關(guān)于煤礦帶壓開采技術(shù)的幾點思考

摘 要：隨著煤炭開采越來越向地底發(fā)展，高承壓水成為煤炭開采的主要威脅，帶壓開采成為煤炭開采的主流技術(shù)。文章依托于河?xùn)|煤田離石礦區(qū)的煤炭開采條件，對煤礦帶壓開采技術(shù)概念、技術(shù)體系內(nèi)容以及相應(yīng)的水害防治方法進(jìn)行了分析，并對其未來的發(fā)展方向進(jìn)行了簡要探討，以期實現(xiàn)煤礦帶壓開采技術(shù)在河?xùn)|煤田離石礦區(qū)的安全運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：帶壓開采；技術(shù)條件；水害防治

1 煤礦帶壓開采技術(shù)概念

在煤礦井下煤層開采深度越來越深的情況下，煤層底板的標(biāo)高已經(jīng)小于其含水層的水頭高，因此受到水層對其的壓力，在這種條件下，對煤礦井下煤層的開采便稱之為煤礦帶壓開采。煤礦帶壓開采的原則是對煤礦井下煤層進(jìn)行防水處理，避免煤層底板含水層在開采過程中引發(fā)水害，造成安全事故。由此可知，煤礦帶壓開采技術(shù)的核心內(nèi)容是對煤礦底板含水層的防治，包含煤礦開采與水害防治兩個方面。

2 煤礦帶壓開采技術(shù)體系內(nèi)容分析

煤礦帶壓開采技術(shù)是一項綜合性的技術(shù)，宗旨是保證煤礦開采的安全性，參照國內(nèi)外的煤礦井下煤層開采經(jīng)驗，煤礦帶壓開采技術(shù)包括以下三個方面的內(nèi)容。

2.1 帶壓開采安全性評價

在帶壓開采技術(shù)方面，安全性是其首要考慮的因素。目前，對于帶壓開采的安全性評價并沒有形成一個統(tǒng)一的認(rèn)識，在具體的規(guī)章制度方面也不明確，因此，在操作過程中，安全性評價主要依賴于地質(zhì)工程師或者采礦工程師的自身經(jīng)驗以及礦井水文地質(zhì)規(guī)程。最常用的是突水系數(shù)法，通過對煤層底板突水機(jī)理的分析，配合物探技術(shù)，如音頻電透視等，確定煤層底板在開采過程中的重點防御與加固位置。當(dāng)工作面的加固工程完成后，使用帶壓系數(shù)進(jìn)行安全性的復(fù)核與校驗。當(dāng)進(jìn)行煤層工作面的回采時，通過突水預(yù)警系統(tǒng)來對其進(jìn)行實施監(jiān)控，保證其安全性。

2.2 煤礦帶壓開采水文地質(zhì)條件勘察與評價

地質(zhì)條件的勘察是煤礦帶壓開采的必要工作。不同于常見的水文地質(zhì)勘察，煤礦開采的水文地質(zhì)還應(yīng)該注意以下幾點。首先，是對煤層底板的破壞深度，例如，河?xùn)|煤田離石礦區(qū)的巖類主要在表層15～20m內(nèi)裂隙發(fā)育，斷層帶、風(fēng)化殼等是其有利地段，泉流量也小于0.5L/S。其次，是煤層底板構(gòu)造、隔水層厚度以及巖性的探查。離石礦區(qū)巖性構(gòu)造位置處于呂梁山復(fù)背斜之次級構(gòu)造離石-中陽向斜構(gòu)造的東翼，井田范圍地層受到其影響而形成單斜構(gòu)造，總體向西傾斜并發(fā)育有次一級褶曲構(gòu)造，表現(xiàn)為3條背斜和2條向斜。此外，在井田南部存在落差3～7m的小斷層4條。變質(zhì)巖類風(fēng)化裂隙含水層組為前寒武系的混合巖化花崗巖、片麻巖等，而碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層組則以奧陶系為主。巖性為石灰?guī)r、豹皮石灰?guī)r等，總厚360～450m。最后，是采用井下放水、鉆孔梯度水壓測試方法等對礦區(qū)的富水性以及力學(xué)參數(shù)、阻水系數(shù)等進(jìn)行探查。

煤礦帶壓開采水文地質(zhì)條件評價主要針對煤層底板的突水危險性以及礦井的防水排水能力進(jìn)行。突水性的排查從發(fā)生突水的概率以及突水后造成的危害兩個方面進(jìn)行評價。對于前者，突水發(fā)生概率通過突水系數(shù)或雙系數(shù)的方法進(jìn)行，通過探查實際煤層底板的突水系數(shù)與相關(guān)的規(guī)定制定的突水系數(shù)臨界值進(jìn)行對比，分析其發(fā)生概率。雙系數(shù)法是突水系數(shù)法的演變，主要增加了帶壓系數(shù)的考慮。后者主要指的是突水發(fā)生后的涌水量的計算，據(jù)此對可能造成的水害進(jìn)行評價。

礦井的防排水能力評價方法主要是考察煤礦礦井的防水、排水位置以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是否達(dá)到規(guī)定的要求。以河?xùn)|煤田離石礦區(qū)為例，其奧陶系巖溶水的補(bǔ)給來源主要以大氣降水和地表水的入滲為主，而石灰?guī)r地下水的集中排泄點則是柳林泉，石炭系、二疊系裂隙水層的補(bǔ)給主要是來自大氣降水和河流及河谷松散層的有限下滲補(bǔ)給。排水時則順地層沿傾向方向運(yùn)，在溝谷切割深處以泉的形式排出。

