對目前煤礦井下疏水保水開采技術(shù)應(yīng)用研究

劉銀

[摘要]我國的煤礦大多分布在區(qū)域缺水的北方以及西北地區(qū)，許多煤礦水資源短缺。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，礦區(qū)水資源短缺的同時煤炭開采還在大量排放礦井開采的廢水，礦井水成為煤炭工業(yè)具有行業(yè)特點的污染源，量大面廣已經(jīng)嚴(yán)重影響了煤礦區(qū)人民的生活，同時也制約著經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，煤礦水資源的利用以及保護(hù)已經(jīng)成為國家總體發(fā)展戰(zhàn)略急需解決的重大問題。

[關(guān)鍵詞]煤礦 井下疏水 井下保水

[中圖分類號] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-457-1

0引言

目前我國每年排放出來的礦井水為五十六億立方米，但是真正利用到的只有百分之三十。這就造成了礦區(qū)水源枯竭、水以及生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，我們針對采煤過程對區(qū)域水文地質(zhì)的影響和對地下水資源的破壞問題，從煤礦開采對地下水位、水質(zhì)的影響，工作面的布置、煤巖柱的留設(shè)、采煤方法、長壁工作面快速推進(jìn)等方面提出了疏水保水開采的技術(shù)途徑。本文以某礦區(qū)疏水保水開采實踐為例講述保水開采方法的效果，總結(jié)了保水開采技術(shù)今后的研究方向，提出了可行性研究方位，完善了疏水保水開采技術(shù)的理論體制。

1疏水保水開采應(yīng)用技術(shù)

（1）合理選擇開采區(qū)域。①對于不存在含水層或煤層埋藏適中，有含水層但其底部有厚度較大隔水層的地區(qū)。該區(qū)域煤層開采的垮落帶和導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育不到含水層底部，不至于破壞含水層結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)保水開采。②有含水層隔水層分布，但隔水層的厚度有限，煤層開采后需采取一定的措施，才可以保護(hù)地下水不受破壞的地區(qū)。③對于煤層埋藏淺、又富含水，煤層開采會造成地下水全部滲漏的地區(qū)。一旦開采，礦井突水可以通過提前疏降水工程保證，但不能保證地下水含水結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境的破壞，在沒有徹底解決地下水滲漏問題之前，暫緩開發(fā)。

（2）留設(shè)防水煤巖柱。目前在松散含水層等水體下采煤，一般根據(jù)開采區(qū)域巖煤地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、煤（巖）柱兩側(cè)的開采狀況及采礦技術(shù)條件等因素，采取留設(shè)防水（砂）煤（巖）柱的方法進(jìn)行開采。首先以鉆孔沖洗液法為主，結(jié)合其他方法研究確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨取?/p>

（3）對采礦區(qū)實施充填。通過留設(shè)防水煤柱固然可以達(dá)到保水開采的目的，但是需要留設(shè)大量的煤柱，這會浪費大量煤炭資源。實踐證明，在埋藏淺、基巖薄和沖積層厚的條件下，煤層開采過程中對采空區(qū)及時進(jìn)行充填，可以有效減小工作面前后支承壓力的分布，抑制煤層頂板巖層的破壞程度、導(dǎo)水裂縫帶的進(jìn)一步發(fā)育、隔水關(guān)鍵層的離層和地表的下沉量，從而達(dá)到與留設(shè)防水煤柱同樣的效果，避免浪費煤炭資源。目前在煤礦開采中使用較多的充填工藝主要有矸石密實充填、膏體材料充填、水砂充填和高水材料充填4種。

（4）長壁工作面快速推進(jìn)。依據(jù)隔水關(guān)鍵層理論，討論區(qū)基本頂關(guān)鍵層承受整個覆蓋層載荷。基本頂關(guān)鍵層初次破斷后，直接頂冒矸石充填部分采空區(qū)，阻礙巖塊的轉(zhuǎn)動，可能形成暫時的三鉸拱平衡。由于中部運動被阻，因而在覆蓋層重載作用下，巖塊朝反方向回轉(zhuǎn)，靠工作面一側(cè)的裂縫被擠壓，而這一側(cè)裂縫的擠壓閉合運動是防止水資源流失的重要條件之一。因此加快工作面推進(jìn)速度可使破斷巖塊盡快朝反方向與工作面一側(cè)未斷巖層在斷面下端鉸接并擠壓閉合，形成隔水關(guān)鍵層，使工作面在覆巖破斷裂隙未發(fā)育完全時推過富水區(qū)域，保證了安全回采和水資源不流失。

