关于深部煤层开采矿井防治水技术探究

关于深部煤层开采矿井防治水技术探究

焦凯,刘德强

甘肃省平凉市华亭县东峡煤矿，甘肃 平凉 744100

摘要：长期以来，矿井水害始终是煤层开采中需要解决的重大问题，引发事故以后不但会对国家和煤矿带来巨大的经济损失，也会给社会带来许多的的负面影响。随着开采深度的持续增加，煤层中的水文地质条件复杂程度也会不断加深，水害可能造成的危害性也会持续加大，对防治水工作提出了更高的要求。本文简单分析引发水害的因素，针对深部煤层开采防治水技术进行阐述。

关键词：深部煤层；矿井；防治水技术

引言

经过长期的采掘活动，我们国家浅部煤层的潜力已基本开发至尾声，矿井深度的不断增加，对防治水提出了更高的要求。矿井水害防治技术目前面临着重大问题，同时也孕育着巨大的挑战，随着老矿区采掘条件的不断变化，针对深部煤层开采矿井防治水技术进行探究具有极其深刻的意义。

1 深部煤层开采中水害的形成因素

1.1 导水结构

导水构造主要的影响因素包括潜伏构造、断裂构造、构造裂隙以及底板破坏情况等，其中，影响最大的因素是断裂构造，这也是造成煤层底板突水的主要原因。假如煤层开采底板出现突水问题，那么导水构造必然存在问题，但是，如果导水构造存在问题，未必会出现突水。突水问题的出现跟多个因素存在关联，包括富水能力、构造再发育情况以及底板遭到破坏的情况等[1]。

1.2 水文地质

矿井煤层底板含水层所具有的富水性指标对于突水量具有决定性影响，水量较大、通道十分畅通、水源十分充足，那么突水的规模也会较大。在对煤层底板的突水情况进行判断时，选择的主要依据是岩溶的发育情况以及水源能够提供补给的及时性。

1.3 底板隔水层

底板隔水层能够很好的对突水情况进行阻隔，其能力大小对于隔水层的强度、完整性、厚度等具有直接的影响。隔水层的强度越高、厚度越厚、结构越完整，岩性组合合理性越强，那么底板出现突水的概率越低，突水规模也会越小。

1.4 深部特征因素

深部煤层进行开采过程中，主要要针对“五高”扰动因素进行分析，包括高岩溶水压、高地应力、高地温、高瓦斯以及高强度采矿引起的扰动，这几个特征因素具有非常普遍的全局意义，在各个区域的深部煤矿开采过程中会发现至少一个特点。

2 深部煤层开采矿井防治水技术分析

2.1 综合物理探测方法

2.1.1 瞬变电磁法

瞬变电磁法是一种较为常见的电磁感应类探测方法，主要是针对二次场就有的空间属性进行观察探测和分析，判断出地质目标可能具有的物理特点和几何属性，其主要的优势体现在对阻力较小的物体特别敏感并且具有较好的定向性能，在对低阻异常存在关联的地质问题研究中具有很好的应用效果。探测所采用的原理基础是利用已经拓展的巷道向着侧边方向进行探测，依据地面瞬变电磁物探技术对矿井开展科学的水文地质勘探，在宏观层面上明确井田中富含水的区域以及块段[2]。井下瞬变电磁物探技术普遍应用于巷道的设计当中，并且在工作面的超前探测中也获得了广泛的应用，有效的促进了探测效率的提高，拓展了探测所能控制的范围，可对含水量异常的区域、范围以及程度进行合理的评估，是对现有探测技术的升级和优化，能够有效的解决巷道掘进过程中侧前方可能潜伏的含水构造问题，避免出现掘进突水风险事故，不但使超前探测所具有的含义得到补充和拓展，而且为煤矿防治水工作的开展提供了科学有效的探水方法。

2.1.2 音频电穿透视法

音频电穿透视法主要的原理是：电磁波在各种介质中进行传播过程中，介质层所具有的电阻率不同，那么其电流强度也会呈现出规律性的变化，可以此为依据计算得到各个穿透点在电阻率参数方面呈现出的相对关系，记录得到反应探测区域具有较强富水性的等视电阻率平面等值线，并依据水文地质情况对顶底板含水体的特征、富水性强弱、空间分布、形态变化等进行判断，从而为防治水工作的开展奠定基础。

