【文章內(nèi)容簡介】 。 4)水體與設(shè)計(jì)開采界限 (煤層 )之間的最小距離，雖符合第 50條表中要求留設(shè)的相應(yīng)類型安全煤巖柱尺寸，但煤層為傾角大于 55176。 的急傾斜中厚煤層和厚煤層。 5)水體與設(shè)計(jì)開采界限 (煤層 )之間的最小距離，雖符合第 50條表中要求留設(shè)的相應(yīng)類型安全煤巖柱尺寸，但水體壓煤地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較發(fā)育。 四 . 影響水體下安全開采的因素 水體類型及與開采煤層的相對位置 地表水體：如江河湖海、水庫坑塘；地下的孔隙水體、基巖裂隙水體、灰?guī)r巖溶水體 防水煤巖柱含、隔水性及結(jié)構(gòu) 含、隔水層的劃分：土層中粘土（粒徑小于 ）大于 30%，防水性良好；巖層中泥巖、頁巖、砂質(zhì)頁巖防水性好；巖層中軟巖隔水性好，泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖隔水性。軟硬巖層交互沉積，且軟巖距煤層較近的結(jié)構(gòu)較好。 覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度及波及范圍 對于地表水體，松散層底部和基巖中的強(qiáng)、中含水層水體或要求保護(hù)的水源。不允許導(dǎo)水裂縫帶波及；對于松散層底部的弱含水層水體，允許波及。對于厚松散層底部為極弱含水層或可以疏干的含水層，允許波及，同時(shí)允許垮落帶波及。 五 .水體下采煤的方式 頂水開采 對水體基本不處理，在水體與煤層之間保留一定厚度或垂高的安全煤巖柱 疏水開采 利用礦井排水系統(tǒng)，開掘?qū)ｉT疏水巷道，通過巷道或鉆孔疏通上部水體后開采?？梢韵仁韬蟛苫蜻叢蛇吺? 頂疏結(jié)合開采 采多層水體或多層含水體威脅，對于遠(yuǎn)離煤層水體頂水開采，較近煤層采用疏水開采 堵截水源與處理水體后開采 六 . 水體下采煤安全煤 巖柱留設(shè) 安全煤巖柱是從開采上限至上覆水體底界面之間的煤層、巖層和松散層的總稱。 留設(shè)原則：保證水體下安全開采，盡可能地減少留煤柱所造成的資源損失。 1 、 應(yīng)留設(shè)安全煤巖柱的水體類型 “三下”采煤規(guī)程第三章第 43條對水體下安全煤巖柱的留設(shè)規(guī)定的同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)了水體下只要按照規(guī)程規(guī)定留設(shè)了安全煤巖柱，就允許水體下壓煤進(jìn)行開采或試采。 礦井、水平、采區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)確定安全煤巖柱的水體主要有： ? 水體與設(shè)計(jì)開采界限（煤層）之間的最小距離，既不符合第50條表 4中各采動等級水體要求的相應(yīng)安全煤巖柱尺寸，有不能采用可靠的開采技術(shù)措施以保證安全正常生產(chǎn)的； ? 在目前技術(shù)條件下，只能采用該道（河流）、放空（水庫）、疏干（含水層）或堵截水源等辦法處理，但在經(jīng)濟(jì)上又屬嚴(yán)重不合理的水體； ? 位于預(yù)計(jì)頂板垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶內(nèi)，且無疏放水條件的沙礫、孔隙強(qiáng)含水層和砂巖、石灰?guī)r裂隙巖溶強(qiáng)含水層、巖溶地下暗河和有突水危險(xiǎn)的含水?dāng)鄬优c陷落柱等水體； ? 