淺煤層保水開采技術研究

陳國星

（山東科技大學，山東青島 266590）

淺煤層保水開采技術研究

陳國星

（山東科技大學，山東青島 266590）

社會經(jīng)濟發(fā)展促進煤礦事業(yè)發(fā)展壯大，煤礦企業(yè)為實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化建設提供源源不斷的能源支持，因此有必要做好煤礦開采技術的研究工作。淺埋深礦井在開采過程中容易出現(xiàn)突水情況，造成地表水資源的流失。基于此，筆者查閱眾多資料分析淺煤層保水開采技術的應用，對其中需要注意的問題進行深入探討。本文提出一套以長壁工作面快速推進為基礎的較為系統(tǒng)的薄基巖淺埋煤層保水開采技術。

淺煤層 保稅開采技術 研究分析

1　影響保水開采技術應用效果的因素

結合實際以及查詢眾多資料發(fā)現(xiàn)，實際中影響保水開采技術應用效果的因素可以分文三大類。

1.1開采時期

煤礦初期開采階段會有大量含水層暴露出來，當開采面積逐漸擴大的時候，很容易出現(xiàn)頂板冒落、裂隙導水帶被貫通，這樣礦坑中出現(xiàn)大量煤層頂部含水層的地下水，直接影響煤礦的開采難度；開采中期開采進度會加快，含水層的水位逐漸降低，深入水量成為補充礦井排水量的主要組成；到煤礦開采后期，經(jīng)過長時間的疏導，礦井中含水層基本被疏干，礦井滲水量就會不斷降低；當煤礦停止開采后，礦坑內(nèi)滲水減少或不排水，但因為隔水層的存在，大量積水的存在會讓采空區(qū)成為一個地下水庫，這時就需要應用保水開采技術。

1.2水文地質

煤層開采過程中會受到煤層厚度等因素的影響，通常情況下煤層開采的深度距離與入滲系數(shù)成正比，降水也會大量轉為礦坑水，煤層開采完成形成的導水裂隙影響地面土地資源，這時保水開采技術很難實施，這種難度會隨著外界降水量的增加而變大；實際中發(fā)現(xiàn)通常距離地表水源越近，相互間的水力關系越是緊密，側向補給來源占據(jù)的比例越大，這樣應用保水開采技術的難度也越大；對于一些含水層厚、補給水源多的煤礦礦區(qū)，其應用難度過大，需要投入的成本過高。

2　煤礦開采中保水開采技術分析

2.1保水采煤方法分析

底板加固保水開采方法，這種方法通常適用于底部包含承壓水體或巖溶水的煤層。作業(yè)面底板加固則指的是采用注漿強化處理措施對底板隔水層的薄弱位置，最終實現(xiàn)降低底板地層滲透性能，提高其本身抗壓性，也就是達成加固及封堵的功能；控制導水裂隙帶高度保水開采方法，將特殊開采技術同“三下”采煤技術相結合，以降低煤層頂板巖層的破壞程度，減小導水裂隙帶高度。主要方法有協(xié)調開采、充填開采、限后開采、分層開采、覆巖離層注漿、條帶開采等方法。

2.2開采范圍的適當選擇

在應用保水開采技術過程中需要選擇恰當合適的開采范圍，這就需要考慮煤層的實際情況，當煤層含水量豐富且埋藏較淺時，若不做好相應的處理措施一旦開采極易出現(xiàn)地下水全部滲漏的情況，因此有必要提前采取疏降水措施，煤層開采應該在水滲漏問題解決后再開始；當煤層中不存在含水層或含水層底部有較大厚度時，因為開采過程中不會破壞到含水層結構，因此可以直接進行煤層開采工作。

