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我国煤矿水害防治技术现状

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我国煤矿水害防治技术现状

发布日期:2017-11-29 作者: 点击:

我国煤矿技术服务现状

煤矿水害是与瓦斯、火灾、粉尘、动力地质灾害并列的矿山建设和生产过程中的五大灾害之一。我国煤矿地质、水文地质条件总体十分复杂,无论是受水害威胁的煤矿数量还是煤炭储量均居于世界首位。据统计,受水害威胁的煤炭储量约占探明储量的27%,压煤超过100亿吨。

我国东部矿区采掘煤层围岩处于高地压、高地温、高岩溶水压复杂地质力学环境中,在采掘扰动下极易造成严重的底板岩溶突水事故。西部矿区在现代化、规模化、高强度开采条件下,已出现多起顶板涌水、溃砂和突然大量透水的新型水害事故,对煤矿安全生产构成了严重威胁。

煤矿水害防治一般可总结为“三测,三探”的预防技术,以及“防、堵、疏、排、截”五项综合治理技术。

一煤矿水害技术服务

水患预防技术包括探测、预测、监测三个方面,即为我们常说的“三测”预防技术。

1.1探测技术手段

其中水害探测技术手段主要是指利用地球物理物探、工程钻探、水文化探等技术手段(“三探”技术),针对形成突水的各类水源(如地表水、地下水、老空水等水体)或者突水通道(如导水断层、陷落柱、采动裂缝等)进行灾前识别与探测。

(1)物探技术

在煤矿水文地质条件条件探测中,物探是利用天然或人工建立的地球物理场的变化,在查明隐伏充水通道中可以发挥重要作用。目前,地面三维地震勘探是煤矿隐伏地质构造、不良地质体探查的最佳手段,地面电磁法在探测地下含水低阻地质体方面具有独特优势,如充水采空区、含水陷落柱等。井下直流电法、无线电坑透、瞬变电磁、地质雷达、瑞雷波、矿井远距离地震探测技术与装备的应用较广。

(2)钻探技术

用于煤矿水害防治的钻探技术包括井下和地面两种类型,使用的钻探技术有常规回转钻进和定向钻进技术。近年来取得较大进展的钻探技术有精确定位与造斜分支钻探技术、井下长距离近水平定向钻探技术、地面大口径定向钻探技术等。定向钻进技术以先进的随钻测控技术为依托,可对钻孔轨迹进行实时测量和精确控制,使钻孔在目的层位延伸或精确中靶。

(3)煤矿技术服务化探技术

水文地球化学探测技术是矿井水害防治工作中的一种重要手段,在矿井突水水源判别方面效果显著。常规水化学分析主要从离子含量、矿化度、硬度、碱度、pH值、Eh值等进行分析。利用离子含量分析可以分析得出地下水的运移情况、水交替强度、水力联系强弱等。除了常规水化学分析外,应用同位素理论与方法可以解决许多有关地下水的渗流问题,目前应用最多的环境同位素有D(2H)、T(3H)、18O,以及13C、14C等。

1.2煤矿水害预测技术

目前煤矿水害预测技术主要包括矿井涌水量预测和顶、底板突水预测。矿井涌水量预测计算方法主要有经验公式法、解析法、数值法、人工智能法,其中经验公式法、解析法、数值法在现场实际工作中应用较为广泛。常用的突水预测方法包括:顶板透水“三图-双预测”法;底板突水“脆弱性指数”法、“突水系数”法、 “五图-双系数”法等。

1.3煤矿水害监测预警技术

水害监测预警技术,使水害孕育形成全过程始终在处于有效监控之中,一旦发生突水,迅速启动应急救援预案,最大限度地减少突水事故所造成的人员伤亡及经济损失具有重大意义。因而,水害监测预警系统是煤矿防治水技术体系的重要组成部分。从监测环境上,顶板或底板水的监测可分为地面监测和井下监测;按照监测对象的不同,可分为地下水动态监测和突水监测;从监测条件上,可分为自然条件下监测和采矿条件下监测。在国内,已开发了一系列突水监测数据采集系统、数据处理技术和相关软件。此外,在监测方法上,提出了监测中间指示层地下水位方法;在监测指标上,常用的预警指标有水量、水压、水温和水质等。


二煤矿水害治理技术

煤矿水害治理技术是根据具体的矿井水文地质条件和水害类型与特点,通过综合的水害防治设备和工程,对水害进行治理的技术方法。根据煤矿水害的治技术根据水害发生的阶段可分为水害隐患预治理和灾后治理技术两个方面。

2.1煤矿水害隐患治理技术

《煤矿防治水规定》第一章总则第三条规定,煤矿采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施。其中“防”主要指合理留设各类防隔水煤(岩)柱和修建各类防水闸门或防水墙等,“堵”主要指注浆封堵具有突水威胁的含水层或导水断层、裂隙和陷落柱等导水通道;“疏”主要指探放老空水和对承压含水层(如华北地区奥灰水)进行疏水压;“排”主要指完善矿井排水系统,排水管路、水泵、水仓和供电系统等必须配套;“截”主要指加强地表水(河流、水库、洪水等)的截流治理,五项治理措施是水害治理的基本技术方法。

目前受探查技术手段的限制、疏干经济合理性以及水资源保护的要求,对于底板奥灰水防治,一般的防治手段从增加隔水层的阻隔水能力的“堵”水技术入手。

主要的对策包括底板隔水层改造,奥灰顶板富水性探查、利用可行性研究、奥灰上部改造等。

工程手段包括井下单一工作面薄层灰岩注浆改造、井下若干采区薄层灰岩注浆改造、地面薄层灰岩采区注浆改造、注浆帷幕等措施。目前应用较广的隐患治理技术包括煤层底板注浆加固与改造技术、井筒预注浆技术、构造预注浆技术及帷幕注浆技术等;利用和改造奥灰顶部地层作为底板水害防治的新技术、新方法,在国内多个矿区(华北、淮北等)目前正在进行实践,取得了良好的效果。

2.2煤矿技术服务之煤矿水害灾后治理技术

近年来取得较大发展的灾后治理技术有灾害治理前期的导水通道综合物探探查技术、导水通道定向导斜与分支钻探技术,以及灾后重大水害致灾源精细探测、巷道阻水墙和陷落柱止水塞建造技术等高效治理和快速抢险技术等方面取得了长足发展。主要包括煤矿采区三维地震资料的地质动态解释技术,煤矿井下掘进工作面前方水害隐患直流电法超前探测方法,煤矿回采工作面顶底板富水区音频电透视技术与装备,顺硬岩含水层顶水钻进成孔工艺及定向长钻孔注浆技术体系,动水条件下封堵过水通道的控制注浆组合钻具及工艺等。水害应急救援装备的发展主要集中在大型潜水泵追排水技术、快速钻进技术、大口径救援钻孔技术及快速注浆封堵救援技术等方面。


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