水体下采煤的安全与技术措施分析

三下一上”开采设计的原则
“三下一上”开采设计原则是指在建筑物下、铁路下、水体下和承压水体上进行采煤，同时不破坏原有地貌。

具体原则如下：
1. 建筑物下开采：需要保证建筑物不受到开采影响而破坏，同时要尽量多采出煤炭。

对于不适合搬迁的城镇、工厂、居民区、村庄等所压煤层，应进行开采，并做到井筒矿柱的回收，既开采出煤炭，又保护好地面建筑物。

2. 铁路下开采：需要保证铁路干线与支线下所压煤层的开采，同时采取留下矿柱的策略来保护铁路。

3. 水体下开采：包括地面水体下和地下水体下的开采。

水体下开采的实质是如何确定防水和防砂矿柱的高度，此上限到地面的垂高，就是安全开采深度。

在水库、蓄水池和运河等地面水体下采煤时，除要防止矿井发生突水事故外，还要保证它们不受到开采的影响而破坏。

4. 承压水体上开采：指可采煤层以下的承压水体上的煤层开采。

此外，三下一上”采煤技术需要充分考虑安全性和经济性，以及环境保护和资源回收率等因素。

在实际应用中，应根据具体情况选择合适的开采技术和方法，并进行详细的地质勘查和工程设计。

姚桥煤矿微山湖下采煤安全性分析研究许延春;李明山;刘世奇;柳昭星;王克武【摘要】本文结合大屯矿区姚桥煤矿现场地质资料、实测资料，按照水体下采煤的技术理论，对微山湖下第四系松散层结构和隔水性、覆岩破坏规律进行了分析研究，进而对姚桥煤矿微山湖下采煤的安全性进行了分析论证。

得出3隔和4隔为区域关键隔水层，能够有效防止湖水溃入井下；导水裂缝带发育的最大标高达不到基岩顶部，波及不到关键隔水层，无法导通湖水结论。

%This paper combined mining in Yaoqiao Coal field geological data and the measured data, according to the theory and technology of the coal mining under water body , analyzes the structure of Quaternary Loose Soils and the overburden failure law , and also predicts the ground surface deformation, and then analyzes and proves the security of Yaoqiao mine coal mining under Weishan Lake. Draw 3 compartment and 4 compartment for regional key aquifuge and it can effectively prevent the lake water burst into the underground . The maximum elevation of development of water-flowing fractured zone can' t reach the top of the bedrock, and can' t spread to the key water- resisting layer , and can' t form the crack of conducting the lake.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2012(009)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】水体下采煤;区域关键隔水层;导水裂缝带【作者】许延春;李明山;刘世奇;柳昭星;王克武【作者单位】中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;上海大屯能源公司姚桥煤矿,江苏徐州221611;中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;保利能源控股有限公司,北京100010【正文语种】中文【中图分类】TD823.83我国受顶板水体威胁的煤炭储量近百亿吨，所以进行水体下采煤是不可避免的，而对水体下采煤技术的研究也是势在必行的。

在水体下采煤安全煤岩柱的留设技术[摘要]本文主要阐述了水体下采煤的顶水采煤、疏水采煤和顶疏结合采煤等方式，水体的采动等级及允许采动程度，安全煤岩柱的防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱、防塌安全煤岩柱、安全煤岩柱保护层厚度的确定等留设方法。

[关键词]水体下采煤煤岩柱留设中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-177-011、水体下采煤的方式根据对水体的处理方式的不同，水体下采煤分为顶水采煤、疏水采煤和顶疏结合采煤。

1.1、顶水采煤顶水采煤的特点是：对水体基本不处理，直接在水体下进行采煤作业，而在水体与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱。

顶水采煤适合于水量大、补给充足、水体距开采煤层较远的条件。

1.2、疏水采煤疏水采煤可分为先疏水后采煤和边疏水边采煤。

按我国水体下开采的经验，先疏后采适合于以下条件：一是煤层直接顶为砂岩或石灰岩岩溶含水层，并能实现预先疏干时；二是松散含水砂层为弱或中弱含水层砂层，水源补给有限，通过石门疏干措施或提前开拓与采煤能预先疏干时。

水体的水量不太大，而水体的分布范围较大时，一般采用边疏边采的方式，如砂岩或石灰岩岩溶含水层为煤层基本顶时，采煤后基本顶含水层的水由采空区涌出，不影响工作面作业，但工作面内应采取疏排水措施。

1.3、顶疏结合采煤在受多种水体或多层含水层水体威胁的情况下采煤时，对远离煤层，其间距大于导水断裂带高度的水体，采用顶水采煤；对位于煤层直接顶之上或离煤层距离较近，其间距在垮落带和导水断裂带范围内的水体，采用疏水采煤。

