祁東煤礦2.4Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖-采礦工程.zip

祁東煤礦2.4Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖-采礦工程.zip,祁東,煤礦,2.4,Mta,設(shè)計(jì),CAD,采礦工程 姚橋煤礦微山湖水體下采煤防止水技術(shù)研究 摘要：本文首先介紹了國內(nèi)外水體下采煤發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)介紹了現(xiàn)有的水體下采煤類型，水體下覆巖關(guān)鍵層破斷規(guī)律以及防治水的技術(shù)措施。最后以姚橋煤礦湖下采煤為例分析湖下采煤帶來的地表沉陷規(guī)律等影響。 關(guān)鍵詞：水體下，采煤類型，破斷規(guī)律，防治水 1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1.1 國外發(fā)展?fàn)顩r 1.1.1 日本水體下采煤 日本是個(gè)島國，陸地礦產(chǎn)資源有限，對(duì)沿岸海下煤田開發(fā)十分關(guān)心。1968年日本海下采煤的產(chǎn)量達(dá)1235萬噸，約占日本全國煤炭總產(chǎn)量的30 %。海下采煤的礦井共/11個(gè)，其中九州地區(qū)占9 個(gè)。日本根據(jù)百年來海下采煤的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制定了海下采煤的條例和安全措施。日本煤礦保安法第23 條規(guī)定：海下采煤前須制訂專門的采掘計(jì)劃，并由監(jiān)察機(jī)關(guān)審查批誰和確定可以進(jìn)行開采的范圍。日本煤礦保安規(guī)程詳細(xì)規(guī)定，海下采煤時(shí)須采取：測定海水深度、通訊聯(lián)系和警報(bào)措施出水時(shí)的緊急措施、退避的方法、遇斷層時(shí)的措施等等安全措施。為了確保安全，規(guī)定在下例條件下禁止采掘，或采用全部充填和殘柱式采煤祛進(jìn)行開采： 條件 禁止采掘 采用全部充填或殘柱式采煤 第四紀(jì)地層厚度大于30m 第三紀(jì)地層厚度小于10m 第三紀(jì)地層厚度為10-20m 第四紀(jì)地層厚度為10-30m 第三紀(jì)地層厚度小于20m 第三紀(jì)地層厚度為20-40m 第四紀(jì)地層厚度為5-10m 第三紀(jì)地層厚度小于40m 第三紀(jì)地層厚度為40-60m 第四紀(jì)地層厚度小于5m 第三紀(jì)地層厚度小于60m 第三紀(jì)地層厚度為60-100m 保安規(guī)程還規(guī)定：煤層露頭上部無第四紀(jì)地層，則從海底煤層露頭開始，沿該煤層100米以內(nèi)的地方均禁止采掘，沿層面至水淹的老窯距離100米以內(nèi)的地方禁止采掘；離水淹的老窯30米以內(nèi)的地方禁止采掘。 日本海下采煤的一個(gè)主要安全措施就是保留足夠的防水煤巖柱。日本伊王島煤礦海下采煤防水煤巖柱的高度與煤層采厚的比值，淺部約為100倍，深部僅為34倍，在這個(gè)條件下可以采用長壁式大冒頂采煤方法開采。 為了減少防水煤巖柱尺寸，一般采用風(fēng)力充填方法。例如，佐世保煤田福島煤礦在保留垂高約80米防水煤柱的情況下采用長壁式鳳力充填采煤方法安全開采了厚度為2米的煤層，僅局部地區(qū)工作面淋水較大。三池和松島等煤礦采用過房柱式風(fēng)力充填采煤方法開采。對(duì)緩傾斜厚煤層日本前幾年試驗(yàn)一種新采煤方法鄉(xiāng)叫做混凝土假頂下行分層充填采煤法。分層厚2.5米，先采完上分層后，灌注0.5米厚的混凝土，然后再用水砂充填，米厚。凝固后的混凝土板作為下分層回采時(shí)的人工假頂。 1.1.2 英國水體下采煤 英國也是一個(gè)島國，四面環(huán)海，是世界上最早的海下采煤的國家。英國海下煤田的儲(chǔ)量根據(jù)1996年統(tǒng)計(jì)為6.5億噸，有16個(gè)煤礦開采海下煤層。其中：蘇格蘭煤田：4個(gè)煤礦，諾森伯蘭煤田4個(gè)煤礦，達(dá)拉姆煉焦煤煤田7個(gè)煤礦，北威爾士煤田1個(gè)煤礦，16個(gè)煤礦海下采煤的年產(chǎn)量約1300萬噸。采煤方法淺部是采用房柱式采煤法，深部采用長壁式全面采煤法開采。1968年以前，蘇格蘭和諾森伯蘭都按開采深度來確定采用長壁式全面采煤法開采的煤層的最大厚度： 英國煤管局原先認(rèn)為水體下采煤時(shí)拉伸變形最為重要，規(guī)定海下采煤時(shí)要求海底拉伸變形值應(yīng)小于5毫米/米，以免出現(xiàn)裂縫。后來，感到水體下開采時(shí)開采煤層上復(fù)巖層的厚度尤為重要，通過調(diào)整研究在1968年頒布的海下采煤條例中規(guī)定：用長壁式全面采煤法開采時(shí)上復(fù)巖層最小厚度為：105米，其中應(yīng)有61米厚并夾有頁巖的含煤地層，煤層容許開采的最大厚度為1.7米，采深增大時(shí)煤層容許開采的厚度按比例增加，規(guī)定采深183米時(shí)為8米，海底最大拉伸變形不應(yīng)超過10毫米/米，采用房柱法部分開采時(shí)容許的最小采深為61米。 采深大于61米，其他條件不能滿足海下采煤條例關(guān)于長壁工作面開采的要求時(shí)，英國一般采用傳統(tǒng)的房柱式采煤方法開采。諾森伯蘭煤田海下采煤時(shí)采用的房柱式采煤法采區(qū)的典型規(guī)格見圖。 房寬18′，留方形煤柱72′×72′，采深300′，煤層厚14′，回采率僅為36%，但所留煤柱的尺寸的安全系數(shù)確保超過4。也有采用21′房寬，方煤柱69′×69′，回采率提高到41%，但卻造成頂板管理問題困難，因?yàn)槊悍拷徊嫣帉?duì)角線長度接近30′。從理論上說，采用52′×52′ 的方煤柱時(shí)安全系數(shù)達(dá)到3，煤房寬18′時(shí)回采率可達(dá)到44%。英國人認(rèn)為，在大型水體下采煤時(shí)安全系數(shù)考慮得比3大點(diǎn)為好。此外，英國煤礦在水體下采煤時(shí)也有采用條帶式部分采煤法開采，開采條帶的寬度小于作為煤柱的條帶寬度 河下采煤英國也有很悠久的歷史，100年前《勃洛德奧克》煤礦就在勒費(fèi)河河床下采深110′處開采4尺層，1907年在河下320′開采5尺層，井下涌水量未見增加。1968年在該河流下800′深處用600′寬的長壁工作面進(jìn)行開采，工作面也很千燥。英國在其他水體下采煤的例子也很多，例如??1970年托佛爾煤礦成功地在400碼×200碼，平均水深50′的林發(fā)爾水庫下900′深處用長壁工作面開采一煤層。