近水體采煤技術探究

俞 才，劉 捷

近水體采煤技術探究

俞 才1，劉 捷2

(1.中國神華神東煤炭集團公司，山西 忻州 036600;2.山西大同大學煤炭工程學院，山西 大同 037003)

我國煤礦的水文地質條件比較復雜，特別是華北煤田受奧灰巖溶水威脅的礦井占礦井總數的80%，近水體采煤已成為制約我國煤礦安全生產的主要瓶頸。論述了在水體下和水體上采煤技術的特點，并介紹了其應用現狀。

煤礦;近水體采煤;措施

近水體采煤不僅可能對礦井安全生產造成威脅，而且會對水資源造成極大地破壞。根據水體位于礦層的位置不同，將近水體煤層開采分為水體下開采和承壓水體上開采。當煤層位于水體下方時，稱之為水體下開采。當煤層位于承壓水體上方時，稱為水體上開采。據不完全統計我國“三下一上”壓煤量約為137.9 億 t，而其中水體下 19.05 億 t，承壓水體上17.34億t，兩者共占總壓煤量的1/4。近幾年，我國一部分學者對近水體采煤方法進行了研究，并在理論和實踐方面取得了一定的成果，但是要從根本上杜絕礦井水害的威脅仍然任重道遠。本文從水體上和水體下采煤兩方面對近水體開采技術做一探究。

1 水體上采煤技術

水體上采煤專指在高壓石灰巖含水層上近距離煤層的開采。我國高壓石灰巖含水層分布較廣，約占全國總面積的1/5，而這些地區也正是重要的產煤地，近60%的煤礦受到不同程度的底板巖溶承壓水的威脅，局部地區水壓值已經達到2.0～6.5 MPa，加之煤層與其下覆的灰巖巖溶含水層之間的隔水層厚度較小，一般只有10～20 m，最大不超過60 m，突水幾率增大，淹井的事故逐年上升。

1.1 承壓水體上采煤底板突水的一般規律

經過長期的研究和實踐，我國已經基本能掌握影響承壓水體上采煤底板突水的主要因素及一般規律。主要包括以下幾點：

1)突水水源為底板強承壓含水層，大多為富水性好、水壓力大的灰巖含水層。

2)在開采工作面，突水點大多分布在工作面煤壁附近、上下平巷邊緣以及切眼、停采線處的煤壁附近。

3)突水事故與構造特別是斷層密切相關，70%以上的突水事故都與構造影響相關。

4)底板承壓含水層水壓、底板隔水巖層的厚度及隔水性能對底板突水有顯著影響。底板承壓含水層水壓越大，底板隔水巖層的厚度越小，隔水層的阻水能力越差，越容易發生突水事故。

5)底板突水與采動礦壓顯現有很強的一致性，而且絕大多數都發生在頂板來壓前后，頂板的初次來壓和二次來壓時，發生底板突水事故占總底板突水事故的90%。

6)底板突水與原始導高有一定關系。底板含水層地下水未受采動影響時，沿隔水巖層底部導水裂隙上升一定高度，這個高度稱為原始導高。原始導高越大，越容易發生底板突水。

1.2 承壓水體上采煤技術

在承壓水體上采煤，要根據具體的地質和開采技術條件，選擇合適的治理方案。根據我國近幾年來的實踐，主要有以下幾種方法：

1)疏水降壓技術。疏水降壓是指煤層頂底板含水層或煤系地層含水層，通過地表及地下疏干方式，并借助疏水巷道、抽水鉆孔和吸水鉆孔及相應的排水設備，使煤層頂底板含水層水壓降低至采煤安全水壓。

2)帷幕注漿堵水技術。帷幕注漿堵水是煤礦實現疏堵結合的有效措施之一。帷幕工程的目的是使外來水源中的大部分截堵在煤層開采范圍之外，而開采區域內部可以通過疏水降壓等方法實現安全回采。

3)帶壓采煤綜合治理技術。帶壓開采就是利用隔水層采煤。一定厚度的隔水層具有一定抵抗水壓的能力，并可以安全開采到一定深度的煤層。帶壓開采無需事先專門排水，一般也可以做到安全生產，但是，在水文地質條件復雜的地區，卻存在底板突水的危險，并且當開采深度延伸后，水壓增大到隔水層厚度不能抵抗的時候，又會給帶壓開采帶來很大的難度。因此，這里提出了帶壓開采綜合治理方案，其特點和內容主要包括：“以防為主，帶壓開采，適當疏排，輔以截堵”。具體說就是以防水為指導思想，在查清區域和礦井水文地質條件的基礎上，進行帶壓采煤。在采前和采煤過程中，可在礦區外圍截堵地下補水源，盡量減少奧灰水的動儲量;同時，在帶壓采煤中，根據礦井涌水量大小和水壓大小，進行適當的疏水降壓，最終實現安全開采的目的。

1.3 底板突水的防治措施

底板防治水技術措施可根據具體的地質水文條件來選擇，同時還受到礦井的生產實際、采煤方法以及經濟投入能力等多因素制約，因此需要根據多方面的綜合分析后，并在試驗的基礎上，確定較為合理的底板防治水技術措施。

1)全礦井疏水降壓。從理論上看，當底板承壓含水層水壓過大，水體上煤層開采安全性不足時，可以采取疏水降壓等技術措施，降低底板承壓含水層水壓，將其控制在安全范圍之內，從而消除底板承壓含水層的突水威脅，解放水體上壓煤資源。

2)局部疏水降壓。當底板承壓含水層富水性好，或補給條件好、動儲量大、全礦井疏降底板承壓含水層難度很大，不具備技術經濟合理性時，在一定條件下，在開采工作面周圍局部疏水降壓，使開采工作面底板含水層在開采期間和開采后一定時間內持續處于安全范圍內，可有效避免底板突水。

