礦井深部開采綜合防治水技術研究

摘 要：由于煤礦的開采深度比較大，在對煤礦深部進行開采時，煤層底板要承受很高的奧灰水壓，加劇了底板突水的風險。根據防治水治理的基本原則，給出防治水治理的綜合策略，在進行巷道掘進時，首先采用物探超前技術對出現異常的區域進行探測，并對探測出的異常區域進行鉆探試驗驗證，對異常體進行超前預注漿處理，提前排除隱患，為后期的防治水工作提供幫助，從而確保開采的安全性。

關鍵詞：煤層深部;突水;防治

礦井水害一直是影響煤礦生產安全的重要因素，給煤礦造成嚴重損失，由于大部分的煤礦在開采很長時間后，由于淺層的煤層基本采完，要想進一步開采，必須向深部煤層進行掘進，而開采的煤層越深，煤層本身的巖性和地質條件也越復雜，水害所帶來的威脅也就越大，在對深部煤層進行開采時，煤層的頂板會承受巨大的壓力，增加了突水的風險[1]。為了降低突水對煤礦開采的影響，對防治水進行綜合治理，設計防治水的技術方案，以實現對煤層深部的安全開采。

1 防治水基本原則

使用防治水技術要堅持以下幾個原則[2]：①以煤礦深部煤層底板的導水性構造探測為中心，始終堅持對煤層先進行探測，探測完后再掘進，如果存在水害，先治理再進行開采的原則;②根據礦井的水文和地質條件，對井上部分采取物探技術為主要，鉆探技術為輔助，對井下部分堅持先進行物探技術探測，再進行鉆探技術驗證;③堅持將防治水技術和采掘工程結合起來，選擇防治水技術是要綜合考慮經濟和作業復雜程度的影響，盡量不影響正常的生產進度，保持最大的效益;④堅持將防治水技術與水資源結合起來，在治理水害過程中，對積水進行合理排放，同時要保護地下的水資源和地表的水體不受破壞，實現節能減排。

2 防治水綜合策略

在對深部煤層進行開采時，首先要建立合理的綜合防治水策略體系，在設計策略時要考慮盡量減少對煤層底板的破壞力，降低在開采時底板承受的水壓力，增加在開采時底板的阻水能力。

2.1 系統檢測

對深部煤層開采的系統性使用瞬變電磁法[3]進行檢測，通過對現有巷道的探測，完成對設計巷道異常體的超前探測，電磁波將礦井巷道的檢測信號傳輸到控制系統中，直流信號波能檢測到煤層深部的巖體信息，并將信號進行反饋，完成信號的接收。

2.2 區域劃分

根據系統檢測反饋的數據，將檢測區域初步分為貧水區域、中水區域、富水區域，然后再對中水層的活躍性進行檢測，根據對某礦的檢測，得出如下結果：煤層富水區域的水深約700m，在距煤礦開采層120m的富水區，以5m為半徑的圓形區域內，中水層的活躍性比較大，而其余部分的活躍性則比較穩定，貧水區域的水深300m，在距煤礦開采層140m的范圍內水層比較穩定，中水區域的水深500m，在距煤礦開采層127m的范圍內，中水層的結構呈交錯式分布，水層結構相對穩定，有一半泄露的可能性。

2.3 巷道設計

根據對煤層地質的檢測結果，在貧水區域、中水區域、富水區域所在的巷道內，為了增加煤層底板的阻水能力，對煤層底板厚度進行設計，結果如下：在富水5m的圓形區域內設計35m的底板層，而其余部分設計30m的底板層，在貧水區域均設計25m的底板層，在中水區域設計30m和25m相互交錯的底板層，根據此防治水綜合策略，對煤層深部的防治水技術奠定基礎。

