三下开采复习资料.docx

1.：三下采煤技术: 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：地表移动的角值表述:（1）在充分采动或接近充分采动的条件下，下沉盆地主断面上实测下沉为10mm的点（边界点）和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为边界角.
（2）移动角：在充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地主断面上实测达到Ⅰ级变形（倾斜角i=3.0mm/m，水平变形ε=2.0mm/m、曲率k=0.2×10-3/m），最外边的点和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为移动角
（3）裂隙角：在充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地主断面上实测裂隙最外面的点和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为裂隙角
（4）充分采动角：在充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地主断面上达到最大下沉的点和采空区边界的连线与煤层在采空区一侧的夹角称为充分采动角
（5）最大下沉角:在下沉盆地倾斜主断面上，实测最大下沉点和采空区中的连线与水平线在煤层倾向一侧的夹角称为最大下沉角
（6）超前影响角在开采工作面达到充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地工作面推进方向主断面上工作面前方实测下沉为10mm的点和工作面开采边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为超前影响角
（7）最大下沉速度角：在开采工作面达到充分采动或接近充分采动条件下，下沉盆地工作面推进方向主断面上实测最大下沉速度点和工作面开采边界的连线与水平线在采空区一侧的夹角称为下沉速度角
一定要记住图1-7,1-8,1-9,1-10(P7)
3：突水系数法:突水系数法是指单位隔水层所能承受的极限水压值即:TS=P/(M-CP) TS:突水系数 P:隔水层承受的水压 M:底板隔水层厚度 CP:采矿对底板隔水层的扰动破坏程度
4：下三带理论:下三带理论认为开采后的煤层底板也像采动覆岩一样存在着三带:即Ⅰ底板破坏带Ⅱ完整岩层带Ⅲ承压水导高带
第一带:”采动底板破坏带”是指由于采动矿压的作用,底板岩层的连续性遭到破坏,导水性发生明显改变的岩层带.该带的厚度即为底板破坏深度,底板破坏带包含层向裂隙带和竖向裂隙带,它们互相穿插,无明显界线.该带厚度的经验公式:h1=1.86=0.11L(L为工作面斜长)
第二带:”完整岩层带”（保护层带）是指底板岩层保持采前的完整状态及其阻水性能的部分。它包含以前所谓“采动底板破坏影响带”中的下部影响带以及未变形部分，h2=h-(h1+h3)
（h ：隔水层底板总厚度h1：Ⅰ带厚度h2:Ⅱ带厚度h3：Ⅲ带厚度）
第三带：承压水导高带（或隐伏水头带）是指含水层中的承压水沿隔水板中的裂隙或断裂破碎带上升的部分（即由含水层顶面到承压水导升上限之间的部分：
一定要结合39页的图形
5：（1）原位张裂理论：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。
