《底板承壓水下采煤》PPT課件

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1、底板承壓水上采煤報(bào)告內(nèi)容1中國(guó)煤礦區(qū)水害及其防治概述2采煤工作面底板應(yīng)力與位移規(guī)律及底板巖體破壞特征3底板巖體變形及破壞后的滲流特征及突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)4底板突水的防治技術(shù)1中國(guó)煤礦區(qū)水害及其防治概述1.1報(bào)告背景我國(guó)已開(kāi)發(fā)煤田中華北型煤田占38%，華南型煤田占30%，華北-東蒙煤田占28%。華北型煤田太原組煤系受底部巨厚層奧陶系灰?guī)r強(qiáng)巖溶含水層的威脅，受威脅儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的50%以上。華南型煤田龍?zhí)睹合档撞渴苊┛诨規(guī)r強(qiáng)巖溶含水層的威脅。80年代后，隨著開(kāi)采深度的延伸，底板突水日益嚴(yán)重，近10年來(lái)，由于開(kāi)采深度加大后造成的煤礦底板突水災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失近30億元。如果不能解放這些受水害威脅的煤

2、炭?jī)?chǔ)量，不僅影響煤礦的產(chǎn)量，而且一些老礦井還有被迫提前關(guān)門(mén)的危險(xiǎn)。因此，開(kāi)采前認(rèn)真研究煤層底板巖體破壞突水規(guī)律，進(jìn)行必要的物探工作，對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)，防治煤層底板突水具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。1.2我國(guó)煤礦區(qū)主要受三類(lèi)水害的威脅。（1）巨厚強(qiáng)含水沖積層對(duì)其下伏煤層開(kāi)采的威脅。（2）具有強(qiáng)含水層或地表水體補(bǔ)給的太原群巖溶灰?guī)r含水層，對(duì)其上下煤層的威脅。（3）厚層灰?guī)r巖溶強(qiáng)含水層對(duì)其上覆煤層開(kāi)采的威脅。防治前兩類(lèi)水害的煤層開(kāi)采技術(shù)，已有一套比較完整及成熟的經(jīng)驗(yàn)，而治理后一類(lèi)水害，尚缺乏經(jīng)驗(yàn)。1.3國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)我國(guó)煤炭科技工作者在與底板水長(zhǎng)期的斗爭(zhēng)中，進(jìn)行了大量的研究工作，并

3、初步形成了如下幾種突水預(yù)測(cè)方法：(1)突水系數(shù)方法我國(guó)學(xué)者早在1964年就開(kāi)始了底板突水規(guī)律的研究，采用突水系數(shù)作為預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)底板突水與否的標(biāo)準(zhǔn)。突水系數(shù)就是單位隔水層所能承受的極限水壓值，即:式中，Ts為突水系數(shù);p為含水層水壓MPa;h為隔水層厚度m。(2)巖--水應(yīng)力關(guān)系法巖一水應(yīng)力關(guān)系法從物理和應(yīng)力概念出發(fā),認(rèn)為造成底板突水需具備兩個(gè)條件:①存在導(dǎo)水破裂帶。無(wú)論是地質(zhì)構(gòu)造作用還是采掘引起的巖體破壞，只要使底板隔水層破壞至一定深度，且與下部導(dǎo)升高度相通或波及到下部含水層，就具備了突水的必要條件。②水壓與應(yīng)力關(guān)系。當(dāng)承壓水壓力大于或等于水平最小主應(yīng)力時(shí)，才會(huì)具備突水的充分條件。巖一水