英國水體下采煤均參照1968年英國煤管局頒布的海下采煤條例規(guī)定辦。這個(gè)技術(shù)條例是英國多年來水體下采煤實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)研究的總結(jié)。英國巖層移動(dòng)專家根據(jù)長壁工作面開采后采空區(qū)上方巖層破壞，向上擴(kuò)展，由于巖層中出現(xiàn)裂隙，使上復(fù)巖層中含瓦斯巖層的瓦斯解吸而逸出的關(guān)系來分析，長壁工作面采空區(qū)上方的導(dǎo)水裂隙帶最大擴(kuò)展高度為200′。此外，根據(jù)水體下采煤礦井涌水量的調(diào)查以及理論計(jì)算，采空區(qū)上方巖層透水性加大的區(qū)域高度可達(dá)120′，最大為200′。所以，技術(shù)條例中規(guī)定必須在采深大于200′情況下才能進(jìn)行海下采煤。 1.1.3 加拿大和西德的水體下采煤 加拿大海下采煤始于1874年，1968年海下采煤的產(chǎn)量為400萬噸，占全國煤炭總產(chǎn)量的40%。加拿大海底煤田—悉尼煤田位于加拿大東部諾瓦斯科夏省，煤層埋藏穩(wěn)定，傾角約10°-20° ，-1200 米水平以上的煤炭可采儲(chǔ)量估計(jì)有8億噸。目前最大的海下采煤礦井林格煤礦日產(chǎn)量為8000噸。根據(jù)英國海下采煤的經(jīng)驗(yàn)和本國生產(chǎn)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，加拿大礦業(yè)公司規(guī)定：海下采煤深厚比大于100時(shí)可以采用長壁工作面全部開采，深厚比小于100 ，用房柱式部分開采法開采。 西德河下采煤歷史也比較長。1911-1934年期間魯爾煤田的礦井安全地在萊因— 赫爾斯克運(yùn)河下開采緩傾斜薄煤層和中厚煤層，使運(yùn)河發(fā)生均勻的下沉。開采引起的地表和巖層的下沉一般說來是有害的，但西德采煤工程師成功地應(yīng)用地表下沉方法來解決杜伊斯堡港口的疏浚問題杜伊斯堡港口下方共有4個(gè)煤層，總厚3.8米，采深120-600米，上兩個(gè)煤層厚度為1.88米，采深較淺，采用風(fēng)力充填的長壁工作面開采，下兩個(gè)煤層采深為486-906米，采用冒落開采。采后港口碼頭船塢和1800米長的柏林橋等均勻下沉無損壞，大橋設(shè)有千斤頂調(diào)整裝置能根據(jù)需要將橋面頂起。港口河道采后下沉2米，水深也加大了2米，起到了港口疏俊的效果。 1.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國煤礦在水體下積壓了大量煤炭資源，據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，全國各礦區(qū)在河流、沏泊、第四紀(jì)含水松散層以及地表積水區(qū)等各類水體下壓煤量近40億噸。由于水體壓煤具有量大面廣的特點(diǎn)，如果不開采，不僅不能合理開發(fā)資源，而且造成礦區(qū)建設(shè)和礦井開采技術(shù)上的困難。以往在解決水體下采煤問題時(shí)，因缺乏經(jīng)驗(yàn)，曾經(jīng)走過一段彎路例如，在留設(shè)防水煤柱尺寸方面，一些礦區(qū)曾按照國外的經(jīng)驗(yàn)，把水體和建筑物兩者同等看待，只允許水體經(jīng)受建筑物同樣的變形，因而套用在建筑物下開采時(shí)要求的安全開采系數(shù)，來留設(shè)水體下開采時(shí)的防水安全媒柱，使安全開采上限定得很低，要求保留很大的煤柱。比如對(duì)較大一些的河流，把它作為一級(jí)建筑物考慮，只允許河流底部產(chǎn)生的傾斜變形值<4 毫米#/米，水平變形值<3毫米/米，認(rèn)為要在采厚的200-300倍以下才能保證安全開采。這樣就把大量便于開采的煤炭擱置起來，成為呆滯煤量。事實(shí)上，水體與建筑物兩者有本質(zhì)區(qū)別。井下開采后，水體是否遭受破壞并向井下充水，決定于具體地質(zhì)條件和開采技術(shù)等因素。往往出現(xiàn)這樣的情況，開采后地表已經(jīng)產(chǎn)生裂縫或使建筑物遭受破壞，而井下涌水量并無明顯增加。因此采用建筑物下開采時(shí)要求的安全開采深度來確定水體下采煤的安全開采上限，顯然是不合理的，又如對(duì)平原礦區(qū)地表下沉區(qū)的積水處理問題，開始階段，有的礦區(qū)對(duì)開采地點(diǎn)的地層結(jié)構(gòu)和開采條件等缺乏具體分析，認(rèn)為地表一旦有積水就威脅井下生產(chǎn)，因此采用機(jī)械排水措施排除開采區(qū)域上方的地表積水，如1964年前淮北和徐州礦區(qū)都曾這樣做過，也有的礦區(qū)被迫暫時(shí)停產(chǎn)，待排除地表積水后再恢復(fù)生產(chǎn)，這樣不僅占用大量設(shè)備，耗費(fèi)電力，而且在低洼內(nèi)澇地區(qū)，雨季洪水泛濫，汪洋一片，積水根本無法排除實(shí)際情況是，由于開采后基巖導(dǎo)水裂隙不是無限止地向上發(fā)展以及粘土層或基巖保護(hù)層大都有隔水作用等因素，地表積水不一定會(huì)潰入井下，開采實(shí)踐在不少礦區(qū)取得了頂水采煤的成功經(jīng)驗(yàn)。 解放以來，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，水體下采煤也獲得了迅速發(fā)展，不少礦區(qū)積極開展了水體下采煤的實(shí)踐和研究工作，成功的在各類水體下采出了大量煤炭，積累了許多第一性資料，獲得了一些規(guī)律性認(rèn)識(shí)。迄令拿國共有100多個(gè)礦近近千個(gè)工作面進(jìn)行了水體下采煤工作。水體下采煤的規(guī)模由小到大，開采深度由深到淺，開采條件由有隔水層到基巖直接與含水體接觸，開采方法由單一長壁開采發(fā)展到分層開采，由開采緩傾斜煤層發(fā)展到開采急傾斜煤層，使采深采厚比逐漸減小，即防水煤柱厚度相對(duì)減小，呆滯煤量不斷減少，安全開采的技術(shù)措施日趨完善，復(fù)巖破壞狀況的觀測手段也日益增加，積累了相當(dāng)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并逐步形成了我們自己的一套水體下采煤理論，填補(bǔ)了我國煤炭科學(xué)技術(shù)的空自，對(duì)合理開發(fā)和充分利用國家資源，延長礦井壽命，挖掘礦井潛力發(fā)揮了一定作用。 