆岩破坏规律研究的目的,采掘工作面支护参数及井巷煤柱的合理留设；,水体下煤层开采可行性评价及开采上限合理确定；,煤层群上行开采的可能性和安全性评价；,高瓦斯、易自燃近距离煤层开采防灭火措施制定；,“双突”矿井瓦斯预抽范围及解放层的选取；,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：,拱形垮落理论：,悬梁（或悬板）垮落理论：,垮落岩块碎胀充填理论：,垮落岩块铰接理论：,三、覆岩破坏与采动影响,采动影响引起覆岩移动变形和破坏,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：,采动后岩层（岩体）和地表的应力变化；,采动后岩层（岩体）和地表整体性移动；,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,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。,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。,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：,采动影响部位,采动影向性质,不同煤层倾角采动影响范围（米）,采动影响后果,35,3654,55,工作面前,(,后,),方所采煤层本身,应力微变化区,微小变形与移动区,开裂垮落性破坏区,80150,3035,03,80150,3035,巷道维护容易,透气性微增,隔水性不变,巷道维护困难,隔水性微受影响，透气性增加,巷道不能维护、隔水（气）性完全破坏,采空区上（下）侧所采煤层本身,应力微变化区,微小变形与移动区,开裂垮落性破坏区,（下侧）,80100*下侧）,1525*,(,下侧）,23,（上侧）,4060,（上侧）,1030,（上侧）,25,（上侧）,3050,（上侧）,1030,（上侧）,520,巷道维护容易,透气性微增,隔水性不变,巷道维护困难,隔水性微受影响，透气性增加,巷道不能维护、隔水（气）性完全破坏,采空区顶板岩层,整体移动带,开裂性破坏带,垮落性破坏带,3040m,以上,930m,06m,3040m,以上,930m,06m,321m,（煤层）,37m,（煤层）,巷道有可能维护、透气性增加，隔水性微受影响,巷道难以维护，隔水（气）性完全破坏,巷道不能维护，隔气性完全破坏，无隔水、泥、砂能力,采空区底板岩层,鼓胀开裂带,微小变形与移动带,应力微变化带,815*,2025*,6080,巷道难以维护，隔水（气）性受破坏,巷道可以维护、隔水（气）性受破坏,巷道维护容易，透气性微增，隔水性不受影响,采场采动影响的分布特征,注：,m,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：,垮落岩体呈反漏斗形状；,单次垮落的面积大；,垮落范围小于开采范围；,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：,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：,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；,采空区周围垮落高度小，中央垮落高度大，类似拱形；,垮落有时瞬时发生，有时是逐次发生；,产生条件：,开采范围小或巷道掘进时；,长壁开采初次放顶时；,垮落条带法开采；,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：,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。,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。,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：,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；,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。,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；,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：,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。,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。,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：,近水平、缓倾斜煤层：,0-35,；,中倾斜煤层：,36-54,；,急倾斜煤层：,55-90,。,近水平、缓倾斜煤层覆岩破坏最终形态,（,0 35,）,裂隙带两端边界一般会超出开采边界，呈马鞍形。其特点：,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。,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。,马鞍形产生原因,：,煤层倾角小。,开采边界区和采区中央区的变形值不同。,工作端部和中部下沉量和下沉速度不一样。,垮落角、裂隙角大于移动角。,中倾斜煤层覆岩破坏范围最终形态,（,36 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下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 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：,破坏性影响更加偏向于采空区上边界；,破坏范围有顶板、底板及所采煤层本身；,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,单向抗压强度,(,MPa,),主要岩石名称,坚硬岩石：,中硬岩石：,软弱岩石：,极软岩石：,4080 2040,1020 1000m,岩性：中硬,下沟矿,8.5,114,128,13.41,15.05,14.4,1.7,58.3,6.9,岩性：中硬,鲍店矿,8.5,97,107,11.41,12.58,14.4,1.7,58.3,6.9,岩性：中硬,济三矿,6.3,18.6,21.7,66.6,10.37,6.3,6.3,6.3,8,8,8,50.2,8,工作面长,170m,6.3,68.6,10.85,50.2,8,走向长,1614.8m,6.3,66.5,10.52,50.2,8,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：,100M,Hk,-,+,3.15,5.45M,5.82,导水裂缝带的计算式为：,100M,Hk,-,+,3.15,0.84M,4.57,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,煤炭科学研究总院文学宽,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、,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。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水的通道，就不会发生透水事故。,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。,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。,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。,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。,拟合出用分数函数预计“两带”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,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,51,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,1,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,1,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,1,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,51,条,符合下列条件之一者，水体的压煤允许开采：,1),水体与设计开采界限,(,煤层,),之间的最小距离，符合,50,条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤,(,岩,),柱尺寸。,2),水体与设计开采界限,(,煤层,),之间的最小距离，略小于第,50,条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤,(,岩,),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。,3),在技术可能、经济合理的条件下，能够实现改道,(,河流,),和放空,(,水库、采空积水区等,),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水体或基岩孔隙,裂隙、岩溶,裂隙含水层水体。,4),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,(,煤层,),之间的最小距离能满足第,50,条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤,(,岩,),柱尺寸。,5),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,52,条,符合下列条件之一者，水体的压煤允许进行试采：,1),水体与设计开采界限,(,煤层,),之间的最小距离，不符合第,50,条表中各水体采动等级要求留设的相应类型安全煤,(,岩,),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。,2),水体与设计开采界限,(,煤层,),之间的最小距离，虽略小于第,50,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。,3),水体与设计开采界限,(,煤层,),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,缝带高度或底板采动导水破坏带深度不达到水体的。,4),水体与设计开采界限,(,煤层,),之间的最小距离，虽符合第,50,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,55,的急倾斜中厚煤层和厚煤层。,5),水体与设计开采界限,(,煤层,),之间的最小距离，虽符合第,50,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。