（2）强渗透通道学说：该理论认为，底板是否发生突水的关键在于是否具备突水通道。突水通道分为两种通道：其一，底板水文地质结构存在与水源沟通的固有突水通道，当其被采掘工程揭穿时即可产生突破性的大量涌水，构成图水事故，其二：，底板中不存在这种固有的突水通道，但在工程应力、地壳应力以及地下水共同作用下，沿袭底板岩体结构和水文地质结构中原有的薄弱环节发生变形，蜕变与破坏，形成新的贯穿性强渗通道而诱发突水。
6.：“两带”高度观测方法：（1）钻孔观测法
钻孔观测法是通过在采空区地面布置一定数量的观测钻孔，测定钻进过程中钻孔冲洗液漏失量，钻孔水位变化以及钻进过程中的各种异常现象，经过综合分析来确定跨落带、导水裂隙带最大高度及破坏特征的方法。
地面钻孔法观测包括冲洗液漏失量观测、钻孔水位观测和其他异常现象。a冲洗液漏失量的观测方法：是设置专门的循环水箱，在钻进过程中记录水源箱的水位。每完成一个钻进，测一次水位，两次水位之差即是耗水量。与此同时，记录钻进时间和进尺，如此依次观测，直至冲洗液循环中断，但应注意，有时循环中断一段时间后又重新开始循环。因此，观测应持续到循环中断，并完全消失为止。b钻孔水位观测的方法：是在基岩内钻进以前，测出钻孔稳定的水位。每次提钻后，下钻前隔5-10min，采用测钟或电测法观测一次水位，连续3-4次，以min表示。
C其他异常现象观测 ：当钻进到裂隙带时，在每次提钻后应注意有无向钻孔内吸风的现象。发现情况，要记录钻孔深度。如果钻孔吸风，则说明已进入严重裂隙带。当钻进到跨落带时，观测人员要与司机配合，注意钻机速度的变化，并及时记录掉钻的次数、掉钻深度、卡钻、钻具振动及岩石破碎等情况。
（2）井下钻孔法：是指在采空区合适位置布置一定数量的仰上孔，通过观测系统测定钻进注水漏失量及分析确定跨落带、导水裂隙带最大高度的方法。
观测方法：井下钻孔法一般为仰孔分段注水观测，采用钻孔双端封堵测漏装置系统。该观测系统由孔内封堵器和孔外测量仪表两部分组成。孔内封堵器是一个带有双端封堵胶囊的注水探管，胶囊平时呈圆管形态，可在钻孔内自由移动，当通过管路给胶囊充以一定压力的水或气时，胶囊即迅速膨胀，将封堵器所在孔段两端严密封堵，通过注水管路探管中部向封堵孔段注水。如果封堵孔段的岩层有裂隙，则注入孔段的水将从裂隙漏失，通过孔外流量测试仪表可测出规定注水压力下每米孔段、每分钟时间内的漏失量。图2-2,2-3为井下钻孔法观测系统示意图和漏失量观测结果图。
7：防水安全煤（岩）柱：包括水体下和水体上两个方面
（1）水体下防水安全煤（岩）柱：留设防水安全（岩）煤柱的原则是保证开采产生的导水裂隙带不波及水体。因此，防水安全煤（岩）柱垂高（Hsh）应大于或等于导水裂隙带的最大高度（Hli）加上保护层厚度（Hb）即：Hsh≥Hli+ Hb，如果煤系地层无松散层覆盖和采深较小，则应考虑地表裂隙深度（Hbili）,此时为：
Hsh≥Hli+ Hb+ Hbili,如果松散含水层为强或中等，且直接与基岩接触，而基岩风化带亦含水，则应考虑基岩风化带深度(Hfe),此时为：Hsh≥Hli+ Hb+ Hfe
（2）水体上防水安全煤（岩）柱
留设防水安全煤（岩）柱的原则是保证底板采动导水破坏带不波及水体，或与承压水导升带沟通，因此设计的底板防水安全煤（岩）柱厚度（ha）应大于或等于破坏带（h1）和阻水带厚度（h2）之和，即为ha≥h1+h2，如果底板含水层上部存在承压水导升带（h3）时，则 底板防水安全煤（岩）柱厚度（ha）应大于等于破坏带（h1）、阻水带厚度（h2）及承压水导升带（h3）之和，即为ha≥h1+h2+h3，如果底板含水层顶部存在被泥质充填的厚度稳定的隔水带时，则充填隔水带厚度（h4）可以作为底板底板防水安全煤（岩）柱（ha）的组成部分，则ha≥h1+h2+h4
8：煤柱留设方法
煤柱留设方法主要有垂直剖面法/垂线法/数字标高投影法和计算法.