位于預(yù)計(jì)底板采動導(dǎo)水破壞帶內(nèi)，或底板采動導(dǎo)水破壞帶與承壓水導(dǎo)升帶聯(lián)通，且無疏放條件和可能產(chǎn)生底板突水災(zāi)害的水體； ? 預(yù)計(jì)采后礦井用水量會急劇增加，超過礦井正常排水能力，且水量長期穩(wěn)定不變，增加排水能力難以實(shí)現(xiàn)或排水費(fèi)用高昂的； ? 煤層開采后，地表和巖層有可能產(chǎn)生抽冒、切冒型塌陷、地質(zhì)弱面活化和突然下沉而引起潰沙、潰水災(zāi)害的； ? 對國民經(jīng)濟(jì)和人民生活有重大影響的河流、湖泊、水庫及旅游景點(diǎn)的地面、地下水體。 安全煤巖柱的種類及留設(shè)方法 安全煤巖柱種類 : 防水安全煤巖柱 。 防砂安全煤巖柱 。 防塌安全煤巖柱。 安全煤巖柱留設(shè)方法如下： ?防水安全煤巖柱留設(shè)方法 留設(shè)目的：不允許導(dǎo)水裂隙帶波及水體 （ 1）地表有松散覆蓋層時(shí) HSh≥HLi+Hb 式中 HSh防水煤柱垂高， m； HLi導(dǎo)水裂隙帶最大高度， m； Hb保護(hù)層厚度， m。 （ 2）當(dāng)煤系地層上部無松散層覆巖，采深較小時(shí)，應(yīng)考慮地表 裂隙（ diLi） Hsh≥Hli+Hb+Hdili (3)松散層為強(qiáng)或中等含水層，與之接觸的基巖風(fēng)化帶也含水，則應(yīng)考慮基巖風(fēng)化帶深度（ Hfe） Hsh≥Hli+Hb+Hfe 防砂安全煤柱留設(shè)方法 留設(shè)目的：允許導(dǎo)水裂隙帶波及松散弱含水層或已疏降的松 散強(qiáng)含水層。其垂高（ HS） HS≥Hm+Hb 防塌安全煤巖柱留設(shè)方法 設(shè)目的：允許導(dǎo)水裂隙帶波及松散弱含水層或已疏干的松散強(qiáng)含水層，同時(shí)允許垮落帶接近松散層底部。其垂高（ Ht）等于或接近于垮落帶的最大高度（ Hm）即 Ht≈Hm 防水安全煤巖柱保護(hù)層厚度 防砂安全煤巖柱保護(hù)層厚度 急傾斜煤層防水及防砂煤巖保護(hù)層厚度 七 . 水體下采煤井下安全技術(shù)措施 ? 擇優(yōu)開采 先采遠(yuǎn)離水體，后采臨近水體煤層；先采隔水層厚的，后采隔水層薄的煤層；先采深部后采淺部煤層；先采地質(zhì)條件簡單，后采地質(zhì)條件復(fù)雜煤層。 ? 分層間歇開采 厚煤層分層開采，使首分層開采后，軟化覆巖， “ 兩帶 ” 高度降低。 ? 分階段開采 急傾斜煤層劃分為小階段沿走向開采，以減小開采空間，降低 “ 兩帶 ” 高度。 ? 限厚開采 距水體較近，而煤層厚度或其他原因不宜分層開采時(shí)。 ? 充填法、部分開采 水體下開采典型案例分析 我國水體下開采實(shí)踐 中國海下采煤 龍口礦區(qū) :中國海下采煤夢開始的地方； 龍口礦區(qū) :中國海下采煤夢想成真的地方。 公元 2022年 6月 18日，龍口礦業(yè)集團(tuán)正式對外宣布：北皂煤礦海下采煤工作面開始聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)，中國第一車烏金運(yùn)出地面。從這一天開始，我國無海下采煤的歷史宣告結(jié)束，成為繼英國、日本、加拿大、澳大利亞之后的第五個(gè)海下采煤國家。 國外海下采煤概況 世界上進(jìn)行過海下采煤的國家有：英國、澳大利亞、日本、加拿大和智利，采煤方法多為房柱式開采，也有長壁綜采。國外海下采煤有著悠久的歷史，英國早在 1560年就已開始開采海底煤田，日本于 1863年在長崎縣高島礦建了一座深 45m的豎井開采海底煤田，加拿大海下采煤始于 1874年。 