近水体采煤技术探究

俞 才，刘 捷

近水体采煤技术探究

俞 才1，刘 捷2

(1.中国神华神东煤炭集团公司，山西 忻州 036600;2.山西大同大学煤炭工程学院，山西 大同 037003)

我国煤矿的水文地质条件比较复杂，特别是华北煤田受奥灰岩溶水威胁的矿井占矿井总数的80%，近水体采煤已成为制约我国煤矿安全生产的主要瓶颈。论述了在水体下和水体上采煤技术的特点，并介绍了其应用现状。

煤矿;近水体采煤;措施

近水体采煤不仅可能对矿井安全生产造成威胁，而且会对水资源造成极大地破坏。根据水体位于矿层的位置不同，将近水体煤层开采分为水体下开采和承压水体上开采。当煤层位于水体下方时，称之为水体下开采。当煤层位于承压水体上方时，称为水体上开采。据不完全统计我国“三下一上”压煤量约为137.9 亿 t，而其中水体下 19.05 亿 t，承压水体上17.34亿t，两者共占总压煤量的1/4。近几年，我国一部分学者对近水体采煤方法进行了研究，并在理论和实践方面取得了一定的成果，但是要从根本上杜绝矿井水害的威胁仍然任重道远。本文从水体上和水体下采煤两方面对近水体开采技术做一探究。

1 水体上采煤技术

水体上采煤专指在高压石灰岩含水层上近距离煤层的开采。我国高压石灰岩含水层分布较广，约占全国总面积的1/5，而这些地区也正是重要的产煤地，近60%的煤矿受到不同程度的底板岩溶承压水的威胁，局部地区水压值已经达到2.0～6.5 MPa，加之煤层与其下覆的灰岩岩溶含水层之间的隔水层厚度较小，一般只有10～20 m，最大不超过60 m，突水几率增大，淹井的事故逐年上升。

1.1 承压水体上采煤底板突水的一般规律

经过长期的研究和实践，我国已经基本能掌握影响承压水体上采煤底板突水的主要因素及一般规律。主要包括以下几点：

1)突水水源为底板强承压含水层，大多为富水性好、水压力大的灰岩含水层。

2)在开采工作面，突水点大多分布在工作面煤壁附近、上下平巷边缘以及切眼、停采线处的煤壁附近。

3)突水事故与构造特别是断层密切相关，70%以上的突水事故都与构造影响相关。

4)底板承压含水层水压、底板隔水岩层的厚度及隔水性能对底板突水有显着影响。底板承压含水层水压越大，底板隔水岩层的厚度越小，隔水层的阻水能力越差，越容易发生突水事故。

5)底板突水与采动矿压显现有很强的一致性，而且绝大多数都发生在顶板来压前后，顶板的初次来压和二次来压时，发生底板突水事故占总底板突水事故的90%。

6)底板突水与原始导高有一定关系。底板含水层地下水未受采动影响时，沿隔水岩层底部导水裂隙上升一定高度，这个高度称为原始导高。原始导高越大，越容易发生底板突水。

1.2 承压水体上采煤技术

在承压水体上采煤，要根据具体的地质和开采技术条件，选择合适的治理方案。根据我国近几年来的实践，主要有以下几种方法：

1)疏水降压技术。疏水降压是指煤层顶底板含水层或煤系地层含水层，通过地表及地下疏干方式，并借助疏水巷道、抽水钻孔和吸水钻孔及相应的排水设备，使煤层顶底板含水层水压降低至采煤安全水压。

2)帷幕注浆堵水技术。帷幕注浆堵水是煤矿实现疏堵结合的有效措施之一。帷幕工程的目的是使外来水源中的大部分截堵在煤层开采范围之外，而开采区域内部可以通过疏水降压等方法实现安全回采。

3)带压采煤综合治理技术。带压开采就是利用隔水层采煤。一定厚度的隔水层具有一定抵抗水压的能力，并可以安全开采到一定深度的煤层。带压开采无需事先专门排水，一般也可以做到安全生产，但是，在水文地质条件复杂的地区，却存在底板突水的危险，并且当开采深度延伸后，水压增大到隔水层厚度不能抵抗的时候，又会给带压开采带来很大的难度。因此，这里提出了带压开采综合治理方案，其特点和内容主要包括：“以防为主，带压开采，适当疏排，辅以截堵”。具体说就是以防水为指导思想，在查清区域和矿井水文地质条件的基础上，进行带压采煤。在采前和采煤过程中，可在矿区外围截堵地下补水源，尽量减少奥灰水的动储量;同时，在带压采煤中，根据矿井涌水量大小和水压大小，进行适当的疏水降压，最终实现安全开采的目的。

1.3 底板突水的防治措施

底板防治水技术措施可根据具体的地质水文条件来选择，同时还受到矿井的生产实际、采煤方法以及经济投入能力等多因素制约，因此需要根据多方面的综合分析后，并在试验的基础上，确定较为合理的底板防治水技术措施。

