強(qiáng)富水含水層下綜放開采水砂災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)

劉生優(yōu)，樊振麗,尹希文,賀 鑫,趙會(huì)國,溫建忠,劉海義

(1.神華國能集團(tuán)公司，北京 100033; 2.天地科技股份有限公司 開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013; 3.煤炭科學(xué)研究總院 開采研究分院，北京 100013)

在近距離強(qiáng)富水含水層下綜放開采具有極大的危險(xiǎn)性，弱膠結(jié)煤層覆巖含水體易發(fā)生突水潰砂事故，因此強(qiáng)富水含水層下綜放開采的水砂災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)是煤礦防治水的一大技術(shù)難題?！睹旱V防治水細(xì)則》規(guī)定:在基巖含水層(體)或含水?dāng)嗔褞麻_采時(shí)，應(yīng)采用留設(shè)防隔水煤(巖)柱或者采用疏干(降)等方法保證安全開采[1]。事實(shí)上，面對(duì)強(qiáng)富含水層下安全開采，國內(nèi)學(xué)者做了大量實(shí)踐和研究工作。控水采煤思想[2]把工作面涌水量控制在既能保證安全生產(chǎn)又能取得一定經(jīng)濟(jì)效益的水平上，并以此為前提最大限度地開采水體下壓煤，在兗州、宿南、扎賚諾爾等礦區(qū)取得了成功。崔振濤[3]總結(jié)了扎賚諾爾煤礦通過采取超前疏放水、分段控制放煤、工作面快速推進(jìn)以及頂板淋水控制等綜合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做法，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)含水層下安全綜放開采。劉飛等[4]介紹了巴彥高勒煤礦高承壓強(qiáng)富水含水層下采煤頂板水防控技術(shù)，主要通過綜合勘查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可控疏放、減小擾動(dòng)等技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)強(qiáng)富水含水層下的開采回采。此外，武強(qiáng)、許延春、滕永海等對(duì)綜放開采“兩帶”實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、回歸分析[5-9]，得出了綜放開采覆巖破壞高度的預(yù)計(jì)公式，為強(qiáng)含水層下綜放開采導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度預(yù)計(jì)提供了指導(dǎo)。

神華國能敏東一礦采用強(qiáng)富水含水層下綜放開采，2013年開始應(yīng)用控水采煤思想進(jìn)行試采，但是煤層沉積厚度不等，存在煤層厚度異常增大區(qū)段，無論是“只采不放、限制放煤”，還是“全厚綜放”，都不能完全實(shí)現(xiàn)導(dǎo)水裂隙帶不與強(qiáng)富水含水層導(dǎo)通。按傳統(tǒng)的水砂災(zāi)害防控技術(shù)，留設(shè)防水安全煤巖柱，工作面回采率僅有75%左右，2012—2015年，回采的5個(gè)綜放工作面，發(fā)生了5起不同規(guī)模的突水潰砂(泥)事故，造成1人死亡。為此，筆者基于蒙東伊敏煤田的含水層富水性強(qiáng)、上覆巖層松散弱膠結(jié)易形成潰水潰砂事故、煤層厚度變化大等基本特征，研究精細(xì)物探和精準(zhǔn)鉆探驗(yàn)證技術(shù)，導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測、實(shí)測與監(jiān)測技術(shù)，煤層采放高度控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綜放開采水砂災(zāi)害安全精準(zhǔn)防控。

1 技術(shù)路線框架與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 技術(shù)路線框架

以突水潰砂動(dòng)力現(xiàn)象的防治為研究對(duì)象，水砂災(zāi)害安全精準(zhǔn)防控是研究目標(biāo)，制定技術(shù)路線框架(圖1)。分析區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層起伏、煤巖層工程地質(zhì)特征，研發(fā)與目標(biāo)體相適應(yīng)的精細(xì)物探方法，探查出疑似富水區(qū)及地質(zhì)構(gòu)造，鉆探驗(yàn)證裂隙帶控制范圍內(nèi)的異常區(qū)與富水情況;用回歸公式預(yù)計(jì)、模擬試驗(yàn)計(jì)算及注水法實(shí)測，研發(fā)應(yīng)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測裝置對(duì)裂隙帶高度糾偏，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)覆巖破壞高度的靜、動(dòng)態(tài)特征的準(zhǔn)確捕捉[10];預(yù)先設(shè)計(jì)工作面巷道，裝備安全高效綜放設(shè)備，開采過程的導(dǎo)水裂隙帶的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)綜放開采的采放高度及時(shí)調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)水砂災(zāi)害安全精準(zhǔn)防控。