3 防治水方案設計

為了降低底板導水結構的破壞或其他水體的出現而發生的突水事故，進一步提高煤層深部開采的安全性，對礦井中的突水事故進行全面預防，在上述綜合策略的基礎上，設計防治水治理的方案。在對巷道進行掘進之前，需要對煤層深部底板的導水性能進行探測，根據防治水的基本原則，主要采用超前探測技術來探測異常區域，根據探測的結果，如果出現異常區域，要對其進行鉆探試驗驗證，并對異常的水害進行超前預注漿手段處理，以排除隱患[4]。

3.1 超前探測

在對巷道進行掘進之前，采用瞬變電磁法物探技術對煤層底板的導水性及其他的水害進行超前探測，將探測出的異常區域進行標注，根據探測結果可以很直觀地看出煤層的富水區域，而且探測的效率較高，探測涉及的范圍也比較廣，能準確判定異常體的導水性及其范圍，解決巷道掘進前煤層異常體導水性無法判斷的難題，減少突水事故的發生。

3.2 鉆探驗證

對物探技術探測出來的異常區域進行鉆探驗證，在進行鉆探試驗時，一般設計的鉆孔數要大于2個，且設計的鉆孔的傾角在10°-20°的范圍內，鉆孔探查的距離大于30m，根據異常區域與掘進巷道的位置關系，確定最終鉆孔的方位，具體的鉆孔布置要求如圖3所示。

3.2.1 確定鉆孔止水套管長度

由于煤層底板所承受的水壓比較大，所以一般在進行探水測試時不沿著煤層進行，當煤層的底板高度在500-1000m時，煤層底板所能承受的奧灰水壓力在6.71-12.47MPa，在奧灰水的壓力大于3MPa時，鉆孔止水套管的長度要大于20m。

3.2.2 確定超前距

超前距的計算公式為：H=0.5kL√3P/Kp，其中，H為超前距，k為安全系數，L為巷道寬度，P為煤層所能承受的水壓力，Kp為煤層的抗拉強度。

3.3 異常體治理

根據物探以及鉆探技術確定的礦井異常體，通過分析導水異常體和奧灰導水層的聯系，如果導水異常體和奧灰導水層之間有聯系，則要設計專門的鉆探工程進行探測，同時采用超前預注漿對異常體進行治理，對巖層底板出現的裂隙，使用充填物和膠結將裂隙封堵，阻止煤層底板水的流出，變成隔水層，通過增大煤層底板的強度來提高底板的阻水能力，減輕所承受的水壓，從而消除突水事故帶來的危險，然后再進行掘進。

3.4 安全性評價

在進行巷道掘進時，對開采的安全性評價可以采用隔水層的安全厚度來評價，安全厚度的計算公式為：t=L（√（γ2L2+8KpP）-γL）/4Kp，其中，t是安全厚度，L是巷道寬度，γ是隔水層的平均重度，Kp是隔水層的抗拉強度，P是隔水層所能承受的水壓力。

當煤層底板隔水層的實際厚度比安全厚度大時，在對防治水采取治理后，認為滿足安全開采的條件，可以繼續向前掘進。

4 結論

針對煤礦開采過程中出現的煤層底板承受水壓過大，造成煤層底板出現突水的現象，嚴重影響巷道的向前掘進，根據煤礦巷道的地質特性以及治理防治水的基本原則，確定防治水治理方案，建立防治水綜合策略，為煤層深部開采技術提供路線，在進行巷道掘進時，首先采用物探技術對出現異常的區域進行探測，并對探測的異常區域進行鉆探驗證，最后對出現的異常體采用超前預注漿的方式進行治理，大大地提高開采的安全系數。

參考文獻：

[1]曲修術.深部煤層開采水文條件探查及安全開采評價[J].山東煤炭科技，2012，40（6）：118-119.

[2]陳婭鑫.深部煤層開采礦井防治水技術研究[D].邯鄲：河北工程大學，2011.

作者簡介：

李艷波（1985- ），男，2009年7月畢業于山西煤炭職業技術學院，專科，助理工程師，研究方向：地測防治水。