2疏水保水采煤的應(yīng)用方法

（1）減小導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊拈_采方法。疏水保水開采可應(yīng)用國內(nèi)外采煤技術(shù)與特殊開采方法，使煤層頂板巖層破壞減小，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Р徊八w。減小斷裂帶高度的采煤方法有：充填開采、條帶開采、分層開采、協(xié)調(diào)開采、限厚開采及覆巖離層注漿等。

（2）以底板加固為主導(dǎo)的疏水保水開采技術(shù)對于底部賦存巖溶水或承壓水體的煤層，近年來以底板加固為主導(dǎo)技術(shù)的疏水保水開采技術(shù)取得了長足進(jìn)展。工作面底板加同是對底板隔水層薄弱帶進(jìn)行注漿強(qiáng)化處理，既降低底板地層滲透性，又提高底板地層抗壓性，起到了封堵和加固作用。

（3）淺埋煤層長壁工作面疏水保水開采方法中國礦業(yè)大學(xué)張東升等提出一種淺埋煤層長壁工作面保水開采方法，適用于淺埋煤層的水資源保護(hù)。根據(jù)煤層地質(zhì)測量數(shù)據(jù)確定開采工作面，采用長度在200m以上的長壁工作面；工作面采用 8000kN以上高強(qiáng)度的液壓支架支撐；選用合適的配套設(shè)備，保證工作面日推進(jìn)速度在15m以上；在開切眼區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)局部充填或局部降低采高，以減少采動覆巖貫通裂縫，使基巖不發(fā)生整體錯動式破壞；并在基本頂初次來壓區(qū)域附近10～50m范圍內(nèi)，局部降低采高或在其對應(yīng)地表影響范圍內(nèi)局部注漿以減小覆巖的運移空間，使覆巖形成較為穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)采動覆巖阻水作用。

3疏水保的開采實踐

通過對煤礦井下疏水保水技術(shù)的初步的認(rèn)識，下面我們就以某礦區(qū)疏水保水的工程為例子，詳細(xì)的為大家講解。

XXX礦區(qū)疏水保水開采工程技術(shù)以及措施及效果。①根據(jù)上述的內(nèi)容所說，XXX礦區(qū)合理留設(shè)防水安全煤柱以及很好的利用了國內(nèi)外常見的“三下”采煤方法。在這一個工程當(dāng)中，它的關(guān)鍵是合理確定防水煤巖柱高度控制垮落帶發(fā)育在含水層以下，對盡可能減少壓煤，又能保住礦井下的水資源，實現(xiàn)疏水保水開采。根據(jù)保水開采類型分區(qū)，對大保當(dāng)區(qū)為保水開采。采用拉斷處理的彈塑性非線性有限元法計算三帶發(fā)育高度，確定了巖體強(qiáng)度，取代巖塊強(qiáng)度。②建立淺排集中供水水源地 該項工作既充分利用礦區(qū)水資源作為礦區(qū)供水，又起到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用。③保水開采的采煤方法劃分體系含水地層能否實現(xiàn)疏水保水開采，取決于采空區(qū)上覆巖土層的工程地質(zhì)性質(zhì)、地層組合結(jié)構(gòu)以及采礦方法，這些因素決定了采空區(qū)上覆巖土層中導(dǎo)水?dāng)嗔褞У陌l(fā)育情況。我們可以通過相似模擬試驗和數(shù)值模擬研究不同地質(zhì)條件下，采用不同開采方法時采空區(qū)上覆基巖的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度來確定適宜的疏水保水開采方法。

我們通過對礦區(qū)開采實踐和相似模擬試驗，在疏水保水開采實踐中獲得了很大的收益，為今后的煤礦疏水保水開采技術(shù)打下了很好的基礎(chǔ)。

4結(jié)語

就目前的情況來說，疏水保水技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有利于保證我國煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、能保證礦井作業(yè)的安全、同時也可以保證在礦井工作時地下水資源不被浪費。這些對于國家、對于人民來說都是有很大好處的。那么，我們又何樂而不為？

參考文獻(xiàn)

[1] 張東升，劉洪林，范鋼偉. 新疆伊犁礦區(qū)保水開采內(nèi)涵及其應(yīng)用研究展望[J]. 新疆大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）. 2013（01）.

[2] 簡煊祥，李云飛，楊永均. 煤礦保水開采技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展[J]. 煤田地質(zhì)與勘探. 2012（01）.