圖1 水砂災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)框架Fig.1 Technical framework for accurate prevention and control of water inrush and sand crushing

1.2 水砂災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1精細(xì)物探和鉆探驗(yàn)證技術(shù)

不同礦區(qū)地層有不同的地球物理屬性，強(qiáng)富水含水層下綜放開采條件的精細(xì)探查是工作面形成以后進(jìn)行的。巷道金屬設(shè)施對(duì)物探干擾較大，常用的礦井瞬變電磁法和直流電法探測因外部干擾因素多，對(duì)上覆巖層地質(zhì)體富水性的探查結(jié)果不準(zhǔn)確。為了減小現(xiàn)場干擾，保證數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，獲取全空間物性數(shù)據(jù)，為鉆孔巖性與構(gòu)造解釋提供精細(xì)解釋，從而確定地質(zhì)異常體靶心與富水特征屬性，創(chuàng)新應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)并行電法技術(shù)[11]、巷孔瞬變電磁技術(shù)進(jìn)行煤層頂板富水性探測，實(shí)現(xiàn)精細(xì)探查工作面煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)含水層的富水性特征的目的。新的地球物理勘探方法是先成孔后進(jìn)行電極測線布設(shè)，進(jìn)而采用網(wǎng)絡(luò)并行電法對(duì)測線上電極進(jìn)行多次三電極視電阻率采集，最終生成能夠反映地質(zhì)異常體空間分布特征的三維視電阻率分布圖。它減小了人工干預(yù)，可以同步觀測孔壁三維自然電位、鉆孔圍巖三維電流場和電位場信息，實(shí)時(shí)計(jì)算鉆孔周邊一定范圍內(nèi)三維電阻率、極化率等特征量隨測量位置的變化信息，從而實(shí)現(xiàn)鉆孔孔壁及其徑向區(qū)域的三維電法信息。

基于礦井地質(zhì)勘探鉆孔和精細(xì)物探提供的地質(zhì)體信息，制定井下探放水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在工作面開采前對(duì)導(dǎo)水裂隙帶波及到的含水層進(jìn)行鉆探工程化處理措施，通過加密布置鉆孔，疏放導(dǎo)水裂隙帶范圍的含水層水，探明更為詳細(xì)的水文地質(zhì)信息，并根據(jù)鉆探結(jié)果對(duì)疑似富水區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，從而刻畫了精細(xì)的三維水文地質(zhì)體。

1.2.2覆巖破壞高度實(shí)測與電-震一體化監(jiān)測技術(shù)

(1)覆巖破壞高度靜態(tài)測試。導(dǎo)水裂隙帶是強(qiáng)富水含水層水進(jìn)入采掘空間的主要通道，應(yīng)用鉆孔注水法直接測量[12-13]其發(fā)育高度，對(duì)比回歸公式、數(shù)值模擬和相似材料模擬等間接方法對(duì)覆巖破壞高度進(jìn)行預(yù)測研究。

(2)覆巖破壞高度電-震一體化全空間動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)。煤層開采后，上覆巖層地應(yīng)力平衡遭到破壞，巖層的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，天然電場和人工激勵(lì)電場發(fā)生變化。微震事件與巖層斷裂及采動(dòng)微裂隙的產(chǎn)生有著緊密聯(lián)系，直接反映了煤層頂板垮落帶和裂隙帶的發(fā)育情況。電-震一體化監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在采動(dòng)過程中的實(shí)時(shí)性、全空間數(shù)據(jù)獲取的特性，并且隨著工作面的推進(jìn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，將地電場、應(yīng)力場、滲流場、裂隙場進(jìn)行多場耦合分析，評(píng)價(jià)微震事件密集發(fā)生帶位置、視電阻率變化區(qū)域及其發(fā)展變化趨勢，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測覆巖破壞高度與動(dòng)態(tài)范圍[14-15]。

