礦井深部開采綜合防治水技術(shù)研究

摘 要：由于煤礦的開采深度比較大，在對煤礦深部進行開采時，煤層底板要承受很高的奧灰水壓，加劇了底板突水的風險。根據(jù)防治水治理的基本原則，給出防治水治理的綜合策略，在進行巷道掘進時，首先采用物探超前技術(shù)對出現(xiàn)異常的區(qū)域進行探測，并對探測出的異常區(qū)域進行鉆探試驗驗證，對異常體進行超前預注漿處理，提前排除隱患，為后期的防治水工作提供幫助，從而確保開采的安全性。

關鍵詞：煤層深部;突水;防治

礦井水害一直是影響煤礦生產(chǎn)安全的重要因素，給煤礦造成嚴重損失，由于大部分的煤礦在開采很長時間后，由于淺層的煤層基本采完，要想進一步開采，必須向深部煤層進行掘進，而開采的煤層越深，煤層本身的巖性和地質(zhì)條件也越復雜，水害所帶來的威脅也就越大，在對深部煤層進行開采時，煤層的頂板會承受巨大的壓力，增加了突水的風險[1]。為了降低突水對煤礦開采的影響，對防治水進行綜合治理，設計防治水的技術(shù)方案，以實現(xiàn)對煤層深部的安全開采。

1 防治水基本原則

使用防治水技術(shù)要堅持以下幾個原則[2]：①以煤礦深部煤層底板的導水性構(gòu)造探測為中心，始終堅持對煤層先進行探測，探測完后再掘進，如果存在水害，先治理再進行開采的原則;②根據(jù)礦井的水文和地質(zhì)條件，對井上部分采取物探技術(shù)為主要，鉆探技術(shù)為輔助，對井下部分堅持先進行物探技術(shù)探測，再進行鉆探技術(shù)驗證;③堅持將防治水技術(shù)和采掘工程結(jié)合起來，選擇防治水技術(shù)是要綜合考慮經(jīng)濟和作業(yè)復雜程度的影響，盡量不影響正常的生產(chǎn)進度，保持最大的效益;④堅持將防治水技術(shù)與水資源結(jié)合起來，在治理水害過程中，對積水進行合理排放，同時要保護地下的水資源和地表的水體不受破壞，實現(xiàn)節(jié)能減排。

2 防治水綜合策略

在對深部煤層進行開采時，首先要建立合理的綜合防治水策略體系，在設計策略時要考慮盡量減少對煤層底板的破壞力，降低在開采時底板承受的水壓力，增加在開采時底板的阻水能力。

2.1 系統(tǒng)檢測

對深部煤層開采的系統(tǒng)性使用瞬變電磁法[3]進行檢測，通過對現(xiàn)有巷道的探測，完成對設計巷道異常體的超前探測，電磁波將礦井巷道的檢測信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，直流信號波能檢測到煤層深部的巖體信息，并將信號進行反饋，完成信號的接收。

2.2 區(qū)域劃分

根據(jù)系統(tǒng)檢測反饋的數(shù)據(jù)，將檢測區(qū)域初步分為貧水區(qū)域、中水區(qū)域、富水區(qū)域，然后再對中水層的活躍性進行檢測，根據(jù)對某礦的檢測，得出如下結(jié)果：煤層富水區(qū)域的水深約700m，在距煤礦開采層120m的富水區(qū)，以5m為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)，中水層的活躍性比較大，而其余部分的活躍性則比較穩(wěn)定，貧水區(qū)域的水深300m，在距煤礦開采層140m的范圍內(nèi)水層比較穩(wěn)定，中水區(qū)域的水深500m，在距煤礦開采層127m的范圍內(nèi)，中水層的結(jié)構(gòu)呈交錯式分布，水層結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，有一半泄露的可能性。

2.3 巷道設計

根據(jù)對煤層地質(zhì)的檢測結(jié)果，在貧水區(qū)域、中水區(qū)域、富水區(qū)域所在的巷道內(nèi)，為了增加煤層底板的阻水能力，對煤層底板厚度進行設計，結(jié)果如下：在富水5m的圓形區(qū)域內(nèi)設計35m的底板層，而其余部分設計30m的底板層，在貧水區(qū)域均設計25m的底板層，在中水區(qū)域設計30m和25m相互交錯的底板層，根據(jù)此防治水綜合策略，對煤層深部的防治水技術(shù)奠定基礎。

