深部煤层开采矿井防治水技术研究

葛 亮

(山西省阳煤集团裕泰煤业有限公司，山西 阳泉 045000)

0 引言

煤炭是社会发展的第一动力来源，与社会发展的各个方面都存在着联系。随着煤炭开采技术不断发展，煤炭开采逐步向着深层次、高质量的方向转变，煤炭开采技术在实践中不断创新，同时也要保障矿井生产的安全性。由此，依据现代煤层深度开采的技术运用需求，寻求深部煤层开采的防治水技术，成为现代煤炭开采的安全技术保障。

1 我国深部煤层开采的现状

我国是资源应用大国，尤其是煤炭资源应用，更处于国际资源应用的前列，随着国家综合实力的不断提升，国内深部煤层开采技术也已逐步发展，表1为2014～2016年，国内深部煤层开采相关数据。

表1 2014～2016年国内深部煤层开采相关数据归纳表

结合表1中数据分析可知，2014～2016年以来，我国深层煤矿开采总体水平呈现综合上升的发展趋势，其中深层煤矿开采率在3年之间增加了9%，开采设备的更新率从66%增加至79%，其中变化较为突出的防水技术作为主要代表。该技术的综合研究效果增加7%，此外，我国近3年煤矿开采水害事故发生比率也降低6%；但从我国煤矿开采的单一层面来看，煤矿开采依旧存在不足，一方面，2015～2016年煤矿开采中煤层开采率、煤矿采集设备更新率、深部煤层矿井防水技术更新率、深部煤层矿井事故率分别增加：9%、6%、2%、1%，同比2014～2015年的数据变化分别减少：3%、5%、3%、4%。我国深部煤层挖掘转型期间的发展效果受到影响，实现现代煤矿开采与资源应用相适应，依旧需要不断地进行技术探究。

2 深部煤层开采矿井水害的原因分析

2.1 地质环境原因

与浅部掩藏的煤层相比，深部煤层具有掩埋深、煤层间密度小的特征。深部煤层一般与山体之间相互交结，处于山体脊背外侧，这种山体形态，与地下水源存贮属于上下层连接的关系，是核心岩石外部支撑的主要延伸点。采矿人员实施深部煤层挖掘时，如果不能对煤层挖掘的外部地理环境做出精确的分析，很容易触碰到山体的“雷区”，导致山体中岩石层与地下水层之间的过渡段坍塌沟通含水层，就会发生深部煤层开采水害。

2.2 开采技术原因

一般而言，深部煤层矿井开拓前，技术人员要对开采区域实行综合考察，制定探水钻孔位置，实行矿井开采防水治理工作部署。但随着深层煤矿开采工程不断实施，原有的矿井开采防护数据随采深不断变化，开采人员在工作时，忽略了深层煤层开采水层与煤层之间的关系，很容易出现利用老数据操作，破坏了地下岩层的支持结构，发生矿井水害事故。

3 深部煤层开采矿井防治水技术探究

深部煤层开采矿井防治水技术高效运用，除了具有系统性的煤层开采防治水方法，同时，也要做好充分利用多重条件，实现深部煤层矿井防治水技术全方位运作。

3.1 建立综合化的矿井防治水策略

深部煤层开采技术综合运用，建立综合化的矿井防治水策略体系是基础。国内深部煤层开采技术实施主要从降低煤炭开采内部水压、减少煤层底板破坏和增加煤层开采底板阻水能力进行规划[1]。

系统性检测：应用瞬变电磁技术，实行深部煤层开采层的系统性检测，将矿井底部检测到的信号通过电磁波传输到地面控制系统中。图1为煤炭开采中深部煤层矿井检测的数据信号传输图。直流信号波能按照矿井底设计界面，检测深部矿井中矿岩体信息，并实行信号反馈。

图1 深部煤层矿井检测的数据信号传输图

检测区域划分：检测人员按照反馈数据波，将系统检测区域分为富水区、贫水区、中水区，再进一步检测深层矿井中水层的活跃性。本次检测的结果为：富水区水深700 m，与煤矿开采层的距离为120 m富水区中心以5 m半径的圆形区域中水层活跃性较大，其余部分相对稳定；贫水区深300 m，与煤矿开采层的距离为140 m区域中数量较少，水层总体相对稳定；中水区深500 m，与煤矿开采层的距离为127 m，该区域中水层结构呈现相互交错的分布结构，水层结构稳定，存在泄露的可能性为50%。

确定巷道设计：施工人员依据以上地质检测的相关数据，分别在富水区、贫水区、中水区所在的设计巷道中，为增加煤层开采底板阻水能力，将煤层开采的底板层厚度规划为：富水区中心5 m径圆内为35 m底板层，其余其余为30 m底板层；贫水区均铺设25 m厚度的底板层，中水层中采用30 m与25 m形底板层拼凑铺设，依据这种设计总体策略，引导深部煤层开采矿井防治水技术实施。

3.2 形成分布式的矿井防治水处理方案

为了进一步提升深部煤层开采的安全性，对自然性水害和人为性水害做出全面性预防，在综合结构设计策略的基础上，形成分布式矿井防治水处理技术设计。一方面，精确煤矿挖掘巷道设计，运用超声波物探技术作为第一波检测，按照系统反馈信号，应用钻探设备再次进行巷道检测，探测头将含有导水构造的预注浆结构实行注浆处理；在技术人员确定煤层与水层巷道间的管道位置后，固定位置，继续保持超前性挖掘，实现系统性的巷道安全检测；另一方面，实行井下煤矿挖掘、回采地面系统性镜面操作，应保持稳定的煤矿回采水压在-500～(-900)之间。如果开采人员发现矿井煤炭回采的水压低于或者高于稳定值时，及时启动矿井水压处理应急方案，系统停止煤炭开采运作[2]。

3.3 设定安全、准确的矿井防治水路线

深部煤层开采矿井防治水技术中，设定安全、准确的矿井防治水路线，实行系统性的煤矿效果处理，也是深部煤层开采矿井防治水技术有效运用的重要保障。现场实行深部煤层开采矿井开采的过程中，结合开采区域中水层分布结构图，在贫水区开凿另一条煤矿输送渠道，并按照中水区水体分布结构，建设了一条进地面逃生渠道。设计的煤矿应急处理和人员逃生路线，充分利用深部煤层地质结构；制定的安全应急预案，也为深部煤层开采矿井水害问题的有效应对提供了防护保障。

4 结语

深部煤层开采矿井防治水技术的思考，是实现社会资源综合利用的重要技术形式。在此基础上，现代深部煤层开采矿井防治水工作开展的综合归纳，提出矿井防治水综合分析、分布式设计、安全应急处理工作的系统性设计，为深部煤层开采矿井防治水技术发挥作用，提供了良好的向导。因此，浅析深部煤层开采矿井防治水技术，是现代煤炭开发技术创新应用的体现。