矿井地质C采矿地面塌陷要点讲解.ppt

2. 注水试验 注水试验 Z1孔15＃煤顶板10m处注水试验曲线 Z1孔15＃煤采空区巷道注水试验曲线 Z2孔3＃煤顶板注水试验曲线 Z3孔3＃煤顶板注水试验曲线 如何应用物探方法探测采空区物性？ 采空区 1. 地面塌陷的预防 研究覆岩破坏带(冒落带、裂隙带)的高度和导水性，研究承压含水层的水压和岩柱抗压特性，研究岩层移动及地表变形规律和确定移动变形值，是预测水体下、建筑物下和铁路下（“三下”）安全开采的基础。 1）导水裂隙带高度的确定 水平和缓倾斜煤层导水裂隙带高度是指沿煤层法线方向至导水裂隙带上沿的高度；急倾斜煤层导水裂隙带高度是指从采空区上部边界垂直垂直向上至导水裂隙带上沿的高度（图5-1）。 四、采空区治理 影响导水裂隙带高度的主要因素有以下三种： (1) 采厚：采厚越大，导水裂隙带高度越大。 (2) 顶板管理方法：垮落法管理顶板，导水裂隙带较高；充填法管理顶板，导水裂隙带很小。 (3) 地质构造破坏影响：当导水裂隙带上部或外围存在断层时，导水裂隙带的范围扩大；导水裂隙带下部有断层时，导水裂隙带高度变化不大，但带内岩层的破坏程度和导水性加剧。 水平、缓倾斜煤层导水裂隙带高度计算的经验公式： 式中：H导——导水裂隙带高度； M ——累计厚度； a、b、c——由各矿实际资料确定的常数，据北京煤炭科学研究所资料：坚硬岩石a＝100，b＝1.2，c＝2.0；中硬岩石a＝100，b＝1.6，c＝3.6；软弱岩石a＝100，b＝3.1，c＝5.0。 急倾斜煤层导水裂隙带高度，常需考虑阶段垂高，对中硬岩石可用下式： 式中：h——阶段垂高 水体下采煤时，首先要确定防水煤柱的高度。防水煤柱的高度： H防≥H裂＋H保＋h裂 式中：H防——防水煤柱高度； H保——保护煤柱高度（为提高安全性，在导水裂隙带与水体之间所留的煤柱高度，一般为5～20m）； h裂——采动后地面裂隙的深度。 2）保护煤柱的留设 为了保证建筑物处于开采影响范围之外，必须在建筑物下方留设足够尺寸的煤柱。 受保护面积包括保护物的面积和围护带的面积。围护带是指沿保护物周围向外扩大一定距离（一般为5～20m）所构成的范围。增加围护带在于提高安全性。 保护煤柱的边界由受护面积的边界按岩土层的移动角确定，可用垂直断面法或垂线法设计（图5-3）。β和γ分别为上山和下山方向的移动角，δ为煤层走向方向的移动角。岩土层的移动角应根据各矿区的经验数据（观测获得）合理选用。 随着开采深度的增加，地面移动范围增大，但变形值逐渐减小。因此，当开采达到一定深度时，地面移动变形对建筑物不再具有危害性影响，这一深度称为安全开采深度。 2. 地面塌陷的控制和处理 (1) 确保回采工作面的迅速和连续推进，在未达到回采边界之前不可停止； (2) 采用无煤柱开采方法，尽量采尽，不留残余煤柱；（长壁式、房柱式） (3) 采空区充填：注浆充填、水力矸石充填、风力粉煤灰充填； 小窑房柱开采 现代煤矿房(柱)式开采 (4) 恰当布置工作面与保护对象的相对位置，如工作面推进方向与建筑物长轴保持一致，多个工作面错开一定距离开采等； (5) 加固地面建筑物结构； (6) 回填地面塌陷坑，采空区复垦。 第六章 煤矿安全与环境地质 第一节 瓦斯地质 第二节 自燃、煤尘与地温 第三节 采矿地面塌陷 第三节 采矿地面塌陷 一、研究意义 二、采矿地面塌陷的机理 三、采空区探测 四、采空区治理 煤炭开采而导致地表塌陷，形成特殊的地质灾害。 根据2005年的统计资料：我国煤矿累计采空塌陷面积超过70万公顷，损失逾500亿元。 山西作为产煤大省，全省共有15万平方公里的土地，采空区达2万多平方公里，相当于总面积的1/7，采空区中6000平方公里的地域已经遭受了地质灾害。 采空区地面塌陷破坏了地质环境，带来了一系列的问题： 自然的地形地貌条件被改变，地表水、地下水的水质水量和流动状态改变； 采空区原有的民房建筑被破坏，地表下沉使得耕地不适宜耕种和国民基础建设，地下水位大幅度下降，等等。 一、研究意义 采矿地面塌陷是指由于矿床开采，地表岩土体向下陷落，并在地面形成塌陷而造成灾害的过程及现象。 1、“三带”及其特征 地下煤层采出后，如果是采用全部冒落法管理顶板，煤层上覆岩土体结构将发生变化，产生冒落带、裂隙带和整体移动带，简称“三带”。煤层开采上覆岩土层变形移动特征见图1。 三带基本特征如下： 二、采矿地面塌陷的机理 a－整体移动带；b－裂隙带；c－冒落带； γ1－岩层边界角；γ2－松散层边界角 图1 煤层开采上覆岩土层变形移动特征 ①冒落带： 直接位于采空区上方的顶板岩层，在自重和上覆岩层重力作用下，移动变形很大，所受应力大大超过本身