淺析特厚堅(jiān)硬巖層組下的保水采煤技術(shù)

徐宏芳

（山西高平科興平泉煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

在1990年后，我國(guó)保水采煤的思想才基本形成，起步相對(duì)來說比較晚，這幾年，隨著綠色開采觀念的深入，進(jìn)行保水采煤的呼聲越來越高，這無論在技術(shù)還是水平上都給相關(guān)人員帶來了很大的挑戰(zhàn)。本文對(duì)特厚堅(jiān)硬巖層組下的特殊地質(zhì)環(huán)境條件、保水采煤技術(shù)、特厚堅(jiān)硬巖層組下的保水采煤現(xiàn)狀及問題進(jìn)行研究。

一、特厚堅(jiān)硬巖層組下的特殊地質(zhì)環(huán)境條件

特厚堅(jiān)硬巖層組特點(diǎn)是水文條件相對(duì)復(fù)雜，極其容易導(dǎo)致突發(fā)性水害事故以及水資源流失事故的發(fā)生，現(xiàn)在許多的礦區(qū)不具有穩(wěn)定的粘土隔水層，并且擁有極厚的堅(jiān)硬頂板，位于井田內(nèi)的各系也有可能存在著一定的沖積層，其組成主要是礫石和礫砂。

雖然，一般的沖積層相對(duì)較薄，地表水系發(fā)育情況也較為優(yōu)良，獲得地表水供給的能力也比較強(qiáng)，但在其東西部也常會(huì)有火燒以及老窯積水區(qū)。這就給保水采煤工作帶來了極大的阻力，如何更好地應(yīng)用保水采煤技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)今采煤行業(yè)發(fā)展進(jìn)程中一個(gè)極為重要的問題了。

二、特厚堅(jiān)硬巖層組下的保水采煤技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)特厚堅(jiān)硬巖層的特殊地質(zhì)條件，在對(duì)保水采煤技術(shù)進(jìn)行選擇的過程仍然是比較講究的。

第一，特厚堅(jiān)硬巖層組下的隔水關(guān)鍵層技術(shù)。由于各巖層分層特性以及位置差異，它們有不同的隔水的性能，而所謂隔水關(guān)鍵層，就是要最終穿透的關(guān)鍵層，也是最終要為人阻隔的巖層。主要運(yùn)用采用貫通裂隙或者構(gòu)造天然通道的方式形成，主要原理可以用以下的流程圖說明。

圖一 隔水關(guān)鍵層技術(shù)流程圖

主要步驟分為四個(gè)步驟，首先是判別隔水關(guān)鍵層的位置，接著是判別、控制其結(jié)構(gòu)以及滲流是否穩(wěn)定，最后是控制滲流突變通道。

第二，特厚堅(jiān)硬巖層組下的充填膏體技術(shù)。這種技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是高采出率、安全、環(huán)保、廣泛選擇材料，在采出煤層之后冒落頂板之前，要進(jìn)行充填膏體。主要是在重力或者泵壓的作用下，讓膏狀漿體經(jīng)管道，然后送至回采工作面，充填采窄區(qū)的部分空間，構(gòu)建充填條帶來頂住覆巖，其中值得一提的是膏狀漿體要包括粉煤灰、劣質(zhì)土以及煤矸石等材料。

第三，特厚堅(jiān)硬巖層組下的砂置換開采技術(shù)。在機(jī)械或者重力的作用之下，把沙運(yùn)到采空區(qū)，應(yīng)用砂置換煤的保水采煤技術(shù)，但是這種技術(shù)仍然還主要處在研究階段，仍需要深入進(jìn)行研究。

第四，特厚堅(jiān)硬巖層組下的條帶開采技術(shù)。這種技術(shù)能夠防止覆巖過分移動(dòng)，但是存在著資源浪費(fèi)中、低產(chǎn)出率等問題，在進(jìn)行綜合機(jī)械化的過程中，應(yīng)用受到了局限。這種技術(shù)的應(yīng)用原理主要是相間開各個(gè)煤層，分成一些條帶，至于覆巖的支撐要專門保留煤層條帶。

第五，特厚堅(jiān)硬巖層組下的超高水材料充填技術(shù)。主要采用ZKD型高水速凝充填材料，這種材料的滲水程度高達(dá)百分之九十五以上，是一種很完美的充填水材料，其作用在于能夠極大的降低使用固體粉料的量。

第六，特厚堅(jiān)硬巖層組下的類似膏體物的充填技術(shù)。這種技術(shù)擁有流動(dòng)相高、填充度好以及不脫水等優(yōu)點(diǎn)，是比較理想的填充技術(shù)和方法，其中類似膏體物是一種粉狀膠結(jié)劑，主要材料采用的是鋼爐渣、高爐水淬渣工業(yè)廢渣，在其中還要添加適當(dāng)?shù)募?xì)磨過的礦物和化學(xué)催化劑。

