大埋深復(fù)雜水文地質(zhì)條件工作面防治水技術(shù)研究

王峰

摘 要：隨著我國(guó)礦井開(kāi)采越來(lái)越深，礦井深層的復(fù)雜水文地質(zhì)條件給開(kāi)采工作帶來(lái)了困難。為了解決這一難題，大埋深復(fù)雜水文地質(zhì)條件工作面防治水技術(shù)的研究迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：大埋深；復(fù)雜水文地質(zhì)條件；防治水；礦井

一、前言

礦產(chǎn)是我國(guó)不竭的財(cái)富，然而近年來(lái)大規(guī)模的開(kāi)采導(dǎo)致大部分淺層的礦產(chǎn)幾近枯竭，深層開(kāi)采成為目前許多老礦井保證產(chǎn)量的唯一方法。而深層開(kāi)采的技術(shù)難題中大埋深復(fù)雜水文地質(zhì)條件工作面防治水技術(shù)的研究保證我國(guó)煤礦資源安全開(kāi)采。

二、研究目的及意義

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，我國(guó)煤礦開(kāi)采也日益劇增?？墒窃S多老礦山的淺部煤礦接近枯竭，資源需大于求。因此探索深層煤炭資源成為了解決需大于求的唯一方法。而深層煤炭資源的開(kāi)采是在高地壓、高水壓的工作壞境下，深層礦井水文地質(zhì)十分復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)外礦井事故的發(fā)生也和礦井對(duì)復(fù)雜的水文地質(zhì)條件下高壓水防治沒(méi)有成熟的技術(shù)和可靠的具體方法有很大關(guān)系。所以大深埋水文地質(zhì)條件工作面防治水技術(shù)研究成為目前的主要研究課題。

三、埋深復(fù)雜水文地質(zhì)條件工作面防治水技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外礦井對(duì)復(fù)雜的水文地質(zhì)條件防治水技術(shù)還在不斷的探索中，都還沒(méi)有具體可行的方案。國(guó)內(nèi)主要將研究重點(diǎn)放在開(kāi)采過(guò)程中隊(duì)地下水質(zhì)的污染上，國(guó)內(nèi)主要將重點(diǎn)放在研究底板突水機(jī)理，在帶壓開(kāi)采方面也展開(kāi)了相應(yīng)的研究工作，并取得了一些成績(jī)。但是在深部巷道交叉點(diǎn)問(wèn)題、焦作礦區(qū)大埋深、超高壓注漿法等研究上缺乏工程實(shí)踐借鑒。

針對(duì)深層礦井開(kāi)采現(xiàn)狀，防治水工作面臨新的挑戰(zhàn)。復(fù)雜的水文地質(zhì)環(huán)境，在不重視的情況下十分容易引起山體崩裂、地表崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。奧灰水帶壓開(kāi)采的水患威脅在開(kāi)采礦井中發(fā)生越來(lái)越頻繁。很多煤礦由于缺乏技術(shù)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在水文地質(zhì)勘探工作中，將區(qū)域和井田內(nèi)水文地質(zhì)情況沒(méi)有勘探清楚，導(dǎo)致部分富水性弱、滲透性差的含水層和強(qiáng)含水層混淆，導(dǎo)致部分資源閑置?；蛘呙つ可顚娱_(kāi)采，忽視水文地質(zhì)勘探、煤礦構(gòu)造，導(dǎo)致局部井巷工程被淹，人員傷亡等事故的發(fā)生呈上升趨勢(shì)。

