深部煤層開采礦井防治水技術(shù)研究

葛 亮

(山西省陽煤集團裕泰煤業(yè)有限公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

煤炭是社會發(fā)展的第一動力來源，與社會發(fā)展的各個方面都存在著聯(lián)系。隨著煤炭開采技術(shù)不斷發(fā)展，煤炭開采逐步向著深層次、高質(zhì)量的方向轉(zhuǎn)變，煤炭開采技術(shù)在實踐中不斷創(chuàng)新，同時也要保障礦井生產(chǎn)的安全性。由此，依據(jù)現(xiàn)代煤層深度開采的技術(shù)運用需求，尋求深部煤層開采的防治水技術(shù)，成為現(xiàn)代煤炭開采的安全技術(shù)保障。

1 我國深部煤層開采的現(xiàn)狀

我國是資源應用大國，尤其是煤炭資源應用，更處于國際資源應用的前列，隨著國家綜合實力的不斷提升，國內(nèi)深部煤層開采技術(shù)也已逐步發(fā)展，表1為2014～2016年，國內(nèi)深部煤層開采相關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 2014～2016年國內(nèi)深部煤層開采相關(guān)數(shù)據(jù)歸納表

結(jié)合表1中數(shù)據(jù)分析可知，2014～2016年以來，我國深層煤礦開采總體水平呈現(xiàn)綜合上升的發(fā)展趨勢，其中深層煤礦開采率在3年之間增加了9%，開采設備的更新率從66%增加至79%，其中變化較為突出的防水技術(shù)作為主要代表。該技術(shù)的綜合研究效果增加7%，此外，我國近3年煤礦開采水害事故發(fā)生比率也降低6%；但從我國煤礦開采的單一層面來看，煤礦開采依舊存在不足，一方面，2015～2016年煤礦開采中煤層開采率、煤礦采集設備更新率、深部煤層礦井防水技術(shù)更新率、深部煤層礦井事故率分別增加：9%、6%、2%、1%，同比2014～2015年的數(shù)據(jù)變化分別減少：3%、5%、3%、4%。我國深部煤層挖掘轉(zhuǎn)型期間的發(fā)展效果受到影響，實現(xiàn)現(xiàn)代煤礦開采與資源應用相適應，依舊需要不斷地進行技術(shù)探究。

2 深部煤層開采礦井水害的原因分析

2.1 地質(zhì)環(huán)境原因

與淺部掩藏的煤層相比，深部煤層具有掩埋深、煤層間密度小的特征。深部煤層一般與山體之間相互交結(jié)，處于山體脊背外側(cè)，這種山體形態(tài)，與地下水源存貯屬于上下層連接的關(guān)系，是核心巖石外部支撐的主要延伸點。采礦人員實施深部煤層挖掘時，如果不能對煤層挖掘的外部地理環(huán)境做出精確的分析，很容易觸碰到山體的“雷區(qū)”，導致山體中巖石層與地下水層之間的過渡段坍塌溝通含水層，就會發(fā)生深部煤層開采水害。

2.2 開采技術(shù)原因

一般而言，深部煤層礦井開拓前，技術(shù)人員要對開采區(qū)域?qū)嵭芯C合考察，制定探水鉆孔位置，實行礦井開采防水治理工作部署。但隨著深層煤礦開采工程不斷實施，原有的礦井開采防護數(shù)據(jù)隨采深不斷變化，開采人員在工作時，忽略了深層煤層開采水層與煤層之間的關(guān)系，很容易出現(xiàn)利用老數(shù)據(jù)操作，破壞了地下巖層的支持結(jié)構(gòu)，發(fā)生礦井水害事故。

3 深部煤層開采礦井防治水技術(shù)探究

深部煤層開采礦井防治水技術(shù)高效運用，除了具有系統(tǒng)性的煤層開采防治水方法，同時，也要做好充分利用多重條件，實現(xiàn)深部煤層礦井防治水技術(shù)全方位運作。

3.1 建立綜合化的礦井防治水策略

深部煤層開采技術(shù)綜合運用，建立綜合化的礦井防治水策略體系是基礎(chǔ)。國內(nèi)深部煤層開采技術(shù)實施主要從降低煤炭開采內(nèi)部水壓、減少煤層底板破壞和增加煤層開采底板阻水能力進行規(guī)劃[1]。