國外海下采煤產(chǎn)量最多的是英國和日本，英國曾達(dá)到 1300萬 t/a，日本曾達(dá)到 1235萬 t/a。一般多在海灘及淺海下開采，離岸距離：英國約為 5~8Km，日本約為12Km以上。英國海下采煤煤層厚度一般介于 ~3m，海水深度為 7m，沒有發(fā)生透水事故。當(dāng)采用長壁或房柱式開采時(shí)，英國、日本規(guī)定第四系粘土層厚度小于5m時(shí)，采深應(yīng)大于 105m，其采深采厚比約為 60，英國還規(guī)定煤系地層厚度應(yīng)大于 60m；在第四系粘土層厚度大于 5m時(shí)，采深應(yīng)大于 70m。加拿大規(guī)定深厚比大于100時(shí)，才允許用長壁垮落法開采。 日本海下采煤的海水深度一般 0~15m，局部達(dá)70~80m，采深一般在海下 200~500m，井筒大多建在陸地，井底至工作面一般 7~12Km。由于工作面遠(yuǎn)離井筒，造成運(yùn)輸和通風(fēng)等條件惡化，因此，從 50年代開始，日本就在海域水深 10m左右處填筑人工島開鑿豎井解決通風(fēng)問題，人工島最大直徑達(dá) 205m，并逐漸向海域深部發(fā)展。日本海下采煤積累了許多經(jīng)驗(yàn)，并制定了許多海下采煤的法律法規(guī)。由于資源枯竭，大部分礦井已停止海下開采，目前進(jìn)行海下采煤的有原隸屬于 太平洋興發(fā)株式會社的釧路煤礦等。 國外海下長壁法采煤的相關(guān)安全技術(shù)規(guī)定 ? 海域下采煤的一條重要經(jīng)驗(yàn)就是必須制定特殊的采掘計(jì)劃和詳細(xì)的安全措施。國外海下采煤國家多數(shù)采用房柱法或?qū)挿炕刂?。而較少采用長壁法進(jìn)行海下采煤，且對允許采用長壁法的開采條件制定了較為嚴(yán)格的規(guī)定（見表 11）。 允許全采的最小 覆蓋層厚度（ m） 允許最小深度下全采的最大采厚（ m） 國 家 105 英國 大于采厚的 60倍 無限制 澳大利亞 100（無第四系地層） 無限制 日本 150 無限制 智利 213 無限制 加拿大 表 11 國外海下長壁法采煤的相關(guān)安全技術(shù)規(guī)定 國外海下房柱法采煤最小覆蓋層厚度的規(guī)定 ? 實(shí)際上國外海下采煤大量的采用房柱法或?qū)挿炕刂?，除了其傳統(tǒng)習(xí)慣和技術(shù)裝備外，采用部分開采法進(jìn)行海下采煤其安全性相對要高，且最小覆蓋層厚度相對較小，即其開采上限可以相對提高，達(dá)到提高礦井回采率的目的。國外對采用房柱法進(jìn)行海下采煤時(shí)的最小覆蓋層厚度的規(guī)定見表 12。 ? 有資料表明，澳大利亞在水體下大范圍內(nèi)采用房柱法開采時(shí)，其最小覆蓋層厚度大于 120呎（ ）。 表 12 國外海下房柱法采煤最小覆蓋層厚度的規(guī)定 國 家 允許部分開采的最小覆蓋層厚度（ m） 規(guī)定形式 備 注 英國 60 命令（國家煤炭局） 僅用于部分開采 澳大利亞 46 指南（州政府） 僅用于部分開采 日本 93 法規(guī) 僅用于部分開采 智利 70 命令（礦山指導(dǎo)處） 僅用于部分開采 加拿大（新斯科舍） 55 命令（皇家法案） 僅用于部分開采 國外海下采煤基巖面變形的規(guī)定 ?國外海下采煤在對允許開采煤層的覆蓋層厚度做出規(guī)定的同時(shí)，更進(jìn)一步地對基巖面變形量做出規(guī)定。實(shí)際上，當(dāng)允許開采煤層厚度一定的情況下，其覆蓋層厚度與其頂面變形量是 相關(guān)的，這樣做的目的主要是為了避免超強(qiáng)度開采引起基巖面過度開裂，導(dǎo)致井下涌水量增大。