淺析特厚堅硬巖層組下的保水采煤技術

徐宏芳

（山西高平科興平泉煤業有限公司，山西 高平 048400）

在1990年后，我國保水采煤的思想才基本形成，起步相對來說比較晚，這幾年，隨著綠色開采觀念的深入，進行保水采煤的呼聲越來越高，這無論在技術還是水平上都給相關人員帶來了很大的挑戰。本文對特厚堅硬巖層組下的特殊地質環境條件、保水采煤技術、特厚堅硬巖層組下的保水采煤現狀及問題進行研究。

一、特厚堅硬巖層組下的特殊地質環境條件

特厚堅硬巖層組特點是水文條件相對復雜，極其容易導致突發性水害事故以及水資源流失事故的發生，現在許多的礦區不具有穩定的粘土隔水層，并且擁有極厚的堅硬頂板，位于井田內的各系也有可能存在著一定的沖積層，其組成主要是礫石和礫砂。

雖然，一般的沖積層相對較薄，地表水系發育情況也較為優良，獲得地表水供給的能力也比較強，但在其東西部也常會有火燒以及老窯積水區。這就給保水采煤工作帶來了極大的阻力，如何更好地應用保水采煤技術已經成為了現今采煤行業發展進程中一個極為重要的問題了。

二、特厚堅硬巖層組下的保水采煤技術的應用

根據特厚堅硬巖層的特殊地質條件，在對保水采煤技術進行選擇的過程仍然是比較講究的。

第一，特厚堅硬巖層組下的隔水關鍵層技術。由于各巖層分層特性以及位置差異，它們有不同的隔水的性能，而所謂隔水關鍵層，就是要最終穿透的關鍵層，也是最終要為人阻隔的巖層。主要運用采用貫通裂隙或者構造天然通道的方式形成，主要原理可以用以下的流程圖說明。

圖一 隔水關鍵層技術流程圖

主要步驟分為四個步驟，首先是判別隔水關鍵層的位置，接著是判別、控制其結構以及滲流是否穩定，最后是控制滲流突變通道。

第二，特厚堅硬巖層組下的充填膏體技術。這種技術主要優點是高采出率、安全、環保、廣泛選擇材料，在采出煤層之后冒落頂板之前，要進行充填膏體。主要是在重力或者泵壓的作用下，讓膏狀漿體經管道，然后送至回采工作面，充填采窄區的部分空間，構建充填條帶來頂住覆巖，其中值得一提的是膏狀漿體要包括粉煤灰、劣質土以及煤矸石等材料。

第三，特厚堅硬巖層組下的砂置換開采技術。在機械或者重力的作用之下，把沙運到采空區，應用砂置換煤的保水采煤技術，但是這種技術仍然還主要處在研究階段，仍需要深入進行研究。

第四，特厚堅硬巖層組下的條帶開采技術。這種技術能夠防止覆巖過分移動，但是存在著資源浪費中、低產出率等問題，在進行綜合機械化的過程中，應用受到了局限。這種技術的應用原理主要是相間開各個煤層，分成一些條帶，至于覆巖的支撐要專門保留煤層條帶。

第五，特厚堅硬巖層組下的超高水材料充填技術。主要采用ZKD型高水速凝充填材料，這種材料的滲水程度高達百分之九十五以上，是一種很完美的充填水材料，其作用在于能夠極大的降低使用固體粉料的量。

第六，特厚堅硬巖層組下的類似膏體物的充填技術。這種技術擁有流動相高、填充度好以及不脫水等優點，是比較理想的填充技術和方法，其中類似膏體物是一種粉狀膠結劑，主要材料采用的是鋼爐渣、高爐水淬渣工業廢渣，在其中還要添加適當的細磨過的礦物和化學催化劑。

第七，特厚堅硬巖層組下的刀柱式充填技術。這種技術主要適用于防止地表層深陷和保護含水層。首先要遵循刀柱式技術來對煤房資源回采，接著用管路來充填煤房采空處直到煤房填滿，然后主要選用后退式技術來回采以及填充煤柱，越早進行越好，最后一次長壁來進行回采。

三、保水開采技術研究現狀

主要包括了保水開采地質基礎、實驗模擬研究、采煤方案研究和施工。首先是保水開采地質基礎的研究，范立民在2004年提出的保水的兩個主要指標，第一個是避免大幅度減流以及泉水干涸，第二個是不對植被的生長造成大影響，這個影響包括當前消極和積極的。在實驗模擬研究方面，侯忠利等學者運用ALGOR有限元程序，確定陜北榆樹灣礦要采用上分層五米進行上下分層的方案不能保水，張少春等學者提出了間歇式保水采煤的相關方法，建議進行窄條帶保水開采技術。在采煤方案研究和施工方面，范立民指出了進行分區分類不同方法來采煤的方案，提高了回采率以及減少了相關損害。

四、實現特厚堅硬巖層組下保水開采技術要點

首先是注意實現保水開采途徑。主要是開采區域合理選擇以及留設防水煤柱。在開采區域合理選擇要注意對于不存在含水及煤層的，可以直接保水開采，有含水及隔水層但是隔水層的厚度有限的，應該采取有效的保水開采措施后才可以進行開采，對于含水及煤層比較豐富的，不能進行保水開采，如果已經開采的要立刻組織防止破壞地下水結構。在留設防水煤柱方面，要以鉆孔沖洗液法為主體，然后開展保水GIS研究。其次是水開采方法。主要包括將導水裂隙帶高度減小以及底板加固技術方法。其中將導水裂隙帶高度減小要注意應用"三下"技術，使得導水裂隙帶的影響不要到達水體，從而達到減小導水裂隙帶高度的目的。在底板加固技術方面要注意，這樣的加固對象主要是底板的隔水層相對薄弱的地方，包括空洞以及松散的地方，運用這種底板加固的方法，在降低滲透性的同時使得地層抗壓性極大的增強，極大的突出了加固以及封堵的作用。

結語

在進行特厚堅硬巖層組下煤炭開采過程中，一旦地質條件分析不到位、實驗模擬研究、采煤方案研究和施工方案和施工出現分析偏差，沒有及時糾正的話，就極其容易導致一系列水土破壞、資源浪費和流失、生態失衡等問題，這將會嚴重地影響以及制約礦區以及礦區周圍生態環境的發展，妨礙水源的保持以及采集煤炭的正常進行和經濟的發展。而在特厚堅硬巖層組下研究并且靈活使用保水采煤技術包括隔水關鍵層技術、充填膏體技術、砂置換開采技術、條帶開采技術、超高水材料充填技術、類似膏體物的充填技術、刀柱式充填技術，將為解決保水采煤問題提供一個很好的思路，它更是一種根本方法，這種根本方法能夠極好地解決煤炭生產中水資源破壞問題，在社會綠色開采體系中占據不可替代的位置，是關鍵的一點。只有加強對特厚堅硬巖層組下的保水采煤技術的研究，才能為構建社會主義和諧社會，進行科學、系統、健康、可持續的發展，全面建設小康社會更好的服務。

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