1.垂直剖面法
垂直剖面法是利用选取的角值,采用垂直剖面作图来圈定保护煤柱范围的方法.此方法适用于各类建筑物保护煤柱的设计。
其主要步骤如下：（1）根据受护角点做平行于煤层走向和倾向的直线，得到平行四边形，外侧加围护宽度得到受护边界。
（2）过中心点做走向和倾向剖面，标出地表线、松散层、煤层和受护边界，求出保护煤柱边界。
（3）在剖面上作图得到煤层保护煤柱的上线边界（或左右边界点），并将其转绘到平面图上。
（4）连接角点成一梯形，即所求保护煤柱平面图。当边界线煤煤层走向斜交时，松散层内采用角，基岩内则分别采用斜交剖面移动角
（注意其中的2均代表平方）
2.垂线法
垂线法是利用选取的角值，采用垂线计算作图来圈定保护煤柱范围的方法。此方法使用与延伸型和边界形状发杂的建筑物保护煤柱设计。其主要步骤如下：（1）根据受护角点圈定范围，外侧加围护带宽度得到受护边界。
（2）按表土层移动叫计算宽度s=hcotØ，受护边界外侧加计算画出基岩面受护边界。
（3）

h：松散层厚度 H：煤层到地表的垂深 ：煤层倾角
（4）在各垂线上按比例截取计算长度，连接交点所成的轮廓即为所求保护煤柱平面图。
3.数字标高投影法
（1）根据受护角点圈定范围，外侧加围护带宽度得到受护边界。
（2）按表土层移动角、基岩移动角（边界角），通过d=DcotØ（或d=Dcot 或d=D ，d为相邻两等高线的水平距离，D为等高距），计算相邻两等高线之间的水平距离。
（3）在同一等高线上截取交点。
（4）连接角各交点所成的轮廓即为所求保护煤柱平面图。
4计算法
（1）根据受护角点圈定范围，外侧加围护带宽度的收到护边界。
（2）依据采深和工作面的设计布置方式确定开采边界（一般可以1/2采深作为设计边界与保护边界的距离。）
（3）依据设计边界和本区域的地表移动计算参数，计算开采后的地表移动与变形值。
（4）依据计算变形值与受护边界的相对位置，调整工作面开采边界。
（5）重复以上（3）（4）工作，直至达到设计要求
设计时应考虑四周的开采情况
9.条带开采技术：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
10:协调开采：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。
11：全柱开采：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。
12：充填开采技术：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。（3）充填开采的地表移动与变形相对较小，且不存在后期隐患问题，有利于地面建筑物的保护，减少对几面环境的破坏影响
缺点：（1）改变采煤工艺（2）增加生产成本
13：离层注浆充填技术的考虑因素：（1）充填钻孔的位置。需选取不受影响的位置，保证充填在开采中的顺利进行。
（2）合理选择充填层位。离层注浆的关键是保证充填在离层内，既不能使充填材料进入采空区，又不要最大限度地保证充填量，因此，需对充填层位进行较好的选择
（3）确定合适的注浆压力。离层注浆是通过高压注浆方式惊醒充填，注浆压力的大小决定注浆量与注浆费用，需通过试验确定（4）优化选择充填钻孔距离。离层注浆的扩散半径、注浆压力和注浆材料等均对充填钻孔的数量及距离产生影响，需考虑以上各因素，优化充填注浆钻孔设计
14：房柱式开采技术：房柱式采煤是将煤层切割成长、宽十几米到二三十的正方形或长方形煤柱，通过煤柱支撑实现安全开采的一种方法，也是早期应用最多的采煤方法，由于顶板管理相对较为容易而采用。