通過鉆孔內(nèi)布置電法和微震傳感器(圖2)，對(duì)煤層開采過程中視電阻率、微震事件進(jìn)行監(jiān)測。回采工作面附近頂板巖層受拉剪作用，微震事件僅監(jiān)測到直接頂板巖層發(fā)生變形、破壞，大部分微震事件的發(fā)生位置主要集中在導(dǎo)水裂隙帶頂界以下層位，進(jìn)入采空區(qū)區(qū)域，微震事件數(shù)量逐漸減小、能量等級(jí)也逐漸減小，反映了采空區(qū)上覆受破壞的巖層隨時(shí)間的推移而壓實(shí)，采動(dòng)裂隙閉合、巖層移動(dòng)逐漸穩(wěn)定的過程;同時(shí)，受電法勘探的體積效應(yīng)影響，當(dāng)工作面繼續(xù)回采至破壞影響區(qū)域進(jìn)入電法測線下方時(shí)，視電阻率剖面才逐漸產(chǎn)生變化，最終在視電阻率剖面上逐漸形成垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶形態(tài)。

1.2.3煤層采放高度的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)

(1)綜放開采的煤層采放高度對(duì)覆巖破壞高度的精準(zhǔn)控制至關(guān)重要，放頂煤的放煤工藝中，全厚放煤，見矸石關(guān)門是保持覆巖破壞發(fā)育高度與允許破壞高度相一致的最簡單方法。為防止導(dǎo)水裂隙帶異常增高而導(dǎo)通強(qiáng)富水含水層，控制煤層采放高度，即根據(jù)允許的裂隙帶高度反算并設(shè)計(jì)兩巷底板以上煤層高度，必要時(shí)留底煤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裂隙帶高度安全控制目標(biāo)。

圖2 電震監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場布置Fig.2 Site layout of electrical-seismic monitoring systemmonitoring system

(2)通過微震-電法的遠(yuǎn)近、同步、連續(xù)的一體化監(jiān)測方式，完整、準(zhǔn)確的勾勒出覆巖破壞的動(dòng)態(tài)過程(圖3)。監(jiān)測數(shù)據(jù)反映裂隙帶變化趨勢，進(jìn)而反算開采煤層采放高度，為實(shí)時(shí)調(diào)整采放高度提供依據(jù)，對(duì)回采過程的煤層采放高度實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)控。

圖3 電-震一體化監(jiān)測采動(dòng)裂隙的空間分布特征Fig.3 Spatial distribution characteristics of mining-induced fractures by integrated electroseismic monitoring

2 水砂災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用實(shí)例與效果

2.1 應(yīng)用工作面的水文地質(zhì)參數(shù)

敏東一礦16-3煤層Ⅰ0116300回采工作面走向長度2 600 m，傾向長度240 m，16-3煤層厚度為25 m，傾角2°～6°，埋深348～434 m;巷道掘進(jìn)過程中共揭露6條斷層，斷層落差3～6 m，均為阻水?dāng)鄬?。由地勘鉆孔繪制的該工作面地質(zhì)剖面(圖4)表明，Ⅲ號(hào)含水層位于16-3煤層直接頂板到16-1煤層之間，東部及西部較薄、局部缺失，中部較厚，16-3煤層距Ⅲ號(hào)含水層11.33～85.36 m。16-1煤層上部為16煤層頂板礫巖、砂礫巖含水巖組(Ⅱ號(hào)含水層)，該含水層在回采工作面頂板分布較廣，厚度較大，兩含水層之間的隔水層為16-1煤層頂?shù)装迥鄮r、粉砂巖，厚度分布不均勻;回采工作面范圍內(nèi)煤層頂板距Ⅱ號(hào)含水層77～142 m，煤層與Ⅱ號(hào)含水層的間距自開切眼至終采線逐漸增大。

圖4 Ⅰ0116300工作面地勘階段地質(zhì)剖面Fig.4 Geological section of geological exploration stage of Ⅰ0116300 working face

