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浅析深部煤层开采矿井防治水技术

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：杨小全

[导读] 摘要：随着我国煤炭开采业迅速发展，为国家创造了巨大的社会和经济财富。

        华能庆阳煤电有限责任公司核桃峪煤矿 745306
        摘要：随着我国煤炭开采业迅速发展，为国家创造了巨大的社会和经济财富。但是，随着地质环境变得越来越复杂，煤矿的开采存在着重大的安全问题。矿井水防治是煤矿保护的重要方面，直接关系到煤矿的安全生产。随着现代煤矿开采范围的逐步扩大，深部矿井水防治技术的全面提升是满足煤炭资源开发需要的技术保障。在此基础上，结合我国深部开采的实际情况，分析了深部采煤水害的成因，并着重对防治技术进行了分析。
        关键词：深部煤层开采；矿井防治水；技术
        一、矿井水害的检测方法
        （一）瞬变电磁法
        瞬变电磁法利用次级场的空间特征来观察和研究目标，然后推论出目标的物理特征。该检测方法属于电磁感应类别。如果目标是低电阻物体，则可以更好地发挥瞬变电磁法的定性效果。在灵敏度方面，它也具有很大的优势。在此基础上，可以更准确地定位电阻率异常低的地质问题。研究表明，这种检测方法依靠巷道的横向检测，然后对工作面和巷道进行高级检测。使用此原理，您可以轻松确定矿区的富水区域并采取有效的预防措施。另外，采用瞬变电磁法扩大了检测范围，提高了工作效率，从而更准确地确定了异常含水量的位置和范围，如图1-1所示。

        图1-1 煤矿井下瞬变电磁探测图
        （二）井下直流电法
        充分利用地下水流理论和地下水流法的区别，建造完整的空间发电厂解决了煤矿的水文地质问题，这种方法也称为全空间电法。目前，该方法在矿山水文地质分层中得到了广泛的应用。在煤矿中，主要工作是对巷道底部进行测量，然后对工作面顶板和顶煤塞进行超前探测。在此基础上，解决了不同的问题。首先，在道路地面和100m含水层探测和引水面深度。同时，应确定含水层和含水层异常水体的厚度，高度和范围。其次，采用三层空间交会检测方法，了解了一定范围内岩石表观电阻率的变化。根据测试结果，可以预测该范围内的分流结构。一般来说，引水结构主要包括：断层，塌陷的柱，断裂的断裂带和采空区巷道。另外，通常增加幅度为80米。
        （三）音频电穿透视法
        在应用过程中，利用了电磁波在介质中的传播。具体地说，在电磁传播中，由于高电流强度，介电常数会有规律地变化。由此，更准确地计算出各贯通点的可视电阻率的关系，并根据计算结果绘制可视电阻率的平面剖面图。研究人员只需了解当地的地质条件，就可以推断出富水的性质，分布和空间形态。最后，推进煤矿防水工作，确保煤矿安全可靠的开采。通过合理利用声音点的透视法，可以为制定煤矿安全生产对策提供可靠的参考信息，达到煤矿安全生产的开发目标。这对于进一步了解煤矿音频穿透方案，实施煤矿音频穿透方案具有重要意义。
        二、我国深部煤层开采现状
        我国是资源利用大国，尤其是煤炭资源。随着国家综合实力的不断提高，国内深部煤矿开采技术已逐步发展起来。表1-1显示了2017年至2019年国内深层采矿的相关数据。
        表1-1 2017～2019年国内深部煤层开采相关数据归纳表