,四,.,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,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,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,0.005mm,）大于,30%,，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,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。,五,.,水体下采煤的方式,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,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,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,六水体下采煤安全煤,岩柱留设,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。,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。,1,、,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：,水体与设计开采界限（煤层）之间的最小距离，既不符合第,50,条表,4,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；,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，但在经济上又属严重不合理的水体；,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、岩溶地下暗河和有突水危险的含水断层与陷落柱等水体；,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的水体；,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昂的；,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；,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。,2,、安全煤岩柱的种类及留设方法,安全煤岩柱种类,:,防水安全煤岩柱,;,防砂安全煤岩柱,;,防塌安全煤岩柱。,安全煤岩柱留设方法如下：,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,（,1,）地表有松散覆盖层时,H,Sh,H,Li,+H,b,式中,H,Sh,-,防水煤柱垂高，,m,；,H,Li,-,导水裂隙带最大高度，,m,；,H,b,-,保护层厚度，,m,。,（,2,）当煤系地层上部无松散层覆岩，采深较小时，应考虑地表,裂隙（,diLi,）,H,sh,H,li,+H,b,+H,dili,(3),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（,H,fe,）,H,sh,H,li,+H,b,+H,fe,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 散强含水层。其垂高（,H,S,）,H,S,H,m,+H,b,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水层，同时允许垮落带接近松散层底部。其垂高（,H,t,）等于或接近于垮落带的最大高度（,H,m,）即,H,t,H,m,防水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,七,.,水体下采煤井下安全技术措施,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。,分层间歇开采,厚煤层分层开采，使首分层开采后，软化覆岩，“两带”高度降低。,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“两带”高度。,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。,充填法、部分开采,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,龙口矿区,:,中国海下采煤梦开始的地方；,龙口矿区,:,中国海下采煤梦想成真的地方。,公元,2005,年,6,月,18,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,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,58Km,，日本约为,12Km,以上。英国海下采煤煤层厚度一般介于,0.63m,，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,015m,，局部达,7080m,，采深一般在海下,200500m,，井筒大多建在陆地，井底至工作面一般,712Km,。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,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,）。,允许全采的最小,覆盖层厚度（,m,）,允许最小深度下全采的最大采厚（,m,）,国,家,105,1.7,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,1-1,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度的规定,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,1-2,。,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,1-2,国外海下房柱法采煤最小覆盖层厚度的规定,国,家,允许部分开采的最小覆盖层厚度（,m,）,规定形式,备,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,1-3,国外海下采煤基岩面变形量的规定,国,家,允许最大拉伸变形值（,mm/m,）,规定形式,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）,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：,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。,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：,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,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。,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：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。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。,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）。,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,北皂井田处于不完整的龙口,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，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。北皂矿海域扩大区海水深度,012m,，由海底至煤,4,底板油页岩总厚度,340400 m,。含煤,4,层，可采和局部可采煤层共,3,层，其中煤,2,厚度一般为,3.54.5m,，为海域下首采区主要可采煤层。岩层走向,NE,，倾向,SE,，倾角,110,。,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,-250m,水平延深，回风暗斜井从,-175m,水平延深，海域下开采水平设计在,-350m,水平。,龙口矿区开创了我国海域下采煤的先例,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,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,1,、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,、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,、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,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,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,55,o,75,o,。平均,65,o,，属极倾斜煤层，井田范围东以,F,16,断层为界，西以,F,1,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,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,F,16,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,、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,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,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,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,、排水系统,大兴煤矿深部正常涌水量,150m,3,/h,，最大涌水量,200m,3,/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,1,、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,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,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,）电话，说“水很大，我跑不出去了，,.”,，但话未说完电话就断了，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,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,m,3,，发现,3,具遇难矿工尸体。,六、特大水害事故的分析,事故类别是一起透水事故，主要