2、水体的采动等级及允许采动程度水体下采煤时要严格控制地下开采对水体的影响，根据水体的类型、流态、规模、赋存条件及水体的允许采动程度，把地下开采影响的水体分为三个采动等级。

不同采动等级的水体，要留设相应的安全煤岩柱。

3、安全煤岩柱的留设方法安全煤岩柱是从开采上限到上覆水体底界面之间的煤层、岩层和松散层厚度的总称。

用心专注，服务专业“三下”采煤技术在煤矿生产的建设中，经常遇到大的各种类型的水体、建筑物、铁路及矿井井巷。

在一般情况下这些水体、建筑物、铁路及矿井井巷需要留设煤柱予以保护，从而造成了地下资源的积压和浪费。

因此研究不留或少留煤柱，并保护水体、建筑物、铁路、矿井井巷免遭破坏，实现在上述条件下的安全采煤技术及地面建筑物等的保护技术统称为特殊开采技术。

根据保护对象的不同，可将特殊开采技术分为：（1）水体下特殊开采技术。

其中水体包括：地表明水体，如江河、湖海、水库等；松散层含水体，如第三、四纪松散层中的水体和基岩含水体，如砂岩、石灰岩含水层。

（2）建筑物下特殊开采技术。

如城镇建筑物、民房、工农业建筑、公路、桥梁等。

（3）铁路下特殊开采技术。

如国家级铁路、矿区专用铁路等。

以上特殊开采技术又简称为“三下”开采技术。

“三下”采煤技术是随着煤炭生产建设的发展而诞生的一门新型实用技术。

从50年代起它就在我国受到重视。

经过几十年的研究、试验和推广应用，目前无论是从研究试验规模、关键技术以及基础理论水平、推广应用效果看，还是从所服务的对象范围看，“三下”采煤技术已经初步成为采矿学中一个实用性强，服务对象广，具有相应理论基础和技术水平的学科分支。

40年的水体下采煤中，我们得到了不同覆岩岩性，不同倾角，不同采煤方法（厚煤层分层开采，单一煤层一次采全高及放顶煤开采）的覆岩破坏规律。

提出了一套适于不同岩性、倾角和开采方法的冒落带和导水裂缝带高度的计算公式。

已掌握了不同地质条件下不同采煤方法所产生的地表移动规律，并形成一套地表移动变形预计理论，制定了房屋保护等级及相应措施。

我国的“三下”采煤技术有广泛的实践基础，已形成了较系统的、全面的理论体系和技术体系。

第十一章水体下（上）采煤技术水体下（上）采煤特点（1）水体下（上）采煤对地表变形量的大小关心较少，主要关心破裂岩体是否触及到水体；（2）保护对象一般来说不是水体而是矿井本身；（3）水体是一整体，只要破裂带触及到水体，就会使水大量溃入井下，淹没矿井，因此水体必须作为整体加以保护矿区水体主要分为地表水和地下水两大类潜水位：潜水面上任意点的绝对标高称为潜水位标高潜水面：潜水所具有的自由表面称潜水面从对水体下采煤的要求出发，将采空区上覆岩层按破坏程度划分为三带：垮落带、裂缝带和整体弯曲带导水裂缝带：冒落带、裂缝带合称导水裂缝带导水裂缝带分为四个区：垮落性破坏区、严重开裂区、一般开裂区、微小开裂区影响覆岩破坏规律的因素（一）覆岩力学性质和结构特征（二）煤层倾角（三）采煤方法和顶板管理方法（四）开采面积（五）开采厚度（六）时间因素（七）重复采动水体下采煤技术措施：留煤柱、处理水体、开采措施一、留设安全煤岩柱目的：使导水裂缝带不触及水体或触及水体但不会使水大量涌入井下，达到安全采矿的目的。

安全煤岩柱：在水体和矿层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和矿层安全煤岩柱可分为：防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱和防塌安全煤岩柱1．防水安全煤岩柱在水体底界面至矿层开采上限之间所留设的防止水体中的水溃入井下的煤和岩层块段称为防水安全煤岩柱2.留设防砂安全煤柱在松散弱含水层底界面至煤层开采上限之间为防止流砂溃入井下而保留的煤岩层区段称为防砂安全煤岩柱3.留设防塌煤岩柱在松散粘土层或已经疏干的松散含水层底界面至煤层开采上限之间设计的用于防止泥砂塌入采空区岩层区段称为防塌煤岩柱二、水体处理措施（一）疏降水体（二）处理水体补给来源三．开采技术措施目的：减小导水裂缝带高度主要有：充填开采、柱式开采、分区开采和分层间歇开采影响底板突水的主要因素（一）地质构造（二）含水层的富水性和水头压力（三）底板隔水层厚度和强度（四）矿山压力（五）开采方法水体上采煤防水安全煤岩柱设计方法（一）防水安全煤岩柱的设计设计防水安全煤岩柱的原则是，不允许底板采动导水破坏带波及水体，或与承压水导升带沟通。

