深部煤层开采矿井防治水技术研究

深部煤层开采矿井防治水技术研究

潘佳新

上海大屯能源股份有限公司孔庄煤矿，江苏省  徐州市  221600

摘要：深部煤层开采过程中，受到水文地质条件的影响，容易引发水害事故。其中，突水是一种常见且危害性大的煤矿自然灾害之一。因此，对于深部煤层开采矿井而言，必须采取科学合理的防治水措施，以保障矿工生命财产安全和安全生产。

关键词：深部煤层；矿井；防治水技术

引言

随着煤炭资源开发深度不断增加以及采掘空间日益狭小化，传统的防治水方法已难以满足现代化矿井建设需要。为此，近年来国内外学者逐渐将注意力转向了基于新材料、新工艺、新理论的新型防治水技术方向，旨在提高矿井防治水效率和减少矿井水害发生率。

1 矿井突水因素分析

1.1深部矿井主要充水水源

深部矿井主要突水水源为奥灰、寒灰等强含水层，区域资料表明奥陶系灰岩强含水层其各组地层溶洞裂隙发育程度不均，富水性差异大，奥灰水压大，断裂发育时，存在较大水害威胁。如奥灰水通过裂隙、孔洞等通道进入矿井后将直接影响着矿井生产安全与煤炭资源开发利用。

1.2 矿井深部开采可能存在的主要导水通道

1)断层。井田内构造以断裂为主，断层较发育，且多为张扭性正断层，褶曲不发育，井田边界发育多条规模较大的断层，其中以东西向为主，断层破碎带、导水断层与其他主要含水层有水力联系时，会成为煤层深部开采时的主要突水通道。断层落差较大时，煤层与含水层的间距变小，断层两侧裂隙发育，往往成为富水带，并沟通上下含水层，这些断层及其影响带是未来矿井深部开采主要影响区域，对矿井有较大威胁。

2)导水裂隙带。巷道掘进或工作面回采，都会对周围岩体造成破坏，使周围岩体垮落，采掘过程可使工作面内断层活化，增大冒裂带高度，并改变断层的导水性质；同时垮落会产生裂隙，当裂隙沟通地表水体、井下积水区或地下含水层时，水就会沿裂隙涌入或渗入采掘工作面。

3)封闭不良钻孔。在地质勘探工作中，地表勘探施工的钻孔揭露了不同深度的岩层，使含水层之间发生水力联系，破坏了原始的地质环境。钻孔自地面施工，绝大部分钻孔揭露煤层，向上、向下几乎贯穿所有含水层，甚至直接与地表水相联系，各勘探阶段施工的钻孔封闭质量要求不一。如果深部开采揭露封闭不良钻孔时可能发生溃孔突水事故，威胁矿井安全。

2 深部煤层开采矿井防治水技术

2.1 运用多种勘探手段

2.1.1 地面物探与钻探相结合的综合勘探

在进行井下物探之前，需要对工作面周围一定范围内实施三维地震勘探，通过采用瞬变电磁法、高密度电阻率法等先进探测手段，可以有效地查明地质构造情况和物探异常区的分布位置及范围大小，为后续的钻探工程设计提供依据。同时还能够确定断层带的空间展布特征及其导水性强弱程度，为优化钻进方案和选择合适的钻进液类型提供参考。此外，利用地面物探结果还可初步分析评价水文地质条件，圈定富水区域并估算涌水量，为后续的钻探施工提供指导意见。

2.1.2 井下物探为主，钻探为辅的探测手段

在进行深部煤层开采时，由于其深度较大、地质条件较为复杂，因此需要采用多种探测手段相互配合。其中，以井下钻探为主，物探为辅是一种有效的探测方式。通过对地下岩体和水文情况等参数的分析与判断，可以及时发现并排除可能存在的安全隐患问题，确保煤矿生产工作能够顺利开展。

具体而言，井下物探主要包括地震勘探、电磁法勘探以及直流电法勘探等方法。这些方法具有高效、准确、无损等优点，可广泛应用于煤炭资源开发领域中。同时，针对部分无法直接观测到的区域或特殊地段，还需采取钻探手段进行辅助探测。例如，当钻进过程中遇到含水层或者断层带时，则需要结合实际情况选择合适的钻进液及工艺措施，保证施工质量和效率。

此外，在使用井下物探和钻探相结合的探测手段时，应注意两者之间的协调性和互补性。即在不同的探测阶段，分别选用相应的探测方法，充分发挥各自的优势，提高探测结果的可靠性和精度。

2.2 采用多种排水降压技术

一是定向长钻孔探放水试验为主的疏放水工艺。

当直接观测到的裂隙发育高度大或老窑积水量较大时，需采取相应措施进行处理。此时一般采用定向长钻孔探放水试验来解决问题。该工艺具有以下优点:①高效快速；②安全可靠；③经济实用。具体步骤如下:首先按照预定方向布置若干个定向长钻孔，然后将各孔段沿着煤层顶板依次钻进，到达目的深度后立即进行探放水试验，获取相关参数数据。最后根据数据分析结果，制定合理的疏放水方案，确保工作面不发生淹井事故。

二是以大直径抗水管柱为主体的强排降压工艺。针对某些受采动影响严重且出水量较大的区域，传统的排水方式已无法满足生产要求。因此，提出了一种新型的强排降压工艺——大直径抗水管柱。其主要由三部分组成:高压水泵、注浆管路和抗水管柱。其中，高压水泵负责将清水从水源处抽取出来并加压送至注浆管路中；注浆管路由多节钢管连接而成，用于输送泥浆和加固地层；抗水管柱则是一根长达数百米甚至数千米的空心圆柱形钢杆，内部充满水泥砂浆固结剂，起到隔离地下水、支撑巷道底板和封堵裂隙的作用。相比较其他排水方式而言，大直径抗水管柱不仅排水效率高、效果好，而且安装方便、移动灵活，特别适用于一些特殊环境下的煤矿生产。

结语

深部煤层开采过程中，由于受到多种水文地质因素的影响，易引发突水事故。因此，为了保障煤矿生产安全和经济效益，必须对深部煤层开采矿井进行科学合理的防治水工作。在深部煤层开采矿井防治水中应当坚持“预测预报、有疑必探、先治后采、分区治理”十六字方针，并采取综合性措施来确保矿井防治水效果。

参考文献

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[2] 李艳波. 矿井深部开采综合防治水技术研究[J]. 中国化工贸易, 2020.

[3] 王礼鑫. 矿井开采后水文地质特征及水害防治技术研究[J]. 内蒙古煤炭经济, 2022(6):190-192.

[4] 刘圣洁. 两软一硬煤层"三沿"开采老空水害防治综合技术实施[J]. 煤矿现代化, 2022, 31(6):30-33.