深部煤層開采礦井防治水技術研究

葛 亮

(山西省陽煤集團裕泰煤業有限公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

煤炭是社會發展的第一動力來源，與社會發展的各個方面都存在著聯系。隨著煤炭開采技術不斷發展，煤炭開采逐步向著深層次、高質量的方向轉變，煤炭開采技術在實踐中不斷創新，同時也要保障礦井生產的安全性。由此，依據現代煤層深度開采的技術運用需求，尋求深部煤層開采的防治水技術，成為現代煤炭開采的安全技術保障。

1 我國深部煤層開采的現狀

我國是資源應用大國，尤其是煤炭資源應用，更處于國際資源應用的前列，隨著國家綜合實力的不斷提升，國內深部煤層開采技術也已逐步發展，表1為2014～2016年，國內深部煤層開采相關數據。

表1 2014～2016年國內深部煤層開采相關數據歸納表

結合表1中數據分析可知，2014～2016年以來，我國深層煤礦開采總體水平呈現綜合上升的發展趨勢，其中深層煤礦開采率在3年之間增加了9%，開采設備的更新率從66%增加至79%，其中變化較為突出的防水技術作為主要代表。該技術的綜合研究效果增加7%，此外，我國近3年煤礦開采水害事故發生比率也降低6%；但從我國煤礦開采的單一層面來看，煤礦開采依舊存在不足，一方面，2015～2016年煤礦開采中煤層開采率、煤礦采集設備更新率、深部煤層礦井防水技術更新率、深部煤層礦井事故率分別增加：9%、6%、2%、1%，同比2014～2015年的數據變化分別減少：3%、5%、3%、4%。我國深部煤層挖掘轉型期間的發展效果受到影響，實現現代煤礦開采與資源應用相適應，依舊需要不斷地進行技術探究。

2 深部煤層開采礦井水害的原因分析

2.1 地質環境原因

與淺部掩藏的煤層相比，深部煤層具有掩埋深、煤層間密度小的特征。深部煤層一般與山體之間相互交結，處于山體脊背外側，這種山體形態，與地下水源存貯屬于上下層連接的關系，是核心巖石外部支撐的主要延伸點。采礦人員實施深部煤層挖掘時，如果不能對煤層挖掘的外部地理環境做出精確的分析，很容易觸碰到山體的“雷區”，導致山體中巖石層與地下水層之間的過渡段坍塌溝通含水層，就會發生深部煤層開采水害。

2.2 開采技術原因

一般而言，深部煤層礦井開拓前，技術人員要對開采區域實行綜合考察，制定探水鉆孔位置，實行礦井開采防水治理工作部署。但隨著深層煤礦開采工程不斷實施，原有的礦井開采防護數據隨采深不斷變化，開采人員在工作時，忽略了深層煤層開采水層與煤層之間的關系，很容易出現利用老數據操作，破壞了地下巖層的支持結構，發生礦井水害事故。

3 深部煤層開采礦井防治水技術探究

深部煤層開采礦井防治水技術高效運用，除了具有系統性的煤層開采防治水方法，同時，也要做好充分利用多重條件，實現深部煤層礦井防治水技術全方位運作。

3.1 建立綜合化的礦井防治水策略

深部煤層開采技術綜合運用，建立綜合化的礦井防治水策略體系是基礎。國內深部煤層開采技術實施主要從降低煤炭開采內部水壓、減少煤層底板破壞和增加煤層開采底板阻水能力進行規劃[1]。

系統性檢測：應用瞬變電磁技術，實行深部煤層開采層的系統性檢測，將礦井底部檢測到的信號通過電磁波傳輸到地面控制系統中。圖1為煤炭開采中深部煤層礦井檢測的數據信號傳輸圖。直流信號波能按照礦井底設計界面，檢測深部礦井中礦巖體信息，并實行信號反饋。

圖1 深部煤層礦井檢測的數據信號傳輸圖

檢測區域劃分：檢測人員按照反饋數據波，將系統檢測區域分為富水區、貧水區、中水區，再進一步檢測深層礦井中水層的活躍性。本次檢測的結果為：富水區水深700 m，與煤礦開采層的距離為120 m富水區中心以5 m半徑的圓形區域中水層活躍性較大，其余部分相對穩定；貧水區深300 m，與煤礦開采層的距離為140 m區域中數量較少，水層總體相對穩定；中水區深500 m，與煤礦開采層的距離為127 m，該區域中水層結構呈現相互交錯的分布結構，水層結構穩定，存在泄露的可能性為50%。

確定巷道設計：施工人員依據以上地質檢測的相關數據，分別在富水區、貧水區、中水區所在的設計巷道中，為增加煤層開采底板阻水能力，將煤層開采的底板層厚度規劃為：富水區中心5 m徑圓內為35 m底板層，其余其余為30 m底板層；貧水區均鋪設25 m厚度的底板層，中水層中采用30 m與25 m形底板層拼湊鋪設，依據這種設計總體策略，引導深部煤層開采礦井防治水技術實施。

3.2 形成分布式的礦井防治水處理方案

為了進一步提升深部煤層開采的安全性，對自然性水害和人為性水害做出全面性預防，在綜合結構設計策略的基礎上，形成分布式礦井防治水處理技術設計。一方面，精確煤礦挖掘巷道設計，運用超聲波物探技術作為第一波檢測，按照系統反饋信號，應用鉆探設備再次進行巷道檢測，探測頭將含有導水構造的預注漿結構實行注漿處理；在技術人員確定煤層與水層巷道間的管道位置后，固定位置，繼續保持超前性挖掘，實現系統性的巷道安全檢測；另一方面，實行井下煤礦挖掘、回采地面系統性鏡面操作，應保持穩定的煤礦回采水壓在-500～(-900)之間。如果開采人員發現礦井煤炭回采的水壓低于或者高于穩定值時，及時啟動礦井水壓處理應急方案，系統停止煤炭開采運作[2]。

3.3 設定安全、準確的礦井防治水路線

深部煤層開采礦井防治水技術中，設定安全、準確的礦井防治水路線，實行系統性的煤礦效果處理，也是深部煤層開采礦井防治水技術有效運用的重要保障。現場實行深部煤層開采礦井開采的過程中，結合開采區域中水層分布結構圖，在貧水區開鑿另一條煤礦輸送渠道，并按照中水區水體分布結構，建設了一條進地面逃生渠道。設計的煤礦應急處理和人員逃生路線，充分利用深部煤層地質結構；制定的安全應急預案，也為深部煤層開采礦井水害問題的有效應對提供了防護保障。

4 結語

深部煤層開采礦井防治水技術的思考，是實現社會資源綜合利用的重要技術形式。在此基礎上，現代深部煤層開采礦井防治水工作開展的綜合歸納，提出礦井防治水綜合分析、分布式設計、安全應急處理工作的系統性設計，為深部煤層開采礦井防治水技術發揮作用，提供了良好的向導。因此，淺析深部煤層開采礦井防治水技術，是現代煤炭開發技術創新應用的體現。