系統(tǒng)性檢測：應用瞬變電磁技術(shù)，實行深部煤層開采層的系統(tǒng)性檢測，將礦井底部檢測到的信號通過電磁波傳輸?shù)降孛婵刂葡到y(tǒng)中。圖1為煤炭開采中深部煤層礦井檢測的數(shù)據(jù)信號傳輸圖。直流信號波能按照礦井底設計界面，檢測深部礦井中礦巖體信息，并實行信號反饋。

圖1 深部煤層礦井檢測的數(shù)據(jù)信號傳輸圖

檢測區(qū)域劃分：檢測人員按照反饋數(shù)據(jù)波，將系統(tǒng)檢測區(qū)域分為富水區(qū)、貧水區(qū)、中水區(qū)，再進一步檢測深層礦井中水層的活躍性。本次檢測的結(jié)果為：富水區(qū)水深700 m，與煤礦開采層的距離為120 m富水區(qū)中心以5 m半徑的圓形區(qū)域中水層活躍性較大，其余部分相對穩(wěn)定；貧水區(qū)深300 m，與煤礦開采層的距離為140 m區(qū)域中數(shù)量較少，水層總體相對穩(wěn)定；中水區(qū)深500 m，與煤礦開采層的距離為127 m，該區(qū)域中水層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)相互交錯的分布結(jié)構(gòu)，水層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，存在泄露的可能性為50%。

確定巷道設計：施工人員依據(jù)以上地質(zhì)檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)，分別在富水區(qū)、貧水區(qū)、中水區(qū)所在的設計巷道中，為增加煤層開采底板阻水能力，將煤層開采的底板層厚度規(guī)劃為：富水區(qū)中心5 m徑圓內(nèi)為35 m底板層，其余其余為30 m底板層；貧水區(qū)均鋪設25 m厚度的底板層，中水層中采用30 m與25 m形底板層拼湊鋪設，依據(jù)這種設計總體策略，引導深部煤層開采礦井防治水技術(shù)實施。

3.2 形成分布式的礦井防治水處理方案

為了進一步提升深部煤層開采的安全性，對自然性水害和人為性水害做出全面性預防，在綜合結(jié)構(gòu)設計策略的基礎(chǔ)上，形成分布式礦井防治水處理技術(shù)設計。一方面，精確煤礦挖掘巷道設計，運用超聲波物探技術(shù)作為第一波檢測，按照系統(tǒng)反饋信號，應用鉆探設備再次進行巷道檢測，探測頭將含有導水構(gòu)造的預注漿結(jié)構(gòu)實行注漿處理；在技術(shù)人員確定煤層與水層巷道間的管道位置后，固定位置，繼續(xù)保持超前性挖掘，實現(xiàn)系統(tǒng)性的巷道安全檢測；另一方面，實行井下煤礦挖掘、回采地面系統(tǒng)性鏡面操作，應保持穩(wěn)定的煤礦回采水壓在-500～(-900)之間。如果開采人員發(fā)現(xiàn)礦井煤炭回采的水壓低于或者高于穩(wěn)定值時，及時啟動礦井水壓處理應急方案，系統(tǒng)停止煤炭開采運作[2]。

3.3 設定安全、準確的礦井防治水路線

深部煤層開采礦井防治水技術(shù)中，設定安全、準確的礦井防治水路線，實行系統(tǒng)性的煤礦效果處理，也是深部煤層開采礦井防治水技術(shù)有效運用的重要保障?，F(xiàn)場實行深部煤層開采礦井開采的過程中，結(jié)合開采區(qū)域中水層分布結(jié)構(gòu)圖，在貧水區(qū)開鑿另一條煤礦輸送渠道，并按照中水區(qū)水體分布結(jié)構(gòu)，建設了一條進地面逃生渠道。設計的煤礦應急處理和人員逃生路線，充分利用深部煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)；制定的安全應急預案，也為深部煤層開采礦井水害問題的有效應對提供了防護保障。

4 結(jié)語

深部煤層開采礦井防治水技術(shù)的思考，是實現(xiàn)社會資源綜合利用的重要技術(shù)形式。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)代深部煤層開采礦井防治水工作開展的綜合歸納，提出礦井防治水綜合分析、分布式設計、安全應急處理工作的系統(tǒng)性設計，為深部煤層開采礦井防治水技術(shù)發(fā)揮作用，提供了良好的向?qū)?。因此，淺析深部煤層開采礦井防治水技術(shù)，是現(xiàn)代煤炭開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新應用的體現(xiàn)。