我国煤矿水害分布范围及相应的防治方法我国煤矿床水文地质条件复杂，主要煤产地的华北石炭二叠纪煤田和南方晚二叠世煤田，属于喀斯特水文地质类型煤田，黄淮平原的煤田则受到第四系冲洪积层水的危害。

目前，在原统配煤矿中，约有18%待开采的煤炭储量受到较为严重的水害威胁。

1950年以后，我国煤矿曾发生过数百次突水事故，其中开滦范各庄矿于1984年6月2日发生突水量为2053m3/min的特大突水事故，造成经济损失5亿元以上。

由此可见，煤矿水害已成为影响煤矿安全生产的重大关键问题之一，对其进行防治工作研究具有十分重要的现实意义和长远的战略意义。

一我国煤矿水害分布（一）水害区的划分根据我国聚煤区的不同地质、水文地质特征，并考虑到矿井水对生产的危害程度，可将我国煤矿划分为6个矿井水害区(1、华北石炭二叠纪煤田的岩溶—裂隙水水害区；2、华南晚二叠世煤田的岩溶水水害区；3、东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；4、西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；5、西藏—滇西中生代煤田的裂隙水水害区；6、台湾第三纪煤田的裂隙—孔隙水水害区)（二）各水害区的概况从表1-1-1中可看出，我国矿井水害主要分布在华北和华南两大区。

其矿井水文地质条件极为复杂，水害十分严重。

例如华北石炭二叠纪煤田的煤系基底中奥陶统岩溶-裂隙水水害；黄淮平原新生界松散层水的水害；华南晚二叠世煤田的煤系顶底板灰岩岩溶水水害。

而东北侏罗纪煤田虽然存在着裂隙水及第四系松散层水的危害，但不严重；西北侏罗纪煤田处于干旱、半干旱气候区，区内严重缺水，存在着供水问题；西藏-滇西及台湾的中、新生代煤田的水文地质条件比较简单，水害问题也不严重。

表1-1-1 我国煤矿水害区的概况其中仅黄淮平原煤田（属华北水害类型区）第四系水造成的水害较为严重，在煤田开发过程中，流沙溃入并淹没矿井的事故很多。

例如1963年7月徐州新河煤矿502工作面突然溃入冲积层水、流沙和黄泥，淤塞巷道1200m，停产58d。

1.三下采煤技术P1:三下采煤新技术是指建筑物下,铁路下,近0水体下煤炭资源开采技术的统称,是多学科交叉的边缘学科技术.该技术涉及采煤,测量学,开采沉陷学,岩石力学和建筑学等学科,包括开采沉陷的理论计算分析和特殊采煤技术两大方面.包括地面建筑物留设煤柱的设计也属于三下采煤技术的范畴.2.条带开采P49：是指将要开采区域划分成比较正规的条带，采一条，留一条，利用保留的煤柱支撑上覆岩层，从而减少覆岩沉降，控制地表移动与变形，达到地面保护的目的。

优点：（1）：条带开采不改变原有的采煤方法（2）条带开采可依据保护体的要求，设计开采方案。

缺点：主要体现为采出率低、生产效率相对较低和巷道掘进量大三个方面。

条带开采的一般设计步骤：（1）初步确定条带开采宽度（2）初步确定条带留设煤柱宽度（3）分析确定条带尺寸（4）确定条带开采的实际尺寸（5）最终确定条带开采方案3.原位张裂理论P19：底板移动的原位张裂和零位破坏理论认为在自重和下部水压力的耦合作用下，其超前压力压缩段岩体整个结构呈现上半部受水平挤压、下半部受水平引张的状态，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。

4.协调开采P55：协调开采技术是三下采煤技术中控制地表变形的采煤方法，它利用地表移动规律和工作面的相对位置及开采方向布置来实现减少开采影响变形。

5.全柱开采P56：全柱开采是利用开采影响的动态变形相对较小的特点，将保护柱置于开采区域中央，采用多工作面同时，匀速推进方式进行整个煤柱的开采，达到既开采煤柱又保护地面建筑物的目的。