        根据表1-1的数据分析，2017～2019年以来，我国煤炭深部开采总体水平总体呈上升趋势。其中，深部煤矿三年开采率提高9%，采矿设备更新率由66%提高到79%。此外，近三年来，我国煤矿水害发生率也下降了6%，但从我国煤矿开采的单一水平来看，煤炭开采仍存在缺陷。一方面，从2017年到2018年，煤矿开采率，煤矿购置设备的更新率，深煤层防水技术的更新率，深煤层灾害率分别提高了9％，6％，2％和1％。与2018至2019年相比，数据变化分别减少了3％，5％，3％和4％。为了适应现代煤炭开采和资源利用，仍然需要不断的技术探索。
        三、深部煤层开采矿井水害的原因分析
        （一）地质环境原因
        与浅层煤层相比，深层煤层具有深度大，夹层密度低的特点。深层煤层通常在山脊外侧与山脉交叉。深部煤层通常与山脊外的山脉相交。山形与地下水储存相连，为核心外支撑的主要延伸点。矿工从事深部采煤时，如果不能准确分析采煤的外部地理环境，很容易到达山脉的“雷区”，导致岩层与地下水的过渡，对深部煤层开采造成水害。
        （二）开采技术原因
        一般来说，在开发深煤矿之前，技术人员必须对矿区进行全面调查，确定钻孔位置，准确掌握井田内地层、含水层相关特征，落实部署矿井防治水方案和措施。但随着深部煤矿工程的不断实施，原有的煤矿保护资料随着开采深度的变化而变化。在深部煤层开采中，矿工忽视了水体与煤层的关系。易于使用旧数据进行操作，破坏地下岩石层的支撑结构，并导致矿井洪水事故。
        四、深部煤层开采矿井防治水技术
        除了有系统的煤层开采防治水方法外，还要充分利用多种条件，实现深部煤层水防治技术的综合运用。
        （一）建立综合化的矿井防治水策略
        1.系统性检测
        瞬变电磁技术用于系统地探测深部煤层，地下探测到的信号通过电磁波传输到地面控制系统。图4-1是用于检测中深煤层的数据信号传输图。根据井底设计界面，直流信号波可以检测到深部矿山岩体信息并实现信号反馈。

        图4-1 深部煤层矿井检测的数据信号传输图
        2.检测区域划分
        根据反馈数据波形，将系统探测区域划分为富水区、贫水区和中水区，进一步探测矿井深层含水层的活动性，包括其分布范围，富水性强弱等，为深部煤层开采防治水技术提供基础保障。
        3.确定巷道设计
        基于上述地质调查资料，根据探测划分的富水区、贫水区和中水区，为了提高设计巷道的施工安全，防治出现大范围的涌水，巷道避免在富水区设计，考虑在贫水区和中心水区设计巷道，指导深部煤层开采的井水防治技术。
        （二）形成分布式的矿井防治水处理方案
        为了进一步提高煤矿深部开采的安全性，综合防治自然和人为水害，基于一体化结构设计策略，形成分布式矿井水处理工艺设计方案。一方面，精确的矿井设计，超声波地球物理技术作为第一波探测。根据系统的反馈信号，使用钻井设备再次检测，并将探头注入含水层。根据试验数据，技术人员确定煤层与含水层的距离及水位变化等相关参数，并继续保持掘进进度。另一方面，为了实现井下工作面镜像作业，必须将含水层中的水位变化设置预警值。当矿井含水层低于预警值时，应及时启动矿井水压处理应急预案，停止开采作业。
        （三）设定安全、准确的矿井防治水路线
        在深部煤层开采矿井水防治技术中，设置安全、准确的矿井水路通道，实施系统的矿井效果治理，也是矿井水防治技术在深部煤层开采中有效应用的重要保证。在深部煤层开采过程中，结合矿区含水层分布结构，在贫水区开挖了一条矿井运输通道，作为应急通道。
        结论
        随着社会经济的飞速发展，我国煤矿的开采规模不断扩大，并朝着深部开采的方向逐步发展。与其他工程不同，煤矿开采属于地下开采，受地质、水文、岩层、土壤等多种因素影响，存在较大的安全隐患。特别是在水的防治上，存在很大的困难，引起业界的广泛关注。在水防治过程中，要根据工程实际情况，在综合分析的基础上，采用更加合理、科学的技术，避免安全事故的发生。
        参考文献：
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        [3]刘利勤.近距离煤层开采综采工作面防治水技术研究[J].山东煤炭科技，2016（10）：147-148+153.