關于煤礦帶壓開采技術的幾點思考

摘 要：隨著煤炭開采越來越向地底發展，高承壓水成為煤炭開采的主要威脅，帶壓開采成為煤炭開采的主流技術。文章依托于河東煤田離石礦區的煤炭開采條件，對煤礦帶壓開采技術概念、技術體系內容以及相應的水害防治方法進行了分析，并對其未來的發展方向進行了簡要探討，以期實現煤礦帶壓開采技術在河東煤田離石礦區的安全運用。

關鍵詞：帶壓開采；技術條件；水害防治

1 煤礦帶壓開采技術概念

在煤礦井下煤層開采深度越來越深的情況下，煤層底板的標高已經小于其含水層的水頭高，因此受到水層對其的壓力，在這種條件下，對煤礦井下煤層的開采便稱之為煤礦帶壓開采。煤礦帶壓開采的原則是對煤礦井下煤層進行防水處理，避免煤層底板含水層在開采過程中引發水害，造成安全事故。由此可知，煤礦帶壓開采技術的核心內容是對煤礦底板含水層的防治，包含煤礦開采與水害防治兩個方面。

2 煤礦帶壓開采技術體系內容分析

煤礦帶壓開采技術是一項綜合性的技術，宗旨是保證煤礦開采的安全性，參照國內外的煤礦井下煤層開采經驗，煤礦帶壓開采技術包括以下三個方面的內容。

2.1 帶壓開采安全性評價

在帶壓開采技術方面，安全性是其首要考慮的因素。目前，對于帶壓開采的安全性評價并沒有形成一個統一的認識，在具體的規章制度方面也不明確，因此，在操作過程中，安全性評價主要依賴于地質工程師或者采礦工程師的自身經驗以及礦井水文地質規程。最常用的是突水系數法，通過對煤層底板突水機理的分析，配合物探技術，如音頻電透視等，確定煤層底板在開采過程中的重點防御與加固位置。當工作面的加固工程完成后，使用帶壓系數進行安全性的復核與校驗。當進行煤層工作面的回采時，通過突水預警系統來對其進行實施監控，保證其安全性。

2.2 煤礦帶壓開采水文地質條件勘察與評價

地質條件的勘察是煤礦帶壓開采的必要工作。不同于常見的水文地質勘察，煤礦開采的水文地質還應該注意以下幾點。首先，是對煤層底板的破壞深度，例如，河東煤田離石礦區的巖類主要在表層15～20m內裂隙發育，斷層帶、風化殼等是其有利地段，泉流量也小于0.5L/S。其次，是煤層底板構造、隔水層厚度以及巖性的探查。離石礦區巖性構造位置處于呂梁山復背斜之次級構造離石-中陽向斜構造的東翼，井田范圍地層受到其影響而形成單斜構造，總體向西傾斜并發育有次一級褶曲構造，表現為3條背斜和2條向斜。此外，在井田南部存在落差3～7m的小斷層4條。變質巖類風化裂隙含水層組為前寒武系的混合巖化花崗巖、片麻巖等，而碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層組則以奧陶系為主。巖性為石灰巖、豹皮石灰巖等，總厚360～450m。最后，是采用井下放水、鉆孔梯度水壓測試方法等對礦區的富水性以及力學參數、阻水系數等進行探查。

煤礦帶壓開采水文地質條件評價主要針對煤層底板的突水危險性以及礦井的防水排水能力進行。突水性的排查從發生突水的概率以及突水后造成的危害兩個方面進行評價。對于前者，突水發生概率通過突水系數或雙系數的方法進行，通過探查實際煤層底板的突水系數與相關的規定制定的突水系數臨界值進行對比，分析其發生概率。雙系數法是突水系數法的演變，主要增加了帶壓系數的考慮。后者主要指的是突水發生后的涌水量的計算，據此對可能造成的水害進行評價。