6.充填开采P57：是利用顶板管理方法实现减少地表变形的开采技术，其实只是利用沙子、碎石或炉渣等材料充填采空区，借以支撑围岩，达到减少沉降的目的。

充填开采的优缺点：优点：（1）充填开采适用于各种条件的三下采煤问题，且对煤矿安全的通风，瓦斯、防灭火、顶板压力与冲击危害问题也有较好的防治作用。

（2）充填开采可最大限度回收三下压煤资源，减少煤炭资源损失。

关于煤矿水害隐患调查报告一、煤矿水害事故发生的原因分析(一)直接原因。

1.对矿井水文地质条件了解不清、盲目开采。

一些矿井在水文地质条件没有查明的情况下，盲目开采，引发透水事故。

2.在水体下采煤防治措施不落实。

一些煤矿违反煤矿安全规程规定，在防隔水煤柱中进行采掘活动;有些在水体下开采急倾斜煤层的煤矿，未按三下采煤的规定进行试采，超强度开采，煤层连续冒落，导致透水事故。

3.超层越界开采，破坏防、隔水煤柱。

部分乡镇煤矿经过多年的开采，资源基本枯竭，为维持生产，违法超(深)层越界开采甚至开采防、隔水煤柱，由于不清楚相邻矿井的地质资料，也不进行探放水，盲目进入积水老空区，发生突水;还有一些矿井，在采掘工程平面图上弄虚作假，将井下超层越界开采区域和存在水患的采掘工作面进行封闭伪装，掩盖真实采掘活动，逃避监管。

4.防治水技术力量及从业人员相关知识匮乏。

多数老空透水在事故发生前，均有明显的透水预兆，但由于煤矿地质和水文地质人员缺乏，矿井没有防治水害的专业知识，不能识别明显的透水预兆，使本可避免的重特大透水事故在同一地区或不同地区重复发生。

5.对已有水患未采取有力措施。

有的矿井在水体下或冲积层下采煤留设的防水安全煤柱不合理;有的煤矿对地面的塌陷坑、废弃的小煤矿充填不实，使地表水溃入井下，导致事故发生。

6.雨季暴雨期井上下水情监测不够。

有的煤矿井口标高低于历史最高洪水位;一些煤矿对断层水、底板水、溶洞水认识不足，未引起高度重视，不认真编制防治水措施，导致突水。

7.未进行或者违章探放水。

我国乡镇煤矿经多次治理整顿、资源整合和关闭，许多废弃老窑没有留下详细的地质资料，其开采边界、分布范围、积水空间不清楚，已成为正在开采煤矿的主要水害隐患。

大多数乡镇煤矿没有防治水专业人员和探放水队伍，在掘进和采煤过程中，不进行探放水，或者违章用煤电钻代替专用探水钻机进行探放，导致事故发生。

(二)间接原因。

1.防治水工作管理滑坡。

企业受经济利益驱动、技术力量限制等，对防治水工作管理松懈、投入不足，没有认真落实水害防治责任制。

煤矿工人安全知识—带压开采、注浆堵水、封堵突水的诀窍及水体下采煤一、带压开采带压开采是防治水的一种方法。

实质上就是利用隔水层的隔水性能，带着水压进行开采的一种方法。

它的优点是不修建防治水工程，就可以猜测出带压开采的安全区，并顺利地把煤炭开采出来。

我国的许多煤矿，煤层底板下有丰富的高压地下水，因此，带压开采具有有用价值。

比如，某一个煤层，它的下部有一个强承压含水层，煤层未采之前，含水层中水的压力压向上方；当含水层上部的煤层采空之后，岩层的原始应力平衡状态遭到破坏，如果含水层的顶板(煤层的底板)隔水层抵挡不住下部水的强大压力，隔水层就要变形，产生底鼓，随之出现裂缝，造成工作面底板出水。

如果通过猜测得知，煤层底板隔水层能抵挡住下部含水层水的强大压力，水不能从煤层底板特别，然后把煤炭安全地采出来，带压开采便算成功了。

带压开采能否成功，决定于三个因素：1.承压含水层水压力的大小及水量的多少；2.隔水层厚度及岩层强度，被开采煤层与含水层间的距离越大，出水可能性越小；3.开采地区地质构造及采煤活动对隔水层的破坏状况，隔水层如果是完整的，断层、裂隙不发育，那么高压水特别的可能性就小。

在带压采煤工作面工作时，放顶工作要快，控顶距越小越好，以便减小地压；工作面内不准丢煤柱，也不要残留木垛、点柱等支撑物；注意底板变化，如有异常应停止采煤和放顶；坚持排水设备完好；现场所有人员必须熟悉避灾路线。

二、注浆堵水注浆堵水是防止矿井涌水而行之有效的措施。

我国用注浆法与地下水作斗争已有四十多年的历史，方法简便，效果较好，得到广泛的应用。

注浆堵水，就是把配制好的浆液(水泥浆液、水泥一水玻璃浆液或化学浆液)，用注浆泵压入地层空隙中，使浆液扩散、凝固、硬化，起到堵、截补给水源的作用。

目前，注浆应用在以下几方面：井筒注浆井筒常要通过一个或几个含水层，含水层的水就会进入井筒，给建井带来困难和危害。

为此，在井筒开凿之前先从地面打钻孔，对含水层进行预先注浆；或者在井筒掘进工作面距含水层一定距离的地方停止掘进，从工作面预先进行注浆。