1、大采高綜放開(kāi)采與防治水措施聯(lián)合應(yīng)用

研究表明大采綜放采煤方法作為特厚煤層開(kāi)采的發(fā)展方向，有工作面生產(chǎn)能力大、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、煤炭回采率高等優(yōu)點(diǎn)，而水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井是不能采用放頂煤開(kāi)采方法的，所以有必要將防治水措施與其聯(lián)用，將礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度降低后再進(jìn)行大采高綜放開(kāi)采。在防治水措施的設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)采用地面疏排水、水文地質(zhì)分區(qū)、井下探放水、補(bǔ)水充勘探等措施。如果只是依靠地面疏排水或者井下排水來(lái)解決礦井水患問(wèn)題可能不能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，而井下探放水則能夠解決此類(lèi)隱患。而后重新評(píng)價(jià)水文地質(zhì)條件后，在達(dá)到相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求后，采用大采高綜放開(kāi)采技術(shù)是可以成功開(kāi)采的。

2、帶壓開(kāi)采技術(shù)

想要穩(wěn)定老礦區(qū)礦井產(chǎn)能的方法之一就是解放受奧灰水嚴(yán)重威脅的下組煤，完成合理配采上、下組煤。帶壓開(kāi)采技術(shù)及其安全防范技術(shù)措施的綜合運(yùn)用是一個(gè)可行的方案，可是仍然有一些技術(shù)性問(wèn)題有待解決。例如在實(shí)踐中無(wú)法定量的確定隔水層厚度、隔水層巖性組合。由于這些不能確定，從而給實(shí)際操作帶來(lái)困難。并且在評(píng)估帶壓開(kāi)采的安全系數(shù)時(shí)無(wú)法掌握其綜合指標(biāo)，不能夠十分準(zhǔn)確的提供開(kāi)采的可行性。在開(kāi)采下限的決定上也沒(méi)有準(zhǔn)確可行的方案。所以在利用帶壓開(kāi)采技術(shù)的過(guò)程中，將防治水技術(shù)確立為積極主動(dòng)的思路，綜合下組煤試采礦井水文地質(zhì)條件、帶壓開(kāi)采條件、礦井地質(zhì)和受水威脅程度等因素來(lái)確定開(kāi)采方案。在防治水技術(shù)的確立過(guò)程要始終堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的“十六字”基本原則。通過(guò)專(zhuān)業(yè)的分析現(xiàn)有的勘探資料，采用科學(xué)可靠地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)手段，來(lái)進(jìn)行帶壓開(kāi)采。在防治水過(guò)程中也要注意以下幾個(gè)方面：①水文地質(zhì)條件勘探過(guò)程中，需要利用充分的信息資源資料，建立水患診斷數(shù)字化平臺(tái)，系統(tǒng)的作出綜合性分析評(píng)價(jià)，給開(kāi)采的含水層進(jìn)行分區(qū)分層，通過(guò)最先進(jìn)的理論和數(shù)值模擬方法進(jìn)行有效管理；②在采場(chǎng)綜合探查的時(shí)候，防探水工作必須在整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中都不能忽視，開(kāi)掘前階段要基本了解煤層的賦存形態(tài)，找到可疑區(qū)域，在巷道掘進(jìn)階段可以用直流電法超前綜合探測(cè)方法，在工作面回采階段需要研究地板探測(cè)的結(jié)果；③隔水層的阻斷作用作為帶壓開(kāi)采的有利條件必須利用充分，應(yīng)用可靠性工程學(xué)的方法得到準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)指標(biāo)帶壓系數(shù)能夠解決使用突水系數(shù)的弊端，值得注意的是現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試的帶壓系數(shù)才能夠作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；④在采礦過(guò)程中要盡可能降低對(duì)隔水巖體的擾動(dòng)效應(yīng)，在解決這個(gè)問(wèn)題上從采煤方法、開(kāi)采規(guī)模、開(kāi)采條件等方面進(jìn)行了研究，最終得出的結(jié)論是減少或避免底板突水的開(kāi)采方法有利于開(kāi)采的安全進(jìn)行；⑤確定煤層底板突水的主要因素，根據(jù)這些因素制定底板突水檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行突水前兆預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，在葛泉礦1192工作面和東龐礦9103工作面的帶壓開(kāi)采過(guò)程中運(yùn)用了此技術(shù)達(dá)到了非常好的效果。