2.2 上覆巖層的精細(xì)探查與鉆探驗(yàn)證

按照物探與鉆探相結(jié)合的原則，采用物探手段對(duì)目標(biāo)地質(zhì)體形成面、體的探測，進(jìn)而采用鉆探方法在點(diǎn)、線尺度上對(duì)水文地質(zhì)異常區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，通過精細(xì)地球物理探查獲取三維地質(zhì)空間物性數(shù)據(jù)，鉆探驗(yàn)證后，上覆含(隔)水層巖性、厚度變化、導(dǎo)水構(gòu)造以及煤厚變化等要素均可實(shí)現(xiàn)透明化。精細(xì)勘探解決了地層結(jié)構(gòu)細(xì)化、富水區(qū)圈定問題，為精準(zhǔn)鉆探驗(yàn)證、疏放Ⅲ號(hào)含水層、精準(zhǔn)保護(hù)Ⅱ號(hào)含水層，為合理確定強(qiáng)含水層下綜放開采水砂災(zāi)害精準(zhǔn)防控方案提供依據(jù)。

2.2.1并行電法三維空間精細(xì)探查

為了解決強(qiáng)富水含水層突水潰砂問題，采用物探方法對(duì)含水層進(jìn)行精細(xì)探查，獲取全空間物性數(shù)據(jù)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)并行電法進(jìn)行煤層頂板富水性探測，目的是精細(xì)探查示范工作面煤層頂板150 m范圍內(nèi)Ⅲ，Ⅱ號(hào)含水層的富水性分布情況。通過數(shù)據(jù)處理，得到異常區(qū)平面分布(圖5)，并獲取了不同層位的數(shù)據(jù)可視化切面(圖6)。根據(jù)圖6，120～140 m深物探疑似富水區(qū)域(Ⅱ含水層)，鉆探驗(yàn)證結(jié)果為：7號(hào)孔出水，鉆探驗(yàn)證與物探結(jié)果基本相符。100～120 m深度鉆探驗(yàn)證結(jié)果為未出水，鉆探驗(yàn)證與物探結(jié)果相符。60～100 m深度物探疑似富水區(qū)域(Ⅲ含水層)，鉆探驗(yàn)證結(jié)果為：E80，E83號(hào)孔出水，鉆探驗(yàn)證與物探結(jié)果基本相符。煤層頂板60 m以內(nèi)電阻率值分布均勻，且較小，分析判斷巖性穩(wěn)定，富水性較弱，鉆探驗(yàn)證與物探結(jié)果相符。

圖5 Ⅰ0116300回采工作面物探異常區(qū)Fig.5 Geophysical anomaly zone of Ⅰ0116300 working face

2.2.2鉆探驗(yàn)證效果

(1)回采工作面物探異常區(qū)鉆探驗(yàn)證如圖6所示。回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷在距開切眼480 m和740 m處，煤層頂板70～100 m電阻率顯示異常，該段地層屬Ⅲ號(hào)含水層范圍，施工E83，E81號(hào)驗(yàn)證鉆孔，孔深分別為95.0 m和110.20 m，最終2個(gè)鉆孔成功實(shí)現(xiàn)了有效疏放水;針對(duì)運(yùn)輸巷異?！耙伤聘凰畢^(qū)域”，施工E80號(hào)驗(yàn)證鉆孔，孔深87.4 m，鉆孔無水，揭露的巖性為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，判斷不具備富水條件;超前探放水鉆孔Ⅱ含7號(hào)孔，孔深144 m，驗(yàn)證了Ⅱ含底部“富水區(qū)”。

