矿井突水及其预测评价.ppt

第九章 矿井突水及其预测评价 第一节 采掘活动对顶板岩层的破坏及顶板突水评价 凡因井巷、工作面与含水层、被淹井巷、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故,称为矿井突水(简称突水)。 矿井突水分为掘进突水与回采突水; 按突水点与开采煤层所处的相对位置,可分为顶板突水、底版突水与煤柱突水; 按突水相对于采掘工程进行的时间可分为即时突水与滞后突水等。矿井水害类型通常按水源的不同,分为地表水体水害、松散层孔隙水水害、老空水水害、薄层灰岩水水害、厚层灰岩水水害与砂岩裂隙水水害等六种。 依据突水点的水量大小,可将突水点分为小突水点(Q≤60m３/h)、中等突水点(Q=60m３/h～600m３/h)、大突水点(Q=600m３/h～1800m３/h)和特大突水点(Q≥1800m３/h)。 (一)“三带”的形成及其形态特征 采煤后,上覆岩层要发生破坏和位移,并具有明显的分带性.在采用走向长壁全部冒落法开采缓倾斜中厚煤层时,覆岩的破坏会出现三带 1．冒落带 煤层采出后,上覆岩层失去平衡,由直接顶岩层开始逐层向上冒落,直到开采空间被冒落岩块充满为止。下部,岩层呈不规则的岩块杂乱堆积于采空区内,称不规则冒落带；向上冒落岩块渐大,甚至过渡为似层状断块，不连续地覆盖于不规则冒落带之上,称规则冒落带。 冒落带最高点至回采上边界的垂直高度称为冒落带高度。冒落带内岩块之间空隙多,连通性强,是水体和泥砂溃入井下的通道。 冒落岩石由于碎胀,体积增大，增大的比率称为碎胀系数。煤层直接顶岩性愈坚硬、煤层采厚愈大,碎胀系数愈大；反之则小。厚煤层分层开采时,冒落岩块因受重复破坏,岩块碎度增大,碎胀系数减小 煤层顶板岩石自由冒落后,冒落带上方的岩层继续下沉弯曲,当其弯曲超过本身强度时,便产生离层裂隙或垂直张裂隙,以至断裂。这一过程逐层向上发展,直到上覆岩层整体下沉为止,这部分称为裂隙带。裂隙带导水能力较强,当其波及水体时可将水导入井下,但一般不导砂。 一般将冒落带和裂隙带称为冒裂带或导水裂隙带。裂隙带最高点到回采上边界的垂直距离,称为冒裂带高度或导水裂隙带高度。导水裂隙带发育的规律及其最大高度的确定,是地表水体及富含水层下采煤的重要工作之一,也是决定防水煤柱尺寸的主要依据。 3 ．弯曲带 弯曲带是指导水裂隙带顶界到地表的那部分岩层. 呈整体移动, 又称整体移动带。其上部很少出现离层裂隙,其下部可能出现离层裂隙,但仅局部充水,不与导水裂隙带连通。 弯曲带上方的地表,一般会形成下沉盆地,盆地边缘出现张裂隙,其深度约3m～5m,一般不超过10m,上宽下窄,直至闭合消失。因此,弯曲带具有隔水保护层的作用。 需要指出,“三带”仅对层状岩层有意义,岩浆岩不存在“三带”。“三带”发育是否完整取决于采深,采深较小时(一般小于100m)“三带”发育不完整。 弯曲带 煤层倾角不同,“三带”(特别是冒落带、裂隙带)的形态有所不同。 由于随着煤层倾角的增大,在倾斜方向上产生冒落岩块向下滚动加剧,采空区下部易被充填,从而限制了冒落带、裂隙带下边缘向上发展，而采空区上部,煤柱片帮、开裂、冒落,使冒落带、裂隙带的上边缘大大超过采空区上边界,冒落带、裂隙带的高度随之增大。当煤层倾角很大，顶、底板岩性坚硬，煤层厚且松软时，则可能沿煤层抽冒，高度可超过百m，形成地表塌陷。如徐州新河一井南冀急倾斜502工作面开采山西组7层煤.煤厚3.5～10m,倾角由90o倒转至75o，顶底板各有一层5m～14m的坚硬砂岩，随着支架的下放和超限采煤，造成煤层抽冒，5788m3冲积层黄泥溃入井下，地面出现一个直径42m～59m的大塌陷坑。 1．覆岩性质及组合特征 2．煤层赋存及开采因素 煤层开采是覆岩开裂破坏的根本原因。 采厚、分层数、回采垂高、走向长度、开采方法、顶板管理方法、延续时间和地质构造等因素都对冒落带、裂隙带的发育有重要影响。 1）采厚 开采水平、缓倾斜及倾斜煤层时，开采单一薄煤层及中厚煤层或厚煤层第一分层所形成的导水裂隙带高度与采厚基本呈直线关系； 开采急倾斜煤层时，在回采垂高、走向长度、顶板岩性大体相同的条件下，导水裂隙带高度与采厚也大体呈近似直线关系(图9-3b)。 急倾斜煤层分阶段开采时，在覆岩中硬、稳定性较好的情况下，一次连续回采的阶段垂高2）分层数及回采垂高 水平至倾斜的煤层分层开采或近距离煤层群重复采动条件下，裂隙高度随分层数增加而递减(图9-4)，与开采总厚呈近似分式函数关系(图9-5)。 越大，覆岩破坏高度越高。当阶段垂高增至某一数值后（如淮南矿区为60m），裂隙带高度的增加比率减小，阶段垂高继续增大，裂隙带高度即不再增加(图9-6)。 3）开采面积 开采倾斜、缓倾斜煤层时，裂隙随采区扩大而向上发展。当采区扩大到一定范围，裂隙