2 現(xiàn)有的水體下采煤類型 由于含水體與地層接觸方式以及地層結(jié)構(gòu)的不同，迄今各礦區(qū)進(jìn)行的水體下采煤實(shí)踐大體有以下幾種類型。 2.1 在河下采煤 分兩種情況。一種是河床與煤系基巖之間無粘土層，即河床直接位于基巖之上或河床與基巖之間僅有含水砂層，如圖。這種情況下進(jìn)行河下采煤的條件最為不利。目前在這種條件下采煤的實(shí)例大都是開采緩傾斜煤層。由于煤系基巖的隔水性和富水性不同，其安全開采的采深采厚比有很大變化。當(dāng)用垮落法開采時(shí)，深厚比大的達(dá)100多，一般為50-60 ，最小的30-40。這些深厚比值不一定是合理的，只反映了現(xiàn)有的開采實(shí)踐結(jié)果，不能作為設(shè)計(jì)的依據(jù)當(dāng)用充填法開采時(shí)，其深厚比大大減小，一般為10-20。 。 無粘土層時(shí)河下含沙層下采煤示 有黏土層是河下采煤示意圖 另一種情況是河床與基巖之間有松散層復(fù)蓋，其底部有粘土層，見圖。這種情況下現(xiàn)有的實(shí)踐也大都是開采緩傾斜煤層。由于粘土層的隔水作用，其安全開采的深厚比相應(yīng)減小。當(dāng)用垮落法開采時(shí)，最小的為5-8，一般為10-20。如徐州大黃山一號(hào)井在季節(jié)性河流不牢河下開采，采厚5-8米，傾角10°，傾斜分層全部垮落，基巖厚20米，粘土層厚10米，深厚比5-6（粘土層計(jì)算在煤柱厚度內(nèi)，下同） ，開采后涌水量無變化。 2.2 在地表塌陷積水區(qū)及水庫等水體下采煤 這種情況從水向礦井的充水條件來說與河下采煤相似，一是否安全采煤在很大程度上決定于基巖的隔水性以及沖積層內(nèi)有無粘土層及其厚度等情況?，F(xiàn)有的開采實(shí)踐，當(dāng)用垮落法開采緩傾斜煤層時(shí)，最小深厚比為6-8 ，一般為15。當(dāng)沖積層內(nèi)有粘土層時(shí)，開采急傾斜煤層也取得了滿意的結(jié)果。如唐山礦用水平分層垮落法在地表積水區(qū)下開采17米厚的煤層，傾角85°。，基巖厚176米，沖積層內(nèi)粘土層厚50米，深厚比為13 ，采后水量無明顯增加。 在有粘土層情況下進(jìn)行河下或地表積水區(qū)下采煤，雖然其安全性要好得多，但當(dāng)粘土層厚度不大時(shí)，為緩和下沉強(qiáng)度，防止粘土層錯(cuò)斷，一般仍需保留一定厚度的基巖作為保護(hù)層。 2.3 在第四紀(jì)松散層下采煤 這種類型比較普遍，華東各礦區(qū)更為突出，如充州、滕縣淮北以及淮南等礦區(qū)，都有在第四紀(jì)松散層下采煤的情況。與河下采煤比較，由于河流有突然潰決、大量充水的可能，而含水砂層、含水砂礫層等松散層充水有一個(gè)滲透過程，相對(duì)而言其安全性要好一些這種類型也分兩種情況。一種情況是含水砂層直接與基巖接觸，這時(shí)要具體分析其含水性。如果與基巖接觸的含水砂層為弱含水層時(shí)，其安全開采的深厚比可相應(yīng)減小。如柴里礦在第四紀(jì)松散層下用傾斜分層垮落法開采傾角10°-25°、厚9.8米的煤層，由于與基巖接觸的一層粘土夾礫石層為弱含水層，相對(duì)的起到隔水作用，在保留22米基巖的情況下進(jìn)行了安全采煤，見圖。如果與基巖接觸的含水砂層為強(qiáng)含水層，補(bǔ)給條件好，則應(yīng)留設(shè)較大的煤柱，要求的深厚比就大一些。 弱含水層與基巖接觸時(shí)采煤示意圖 另一種情況是含水砂層與基巖之間有粘土層。這種情況下除緩傾斜煤層外，也有不少工作面開采急傾斜煤層。由于粘土層的塑性和粘性，具有良好的隔水性能，并能經(jīng)受較強(qiáng)的因采動(dòng)而引起的變形，無論是開采緩傾斜或急傾斜煤層，其安全開采的深厚比都可相應(yīng)減小。如淮北朱莊礦在含水松散層下用垮落法開采總厚為6.6米的3層近距離煤層，傾角8°，基巖厚19.4米，松散層底部粘土層厚28米，深厚比7.3；徐州旗山礦在含水松散層下用水平分層垮落法開采4米厚的媒層，傾角60°。基巖厚21米，松散層底部粘土層厚8米，深厚比為8 ，開采結(jié)果都是安全的。 2.4 在石灰?guī)r等基巖含水層下采煤 在基巖含水層下采煤示意 這種情況下是否安全采煤，不是選擇合適的深厚比，而是決定于煤層頂板至含水層底板的法線距離n ，見圖。如果n值大于煤層開采后引起的導(dǎo)水裂隙高度，開采是安全的。如果n值小于導(dǎo)水裂隙高度，則隔水層受到破壞，要事先疏水或邊采邊疏，才能進(jìn)行開采。當(dāng)含水層緊貼煤層頂板時(shí)，則應(yīng)先疏干后開采。國內(nèi)現(xiàn)有的各類水體下采煤的實(shí)踐表明，沖積層內(nèi)有無粘土層及其賦存情況，對(duì)安全開采影響很大，即使在經(jīng)受多次重復(fù)采動(dòng)的情況下，粘土層及其它泥巖等塑性巖層仍具有良好的隔水性能。無論粘土層與煤系基巖直接接觸或與含水砂層互層存在，對(duì)水體下開采都有利。 3 水體下覆巖破壞基本規(guī)律 井下發(fā)生大量涌水或突水事故，除了客觀存在的各種水體外，還必須有進(jìn)水的通道。煤層采出后上覆巖層應(yīng)力重新平衡，引起巖層移動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生裂隙，這些裂隙就成為水砂潰入礦井的通道，如果杜絕產(chǎn)生或減少這些裂隙，就可避免水對(duì)礦井的威脅。因此長期以來，研究開采后引起的覆巖破壞規(guī)律就成為實(shí)現(xiàn)水體下安全開采的重要課題之一。 由采煤引起的覆巖破壞是一種復(fù)雜的物理力學(xué)現(xiàn)象，隨著采煤方法、頂板管理方法、煤層厚度、傾角、覆巖巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及基巖風(fēng)化程度等因素的不同，表現(xiàn)出不同的特性。從進(jìn)行水體下采煤的主目是防止井下涌水量急增的角度出發(fā)，上復(fù)巖層的破壞狀況大體可以分為冒落帶、導(dǎo)水裂階帶、正體移動(dòng)帶三個(gè)不同的區(qū)域，見圖。冒落帶內(nèi)巖石破碎、素亂，巖塊之間的空隙多，連通性強(qiáng)，會(huì)出現(xiàn)水及泥砂的大量潰入，裂隙帶內(nèi)巖層產(chǎn)生順層面的離層及垂直層面的裂縫或斷開，有時(shí)巖層發(fā)生斷裂，但仍然保持原有的層次，裂縫的連通性強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致涌水量增加，但不會(huì)出現(xiàn)潰砂、汝泥現(xiàn)象，正體移動(dòng)帶內(nèi)巖層皇彎曲沉降，一般只產(chǎn)生微小的裂隙，數(shù)量也少，裂縫間連通性弱，不會(huì)向井下導(dǎo)水，更不會(huì)有演砂潰泥現(xiàn)象。