礦井的防排水能力評價方法主要是考察煤礦礦井的防水、排水位置以及相關標準是否達到規定的要求。以河東煤田離石礦區為例，其奧陶系巖溶水的補給來源主要以大氣降水和地表水的入滲為主，而石灰巖地下水的集中排泄點則是柳林泉，石炭系、二疊系裂隙水層的補給主要是來自大氣降水和河流及河谷松散層的有限下滲補給。排水時則順地層沿傾向方向運，在溝谷切割深處以泉的形式排出。

2.3 煤礦帶壓開采技術手段

煤礦帶壓開采技術手段首要的是防水技術的應用。主要技術手段包括以下幾個方面，首先是在關鍵位置設置防水煤柱或者防水閘，其次，增強礦區的排水能力，包括在工作前期進行排水系統設計與建設、延生礦區排水管路等，以期達到疏水降壓的目的。最后，是煤層底板隔水層改造技術以及防水監控系統等。

開采技術是保證煤礦安全、高效開采的核心方法，目前較為成熟的煤礦帶壓開采技術有短壁、條帶、充填開采等技術，其中充填技術主要針對斷層、陷落柱等情況進行。

3 煤礦帶壓開采技術條件下的水害防治

3.1 煤礦區域水文地質劃分

水害防治是煤礦帶壓開采的重點工程，通過對煤礦區域水文地質類型條件進行劃分，能有效提高防治工作效率。劃分過程應充分考慮礦井儲水各方面因素，并結合以往的經驗與地質類型劃分依據進行。例如，河東煤田離石礦區開采煤層上覆含水層，富水性弱，對煤層開采影響不大。因此。按照相關規定將其井水文地質類型劃分為簡單型。

3.2 煤礦區域水害影響程度評估

河東煤田離石礦區地質類型屬于簡單型，因此含水層對開采過程影響不大，但考慮到該井田內及周邊存在較大面積的采空區，采空區局部存有大量的積水，會對礦井煤層開采存在一定的影響，并且采空區的積水量還會隨著開采時間的增加而增加。例如，該礦井井田內4號煤共分布積水區11處，合計積水量43054m3。因此，判定采空區積水為該區域的主要水害之一，是礦井防治水工作的重點和難點。

3.3 煤礦帶壓開采技術條件下的水害防治措施

通過對煤礦區域水害影響程度的評估以及相應的防治工作展開程度的評估，便可以開展針對性的防治措施。防治措施的制定應秉承安全與預防并抓的原則，嚴格按照預測、探查、開掘以及治理開采的順序進行。

首先，可以設定專門的地測防治水部門，加強防治水專業技術人員的培養，做好相關的設施設備與技術資料的收集，并通過專業的技術人員與勘察設備對水害進行針對性的評估預測，其次，做好探放水工作，尤其是當鉆孔進行到工作面時，對井下可能存在的隱伏導水等構造進行充分探查定位，最后，建立定期檢查巡邏制度，對地表導水裂隙或者通道進行檢查回填，建立相應的預防預報機制，尤其是存在雨季氣候的地區，對開采工作進行動態監控，及時發現水害隱患并采取有效措施進行消除。

4 煤礦帶壓開采技術發展方向

隨著信息化與數字化技術的發展，煤礦帶壓開采技術的未來發展方向將集中在以下幾個方面。首先，在安全開采的可靠性分析上，其評價方法將會有更多的發展，目前主流的突水系數法在實際使用中忽略了現實中的不確定因素，如對保護層失效模式的考慮；其次，三維建模技術將會更多的應用到煤炭帶壓開采技術中，通過3D模型對地質特征進行建模，從而以真實地貌的形式對其進行表現將會促進煤礦勘察的準確性；最后，通過數據倉庫數據挖掘技術對煤層底板突水規律進行掌握與分析，這種手段將是未來煤礦安全評價中的主要方式。

5 結束語

煤礦帶壓開采技術是一項綜合性的開采技術，隨著露天煤炭資源的日益減少，其開采方式將逐漸縱深化，而煤層底板高壓水將會是煤炭開采過程中的主要威脅因素，因此，帶壓開采技術將會成為未來煤礦開采的技術依托。

參考文獻

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