1)全矿井疏水降压。从理论上看，当底板承压含水层水压过大，水体上煤层开采安全性不足时，可以采取疏水降压等技术措施，降低底板承压含水层水压，将其控制在安全范围之内，从而消除底板承压含水层的突水威胁，解放水体上压煤资源。

2)局部疏水降压。当底板承压含水层富水性好，或补给条件好、动储量大、全矿井疏降底板承压含水层难度很大，不具备技术经济合理性时，在一定条件下，在开采工作面周围局部疏水降压，使开采工作面底板含水层在开采期间和开采后一定时间内持续处于安全范围内，可有效避免底板突水。

3)底板隔水层注浆改造。在底板隔水岩层隔水性能差、有底板突水危险时，采用注浆方法加固改造隔水岩层，主要是通过钻孔进行注浆，堵塞石灰岩溶洞，加固破碎带和裂隙带，并封闭奥陶系石灰岩的补给通道，以实现在承压水体上安全采煤。

2 水体下开采技术

地下开采引起的岩层与地表移动，并使开采层围岩中的含水层水、溶洞水以及位于开采影响区域内的地表水和泥砂进入井下，直接影响到矿井的安全生产。地下水体类型示意图见图1。

2.1 水体下开采的特点

水体下采煤主要考虑开采所引起的覆岩中的裂缝是否相互贯通，以及贯通的裂缝是否触及到水体。所以，研究覆岩运动破坏规律和导水裂隙带高度及其分布形态至关重要，只要开采后顶板覆岩的裂缝带高度波及不到含水体，开采工作是不受水体影响的。

2.2 水体下采煤的安全技术措施

为了达到安全采出水体下压煤的目的，可以从留设安全煤(岩)柱、处理水体和开采措施三个方面来考虑。有时采用一种方法不能解决问题，而必须多种方法联合使用。

1)留设安全煤(岩)柱措施。在煤层至水体底面垂直距离很近的条件下，必须在水体和煤层开采上限之间留设一定垂深的岩层块段和煤层，称之为安全煤(岩)柱。其实质就是留一定的煤(岩)柱把上覆水体和采煤造成的覆岩破坏裂隙带隔离开来，使上覆水体和泥砂不溃入井下，以达到安全生产的目的。

2)处理水体措施。处理水体是水体下采矿的一项有效措施。主要包括两方面：疏降水体和处理水体补给来源。a)疏降水体措施。在水体下采矿时，有时水体距离矿层很近，不可能采取留设防水煤岩柱和采取开采措施的方法进行开采，必须对水体进行疏降，以降低含水层水压和水量。疏降水体的方法有钻孔疏降、巷道疏降、联合疏降、回采疏降和多矿井分区排水联合疏降等方法。b)处理水体补给来源。处理水体补给来源就是在回采前用水文地质、工程地质的方法对补给水体的主要来源进行处理。具体的方法有：河流改道、帷幕注浆堵水、巷道截水以及通过地面修筑拦洪坝、建水库、填裂缝、铺河床、修水渠等，使地面水与井下不连通。

3)开采技术措施。水体下采煤除了正确防治上覆水体外，还要根据实际的水文地质条件选择适当的综合性开采技术措施，以减少覆岩的破坏高度和采区的涌水量，实现井下安全生产，并尽可能提高回采率。水体下开采的技术措施主要包括以下几方面：a)试探开采。试探开采就是先采远离水体、后采水体下的煤层;先采隔水层厚、后采隔水层薄的煤层;先采地质条件简单、后采地质条件复杂的煤层;先采较深部、后采较浅部的煤层。通过先易后难地试探性开采，逐步接近水体。这不仅能够在试采中确切地了解采动对防水煤(岩)柱的破坏程度，而且还能不断地摸索出更适合本地区的最佳开采方案。b)分区开采。分区开采是水体下采煤减少灾害损失的一个重要措施。主要是采用同一井田内的采区之间设置隔离煤柱或永久性防水闸门以及建立若干单独井田同时开采的两个方案。这样一旦发生突水事故，可以有效地控制水情，缩小灾害的影响范围。c)减小覆岩破坏高度的开采措施。采取一些井下开采措施，减少导水裂缝带高度，防治破坏留设的安全煤柱，也是水体下采煤保证安全生产的积极措施。常用的技术方法主要有充填开采、部分开采、分层间歇开采、长走向小阶段开采以及正常等速开采等。以上技术措施的实施，必须在保证建立完善的防排水系统和健全的抢险救灾制度的基础上才能得以实现。

3 结论

经过几十年的研究、试验和推广应用，近水体采煤技术已经是挖掘老矿生产潜力，提高新矿生产能力，改善矿区生产环境，保证煤矿可持续发展不可缺少的关键技术。

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［6］ 王 兵，题正义.水体下综放开采技术的研究［J］.矿业工程，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，山西山阴人，2004年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事煤矿掘进工作，(E－mail)sxdtdxlj@163.com