《底板承压水下采煤》PPT课件

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1、底板承压水上采煤报告内容1中国煤矿区水害及其防治概述2采煤工作面底板应力与位移规律及底板岩体破坏特征3底板岩体变形及破坏后的渗流特征及突水预测预报4底板突水的防治技术1中国煤矿区水害及其防治概述1.1报告背景我国已开发煤田中华北型煤田占38%，华南型煤田占30%，华北-东蒙煤田占28%。华北型煤田太原组煤系受底部巨厚层奥陶系灰岩强岩溶含水层的威胁，受威胁储量占总储量的50%以上。华南型煤田龙潭煤系底部受茅口灰岩强岩溶含水层的威胁。80年代后，随着开采深度的延伸，底板突水日益严重，近10年来，由于开采深度加大后造成的煤矿底板突水灾害直接经济损失近30亿元。如果不能解放这些受水害威胁的煤

2、炭储量，不仅影响煤矿的产量，而且一些老矿井还有被迫提前关门的危险。因此，开采前认真研究煤层底板岩体破坏突水规律，进行必要的物探工作，对于实现煤矿安全生产，防治煤层底板突水具有十分重要的理论意义和现实意义。1.2我国煤矿区主要受三类水害的威胁。（1）巨厚强含水冲积层对其下伏煤层开采的威胁。（2）具有强含水层或地表水体补给的太原群岩溶灰岩含水层，对其上下煤层的威胁。（3）厚层灰岩岩溶强含水层对其上覆煤层开采的威胁。防治前两类水害的煤层开采技术，已有一套比较完整及成熟的经验，而治理后一类水害，尚缺乏经验。1.3国内外的研究动态我国煤炭科技工作者在与底板水长期的斗争中，进行了大量的研究工作，并

3、初步形成了如下几种突水预测方法：(1)突水系数方法我国学者早在1964年就开始了底板突水规律的研究，采用突水系数作为预测预报底板突水与否的标准。突水系数就是单位隔水层所能承受的极限水压值，即:式中，Ts为突水系数;p为含水层水压MPa;h为隔水层厚度m。(2)岩--水应力关系法岩一水应力关系法从物理和应力概念出发,认为造成底板突水需具备两个条件:①存在导水破裂带。无论是地质构造作用还是采掘引起的岩体破坏，只要使底板隔水层破坏至一定深度，且与下部导升高度相通或波及到下部含水层，就具备了突水的必要条件。②水压与应力关系。当承压水压力大于或等于水平最小主应力时，才会具备突水的充分条件。岩一水

4、应力关系法建立的突水临界指数为:式中，为作用于底板上的承压水压力，MPa;为水平最小主应力，MPa。当指数I>1时，底板发生突水。(3)“下三带”理论根据部分现场实测资料和实验研究成果，李白英等提出了“下三带”理论。该理论认为开采煤层底板也像采动覆岩一样，由上至下存在着“三带”，即上部为底板采动裂隙带，中部为完整岩层隔水带和下部为承压水导升裂隙带。其中完整岩层隔水带对阻隔底板突水起着主要的保护作用。“下三带”理论认为，底板突水机理不仅是底板在水压力作用下由于底板强度低于水压力的失稳现象，而且也是由于底板含水带在水压力和矿山压力共同作用下产生了升高所致。当底板含水带与底板采动裂隙带沟通

5、时，就会发生底板突水事故。(4)原位张裂与零位破坏理论王作宇等提出了底板移动的原位张裂和零位破坏理论。该理论认为在岩体自重力和下部水压力的耦合作用下，使其超前压力压缩段岩体整个结构呈现上半部受水平挤压，下半部受水平张力的状态，因而在其中部附近的底面上的原岩节理、裂隙等不连续面就产生岩体的原位张裂。研究者认为，底板结构岩体由超前压力压缩段的过渡引起其结构状态的质变，处于压缩的岩体应力急剧增压，围岩的贮存能大于岩体的保留能，便以脆性破坏的形式释放残余弹性应变能以达到岩体能量的重新平衡，从而引起采场底板岩体的零位破坏;并且认为顶板自重应力场的采场支承压力是引起底板产生破坏的基本前提，煤柱煤体

6、的塑性破坏宽度是控制底板最大破坏深度的基本条件，底板岩体的内摩擦角是影响零位破坏的基本因素。(5)板模型理论刘天泉、张金才等提出了底板岩层由采动导水裂隙带和底板隔水带组成的概念，并采用半无限体一定长度上受均匀竖向载荷的弹性解，结合Coulmob一Mohr强度理论Griffith强度理论分别求得了底板受采动影响的最大破坏深度。将底板隔水带看作四周固支受均布载荷作用下的弹性薄板，然后采用弹塑性理论分别得到了以底板岩层抗剪及抗拉强度为基准的预测底板所能承受的极限水压力的计算公式。(6)关键层理论钱鸣高、黎良杰等根据底板岩体的层状结构特征，建立了采场底板突水机理的关键层理论。该理论提出在底

7、板岩层中找出一层强度最高的岩层作为底板关键层，将这一关键层看作薄板，很好地满足了薄板理论的基本要求。由于底板关键层强度最高，因此，当其达到极限破断步距时，煤层至含水层之间的其它岩层均早已达到极限破断步距。这样，对底板突水机理的研究，就转化为:在无断层构造条件下，底板关键层破断机制的研究;当有断层切割时，对断层两盘关键层破断机制与承压水对关键层的张开或断层重新活化与承压水在断层带中渗透冲刷的研究。(7)渗流耦合方面刘天泉针对煤层开采后岩体的破坏