第七，特厚堅(jiān)硬巖層組下的刀柱式充填技術(shù)。這種技術(shù)主要適用于防止地表層深陷和保護(hù)含水層。首先要遵循刀柱式技術(shù)來對(duì)煤房資源回采，接著用管路來充填煤房采空處直到煤房填滿，然后主要選用后退式技術(shù)來回采以及填充煤柱，越早進(jìn)行越好，最后一次長(zhǎng)壁來進(jìn)行回采。

三、保水開采技術(shù)研究現(xiàn)狀

主要包括了保水開采地質(zhì)基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究、采煤方案研究和施工。首先是保水開采地質(zhì)基礎(chǔ)的研究，范立民在2004年提出的保水的兩個(gè)主要指標(biāo)，第一個(gè)是避免大幅度減流以及泉水干涸，第二個(gè)是不對(duì)植被的生長(zhǎng)造成大影響，這個(gè)影響包括當(dāng)前消極和積極的。在實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究方面，侯忠利等學(xué)者運(yùn)用ALGOR有限元程序，確定陜北榆樹灣礦要采用上分層五米進(jìn)行上下分層的方案不能保水，張少春等學(xué)者提出了間歇式保水采煤的相關(guān)方法，建議進(jìn)行窄條帶保水開采技術(shù)。在采煤方案研究和施工方面，范立民指出了進(jìn)行分區(qū)分類不同方法來采煤的方案，提高了回采率以及減少了相關(guān)損害。

四、實(shí)現(xiàn)特厚堅(jiān)硬巖層組下保水開采技術(shù)要點(diǎn)

首先是注意實(shí)現(xiàn)保水開采途徑。主要是開采區(qū)域合理選擇以及留設(shè)防水煤柱。在開采區(qū)域合理選擇要注意對(duì)于不存在含水及煤層的，可以直接保水開采，有含水及隔水層但是隔水層的厚度有限的，應(yīng)該采取有效的保水開采措施后才可以進(jìn)行開采，對(duì)于含水及煤層比較豐富的，不能進(jìn)行保水開采，如果已經(jīng)開采的要立刻組織防止破壞地下水結(jié)構(gòu)。在留設(shè)防水煤柱方面，要以鉆孔沖洗液法為主體，然后開展保水GIS研究。其次是水開采方法。主要包括將導(dǎo)水裂隙帶高度減小以及底板加固技術(shù)方法。其中將導(dǎo)水裂隙帶高度減小要注意應(yīng)用"三下"技術(shù)，使得導(dǎo)水裂隙帶的影響不要到達(dá)水體，從而達(dá)到減小導(dǎo)水裂隙帶高度的目的。在底板加固技術(shù)方面要注意，這樣的加固對(duì)象主要是底板的隔水層相對(duì)薄弱的地方，包括空洞以及松散的地方，運(yùn)用這種底板加固的方法，在降低滲透性的同時(shí)使得地層抗壓性極大的增強(qiáng)，極大的突出了加固以及封堵的作用。

結(jié)語

在進(jìn)行特厚堅(jiān)硬巖層組下煤炭開采過程中，一旦地質(zhì)條件分析不到位、實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究、采煤方案研究和施工方案和施工出現(xiàn)分析偏差，沒有及時(shí)糾正的話，就極其容易導(dǎo)致一系列水土破壞、資源浪費(fèi)和流失、生態(tài)失衡等問題，這將會(huì)嚴(yán)重地影響以及制約礦區(qū)以及礦區(qū)周圍生態(tài)環(huán)境的發(fā)展，妨礙水源的保持以及采集煤炭的正常進(jìn)行和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而在特厚堅(jiān)硬巖層組下研究并且靈活使用保水采煤技術(shù)包括隔水關(guān)鍵層技術(shù)、充填膏體技術(shù)、砂置換開采技術(shù)、條帶開采技術(shù)、超高水材料充填技術(shù)、類似膏體物的充填技術(shù)、刀柱式充填技術(shù)，將為解決保水采煤?jiǎn)栴}提供一個(gè)很好的思路，它更是一種根本方法，這種根本方法能夠極好地解決煤炭生產(chǎn)中水資源破壞問題，在社會(huì)綠色開采體系中占據(jù)不可替代的位置，是關(guān)鍵的一點(diǎn)。只有加強(qiáng)對(duì)特厚堅(jiān)硬巖層組下的保水采煤技術(shù)的研究，才能為構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)，進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)、健康、可持續(xù)的發(fā)展，全面建設(shè)小康社會(huì)更好的服務(wù)。

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