15：如图1-4所示，岩层移动发展地表后，随着工作面的推进，下沉盆地的范围和最大下沉值随采空区面积的增大而增大，此时，下沉盆地为非充分采动，盆地呈尖底“碗形”；随着工作面的进一步推进，地表下沉达到该条件下最大下沉值，该值不再随工作面的增大而增大，此时，下沉盆地为充分采动，采空区面积为临界开采面积，采空区面积超过临界开采面积后，尽管下沉盆地范围仍随开采面积的扩大而继续增大，但最大下沉值将不再增加，此时，下沉盆地为超充分采动，下沉盆地呈平底“盆形。地表盆地形成过程经历非充分采动，充分采动、最后达到超充分采动。
一定要记住图1-4” （P5）
一：底板防治水技术措施：
（1） 底板防治水技术措施可根据具体的地质水文地质条件来选择，同时还受到矿井的生产实际，实施的实际，资金投入能力和成本控制要求等多因素制约。因此，需要分析各方面的的实际全矿井疏水减压：当底板承压含水层水压过大，水体上煤层开采安全性不足时，可以采取这个措施，减低底板承压含水层水压，是其在控制范围内，从而消除突水威胁，解放水体上压煤资源。（2）局部疏水降压：当底板承压含水层富水性好，或补给条件好，动储量大，全矿井疏降底板承压含水层难度大，不具备技术经济合理性时，在一定条件下，在开层工作面周围局部疏水降压，使开采工作面底部含水层水压在开采期间和开采后一定时间内持续处于安全范围内，可有效避免底板突水。但是也受到客观条件制约，要形成一定的有效疏降范围必须扩大疏降范围，从而需在开采工作面周围布置大量的的疏放水施工巷道和钻孔，增加工程量，增大直接投入，当含水层富含水性好时，疏降难度大，时间长，成本高。（3）底板隔水层注浆改造：在地板隔水性能差，有底板突水危险时采用注浆方法加固改造底板隔水岩层，可提高底板隔水层的隔水性能，降低地板突水危险性，甚至消除底板突水危险。当含水性能高时，采用向这些含水层注浆的措施，变含水层为隔水层，可以大幅度提高底板隔水岩层的隔水性能，降低底板突水的可能性，是避免底板突水的有效措施之一。
二：宽条带充填全柱新方法的优点：
宽条带充填全柱开采技术的新方法基于宽条带全柱开采，充填与开采分阶段进行，避免了开采与充填的相互影响。具有以下优点（1）充填与开采相互隔离。整个充填是在宽条带开采结束后进行的，是对采空区的充填，因此，充填不影响工作面的正常开采。（2）充填时间要求相对宽松。由于此方法分两个阶段，第二阶段的开采安排在达到充填要求后进行，因此要求宽松，不要求充填系统的强度，也不会因充填系统的故障而影响生产。（3）降低充填成本。充填材料的早凝强度与材料密切相关，随采随充必须要求充填材料有一定的早凝强度，以保证充填体的支撑作用，而新的充填方法只要求材料的强度，而不要求早凝强度，从而降低成本。（4）节省充填材料。为保证充填开采的地表变形的要求，避免出现边界效应，要求全面积充填。而宽条带充填全柱开采技术是对采空区冲天后再开采，因而可以根据保护对象的相对位置设计充填范围，在控制变形的条件下减小充填开采区域，从而节省材料。（5）可实现高效开采。由于采用宽条带，无论在第一阶段的条带开采，还是在第二阶段的全柱开采，均采用高产高效的机械化开采技术，从而实现高效生产。
三：地面房屋加固处理技术
采动影响区已有的建筑物受到采动影响而破坏，应对其进行维修或加固，加固的程度取决于地表移动与变形的发展状况。假如地表的移动与变形已经结束，则采取常规的加固措施即可，假如地表的移动与变形仍在继续，则应采取采动影响加固。1预计建筑物受II级损坏时，一般只需采取简单的加固保护措施。预计建筑物收到III级损坏时，应采取中等加固措施，即除了采取简单加固措施外，还应增设钢筋混凝土基础梁，层间及檐口混凝土圈梁和钢筋混凝土基础梁柱等，预计建筑物将受IV级损坏时，应采取专门保护措施，必要时采取减小地表移动和变形的开采技术措施。2对于仍在受地表与变形影响的建筑物，在外围开挖变形沟对减小建筑物的受损程度也是十分有益的，变形沟的程度硬不小于所保护建筑物的基础埋深。3在湿陷性黄土地区建造的抗采动影响建筑物，其地基土的含水率发生较大的变化，对保证建筑物的结构安全是十分重要的，除了采取适当的措施减小蔡东河的不利影响之外，还需要防治第几土水分是流失，蒸发以及防止地表水的侵入，确保地基土不发生干裂或不发生局部陷落。4对于地下管网，除采取临时性的地面管网外，也可对其采取适当的保护措施，如设置柔性接头或补偿器，增设附加阀门，建立环形管网和修筑管沟等。每次开采前和地表移动稳定后，均需对建筑物和设施及时进行检修和调整。