實(shí)踐表明，水體下采煤時(shí)，具有實(shí)際意義的是在各種特定條件下形成的導(dǎo)水裂隙的高度。對(duì)正體移動(dòng)帶的裂縫可不考慮，重要的是避免冒落帶接觸水體，并控制裂隙帶不發(fā)展到水體，特別是后者對(duì)保證安全開采有現(xiàn)實(shí)意義。因此不少礦區(qū)多年來采取了在基巖內(nèi)埋設(shè)深部測點(diǎn)、在防水煤柱內(nèi)設(shè)觀測巷道并向煤層內(nèi)打探墟占以及在地面采用鉆孔沖洗液消耗量觀測法等多種方法觀測復(fù)巖破壞規(guī)律。下面是有關(guān)礦區(qū)通過多年實(shí)踐所得的簡短結(jié)論。根據(jù)覆巖破壞的基本類型以及便于計(jì)算冒落帶、裂隙帶最大高度，復(fù)巖破壞規(guī)律按煤層傾角大刁、劃分緩傾斜、中傾斜、急傾斜三種類型。 覆巖破壞狀況示意圖 1）在0°-35°緩傾斜煤層條件下，采用垮落法管理頂板時(shí)，冒落巖石基本上在原地堆積，由于采空區(qū)邊界煤柱的支撐作用，采空區(qū)邊界煤柱上方復(fù)巖承受較大的水平變形，覆巖的冒落帶、裂隙帶的破壞形態(tài)是，采空區(qū)四周邊界上方略高，中間部分略低，類似馬鞍形，如圖。當(dāng)開采厚煤層時(shí)，隨著重復(fù)開采層數(shù)的增加，上覆巖層經(jīng)受多次破壞和變形，使巖層軟化，這種馬鞍形的形態(tài)漸不明顯。 2）在開采36°-54°中傾斜煤層時(shí)，由于冒落巖塊向下滑動(dòng)及個(gè)別巖塊向下滾動(dòng)的現(xiàn)象，采空區(qū)上部的空間不能很快被充滿，冒落過程的持續(xù)時(shí)間比采空區(qū)下部稍長，并由于上山方向覆巖受拉伸，下山方向復(fù)巖受壓縮，因此其冒落帶、裂隙帶的最大高度，與緩傾斜煤層相比較，在采空區(qū)上部分?jǐn)U大，采空區(qū)下部分減小，見圖十。 3）當(dāng)開采>54° 的急傾斜煤層時(shí)，由于采空區(qū)冒落的煤和巖塊向下滾動(dòng)，迅速填滿采空區(qū)下部，使采空區(qū)下部的上復(fù)巖層的移動(dòng)量大為減小，采空區(qū)上部的上復(fù)巖層遭受最大的變形。這時(shí)的復(fù)巖破壞特征是，采空區(qū)上邊界的冒落帶、裂隙帶大大高于采空區(qū)下部，破壞影響除頂板巖層外，還波及到底板巖層及采空區(qū)上邊界的所采煤層本身。其破壞形態(tài)如圖。這時(shí)除考慮回采上限以上垂直方向的冒落帶、裂隙帶高度外，當(dāng)有基巖含水層時(shí)，還需考慮法線方向的高度。隨著煤層傾角的增大，回采上限以上垂直方向的冒落帶、裂隙帶高度也隨之增大。 開采緩傾斜中厚煤層或厚煤層 開采中傾斜煤層后復(fù)巖破壞情況示意 開采急傾斜煤層后復(fù)巖破壞形態(tài)示意 覆巖冒落帶、裂隙帶的最大高度，是確定防水安全煤柱的重要依據(jù)。解放以來，各礦區(qū)通過大量實(shí)測資料，總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，作為進(jìn)行水體下采煤時(shí)設(shè)計(jì)防水煤柱的參考。必須說明的是，由于采礦地質(zhì)條件的復(fù)雜性，要用一個(gè)數(shù)學(xué)公式完全概括各種具體情況是有困難的，因此各個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式僅是根據(jù)一些特定條件總結(jié)得來的。下面是“煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范” 中總結(jié)的采用全部垮落法管理頂板時(shí)計(jì)算冒落帶、裂隙帶最大高度的經(jīng)驗(yàn)公式： 影響冒落帶、裂隙帶高度的因素很多，大量的實(shí)測資料表明，在具體的地質(zhì)采礦條件下，冒落帶、裂隙帶高度的發(fā)展具有以下特征，在采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算時(shí)，需要考慮到這此因素。 1）覆巖巖性是影響冒落帶、裂隙帶高度的重要因素。不少礦區(qū)的觀測結(jié)果表明，在基巖風(fēng)化帶，由于巖層軟弱，不易產(chǎn)生連通性裂隙，其冒落帶、裂隙帶高度比未風(fēng)化的巖層顯著降低。 2）當(dāng)直接頂、老頂全為堅(jiān)硬巖層時(shí)，由于其穩(wěn)定性好，在冒落過程中復(fù)巖的下沉量最小，開采空間全靠冒落的巖塊碎脹充填，冒落過程發(fā)展得最充分，冒落帶、裂隙帶高度也最大，較中硬巖層約大50%-60% 。在這種情況下開采急傾斜煤層時(shí)，回采上限以上的煤層可能滑落，有時(shí)甚至可能發(fā)展到地表，需要特別注意。當(dāng)頂板為軟弱巖層時(shí)，冒落過程中覆巖的下沉量較大，開采空間由于復(fù)巖正體下沉而不斷縮小，冒落過程得不到充分發(fā)展，其冒落帶、裂隙帶高度偏小，僅為中硬巖層的70%左右，對(duì)水體下采煤有利。 3) 當(dāng)開采緩傾斜厚煤層時(shí)，由于重復(fù)采動(dòng)使上復(fù)巖層軟化，移動(dòng)速度加快，破碎頂板來不及充分冒落就已成正體下沉，所以其裂隙帶高度與累計(jì)采厚不成正比例增加。同時(shí)，隨著分層開采數(shù)目的增加，冒落帶高度占裂隙帶高度的比例越來越大，如以劃分4個(gè)分層為例，開采第四分層后，冒落帶高度占裂隙帶高度的60%。這一規(guī)律對(duì)開采淺部煤層時(shí)特別重要，要嚴(yán)加預(yù)防，避免冒落帶直接進(jìn)入到水體。 4）實(shí)測資料表明，緩傾斜厚煤層分層開采時(shí)，第一分層的裂隙帶高度已達(dá)全煤厚采完后最終裂隙帶高度的50%左右；開采急傾斜煤層第一小階段垂高30米左右時(shí)，裂隙帶高度己發(fā)展到全階段采完后最終裂隙帶高度的70%-80%。這一現(xiàn)象也是由于復(fù)巖經(jīng)受重復(fù)采動(dòng)，巖層軟化，容易正體下沉縮小了開采空問所致。根據(jù)這一規(guī)律，降低第一分層采高或第一小階段垂高，有利于降低裂隙帶高度。 5）地質(zhì)構(gòu)造對(duì)冒落帶、裂隙帶高度的影響很大。據(jù)有關(guān)礦區(qū)資料，在斷層帶內(nèi)裂隙帶高度較同一地區(qū)正常地質(zhì)條件下高2-8倍，有的甚至高十幾倍。尤其是當(dāng)斷層嚴(yán)重風(fēng)化、破碎時(shí)，要特別注意，必須保留足夠的防水煤柱。 