(2)對(duì)回采工作面兩巷加密鉆探?；诘刭|(zhì)勘探鉆孔和物探成果，在工作面開采前需要對(duì)導(dǎo)水裂隙帶波及到的含水層進(jìn)行精細(xì)探查和預(yù)處理。由于Ⅲ號(hào)含水層涌水量有限，處于導(dǎo)水裂隙帶中下部的劇烈破壞區(qū)，含泥砂量大，若不進(jìn)行預(yù)疏放，放頂煤開采過程中出現(xiàn)突水潰砂，造成抽冒，從而導(dǎo)致Ⅱ號(hào)含水層破斷進(jìn)而致災(zāi)。而Ⅱ號(hào)含水層位于導(dǎo)水裂隙帶的上部，在開采過程中有2種情況與裂隙導(dǎo)通:① Ⅲ號(hào)含水層的抽冒，最終導(dǎo)通Ⅱ號(hào)含水層;② 煤層厚度不均，覆巖破壞高度異常增大，直接導(dǎo)通Ⅱ號(hào)含水層而導(dǎo)致突水。通過加密布置鉆孔，疏放Ⅲ號(hào)含水層，探明Ⅱ號(hào)含水層更為詳細(xì)的水文地質(zhì)信息，并根據(jù)物探結(jié)果對(duì)疑似富水區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，鉆孔以50 m間距沿工作面兩巷布置，進(jìn)一步探明了Ⅲ號(hào)含水層不連續(xù)透鏡體的分布，獲取了工作面不同區(qū)段煤層與Ⅱ、Ⅲ號(hào)含水層的空間地層結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)鉆探修正后的地質(zhì)剖面如圖7所示。

2.3 覆巖破壞高度獲取與動(dòng)態(tài)監(jiān)測

2.3.1鉆孔注水法實(shí)測覆巖破壞高度

導(dǎo)水裂隙帶是強(qiáng)富水含水層水進(jìn)入采掘空間的主要通道，其發(fā)育高度主要通過鉆孔注水法直接測量[16-18]。為了進(jìn)一步掌握敏東一礦16-3煤層煤層開采后的覆巖破壞高度，在地面布設(shè)采后垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶的“兩帶”實(shí)測鉆孔，主要通過記錄鉆孔水位埋深變化曲線(圖8)、鉆孔循環(huán)液漏失量(圖9)來判斷垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶頂界[19-21]。

根據(jù)采后孔觀測結(jié)果，在孔深293.35 m處，沖洗液漏失量突然增加，水位急劇下降，孔內(nèi)水位未降至孔底的原因是軟弱巖層破壞后經(jīng)長期穩(wěn)定下部裂隙閉合，孔內(nèi)水位與采空區(qū)未溝通，推測此處為垮落帶頂點(diǎn)，距離16-3煤層頂板為36.65 m，垮采比為4.76。根據(jù)采后孔沖洗液漏失量及水位觀測結(jié)果，推測孔深246.22 m處為導(dǎo)水裂隙帶頂點(diǎn)，此處距離16-3煤層頂板為83.78 m，裂采比為10.88。鉆孔注水法實(shí)測，采用鉆孔電視窺視法以可視化方式驗(yàn)證采動(dòng)裂隙發(fā)育程度和高度。

2.3.2覆巖破壞高度數(shù)值間接預(yù)測

分別采用回歸公式、數(shù)值模擬和相似材料模擬等方法，對(duì)覆巖破壞高度發(fā)育高度進(jìn)行預(yù)測研究。

(1)經(jīng)驗(yàn)回歸公式預(yù)測。根據(jù)華北礦區(qū)40余個(gè)綜放開采工作面覆巖“兩帶”高度實(shí)測值，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析的方法得出軟弱覆巖導(dǎo)水裂隙帶最大高度Hli常用經(jīng)驗(yàn)公式[15]:

(1)

其中，M為采放高度。式(1)適用M=3.5～12.0 m。取煤層開采厚度12 m，裂采比為12.09，比實(shí)測裂采比10.88偏大。

(2)數(shù)值模擬方法預(yù)測。選取煤層厚度8，12，16 m和相應(yīng)的巖石力學(xué)參數(shù)，F(xiàn)LAC3D數(shù)值模擬結(jié)果見表1，比實(shí)際偏大。

表1 覆巖破壞高度數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果Table 1 Numerical simulation results of overburden failure height

(3)相似材料模擬方法預(yù)測。以“兩帶”高度實(shí)測工作面為原型建立相似材料模型并模擬綜放開采過程。導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度變化穩(wěn)定時(shí)，裂采比約為10.79，接近實(shí)測裂采比。