2.2 井下直流电法

井下直流电法是一种较常见的全空间电法探测手段，其工作原理主要是基于岩石在电性方面存在的差异，在全空间范围内建场，通过全空间电场理论的应用，对矿井水文地质问题进行合理的解释和科学的处理，其较多的应用于水文地质问题和电性分层的研究当中，用来对巷道顶底板、工作面顶板等情况进行探查或者对掘进窝头进行超前探测。

2.3 奥灰疏水降压

疏水降压指的是在矿井工作面或者周边区域内布置一定数量的放水孔，利用放水疏降奥灰水，使得工作面的水位下降到安全水头值以下。当井田内奥灰含水层所具有的补给条件较差且径流速度较慢时，疏水降压效果较好，但是如果奥灰含水层具有较大的厚度，且弹性储存量较高，含水介质具有显著的风险，那么疏水降压会使得部分方向的奥灰含水层压力降低，无法保证整个区域内的整体奥灰水压，并且需要进行疏降的水量较大。就算使区域内整体的奥灰水压都降低到不超过安全水头值，也需支付大量的排水费用，并需要较高的水处理资金，由于奥灰水具有较大的矿化度，如果不对其进行处理就直接排放到水体当中必然会引起地表水的污染问题，所以，采用奥灰疏水降压难度较高

[3]。

2.4 充填开采

充填开采法指的是利用粉煤灰、煤矸石等固体废弃物配合速凝剂制成具有一定强度的混合物，填充到采空区域内，取代开采完成的煤层，不但能够使煤矸石的排放量变少，而且可以对岩层移动进行控制，可以起到减缓开采沉陷的效果，实现土地资源的保护和建筑物下压煤的开采。同时，实践结果表明，充填开采相比于传统的顶板垮落法，可以使煤层底板受到破坏的程度降低，对底板隔水层阻力能力产生的影响变小，所以使煤层底板出现突水风险的概率降低。

2.5 煤层底板注浆加固

奥灰疏水降压和充填开采都属于使底板突水间接降低的有效措施，主要通过有效措施使水压下降或者减少对煤层底板造成的破坏，从而使底板突水风险问题出现的概率降低。煤层底板注浆加固主要是在开采前进行注浆，对底板岩层裂缝进行胶结和填充，将煤层底板变成有效的隔水层，从而使底板隔水层的强度增加，使其所具有的阻力能力变大。同时，通过底板注浆加固技术还可以对底板原生导水断层、陷落柱以及裂隙等进行封堵，将各个含水层水跟奥灰水之间所具有的水力联系被切断，起到降低煤层底板突水风险概率的效果。

2.6 工作面回采过程中的防治水

在煤矿开采过程中，受到水压、导水构造以及矿压等因素的影响，奥灰水会对矿井安全生产造成巨大的威胁。当底板隔水层的构造出现损坏、功能出现转化时，裂缝和采动等因素会使得矿压跟高压奥灰水之前出现耦合作用，从而引起底板奥灰水的溢出。在出现突水征兆前，高压奥灰水会顺着裂隙发生导升，并且跟裂缝连通产生导水通道，这一过程需要较长的时间并且存在一定程度的滞后性。首先奥灰水会利用裂缝对底板内的其他含水层进行补给，然后顺着缝隙通道涌出，从而形成突水问题，但是这一过程的出现较为隐蔽，只能在所有过程结束以后，才能观察到采掘区域出现渗水、涌水和突水问题。

2.7 矿井煤层开采防治水技术

矿井煤层开采过程中主要的水害威胁来源于奥陶系灰岩岩溶裂隙强含水层，奥陶灰岩的水压较高，弹性静储存量大，并且富水性差别较大，不适合进行疏降和改造，主要的防治水原则是防。

3 结语

防治水工作是煤矿生产和建设的重要工作，与煤炭工业的发展具有紧密的关联，有关人员要依据煤炭资源的具体情况和开采环境，选择科学有效的措施进行水害的防治，从而为深部煤层的开采提供保障。

参考文献：

[1]高丁丁,任晓东.大佛寺煤矿复合煤层开采条件下的水害防治技术研究[J].陕西煤炭,2022.

[2]王英伟,李喜员,王满,等.基于极薄保护层开采的深部煤层绿色开采综合技术[J].中国矿业,2020.

[3]崔佳星.老矿新区带压开采矿井防治水技术研究[J].陕西建筑,2020.