致于冒落帶裂隙帶高度的測定方法，各礦區(qū)經(jīng)常采用的是工作面直接觀測法和鉆孔沖洗液消耗量觀測法。前者用以測定冒落帶的高度，后者則反映了裂隙帶與導(dǎo)水的直接關(guān)系，對(duì)確定裂隙帶高度具有實(shí)用價(jià)值。這種方法的實(shí)質(zhì)是，在采空區(qū)上方地表打鉆，根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)沖洗液消耗量明顯增加，孔內(nèi)水位急劇下降等異?，F(xiàn)象，確定導(dǎo)水裂隙帶的起點(diǎn)，由這一點(diǎn)到回采上限的垂距即為裂隙帶高度。用這利‘方法測定的結(jié)果，一般比較可靠，但要打較多的鉆孔，成本高、費(fèi)時(shí)，且只能在開采后進(jìn)行。因此用這種方法所測結(jié)果主要用于驗(yàn)證予測結(jié)果或供地質(zhì)條件類似礦區(qū)采用比似法時(shí)參考。近些年來，有的礦區(qū)還初步試用了以下幾種方法來進(jìn)行綜合比較。這些方法還都有待進(jìn)一步實(shí)踐和完善。如； 1）鉆孔電視觀測法。其實(shí)質(zhì)是，在鉆孔中懸掛探頭（電視攝象部分）作360° 旋轉(zhuǎn)，觀測孔壁受采動(dòng)破壞情況，并直接由測井電纜轉(zhuǎn)送到設(shè)在地面的電視機(jī)屏幕上。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀，可以提高予報(bào)水體下開采安全程度的正確性。缺點(diǎn)是不能判定所見裂縫與采空區(qū)是否連通，所以也只能作為一種輔助手段。 2）無線電鉆孔透視儀觀測法。其實(shí)質(zhì)是，在采空區(qū)范圍外分別打兩個(gè)鉆孔，一個(gè)鉆孔內(nèi)放置無線電發(fā)射機(jī)，另一個(gè)鉆孔內(nèi)放接收機(jī)。無線電波在不同介質(zhì)中或受破壞的均質(zhì)體中傳播時(shí)受到不同的衰退，衰退的大小決定于介質(zhì)的電阻率。當(dāng)巖層中出現(xiàn)裂隙溶洞時(shí)，其電阻率就降低，當(dāng)無線電波穿透這些低電阻的異常體時(shí)就容易衰退。根據(jù)采動(dòng)前后所測得的不同深度接收?qǐng)鰪?qiáng)曲線的對(duì)比，來確定導(dǎo)水裂隙帶的高度。這種方法對(duì)在河下采煤時(shí)采空區(qū)上方法無法打鉆的情況下比較適宜。 3）有限單元法。這是近年來摸索采用的一種應(yīng)力分析方法。它的實(shí)質(zhì)是把煤系地層進(jìn)行一定的簡化，將各巖層假定為一個(gè)連續(xù)、均質(zhì)、卻同性的彈性體，然后將它變換為由有限個(gè)單元體組成的離散的結(jié)構(gòu)物，根據(jù)簡化的邊界條件，應(yīng)用彈性理論進(jìn)行律算，求得煤層開采前后結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)力分布，再以煤層開采前后主應(yīng)力比值的相對(duì)變化來預(yù)測導(dǎo)水裂隙帶的高度。這種方法可與現(xiàn)場實(shí)測、摸擬實(shí)驗(yàn)等方法結(jié)合起來，綜合分析，互為補(bǔ)充。 4）流量測井法。這是一種水文物探方法。當(dāng)煤系地層原生裂隙比較發(fā)育，正常鉆探漏水量有時(shí)就比較大，若用沖洗液消耗量法測定裂隙帶高度，往往難以取得可靠的結(jié)果。由于裂隙帶內(nèi)巖層的滲透性比天然狀態(tài)下增強(qiáng)，流量測井法就是利用這一特性，使用鉆孔流速儀在所測鉆孔中不同深度測定地下水縱向流速及其變化，來確定鉆孔中涌水層、吸水層和隔水層的位置及厚度，通過對(duì)比同一鉆孔;開采前后涌水層、隔水層和吸水層相對(duì)位置的變化，來確定吸水層即滲透性增強(qiáng)帶的上邊界，這個(gè)上邊界至煤層開采上限的垂距即為裂隙帶的最大高度。 4 水體下采煤的主要技術(shù)措施 在有粘土層存在的地區(qū)，是進(jìn)行水體下采煤的有利條件。但有無粘土層畢竟是一個(gè)客觀存在。為了安全的進(jìn)行水體下采煤工作，主要還應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施。通過多年的實(shí)踐，各礦區(qū)摸索了多種形式的行之有效的開采措施，除保留一定厚度的煤柱，在安全深度下開采外，還有以下幾個(gè)方面。 4.1 選擇合適的開采方法 采煤方法和頂板管理是控制基巖導(dǎo)水裂隙高度的重要因素，而基巖導(dǎo)水裂隙高度是決定水體下開采的安全性及其開采上限的重要依據(jù)。多年來，各有關(guān)礦區(qū)針對(duì)各類水體的特點(diǎn)、地層結(jié)構(gòu)以及煤層賦存情況，采用了多種開采方法。如新墳各礦采用水砂充填法在小漢河下開采2米左右的緩傾斜煤層2大同同家梁礦在堅(jiān)硬頂板條件下采用侖房式采煤法開采口泉河下4.2-5.2米厚的煤層；淮南孔集、李咀孜礦采用水平分層垮落法在含水砂層下開采厚6-7.5米、傾角70°的急傾斜厚煤層； 徐州新河一號(hào)井采用偽傾斜沿走向柔性掩護(hù)支架采煤法在含水松散層下開采了75°-85°的4米厚的急傾斜煤層；淮北礦區(qū)采用傾斜分層垮落法在含水砂層和地表積水區(qū)下開采緩傾斜厚煤層等等。在這些開采方法中，除垮落法外，其它如水砂充填、殲石自溜充填等充填開采方法以及侖房式、刀柱式等保留煤柱的開采方法，它們的實(shí)質(zhì)都是盡量保持頂板的完整性，還有對(duì)于緩傾斜厚煤層及急傾斜厚煤層采取的分層間歇式開采方法，即對(duì)緩傾斜厚煤層采用多分層，分層間隔4-6個(gè)月，對(duì)急傾斜厚煤層采用小階段、長走向，每分段間隔3-4個(gè)月的開采方法。所有這些方法，其目的都是為了降低巖層導(dǎo)水裂隙的高度，使水體免受破壞，減少礦井涌水量，有利于進(jìn)行水體下采煤。 4.2 疏降水體 當(dāng)在含水層附近開采，隔水層受到破壞時(shí)，需要在回采前或回采過程中，將水體疏干或降低水位。疏降水體通常有以下幾種方法：1）煤層直接頂?shù)装鍨閺?qiáng)含水層時(shí)，采取予先疏降措施，即在回采前疏干或降低水位；2）煤層頂板為弱含水層時(shí)，一般采取邊采邊疏的措施，即在回采過程中利用工作面自然涌水，使含水層疏干降壓；3）當(dāng)在上下部水力聯(lián)系密切的松散層和透水性較強(qiáng)的煤系基巖下采煤時(shí)，一般采取予先疏干和地面防水相結(jié)合的措施。疏干方法有巷道疏干、鉆孔疏干及巷道鉆孔聯(lián)合疏干等方法，也有先開采本煤層的下一個(gè)工作面，疏干頂板含水層、降低水位后每牙采上一個(gè)工作面的方法。 