矿井深部开采综合防治水技术研究

摘 要：由于煤矿的开采深度比较大，在对煤矿深部进行开采时，煤层底板要承受很高的奥灰水压，加剧了底板突水的风险。根据防治水治理的基本原则，给出防治水治理的综合策略，在进行巷道掘进时，首先采用物探超前技术对出現异常的区域进行探测，并对探测出的异常区域进行钻探试验验证，对异常体进行超前预注浆处理，提前排除隐患，为后期的防治水工作提供帮助，从而确保开采的安全性。

关键词：煤层深部;突水;防治

矿井水害一直是影响煤矿生产安全的重要因素，给煤矿造成严重损失，由于大部分的煤矿在开采很长时间后，由于浅层的煤层基本采完，要想进一步开采，必须向深部煤层进行掘进，而开采的煤层越深，煤层本身的岩性和地质条件也越复杂，水害所带来的威胁也就越大，在对深部煤层进行开采时，煤层的顶板会承受巨大的压力，增加了突水的风险[1]。为了降低突水对煤矿开采的影响，对防治水进行综合治理，设计防治水的技术方案，以实现对煤层深部的安全开采。

1 防治水基本原则

使用防治水技术要坚持以下几个原则[2]：①以煤矿深部煤层底板的导水性构造探测为中心，始终坚持对煤层先进行探测，探测完后再掘进，如果存在水害，先治理再进行开采的原则;②根据矿井的水文和地质条件，对井上部分采取物探技术为主要，钻探技术为辅助，对井下部分坚持先进行物探技术探测，再进行钻探技术验证;③坚持将防治水技术和采掘工程结合起来，选择防治水技术是要综合考虑经济和作业复杂程度的影响，尽量不影响正常的生产进度，保持最大的效益;④坚持将防治水技术与水资源结合起来，在治理水害过程中，对积水进行合理排放，同时要保护地下的水资源和地表的水体不受破坏，实现节能减排。

2 防治水综合策略

在对深部煤层进行开采时，首先要建立合理的综合防治水策略体系，在设计策略时要考虑尽量减少对煤层底板的破坏力，降低在开采时底板承受的水压力，增加在开采时底板的阻水能力。

2.1 系统检测

对深部煤层开采的系统性使用瞬变电磁法[3]进行检测，通过对现有巷道的探测，完成对设计巷道异常体的超前探测，电磁波将矿井巷道的检测信号传输到控制系统中，直流信号波能检测到煤层深部的岩体信息，并将信号进行反馈，完成信号的接收。

2.2 区域划分

根据系统检测反馈的数据，将检测区域初步分为贫水区域、中水区域、富水区域，然后再对中水层的活跃性进行检测，根据对某矿的检测，得出如下结果：煤层富水区域的水深约700m，在距煤矿开采层120m的富水区，以5m为半径的圆形区域内，中水层的活跃性比较大，而其余部分的活跃性则比较稳定，贫水区域的水深300m，在距煤矿开采层140m的范围内水层比较稳定，中水区域的水深500m，在距煤矿开采层127m的范围内，中水层的结构呈交错式分布，水层结构相对稳定，有一半泄露的可能性。

2.3 巷道设计

根据对煤层地质的检测结果，在贫水区域、中水区域、富水区域所在的巷道内，为了增加煤层底板的阻水能力，对煤层底板厚度进行设计，结果如下：在富水5m的圆形区域内设计35m的底板层，而其余部分设计30m的底板层，在贫水区域均设计25m的底板层，在中水区域设计30m和25m相互交错的底板层，根据此防治水综合策略，对煤层深部的防治水技术奠定基础。

3 防治水方案设计

为了降低底板导水结构的破坏或其他水体的出现而发生的突水事故，进一步提高煤层深部开采的安全性，对矿井中的突水事故进行全面预防，在上述综合策略的基础上，设计防治水治理的方案。在对巷道进行掘进之前，需要对煤层深部底板的导水性能进行探测，根据防治水的基本原则，主要采用超前探测技术来探测异常区域，根据探测的结果，如果出现异常区域，要对其进行钻探试验验证，并对异常的水害进行超前预注浆手段处理，以排除隐患[4]。

3.1 超前探测

在对巷道进行掘进之前，采用瞬变电磁法物探技术对煤层底板的导水性及其他的水害进行超前探测，将探测出的异常区域进行标注，根据探测结果可以很直观地看出煤层的富水区域，而且探测的效率较高，探测涉及的范围也比较广，能准确判定异常体的导水性及其范围，解决巷道掘进前煤层异常体导水性无法判断的难题，减少突水事故的发生。

3.2 钻探验证

对物探技术探测出来的异常区域进行钻探验证，在进行钻探试验时，一般设计的钻孔数要大于2个，且设计的钻孔的倾角在10°-20°的范围内，钻孔探查的距离大于30m，根据异常区域与掘进巷道的位置关系，确定最终钻孔的方位，具体的钻孔布置要求如图3所示。

3.2.1 确定钻孔止水套管长度

由于煤层底板所承受的水压比较大，所以一般在进行探水测试时不沿着煤层进行，当煤层的底板高度在500-1000m时，煤层底板所能承受的奥灰水压力在6.71-12.47MPa，在奥灰水的压力大于3MPa时，钻孔止水套管的长度要大于20m。

3.2.2 确定超前距

超前距的计算公式为：H=0.5kL√3P/Kp，其中，H为超前距，k为安全系数，L为巷道宽度，P为煤层所能承受的水压力，Kp为煤层的抗拉强度。

3.3 异常体治理

根据物探以及钻探技术确定的矿井异常体，通过分析导水异常体和奥灰导水层的联系，如果导水异常体和奥灰导水层之间有联系，则要设计专门的钻探工程进行探测，同时采用超前预注浆对异常体进行治理，对岩层底板出现的裂隙，使用充填物和胶结将裂隙封堵，阻止煤层底板水的流出，变成隔水层，通过增大煤层底板的强度来提高底板的阻水能力，减轻所承受的水压，从而消除突水事故带来的危险，然后再进行掘进。

3.4 安全性评价

在进行巷道掘进时，对开采的安全性评价可以采用隔水层的安全厚度来评价，安全厚度的计算公式为：t=L（√（γ2L2+8KpP）-γL）/4Kp，其中，t是安全厚度，L是巷道宽度，γ是隔水层的平均重度，Kp是隔水层的抗拉强度，P是隔水层所能承受的水压力。

当煤层底板隔水层的实际厚度比安全厚度大时，在对防治水采取治理后，认为满足安全开采的条件，可以继续向前掘进。

4 结论

针对煤矿开采过程中出现的煤层底板承受水压过大，造成煤层底板出现突水的现象，严重影响巷道的向前掘进，根据煤矿巷道的地质特性以及治理防治水的基本原则，确定防治水治理方案，建立防治水综合策略，为煤层深部开采技术提供路线，在进行巷道掘进时，首先采用物探技术对出现异常的区域进行探测，并对探测的异常区域进行钻探验证，最后对出现的异常体采用超前预注浆的方式进行治理，大大地提高开采的安全系数。

参考文献：

[1]曲修术.深部煤层开采水文条件探查及安全开采评价[J].山东煤炭科技，2012，40（6）：118-119.

[2]陈娅鑫.深部煤层开采矿井防治水技术研究[D].邯郸：河北工程大学，2011.

作者简介：

李艳波（1985- ），男，2009年7月毕业于山西煤炭职业技术学院，专科，助理工程师，研究方向：地测防治水。