五 开采对房屋的损害影响
开采对地表房屋的损害主要是有采动影响所产生的不均匀沉降而产生的移动变形（下沉 倾斜 曲率 扭曲 水平移动 拉伸与压缩变形 剪切与扭曲）引起的。开采所产生的地表移动变形，破坏了建筑物与基础之间的初始平衡状态。伴随着力系的重新建立，房屋结构中产生附加应力，从而导致房屋发生变形，当地表变形超过了房屋的抗变形能力时，房屋将产生破坏。不同性质的地表移动变形对房屋的影响是不同的。（1）下沉对房屋的损害影响：地表出现均匀下沉失望，房屋的结构不会产生附加应力，因此，均匀沉降不对房屋本身带来损害。当地表下沉量大,地下水位又很高时，造成房屋周围长期积水或受潮，改变了房屋所处的环境，会降低地基的强度。影响房屋使用甚至是房屋破坏，主要是开采影响的不均匀沉降造成的。（2）倾斜对房屋的损害：地表倾斜将引起房屋的歪斜，房屋倾斜会导致房屋重心偏离，产生附加倾覆力矩，承载结构内部将产生附加应力，基础承载压力从新分布。地表倾斜尤其是对高层建筑物的损害明显，甚至会引起楼房底层发生下水道倒流等现象，影响正常生活和使用。（3）地表曲率对房屋的损害：地表曲率变形将原来房屋的平面基础变为曲面形状，这样，建筑物的荷载与基础土壤反力间的初始平衡状态就遭到了破坏，在正负曲率的作用下，房屋都会受到损害。（4）地表水平变形对房屋的损害：底边水平变形对房屋的建筑物的破坏最为明显，尤其是对拉伸变形，由于房屋的抵抗拉伸能力远小于抵抗压缩能力，所以较小的地表拉伸变形就能使房屋产生裂缝，砌砖体的结合缝，房屋的结构点易被拉开。（5）剪切变形房屋损害：当房屋处于下沉盆地主断面上，但其方位与回采区段斜交，或者房屋处于下沉盆地非主断面位置时，在地表剪切变形作用下，房屋的纵横基础间将产生相对转动，从而使房屋改变了原有的平面形状。（6）扭曲变形对房屋的损害：由于两个横墙处的地表倾斜值不同，导致了地表沿房屋的纵轴中心线产生了扭曲变形，导致房屋扭转变形的产生。开采引起的房屋损坏类型总的来说有以下几类：不均匀下沉损害，水平拉伸损害，水平压缩损害，地基滑移损害，负曲率损害，正曲率损害
四 顶板水防治主要技术途径
（1） 留设煤（岩）柱顶水开采 :留设煤（岩）柱顶水开采是在回采上限至水体间留设与地层结构特点相适应的煤（岩）柱，达到水体下安全开采的目的。我国水体下采煤煤岩柱有三种类型，即防水煤（岩）柱，防砂煤（岩）柱，和防塌煤（岩）柱。其实质是完全顶水开采和部分顶水开采两种。防水煤（岩）柱为安全顶水开采，而防砂煤柱和防塌煤柱则为部分顶水开采。
（2） 顶疏干或疏降水体开采：疏干或疏降水体开采是在开采前或在开采过程中，采用钻孔，巷道等方式，疏干（不给水源有限时）或降低（补给源充足时）采区，井田或矿区的地下水水位，以保证在开采含水层下面或上面煤层时的安全
疏干或疏降水体开采方法一般适用于下列三种情况1 当煤层的直接顶板无隔水层且为含水层时，一般采用此种方法 2当基岩含水层底板位于煤层开采导水裂缝带范围内时，采用预先疏干疏降或采用边开采边疏降的方法3 当回采上限接近第四系全砂含水松散层且含水层的补给水源充足时一般也采用此种方法。
（3） 其他技术措施包括顶疏结合和处理补给水源：1顶疏结合开采：顶疏结合开采值得是当煤层直接顶是隔水层或相对隔水层时，对位于导水裂缝带以上的强含水层进行顶水开采，对位于导水裂缝带以内的弱含水层则实行疏干开采 2 处理补给水源：先截堵水源后开采，可以达到边采边疏降或先疏后采的目的和效果，针对有限补给或无限补给，远源补给和近源补给，采用不同的处理方式，对于近源无限补给，应在矿区外围或采区外围堵截地表水阿和地下水的补给水源，一般有河流改道，人工铺满河床，自然淤造河床，帷幕注浆堵水等方法。