3、礦井構(gòu)造條件研究

礦井構(gòu)造規(guī)律的研究作為國(guó)內(nèi)外普遍存在的技術(shù)難題，對(duì)煤礦防治水的措施研究十分重要。礦井構(gòu)造規(guī)律的研究首先要系統(tǒng)的分析礦井構(gòu)造分布、組合規(guī)律、不同序次、性質(zhì)、級(jí)別的礦井構(gòu)造分布特征，目前作為礦井構(gòu)造規(guī)律研究的主要方法有分維方法，在楊振忠等人對(duì)《復(fù)雜水文地質(zhì)條件下組煤開(kāi)采防治水技術(shù)研究》一文中就楊村煤礦的開(kāi)采中就構(gòu)造條件進(jìn)行了研究。在對(duì)礦井復(fù)雜程度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的中需要通過(guò)測(cè)定的一些定量指標(biāo)對(duì)構(gòu)造復(fù)雜程度進(jìn)行分區(qū)分級(jí)。在構(gòu)造規(guī)律研究的基礎(chǔ)上可以采用有限元方法對(duì)構(gòu)造應(yīng)力條件的應(yīng)變特征進(jìn)行模擬分析來(lái)確定礦井導(dǎo)水?dāng)鄬拥臉?gòu)造規(guī)律。

四、發(fā)展

1、帶壓開(kāi)采防治水技術(shù)的研究發(fā)展

作為目前大埋深復(fù)雜水文地質(zhì)條件的工作面防治水技術(shù)的研究中重要的解決途徑之一的帶壓開(kāi)采防治水技術(shù)，可以從完善突水系數(shù)和帶壓系數(shù)技術(shù)下，發(fā)展帶壓開(kāi)采安全評(píng)價(jià)技術(shù)體系。主要從帶壓安全開(kāi)采的可靠性分析、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的擴(kuò)充、三維地質(zhì)建模技術(shù)以及可視化等方面來(lái)對(duì)帶壓開(kāi)采安全評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)新的途徑。為了采取更加準(zhǔn)切的帶壓防治水技術(shù)，可以將帶壓條件分等級(jí)，根據(jù)隔水層帶壓條件、內(nèi)局部構(gòu)造、是否有斷裂層進(jìn)行分級(jí)，從而采取更加專(zhuān)業(yè)的措施防治水。

2、建立成套的底板加固技術(shù)

有文獻(xiàn)表明，大采高工作面及巷道特殊區(qū)域的頂板管理利用注漿加固有良好的效果，地板加固技術(shù)能夠有效預(yù)防煤礦突水，有非常大的優(yōu)越性和實(shí)用性。可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法來(lái)建立合理的成套地板加固技術(shù)。這樣可以對(duì)高水壓工作防治水提供可靠的技術(shù)保障。

五、結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)大埋深復(fù)雜水文地質(zhì)條件工作面防治水技術(shù)研究下，能夠有效的改善目前深層開(kāi)采的一些問(wèn)題，以期能夠減少事故發(fā)生，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]張長(zhǎng)遠(yuǎn)，陳建，宋小林等.周福寶帶壓注漿封孔技術(shù)的研宄應(yīng)用[J].煤炭工程，2011（3）.

[2]朱永建，余偉健.構(gòu)造帶極+穩(wěn)定圍巖注漿加固效果數(shù)值分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39 （3）： 14-16.

[3]吳永平.特厚復(fù)雜煤層綜放開(kāi)采技術(shù)研究[J].煤礦開(kāi)采，2008（1）

[4]呂霽，孫世國(guó).特厚煤層綜放開(kāi)采上覆巖層導(dǎo)水裂隙帶高度研究[J].中國(guó)煤炭，2009（1）.

[5]李志軍，趙宏亮，徐春榮.罐子溝煤礦突水分析及防治措施[J].科技信息，2015（1）.

[6]王金華.我國(guó)大采高綜采技術(shù)與裝備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006（1）.