2.3 煤礦帶壓開采技術(shù)手段

煤礦帶壓開采技術(shù)手段首要的是防水技術(shù)的應(yīng)用。主要技術(shù)手段包括以下幾個方面，首先是在關(guān)鍵位置設(shè)置防水煤柱或者防水閘，其次，增強(qiáng)礦區(qū)的排水能力，包括在工作前期進(jìn)行排水系統(tǒng)設(shè)計與建設(shè)、延生礦區(qū)排水管路等，以期達(dá)到疏水降壓的目的。最后，是煤層底板隔水層改造技術(shù)以及防水監(jiān)控系統(tǒng)等。

開采技術(shù)是保證煤礦安全、高效開采的核心方法，目前較為成熟的煤礦帶壓開采技術(shù)有短壁、條帶、充填開采等技術(shù)，其中充填技術(shù)主要針對斷層、陷落柱等情況進(jìn)行。

3 煤礦帶壓開采技術(shù)條件下的水害防治

3.1 煤礦區(qū)域水文地質(zhì)劃分

水害防治是煤礦帶壓開采的重點工程，通過對煤礦區(qū)域水文地質(zhì)類型條件進(jìn)行劃分，能有效提高防治工作效率。劃分過程應(yīng)充分考慮礦井儲水各方面因素，并結(jié)合以往的經(jīng)驗與地質(zhì)類型劃分依據(jù)進(jìn)行。例如，河?xùn)|煤田離石礦區(qū)開采煤層上覆含水層，富水性弱，對煤層開采影響不大。因此。按照相關(guān)規(guī)定將其井水文地質(zhì)類型劃分為簡單型。

3.2 煤礦區(qū)域水害影響程度評估

河?xùn)|煤田離石礦區(qū)地質(zhì)類型屬于簡單型，因此含水層對開采過程影響不大，但考慮到該井田內(nèi)及周邊存在較大面積的采空區(qū)，采空區(qū)局部存有大量的積水，會對礦井煤層開采存在一定的影響，并且采空區(qū)的積水量還會隨著開采時間的增加而增加。例如，該礦井井田內(nèi)4號煤共分布積水區(qū)11處，合計積水量43054m3。因此，判定采空區(qū)積水為該區(qū)域的主要水害之一，是礦井防治水工作的重點和難點。

3.3 煤礦帶壓開采技術(shù)條件下的水害防治措施

通過對煤礦區(qū)域水害影響程度的評估以及相應(yīng)的防治工作展開程度的評估，便可以開展針對性的防治措施。防治措施的制定應(yīng)秉承安全與預(yù)防并抓的原則，嚴(yán)格按照預(yù)測、探查、開掘以及治理開采的順序進(jìn)行。

首先，可以設(shè)定專門的地測防治水部門，加強(qiáng)防治水專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，做好相關(guān)的設(shè)施設(shè)備與技術(shù)資料的收集，并通過專業(yè)的技術(shù)人員與勘察設(shè)備對水害進(jìn)行針對性的評估預(yù)測，其次，做好探放水工作，尤其是當(dāng)鉆孔進(jìn)行到工作面時，對井下可能存在的隱伏導(dǎo)水等構(gòu)造進(jìn)行充分探查定位，最后，建立定期檢查巡邏制度，對地表導(dǎo)水裂隙或者通道進(jìn)行檢查回填，建立相應(yīng)的預(yù)防預(yù)報機(jī)制，尤其是存在雨季氣候的地區(qū)，對開采工作進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)水害隱患并采取有效措施進(jìn)行消除。

4 煤礦帶壓開采技術(shù)發(fā)展方向

隨著信息化與數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，煤礦帶壓開采技術(shù)的未來發(fā)展方向?qū)⒓性谝韵聨讉€方面。首先，在安全開采的可靠性分析上，其評價方法將會有更多的發(fā)展，目前主流的突水系數(shù)法在實際使用中忽略了現(xiàn)實中的不確定因素，如對保護(hù)層失效模式的考慮；其次，三維建模技術(shù)將會更多的應(yīng)用到煤炭帶壓開采技術(shù)中，通過3D模型對地質(zhì)特征進(jìn)行建模，從而以真實地貌的形式對其進(jìn)行表現(xiàn)將會促進(jìn)煤礦勘察的準(zhǔn)確性；最后，通過數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對煤層底板突水規(guī)律進(jìn)行掌握與分析，這種手段將是未來煤礦安全評價中的主要方式。

5 結(jié)束語

煤礦帶壓開采技術(shù)是一項綜合性的開采技術(shù)，隨著露天煤炭資源的日益減少，其開采方式將逐漸縱深化，而煤層底板高壓水將會是煤炭開采過程中的主要威脅因素，因此，帶壓開采技術(shù)將會成為未來煤礦開采的技術(shù)依托。

參考文獻(xiàn)

[1]韓青林.煤礦帶壓開采技術(shù)體系分析[J]，硅谷，2013（18）：47-48.

[2]張君正.高河煤礦奧灰水帶壓開采防治技術(shù)研究[J]，礦山測量，2013（1）：56-58.

[3]田坤云.新密西區(qū)煤礦群帶壓開采條件下水災(zāi)害綜合治理[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（1）：17-22.