4、應(yīng)力關(guān)系法建立的突水臨界指數(shù)為:式中，為作用于底板上的承壓水壓力，MPa;為水平最小主應(yīng)力，MPa。當(dāng)指數(shù)I>1時(shí)，底板發(fā)生突水。(3)“下三帶”理論根據(jù)部分現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料和實(shí)驗(yàn)研究成果，李白英等提出了“下三帶”理論。該理論認(rèn)為開(kāi)采煤層底板也像采動(dòng)覆巖一樣，由上至下存在著“三帶”，即上部為底板采動(dòng)裂隙帶，中部為完整巖層隔水帶和下部為承壓水導(dǎo)升裂隙帶。其中完整巖層隔水帶對(duì)阻隔底板突水起著主要的保護(hù)作用。“下三帶”理論認(rèn)為，底板突水機(jī)理不僅是底板在水壓力作用下由于底板強(qiáng)度低于水壓力的失穩(wěn)現(xiàn)象，而且也是由于底板含水帶在水壓力和礦山壓力共同作用下產(chǎn)生了升高所致。當(dāng)?shù)装搴畮c底板采動(dòng)裂隙帶溝通

5、時(shí)，就會(huì)發(fā)生底板突水事故。(4)原位張裂與零位破壞理論王作宇等提出了底板移動(dòng)的原位張裂和零位破壞理論。該理論認(rèn)為在巖體自重力和下部水壓力的耦合作用下，使其超前壓力壓縮段巖體整個(gè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)上半部受水平擠壓，下半部受水平張力的狀態(tài)，因而在其中部附近的底面上的原巖節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面就產(chǎn)生巖體的原位張裂。研究者認(rèn)為，底板結(jié)構(gòu)巖體由超前壓力壓縮段的過(guò)渡引起其結(jié)構(gòu)狀態(tài)的質(zhì)變，處于壓縮的巖體應(yīng)力急劇增壓，圍巖的貯存能大于巖體的保留能，便以脆性破壞的形式釋放殘余彈性應(yīng)變能以達(dá)到巖體能量的重新平衡，從而引起采場(chǎng)底板巖體的零位破壞;并且認(rèn)為頂板自重應(yīng)力場(chǎng)的采場(chǎng)支承壓力是引起底板產(chǎn)生破壞的基本前提，煤柱煤體

6、的塑性破壞寬度是控制底板最大破壞深度的基本條件，底板巖體的內(nèi)摩擦角是影響零位破壞的基本因素。(5)板模型理論劉天泉、張金才等提出了底板巖層由采動(dòng)導(dǎo)水裂隙帶和底板隔水帶組成的概念，并采用半無(wú)限體一定長(zhǎng)度上受均勻豎向載荷的彈性解，結(jié)合Coulmob一Mohr強(qiáng)度理論Griffith強(qiáng)度理論分別求得了底板受采動(dòng)影響的最大破壞深度。將底板隔水帶看作四周固支受均布載荷作用下的彈性薄板，然后采用彈塑性理論分別得到了以底板巖層抗剪及抗拉強(qiáng)度為基準(zhǔn)的預(yù)測(cè)底板所能承受的極限水壓力的計(jì)算公式。(6)關(guān)鍵層理論錢(qián)鳴高、黎良杰等根據(jù)底板巖體的層狀結(jié)構(gòu)特征，建立了采場(chǎng)底板突水機(jī)理的關(guān)鍵層理論。該理論提出在底

7、板巖層中找出一層強(qiáng)度最高的巖層作為底板關(guān)鍵層，將這一關(guān)鍵層看作薄板，很好地滿足了薄板理論的基本要求。由于底板關(guān)鍵層強(qiáng)度最高，因此，當(dāng)其達(dá)到極限破斷步距時(shí)，煤層至含水層之間的其它巖層均早已達(dá)到極限破斷步距。這樣，對(duì)底板突水機(jī)理的研究，就轉(zhuǎn)化為:在無(wú)斷層構(gòu)造條件下，底板關(guān)鍵層破斷機(jī)制的研究;當(dāng)有斷層切割時(shí)，對(duì)斷層兩盤(pán)關(guān)鍵層破斷機(jī)制與承壓水對(duì)關(guān)鍵層的張開(kāi)或斷層重新活化與承壓水在斷層帶中滲透沖刷的研究。(7)滲流耦合方面劉天泉針對(duì)煤層開(kāi)采后巖體的破壞