見表 13。 表 13 國外海下采煤基巖面變形量的規(guī)定 國 家 允許最大拉伸變形值（ mm/m） 規(guī)定形式 英國 10 命令（國家煤炭局） 澳大利亞 指南（州政府） 智利 命令（礦山指導(dǎo)處） 加拿大 （ 新斯科舍 ） 命令（皇家法案） ? 澳大利亞根據(jù)其地質(zhì)開采條件和海下采煤實(shí)踐，對采動引起的基巖面變形開裂極為重視，并進(jìn)行了地表移動規(guī)律觀測研究，總結(jié)出具有普遍意義的預(yù)計(jì)公式。新南威爾士煤田得出的確定海床最大拉伸變形值的普遍公式： ? 式中， Emax為最大拉伸變形值， mm/m；K是由觀測結(jié)果求出的系數(shù)為 ； Smax為大范圍全部回采的最大下沉值，由觀測結(jié)果求出為 ， M為煤層采厚； D為基巖厚度。 ?設(shè)基巖面的最大允許拉伸變形值為 mm/m，于是上述公式可寫成： ?也就是說，如果產(chǎn)生在基巖面的最大拉伸變形不超過 mm/m，當(dāng)全部回采時(shí)，采厚為 ，基巖厚度應(yīng)為 60m。該經(jīng)驗(yàn)公式對第四系厚度小、基巖巖性較硬、開采深度相對較淺的大型水體下采煤具有很高的參考意義。 國外海下開采安全保障措施 ? 英國海下采煤防水措施，主要是從采煤方法、開采順序、回采工作面布置、探查斷層構(gòu)造以及水質(zhì)分析等綜合措施，達(dá)到控制海下采煤的涌水量，而不采取為了堵水在井下設(shè)置防水閘門或防水墻的措施。實(shí)際上進(jìn)行海下采煤，首要的是嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)法律條文和國家煤炭局的有關(guān)規(guī)定，其次是在覆巖厚度小的地段按規(guī)定將長壁開采改為短壁、房柱或條帶開采，一般不采用充填開采。 ? 日本煤礦保安規(guī)程制定了一系列詳細(xì)的安全技術(shù)措施，最主要的是：①對預(yù)定采掘的區(qū)域及其周圍海域，必須進(jìn)行周密的探測，通過鉆孔探明海底至煤層之間的地質(zhì)情況，鉆孔必須用水泥封孔。②掘進(jìn)巷道時(shí)，如果地質(zhì)條件不明，應(yīng)打 10m以上的超前鉆孔。必要時(shí)，還應(yīng)在巷道前進(jìn)方向的旁側(cè)方向打超前鉆孔，探測有無出水的可能性。掘進(jìn)工作面推進(jìn)到離超前鉆孔孔底5m時(shí)，應(yīng)重新鉆孔。巷道掘進(jìn)面要比采煤工作面超前 50m以上。 ? 龍口礦區(qū)含煤面積約 350Km2，礦區(qū)目前已探明煤炭儲量為 t，其中陸地為 t，海域下為 t（僅北皂煤礦海域下，稱為海域擴(kuò)大區(qū)）。 ? 北皂煤礦位于龍口礦區(qū)西北部，濱臨渤海，其海域擴(kuò)大區(qū)處于井田北部渤海海域內(nèi)，東至海域 21勘探線，西和北至煤層露頭，南至渤海海岸線，面積約 龍口礦區(qū)海下采煤情況 ? 北皂井田處于不完整的龍口 —黃縣斷陷盆地內(nèi)。礦區(qū)海域煤田是陸地煤田的延伸。煤系地層為新生代下第三系，主要由鈣質(zhì)泥巖、泥巖、含油泥巖、油頁巖、粘土巖、含礫砂巖及粗砂巖等軟弱巖層組成。北皂礦海域擴(kuò)大區(qū)海水深度 0~12m，由海底至煤 4底板油頁巖總厚度 340~400 m。含煤 4層，可采和局部可采煤層共 3層，其中煤 2厚度一般為 ~，為海域下首采區(qū)主要可采煤層。巖層走向 NE，傾向 SE，傾角 1~10?。 ? 海域下采用三條暗斜井從礦井現(xiàn)有開采水平延深開拓方式，其中軌道暗斜井和皮帶暗斜井從 250m水平延深，回風(fēng)