3　淺煤層保水開采技術應用的具體案例分析

3.1工程概況

東勝礦區(qū)大部分礦井開采井田煤層賦存小于200m，屬于淺埋煤層，東勝礦區(qū)開采礦井煤層賦存典型特征為：埋深淺（一般小于200m）、薄基巖（一般總厚度在30～50m）、上覆第四紀厚松散沙層（內(nèi)含地表潛水層）。地表覆巖屬于松散風積沙，下覆三趾馬亞黏土層，巖層穩(wěn)定具有一定厚度，是穩(wěn)定的隔水層，上部砂巖中蘊藏著該區(qū)域寶貴的水資源，該區(qū)域屬于干旱沙漠氣候，年降雨量小于蒸發(fā)量。因此，需要探究一種淺埋深煤炭開采技術，在煤炭資源安全開采的同時，最大限度保護水資源，保障該區(qū)域水資源可持續(xù)利用。通過研究相關案例及資料發(fā)現(xiàn)，實行以加快工作面推進速度為基礎的系統(tǒng)保水開采技術，可以將該技術分為三個部分。

3.2系統(tǒng)保水開采技術

3.2.1快速推進長壁工作面

基本頂破斷前，即周期來壓時，頂板巖層在支架往復升降過程中整體性受到破壞，巖體抗拉強度減弱。頂板巖層周期性斷裂導致覆巖向采空區(qū)側傾斜，覆巖在拉應力作用下裂隙發(fā)育。研究表明加快工作面推進速度可降低巖層移動對覆巖的破壞，降低裂隙發(fā)育程度，控制頂板巖層形成貫通含水層的裂隙通道，進而含水層水不會大量涌入工作面。煤層開采工作面在覆巖裂隙未充分發(fā)育貫通前，推過富含水層，能夠保護水資源流失和保證安全開采。

3.2.2提高支護阻力

東勝礦區(qū)長壁工作面在基本頂初次來壓和周期來壓均會發(fā)生覆巖整體切落現(xiàn)象，通過提高支架支撐強度，雖然不能杜絕覆巖整體切落這一基本特征，但是能夠控制和改善覆巖移動破斷過程。該區(qū)域礦井長期的生產(chǎn)實踐表明，在長壁工作面開采過程中提高支撐強度，能夠實現(xiàn)頂板破斷從采空區(qū)側開始發(fā)展。高支護阻力促使支架上方巖體拉伸斷裂后，在覆巖作用下沿支架后方切落；支護阻力較小時，不能夠控制支架上方巖體滑落回轉，進而基本頂在煤壁處發(fā)生整體切落，同一水文地質條件下工作面處可能發(fā)生突水。

3.3局部管理分析

從頂板巖層導水裂隙寬度計算公式中可以發(fā)現(xiàn)裂隙發(fā)育寬度取決于煤層采高M、直接頂總厚度Σh和碎脹系數(shù)Kp，在直接頂厚度和碎脹系數(shù)一定的條件下可降低回采高度，減小裂隙寬度。在基本頂初次垮落來壓段，通過降低回采高度降低基本頂移動垮落空間，減小基本頂結構回轉角度，使靠近工作面一側的裂隙擠壓閉合，防止頂板含水流失。

4　結語

目前煤礦開采中利用保水開采技術可以實現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)水資源及生態(tài)環(huán)境的保護，所以實際中相關技術及研究人員需要做好相應的技術研究工作，在提高煤礦生產(chǎn)效率的基礎實現(xiàn)綠色施工，確保礦區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境不被破壞。

［1］李濤，王蘇健，李文平，陳通，高穎.沙漠淺灘地表徑流保水煤柱留設生態(tài)意義及方法［J］.采礦與安全工程學報，2016（01）：112.

［2］郭啟琛，李文平，王啟慶，楊東東.薄基巖淺埋深礦區(qū)地表開采沉降預測及影響因素分析［J］.金屬礦山，2015（12）：56.

［3］張改親.厚土層淺埋煤層保水開采技術研究［J］.山西化工，2015（05）：24.

［4］范立民，馬雄德，冀瑞君.西部生態(tài)脆弱礦區(qū)保水采煤研究與實踐進展［J］.煤炭學報，2015（08）：107.

［5］高召寧，應治中，王輝.薄基巖厚風積沙淺埋煤層覆巖變形破壞規(guī)律研究［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2015（06）：58.