圖為某礦在直接頂板為石灰?guī)r含水層下開采第十三層煤的示意，先在其下部13-15米處的第十五層煤內(nèi)開疏水巷道，并向上打疏水鉆孔予先疏干石灰?guī)r水，然后再開采第十三層煤。圖為石灰?guī)r在煤層底部時(shí)，采用疏干石門和疏放降壓鉆孔相結(jié)合的疏千方法示意。圖為某礦在第四紀(jì)含水松散層下開采緩傾斜厚煤層，采取邊采邊疏的方法，先采下部301工作面，利用回采自然疏干后，再回采上部的302工作面，將開采上限由-75米提高到-62米。 煤層頂板為石灰?guī)r時(shí)疏水開采示意圖 利用疏干石門和疏放降壓鉆孔疏放底板含水層水示意 利用由下而上回采順序疏放第四紀(jì)含水層示意 4.3 處理水體補(bǔ)給來源 就是在回采前用水文地質(zhì)和工程地質(zhì)的方法，堵截開采影響范圍內(nèi)的水體的主要和集中的來源，減少動(dòng)水補(bǔ)給量。一般有河流改道、帷幕注漿堵水以及地面防水等。這些措施，都需根據(jù)水體本身的特點(diǎn)以及礦區(qū)地形、地層結(jié)構(gòu)等具體情況因地制宜采用。 此外，從有利于緩和巖層移動(dòng)，降低導(dǎo)水裂隙的高度出發(fā)，各礦區(qū)還曾配合采爵釋低緩傾斜厚煤層第一分層采高，采取自下而上的開采順序，超前掘進(jìn)底板巖石巷道起疏水作用，在開采急傾斜煤層時(shí)嚴(yán)禁超限采煤，在開采基巖風(fēng)化帶淺部煤層時(shí)，在工作面留護(hù)頂煤，縮小控頂距，加強(qiáng)支護(hù)質(zhì)量，防止局部冒落，在煤層嚴(yán)重風(fēng)化地段，躲開風(fēng)化區(qū)，合理布置巷道，以及在開拓開采前，予先搞清含水層地層結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確掌握基巖面標(biāo)高和風(fēng)化帶深度，避免人為地減少含水層與煤層間的隔水層厚度等綜合措施。這些都對(duì)保證水體下安全采煤起到了良好的作用。 總之，水體下采煤的安全性，當(dāng)在河下、地表水體下采煤時(shí)，決定于河底有無較厚且穩(wěn)定的粘土層以及所留煤柱尺寸與采煤引起的裂隙帶高度是否適應(yīng)。一般情況下，在有粘土層的河床下采煤，只要深厚比超過20，采用垮落法開采是可能的；在沒有粘土層的河床下采煤，一般應(yīng)采用充填法開采或留設(shè)較大尺寸的煤柱。當(dāng)在第四紀(jì)含水松散層下采煤時(shí)，首先要分析松散層地層結(jié)構(gòu)，確定出主要的含水層作為預(yù)防對(duì)象，然后根據(jù)其沉積特征、富水性以及采煤可能引起的裂隙帶高度，確定合理的煤柱尺寸。當(dāng)既在河流下（ 包括湖泊、積水區(qū)）又在含水松散層下采煤時(shí)，松散層水是主要預(yù)防對(duì)象。因?yàn)樗缮铀畬?duì)礦井充水是直接補(bǔ)給的，而地表水體是間接補(bǔ)給關(guān)系，只有通過松散層的滲透才能與井下發(fā)生聯(lián)系。因此一般在松散層水得到預(yù)防的悄況下，地表水也相應(yīng)得到解決。如有的礦區(qū)在第四紀(jì)含水松散層下采煤，地表下沉區(qū)積水深8-9米，積水量近百萬立方米，井下涌水量不變。當(dāng)在基巖含水層下采煤時(shí)，主要決定于煤層與含水層之間的距離及巖性。層間距離大于裂隙帶高度時(shí)，一般可不采取專門措施，否則應(yīng)采取予先疏降或邊采邊疏等措施。 5 工程實(shí)例 姚橋煤礦座落在江蘇省沛縣和山東省微山縣境內(nèi)，昭陽湖西畔，距江蘇省徐州市西北大約82km，距沛縣縣城約17km，距微山縣縣城約10km。區(qū)內(nèi)鐵路交通方便，有徐（州）沛（屯）鐵路專用線，在沙塘與隴海鐵路線接軌，支線直達(dá)姚橋煤礦。姚橋礦井工廣距沛屯集配站8km。 5.1 實(shí)驗(yàn)礦井湖區(qū)地質(zhì)條件與湖下煤層實(shí)驗(yàn) 5.1.1 湖區(qū)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件 姚橋煤礦為這次的試驗(yàn)礦井，該礦位于微山湖東南水域邊沿，礦井西翼上方湖水水深一般為3-4m，湖床標(biāo)高+28-+30m，下切湖底2-3m ，多與基巖直接接觸。該區(qū)湖底松散層厚度10-15m，主要由砂礫強(qiáng)含水層構(gòu)成，與湖水形成同一水體。姚橋礦開采煤層煤厚一般分別為4.8m ，煤質(zhì)屬低硫、低磷、中等偏低變質(zhì)的煙煤，各層揮發(fā)份產(chǎn)率普遍較高。煤層傾角20°-35°。煤層煤頂板主要為火成巖（閃長扮巖）和砂巖，巖性堅(jiān)硬或比較堅(jiān)硬。在湖下試采區(qū)火成巖沿煤層煤侵入比較嚴(yán)重，多不可采。為低沼氣礦，煤炭不易自燃。湖區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要為中小型斜切斷層和火成巖侵入，斷層導(dǎo)水性弱。煤層頂?shù)装迳皫r亦屬弱含水。對(duì)礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅的，主要是上方湖水及松散砂礫層水。 5.1.2 湖下煤層試采情況和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果 隨著各項(xiàng)試驗(yàn)研究的展開，有計(jì)劃地進(jìn)行了湖下煤層的試驗(yàn)開采。試采區(qū)上方為河道穿切的微山湖水域，松散層厚0-6m。開采煤層采厚一般為2.5m。湖下試采特點(diǎn)與主要指： 1)試采期間，湖下5個(gè)正規(guī)工作面和3個(gè)非正規(guī)工作面均實(shí)現(xiàn)了安全開采，采出煤炭28萬t。 2)在湖底松散層厚0-6m ，松散強(qiáng)含水層同湖水連成一體，煤層覆巖堅(jiān)硬的困難條件下，采用走向長壁全部垮落采煤法，采厚最大為2.7m，煤巖柱垂高95m。這比包括英日等國海下采煤在內(nèi)的國內(nèi)外各種大型地表水體下采煤的煤巖柱尺寸都小。 3） 在煤層覆巖堅(jiān)硬和斷裂構(gòu)造發(fā)育的情況下，采取了強(qiáng)制崩落煤層頂板和防止斷層滑移等技術(shù)措施，有效地防止了上覆巖層的非均衡破壞，從而保證了湖下安全采煤。殷莊煤礦原有開采范圍處于微山湖畔的陸地下方。湖下采煤試驗(yàn)以前，礦井儲(chǔ)量已經(jīng)枯竭，瀕臨關(guān)閉，由于湖下采煤試驗(yàn)研究的進(jìn)行，使該礦重新恢復(fù)了生機(jī)，。