3 防治水方案設計

為了降低底板導水結(jié)構(gòu)的破壞或其他水體的出現(xiàn)而發(fā)生的突水事故，進一步提高煤層深部開采的安全性，對礦井中的突水事故進行全面預防，在上述綜合策略的基礎上，設計防治水治理的方案。在對巷道進行掘進之前，需要對煤層深部底板的導水性能進行探測，根據(jù)防治水的基本原則，主要采用超前探測技術(shù)來探測異常區(qū)域，根據(jù)探測的結(jié)果，如果出現(xiàn)異常區(qū)域，要對其進行鉆探試驗驗證，并對異常的水害進行超前預注漿手段處理，以排除隱患[4]。

3.1 超前探測

在對巷道進行掘進之前，采用瞬變電磁法物探技術(shù)對煤層底板的導水性及其他的水害進行超前探測，將探測出的異常區(qū)域進行標注，根據(jù)探測結(jié)果可以很直觀地看出煤層的富水區(qū)域，而且探測的效率較高，探測涉及的范圍也比較廣，能準確判定異常體的導水性及其范圍，解決巷道掘進前煤層異常體導水性無法判斷的難題，減少突水事故的發(fā)生。

3.2 鉆探驗證

對物探技術(shù)探測出來的異常區(qū)域進行鉆探驗證，在進行鉆探試驗時，一般設計的鉆孔數(shù)要大于2個，且設計的鉆孔的傾角在10°-20°的范圍內(nèi)，鉆孔探查的距離大于30m，根據(jù)異常區(qū)域與掘進巷道的位置關系，確定最終鉆孔的方位，具體的鉆孔布置要求如圖3所示。

3.2.1 確定鉆孔止水套管長度

由于煤層底板所承受的水壓比較大，所以一般在進行探水測試時不沿著煤層進行，當煤層的底板高度在500-1000m時，煤層底板所能承受的奧灰水壓力在6.71-12.47MPa，在奧灰水的壓力大于3MPa時，鉆孔止水套管的長度要大于20m。

3.2.2 確定超前距

超前距的計算公式為：H=0.5kL√3P/Kp，其中，H為超前距，k為安全系數(shù)，L為巷道寬度，P為煤層所能承受的水壓力，Kp為煤層的抗拉強度。

3.3 異常體治理

根據(jù)物探以及鉆探技術(shù)確定的礦井異常體，通過分析導水異常體和奧灰導水層的聯(lián)系，如果導水異常體和奧灰導水層之間有聯(lián)系，則要設計專門的鉆探工程進行探測，同時采用超前預注漿對異常體進行治理，對巖層底板出現(xiàn)的裂隙，使用充填物和膠結(jié)將裂隙封堵，阻止煤層底板水的流出，變成隔水層，通過增大煤層底板的強度來提高底板的阻水能力，減輕所承受的水壓，從而消除突水事故帶來的危險，然后再進行掘進。

3.4 安全性評價

在進行巷道掘進時，對開采的安全性評價可以采用隔水層的安全厚度來評價，安全厚度的計算公式為：t=L（√（γ2L2+8KpP）-γL）/4Kp，其中，t是安全厚度，L是巷道寬度，γ是隔水層的平均重度，Kp是隔水層的抗拉強度，P是隔水層所能承受的水壓力。

當煤層底板隔水層的實際厚度比安全厚度大時，在對防治水采取治理后，認為滿足安全開采的條件，可以繼續(xù)向前掘進。

4 結(jié)論

針對煤礦開采過程中出現(xiàn)的煤層底板承受水壓過大，造成煤層底板出現(xiàn)突水的現(xiàn)象，嚴重影響巷道的向前掘進，根據(jù)煤礦巷道的地質(zhì)特性以及治理防治水的基本原則，確定防治水治理方案，建立防治水綜合策略，為煤層深部開采技術(shù)提供路線，在進行巷道掘進時，首先采用物探技術(shù)對出現(xiàn)異常的區(qū)域進行探測，并對探測的異常區(qū)域進行鉆探驗證，最后對出現(xiàn)的異常體采用超前預注漿的方式進行治理，大大地提高開采的安全系數(shù)。

參考文獻：

[1]曲修術(shù).深部煤層開采水文條件探查及安全開采評價[J].山東煤炭科技，2012，40（6）：118-119.

[2]陳婭鑫.深部煤層開采礦井防治水技術(shù)研究[D].邯鄲：河北工程大學，2011.

作者簡介：

李艷波（1985- ），男，2009年7月畢業(yè)于山西煤炭職業(yè)技術(shù)學院，?？?，助理工程師，研究方向：地測防治水。