3)底板隔水層注漿改造。在底板隔水巖層隔水性能差、有底板突水危險時，采用注漿方法加固改造隔水巖層，主要是通過鉆孔進行注漿，堵塞石灰巖溶洞，加固破碎帶和裂隙帶，并封閉奧陶系石灰巖的補給通道，以實現在承壓水體上安全采煤。

2 水體下開采技術

地下開采引起的巖層與地表移動，并使開采層圍巖中的含水層水、溶洞水以及位于開采影響區域內的地表水和泥砂進入井下，直接影響到礦井的安全生產。地下水體類型示意圖見圖1。

2.1 水體下開采的特點

水體下采煤主要考慮開采所引起的覆巖中的裂縫是否相互貫通，以及貫通的裂縫是否觸及到水體。所以，研究覆巖運動破壞規律和導水裂隙帶高度及其分布形態至關重要，只要開采后頂板覆巖的裂縫帶高度波及不到含水體，開采工作是不受水體影響的。

2.2 水體下采煤的安全技術措施

為了達到安全采出水體下壓煤的目的，可以從留設安全煤(巖)柱、處理水體和開采措施三個方面來考慮。有時采用一種方法不能解決問題，而必須多種方法聯合使用。

1)留設安全煤(巖)柱措施。在煤層至水體底面垂直距離很近的條件下，必須在水體和煤層開采上限之間留設一定垂深的巖層塊段和煤層，稱之為安全煤(巖)柱。其實質就是留一定的煤(巖)柱把上覆水體和采煤造成的覆巖破壞裂隙帶隔離開來，使上覆水體和泥砂不潰入井下，以達到安全生產的目的。

2)處理水體措施。處理水體是水體下采礦的一項有效措施。主要包括兩方面：疏降水體和處理水體補給來源。a)疏降水體措施。在水體下采礦時，有時水體距離礦層很近，不可能采取留設防水煤巖柱和采取開采措施的方法進行開采，必須對水體進行疏降，以降低含水層水壓和水量。疏降水體的方法有鉆孔疏降、巷道疏降、聯合疏降、回采疏降和多礦井分區排水聯合疏降等方法。b)處理水體補給來源。處理水體補給來源就是在回采前用水文地質、工程地質的方法對補給水體的主要來源進行處理。具體的方法有：河流改道、帷幕注漿堵水、巷道截水以及通過地面修筑攔洪壩、建水庫、填裂縫、鋪河床、修水渠等，使地面水與井下不連通。

3)開采技術措施。水體下采煤除了正確防治上覆水體外，還要根據實際的水文地質條件選擇適當的綜合性開采技術措施，以減少覆巖的破壞高度和采區的涌水量，實現井下安全生產，并盡可能提高回采率。水體下開采的技術措施主要包括以下幾方面：a)試探開采。試探開采就是先采遠離水體、后采水體下的煤層;先采隔水層厚、后采隔水層薄的煤層;先采地質條件簡單、后采地質條件復雜的煤層;先采較深部、后采較淺部的煤層。通過先易后難地試探性開采，逐步接近水體。這不僅能夠在試采中確切地了解采動對防水煤(巖)柱的破壞程度，而且還能不斷地摸索出更適合本地區的最佳開采方案。b)分區開采。分區開采是水體下采煤減少災害損失的一個重要措施。主要是采用同一井田內的采區之間設置隔離煤柱或永久性防水閘門以及建立若干單獨井田同時開采的兩個方案。這樣一旦發生突水事故，可以有效地控制水情，縮小災害的影響范圍。c)減小覆巖破壞高度的開采措施。采取一些井下開采措施，減少導水裂縫帶高度，防治破壞留設的安全煤柱，也是水體下采煤保證安全生產的積極措施。常用的技術方法主要有充填開采、部分開采、分層間歇開采、長走向小階段開采以及正常等速開采等。以上技術措施的實施，必須在保證建立完善的防排水系統和健全的搶險救災制度的基礎上才能得以實現。

3 結論

經過幾十年的研究、試驗和推廣應用，近水體采煤技術已經是挖掘老礦生產潛力，提高新礦生產能力，改善礦區生產環境，保證煤礦可持續發展不可缺少的關鍵技術。

［1］ 張華興，郭惟嘉.“三下”采煤新技術［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2008：54－65.

［2］ 武 強，董書寧.礦井水害防治［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2007：62－63.

［3］ 呂繼龍，峻德煤.礦水下采煤的探討［J］.煤炭技術，2009(1)：177－178.

［4］ 曹勝根，姚強嶺，王福海，等.承壓水體上采煤底板突水危險性分析與治理［J］.采礦與安全工程學報，2010(3)：346－350.

［5］ 李思標，賀小峰，孫 永.水體下采煤安全程度評價實例［J］.山東煤炭科技，2005(6)：60－63

［6］ 王 兵，題正義.水體下綜放開采技術的研究［J］.礦業工程，2007(01)：22－24.

Research on Near Water Mining Technology

Yu Cai，Liu Jie

Mine hydrogeological condition is complex，especially in North China Coalfield by Ordovician karst water in coal mine threatened account for 80%of the total mines，near water coal mining has become the main bottleneck which restricts safe production of coal mines in China.Discusses under water and above water coal mining technology，and introduces the application current situation.

Coal mine;Near water;Coal mining;Measure

TD82

A

1672－0652(2011)11－0031－03

2011－10－25

俞 才(1980—)，男，山西山陰人，2004年畢業于太原理工大學，助理工程師，主要從事煤礦掘進工作，(E－mail)sxdtdxlj@163.com