因礦井向西翼湖下延伸開采，獲得可采走向長度3000m，使礦井設(shè)計(jì)能力增大，服務(wù)年限延長25年以上。 5.2 湖下采煤試探測試實(shí)驗(yàn)主要成果及分析 在湖區(qū)地質(zhì)與水文地質(zhì)、湖床沉降、覆巖破壞和礦山壓力等方面，進(jìn)行了大量的探測試驗(yàn)和研究，獲得了豐富的技術(shù)資料和數(shù)據(jù)，其中，采用了十多種先進(jìn)測試方法、手段，保證了所得資料、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠性，為實(shí)現(xiàn)湖下安全、合理開采奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 5.2.1 湖區(qū)地形和松散層沉積特征 礦區(qū)全面開展了湖區(qū)地質(zhì)與水文地質(zhì)鉆探、抽水與巖土試驗(yàn)以及并上下水動(dòng)態(tài)觀測，基本查明了湖區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件與地下水動(dòng)態(tài)。此間，還在湖面采用中科院東海研究站研制的GPY淺層剖面儀，對(duì)湖水深度和松散層厚度等進(jìn)行了探測試驗(yàn)，實(shí)測6條走向剖面和7條傾向剖面，累計(jì)航程10000m以上。 通過淺層剖面探測和鉆探得知：湖區(qū)地形比較平坦，除河道切割、人工開挖區(qū)外，相對(duì)高差很小。湖底松散層厚度一般變化在4-15m之間，由湖邊向湖心逐漸增大。它一般由1.5m-2.5m厚的淤泥和砂漿、砂層、粘土砂漿礫石層構(gòu)成，砂層厚約4m，分布穩(wěn)定，單位涌水量q=1.063L/s·m，滲透系數(shù)K=37.5m/d ，其水位水質(zhì)同湖水保持一致。在試采區(qū)上方一帶，因河道開挖、疏浚，使松散層缺失或嚴(yán)重變薄，致使湖水與基巖直接接觸。試驗(yàn)表明，引用淺層剖面儀在湖上探測，可以節(jié)省大量的水上鉆探工程和費(fèi)用，有利于提高勘測成果精度，是探測地表水體涂度、底介標(biāo)高和水下淤泥層、松散層厚度的一種先進(jìn)的方法和手段。 5.2.2 覆巖破壞移動(dòng)、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及安全回采上限 在試驗(yàn)研究過程中，對(duì)煤層工作面深入進(jìn)行了煤層覆巖破壞、移動(dòng)及礦山壓力顯現(xiàn)的測試研究。在沿用傳統(tǒng)方法、手段的同時(shí)，采用了數(shù)字聲波測井和地震跨孔測試、鉆孔電視和超聲成相、無線電透視和形變電阻率測深、巖層移動(dòng)和礦壓的自動(dòng)遙測，以及在工作面上方不同高度設(shè)置觀測巷道供作各項(xiàng)測試等手段方法，進(jìn)行綜合探測試驗(yàn)和對(duì)比驗(yàn)證，取得了良好效果。各工作面實(shí)測冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度及其同采厚的比值。 覆巖破壞、移動(dòng)及礦壓顯現(xiàn)的規(guī)律、有關(guān)參數(shù)及其影響因素為： 1）覆巖破壞狀況及礦壓顯現(xiàn)，可歸納為有著明顯差異的兩類。頂板巖層中硬至偏軟的72東工作面，以及頂板巖層中硬到比較堅(jiān)硬的8102 、8103工作面，采后直接頂均可及時(shí)冒落，巖塊大小不一，碎脹系數(shù)較大，可充滿或基本充滿采空區(qū)，老頂巖層下沉、斷裂幅度不大，因而冒落帶和裂縫帶的發(fā)展高度比較正常，冒高采厚比在2.69-5.87之間，裂高采厚比一般為10.74-18.13，冒落帶和裂縫帶的發(fā)展形態(tài)，均呈類似馬鞍形.工作面初次來壓步距在32m以內(nèi)，周期來壓步距不超過15m 。直接頂為閃長扮巖，老頂為厚約20m砂巖。8101工作面，采后直接頂懸露面積大，發(fā)生周期性垮落，在采用人工強(qiáng)制崩落時(shí)，直接頂初次垮落步距為28m，周期性垮落步距為10-12m，由于直接頂周期性垮落，巖塊大而又規(guī)則排列，碎脹性小，導(dǎo)致上部老頂巖層發(fā)生較大幅度下沉、斷裂和垮落，因而冒落帶發(fā)展得很高，達(dá)到采厚的4.52-9.04倍，平均占冒落裂縫全高的55%，冒落帶呈寬緩的平拱形，裂縫帶呈寬緩的馬鞍形。上述說明，煤層覆巖巖性及組合結(jié)構(gòu)，對(duì)覆巖破壞高度、發(fā)展形態(tài)和礦壓顯現(xiàn)起著關(guān)鍵作用，在直接頂和老頂均為堅(jiān)硬巖層時(shí)，冒落裂縫發(fā)展高度、形態(tài)和工作面來壓顯現(xiàn)的異乎尋常的變化；是難以避免的。 2）鉆孔電視、超聲成相和聲波、地震跨孔測試等一致顯示：各工作面的裂縫帶巖層、豎向、高角度和離層裂縫都很發(fā)育，尤其是在其中下段，裂縫縱橫交錯(cuò)、連通和導(dǎo)水性很強(qiáng)，而裂縫帶頂介以上巖層，則發(fā)生一定幅度的彎曲下沉，并產(chǎn)生離層，在3102工作面裂縫帶以上的巖層中，離層裂縫累計(jì)寬度與地層全厚之比平均為4.1mm/m，但高角度豎向裂縫極少，離層裂縫未被串通，因而在豎向上不具連通和導(dǎo)水性。在一定的地質(zhì)開采條件下，裂縫帶以上巖層是發(fā)生有一定程度離層的彎曲下沉，而不是“整體” 彎曲下沉，彎曲下沉帶內(nèi)的少量離層裂縫未相互溝通，具有隔水能力的巖層仍不失其固有的隔水性。依據(jù)有關(guān)測試成果、試采實(shí)踐和采厚、覆巖性質(zhì)、基巖面標(biāo)高等具體條件，經(jīng)計(jì)算分析，姚橋煤礦湖下煤層安全、合理的回采上限選定為-40-50m ，煤巖柱垂高為50-63m，但為確保安全生產(chǎn)，尚應(yīng)采取有效的技術(shù)措施，防止堅(jiān)硬頂板巖層的切冒和斷層滑移，以及淺部地段可能發(fā)生的巖層抽冒和湖區(qū)鉆孔導(dǎo)水，避免發(fā)生重大水患。 5.2.3 湖床沉降與地表移動(dòng)變形特征 通過對(duì)72東和8101、8105、8102工作面上方湖床、地表沉降和8102井卞巖移的觀測研究，獲得了湖床沉降、地表移動(dòng)變形的各項(xiàng)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)參數(shù)。湖床、地表移動(dòng)變形實(shí)測最大值見表。經(jīng)曲線擬合和電算求得概率積分法的移動(dòng)變形主要參數(shù)見表。 