基于現(xiàn)場實(shí)測、數(shù)值模擬、相似材料模擬、經(jīng)驗(yàn)回歸公式等方法確定的導(dǎo)水裂隙帶高度及裂采比統(tǒng)計(jì)見表1，2?，F(xiàn)場放煤試驗(yàn)按裂采比10.88，另外增加10 m安全高度，設(shè)計(jì)采放煤厚。經(jīng)工作面回采驗(yàn)證，實(shí)測的導(dǎo)水裂隙帶高度是安全、精準(zhǔn)可靠的。

表2 覆巖破壞高度綜合研究成果Table 2 Comprehensive research results of overburden failure height

2.3.3覆巖破壞高度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測

工作面回采過程中，采用電-震一體化監(jiān)測方法對(duì)覆巖破壞高度進(jìn)行全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過微震事件分布特征和覆巖電阻率變化特征，監(jiān)測并分析垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶高度垂向發(fā)育特征(圖3)。動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果顯示工作面在鉆孔實(shí)測區(qū)段的裂采比接近實(shí)測值10.88，覆巖破壞高度的動(dòng)、靜態(tài)測試結(jié)果基本一致。

2.4 煤層采放高度設(shè)計(jì)與修正技術(shù)應(yīng)用

結(jié)合應(yīng)用工作面實(shí)際，應(yīng)用裂采比10.88計(jì)算煤層采放高度，以探查的上覆巖層安全高度設(shè)計(jì)工作面兩巷在特厚煤層中的位置。本工作面原回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷往東220 m的位置，Ⅱ號(hào)含水層底部屬富水異常區(qū)，煤層頂板距離Ⅱ號(hào)含水層底板只有132 m，設(shè)計(jì)并留設(shè)工作面底煤以控制放頂高度，工作面采厚控制在12 m以內(nèi)，導(dǎo)水裂隙帶高度小于132 m;在工作面靠近運(yùn)輸巷600 m的位置，煤層頂板上120～140 m范圍內(nèi)，出現(xiàn)電阻值逐步增大且變化較大現(xiàn)象，電阻率顯示異常，該段地層屬Ⅱ號(hào)含水層底部異常區(qū)，因運(yùn)輸巷膠帶影響，無法在該位置施工驗(yàn)證孔，工作面在該區(qū)域回采時(shí)，參考電法、微震的監(jiān)測數(shù)值，采煤厚度在12 m上下實(shí)時(shí)調(diào)控，安全通過物探的“疑似富水區(qū)域”。試驗(yàn)工作面通過預(yù)疏放Ⅲ號(hào)含水層，精準(zhǔn)放煤以控制覆巖破壞高度不導(dǎo)通Ⅱ號(hào)含水層等措施，在工作面回采過程中實(shí)現(xiàn)了復(fù)合含水層水砂災(zāi)害的安全精準(zhǔn)控制，如圖10所示。

圖10 基于煤層采放高度調(diào)控的水砂災(zāi)害防控示意Fig.10 Prevention and control diagram of water sand disaster based on coal mining height control

3 結(jié) 論

(1)研究并應(yīng)用了水文地質(zhì)精細(xì)探查與鉆探驗(yàn)證、覆巖破壞高度獲取與監(jiān)測、綜放的煤層采放高度精準(zhǔn)控制三大關(guān)鍵技術(shù)，成功驗(yàn)證了“強(qiáng)富水含水層下綜放開采水砂災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)”。

(2)基于網(wǎng)絡(luò)并行電法物探適應(yīng)該條件物理性質(zhì)，解決了含水地質(zhì)體靶心定位與富水性的精細(xì)探查;通過井下鉆探加密勘探、疏放Ⅲ號(hào)含水層、合理應(yīng)用綜放裂隙帶內(nèi)的含水體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ⅱ號(hào)含水層的保護(hù)。

(3)將覆巖破壞高度測試和電-震一體化監(jiān)測技術(shù)結(jié)合，及時(shí)修正煤層采放高度控制措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采放煤厚的實(shí)時(shí)控制。

(4)應(yīng)用強(qiáng)富水含水層下綜放開采水砂災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)，有效預(yù)防了水砂災(zāi)害的發(fā)生，與傳統(tǒng)的限高開采、留設(shè)防水安全煤巖柱開采相比，采煤工作面回采率顯著提高。