實(shí)驗(yàn)工作面地表移動(dòng)變形最大實(shí)測值 概率積分法所需的地表巖層主要參數(shù) 從上述實(shí)測數(shù)據(jù)和計(jì)算參數(shù)可看出： 1)72東工作面，地表下沉系數(shù)為0.63，這個(gè)參數(shù)及其他有關(guān)參數(shù)接近正常。這是因?yàn)?，其上覆巖層以中硬偏軟為主，直接頂隨采隨冒，老頂以較小幅度斷裂下沉，冒落和破斷巖塊易被壓實(shí)、壓合，剩余碎脹系數(shù)較小，且采深小，接近于雙向充分采動(dòng)。 2）層煤的幾個(gè)工作面地表下沉系數(shù)為0.18-0.24 ，嚴(yán)重偏小，走向移動(dòng)角及部分拐點(diǎn)偏移距嚴(yán)重偏大。其原因，煤層頂板較硬甚至非常堅(jiān)硬，冒落、破碎巖塊不易壓實(shí)、壓合，剩余碎脹系數(shù)較大，裂縫帶之上沿，層煤侵入的較厚火成巖有較大的支承能力，采深大，上部巖層發(fā)生較多離層，及松散層很薄等影響所致。很明顯，此等參數(shù)嚴(yán)重偏離正常值，是由特定的地質(zhì)開采條件決定的。 3)8102上方觀測石門移動(dòng)變形的實(shí)測值比較表中值可以看出來，除水平移動(dòng)以外，均遠(yuǎn)大于相應(yīng)的地表移動(dòng)變位值。這說明在地面觀測的同時(shí)，在井下作巖移觀測，能夠定量、生動(dòng)地表述從采空區(qū)到地表的巖層移動(dòng)變化趨勢，有利于揭示地表移動(dòng)同巖層移動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系。姚橋礦湖下煤層煤開采，湖床沉降很少，下沉盆地相對(duì)平緩，盆地邊緣裂縫少見，有利于湖下安全采煤。 5.3 湖區(qū)煤層全面開發(fā)的必要性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益 煤炭在我國一次能源構(gòu)成中占70%以上，煤炭生產(chǎn)和供應(yīng)狀況是整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約條件。華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，煤炭供應(yīng)一直有較大缺口，到2010年預(yù)計(jì)達(dá)1-1.3億噸。從外地調(diào)入不僅運(yùn)費(fèi)高，而且因京滬、隴海等鐵路干線運(yùn)力已趨飽和，也難滿足地區(qū)用煤不斷增長的需要，因此，出路主要還是提高本地區(qū)的產(chǎn)煤能力。在華東地區(qū)煤炭生產(chǎn)基地中，安徽兩淮，資源豐富但老區(qū)產(chǎn)量下降幅度大，新區(qū)建井周期長，產(chǎn)煤能力難以較快增長。江蘇徐州礦井普遍衰老，后備資源不足，煤炭產(chǎn)量勢必持續(xù)下降。微山湖及其四周，資源豐富，煤炭開發(fā)和交通運(yùn)輸條件均較優(yōu)越，具有迅速擴(kuò)大開采規(guī)模，增加煤炭生產(chǎn)能力的良好條件。顯然，使已有岸邊礦井向湖下延伸開采和建設(shè)新的湖下采煤礦井是華東地區(qū)盡快擴(kuò)大產(chǎn)煤能力的重要途徑。所以有計(jì)劃地全面開發(fā)積壓在微山湖水域下及湖濱地段的大量煤炭資源，擴(kuò)大以微山湖為中心的魯西南和泳北這個(gè)煤炭基地的生產(chǎn)規(guī)模，對(duì)于滿足整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)，特別是華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)影響。 微山湖地區(qū)煤炭資源的全面開發(fā)，還將產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，其中包括在陸地下采煤所不具有的特殊效益： 1）在預(yù)計(jì)的全區(qū)102億t地質(zhì)儲(chǔ)量中，精查、詳查所獲儲(chǔ)量可供新建和擴(kuò)建大中型礦井20對(duì)以上，這可大大緩和華東地區(qū)煤炭供求矛盾，減少從外地調(diào)入量，有利于緩和鐵路運(yùn)輸緊張狀況。 2）沿湖一帶礦井向湖下擴(kuò)展，可以節(jié)省基建投資，延長礦井及礦區(qū)服務(wù)年限，保證礦井正常接替。 3）湖下采煤不存在村莊、建筑物保護(hù)或搬遷，不存在對(duì)農(nóng)田、山林的破壞，可節(jié)省村莊搬遷和土地賠償費(fèi)。 4）湖下開采引起湖床自然沉降，增加水深和蓄水量，有利于灌溉、航運(yùn)和水產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展，可減少微山湖及京杭大運(yùn)河疏浚開挖工程量。 另外，在開采過程中，需要增加一些防治水、湖河堤加固及湖濱地段防洪排澇等費(fèi)用，但與產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益相比，是有限的。 參考文獻(xiàn)： [1] 潘懋，李鐵鋒．災(zāi)害地質(zhì)學(xué)[M]．北京：北京大學(xué)出版社，2002 [2] 張麗．區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的定量化研究[D]．長春：吉林大學(xué)，2006 [3] 張吉軍．模糊層次分析法( FAHP) [J]．模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，2000，14(2)：80-88 [4] 呂躍進(jìn)．基于模糊一致矩陣的模糊層次分析法的排序[J]．模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué)，2002，16(2)：79-85 [5] 何啟仕．梁春梅．縣(市)地質(zhì)災(zāi)害群測群防體系的建立與運(yùn)行[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2004，15(增刊)：128-13 [6] 李方全，孫世宗，華北及郯廬斷裂地應(yīng)力測量[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1982，1(1)：73-86 [7] LI Fang-quan, SUN Sh-i zong. 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