带压开采技术在曙光煤矿的应用
【摘要】针对曙光煤矿井田的水文地质特征，对井田内主要可采煤层进行了带压开采可行性分析，然后制定了一系列带压开采防治水技术。实践表明，这些技术是可行的，带压开采取得了成功。
【关键词】带压开采；防治水技术；应用
汾西矿业（集团）有限责任公司曙光煤矿井田主要位于山西省中部孝义市，井田内含煤地层主要为二叠系下统山西组、石炭系上统太原组。含煤地层共含煤19层，煤层编号自上而下为、1上、1、1下、2上、2、2下、3上、3、4、5上、5、6、7上、7、8、8下、9、10+11和12号，其中全区发育之稳定可采煤层有4层，为山西组2、3号和太原组9+10、11号，其余为不可采煤层。井田内含水层分为三种类型：松散岩孔隙含水层、碎屑岩裂隙含水层及碳酸盐岩岩溶裂隙含水层。其中前两种含水层单位涌水量较小，对开采影响不大，只有碳酸盐岩岩溶裂隙含水层单位涌水量较大，是煤层开采中需要重点注意的含水层。这一类型的含水层主要有石炭系上统太原组碳酸盐岩岩溶裂隙含水层和奥陶系、寒武系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层。
1、带压开采可行性分析
井田内太原组含水层水、奥陶系含水层水均属于承压含水层水，它们的承压水头高度均高于主要可采的2、3号煤层的底板标高。奥陶系含水层水位高于9、10+11号煤层的底板标高。太原组含水层仅表现为高水头，通过抽水试验结果表明，含水层富水性总体表现为弱富水性，而且块段性特征比较明显，补给条件差，易于疏干与降压，对煤层开采影响有限，井田内山西组的2、3号煤矿床属于疏干型开采煤层；井田内的9、10+11号煤层属于带压开采型煤层，对煤层开采影响有较大危害性的地下水为中奥陶系石灰岩岩溶含水层水，不仅表现为高水头，而且含水层富水性局部较好，但补给条件也较差，因此含水层的主要以静储量为主，井田范围内依据概算的10、11号煤奥灰涌水量，可以采取疏排与降压的方法开展防治水工作。
1.1 2、3号煤层带压开采可行性分析
对于2、3号煤层，因其底板至太原组灰岩顶界厚度分别是9.3～26.39m、2.6～14.1m。底板破坏产生的扰动带为20.25～24.11m，平均为22.18m。不论在考虑底板扰动破坏带高度还是不考虑的情况下，太原组含水层对2、3号煤层的突水系数都很大。但在疏干和降压下可以安全开采。
对于2、3号煤层，因其底板至奥陶系顶界存在于243.818 m～524.708m之间、平均厚度达117.39左右，底板破坏产生的扰动带为20.25～24.11m，平均为22.18m，2号煤层隔水层厚度为100.595～150.74 m，平均为120.376m，3号煤层隔水层厚度94.78～138.64m，平均111.295m，这种结构性隔水岩组将产生强力阻隔效应，而且井田内未发现大的断裂构造和大的岩溶陷落柱构造，井田构造总体为简单，因而尽管压范围大，但设计采区均处于奥灰突水系数小于0.06MPa/m的安全区内，而且底板扰动形成的破坏带高度远远小于隔水层厚度，能够实现带压安全开采。
1.2 9、10+11号煤层帯压开采可行性分析
对于太原组9、10+11号煤层，井田西部随着煤层埋深的增加，带压程度逐渐加大，9号煤层底板至奥陶系顶界的距离为30.435～58.185 m，平均为40.016m；煤层开采底板扰动导水破坏带深度值为20.94～24.79m，平均为22.87m，有效隔水层的厚度为5.645～33.365 m，平均值为16.226m，安全隔水层厚度为4.385m；隔水层厚度薄弱点的分布位于井田中的补13-2钻孔附近，有效隔水层为5.645m，大于计算所得的安全隔水层厚度，因此在不存在大的断裂构造与岩溶陷落柱的情况下，一般不会发生底板突破现象。而10+11号煤层部分钻孔附近有效隔水层厚度为0，极易在矿山压力的作用下形成破碎带导通下层奥灰岩溶水，故应在这些地方做好充分的防水措施。
2、带压开采防治水技术
带压开采防治水工作分为巷道掘进前、巷道掘进过程、工作面回采前和工作面回采过程中四个阶段。各阶段防治水工作各有重点，分步骤施行。
2.1巷道掘进前阶段
该阶段的防治水工作重点是：地面补充勘探，完善井下防排水系统，完成注浆系统建设，做好各项准备工作。
(1)首采区水文地质补充勘探。通过钻探、化探、（抽）放水试验查清矿井首采区水文地质条件，选用对地质构造探查和解译精度较高的三维地震勘探技术及地面瞬变电磁技术对首采区域进行补充勘探。
(2)工作面防排水系统。按照《煤矿防治水规定》相关要求，建立完善防排水系统，包括矿井排水系统，及工作面掘进过程临时排水系统。排水系统满足正常涌水量符合矿井排水要求，并且排水能力应具备一定的抗灾能力。
(3)注浆系统建设。注浆既是快速封堵井下突水点，亦是改造底板富水区或薄弱带的有效方法，是带压开采重要防治水技术。左则沟需要建立井下注浆系统，以满足带压开采对注浆工作的需求。
(4)其它各项准备工作。完善防治水指挥机构，明确人员及岗位分工。各项防治水工程指定施工队伍，确保巷道掘进前钻探、防排水、注浆系统以及各项准备工作就绪。
2.2巷道掘进过程中
巷道掘进阶段的防治水工作重点是在地面物探的基础上，利用井下直流电法进行超前探测，并针对综合物探异常区进行钻探超前探查。底板水害的防治重点是对导水构造的探查和防治，以物探先行钻探跟进的方法对掘进头前方进行超前探测，对钻探查明的异常根据其特点进行处理。巷道掘进要根据钻探探查结果设置充分的超前距。首先采用直流电法超前探测技术，对掘进头前方进行超前探测，若存在低阻异常区，采用钻探手段进行探查验证，对钻探验证查明的导水构造，采用注浆加固的方式进行治理，方可继续掘进。若掘进头前方未发现低阻异常区，则保持30m的超前距离正常掘进。对确认的垂向导水构造进行注浆加固，可防止巷道底板及侧帮滞后突水。对掘进头前方及已掘巷道直流电法勘探的过程，也是对煤层底板含水层富水性特征的探查研究过程。若经探测分析认为无异常，则应保留30m的超前距继续掘进。若探测认为有异常，要及时分析产生异常的原因，判别异常可能对应的地质构造形式，并超前打钻确定地质构造的含、导水性，结合地质分析进一步确定该导水构造对巷道及工作面的危害程度。
2.3工作面回采前
工作面形成后，采用音频电透视、高分辨直流电法对工作面底板进行综合探测，对工作面底板构造及富水性进行评价，并圈定可能的突水危险区。通过钻探探查验证物探探测异常区。施工探放水和注浆加固钻孔，注浆加固的目的层位为煤层底板至奥灰隔水层段，加固区域为断层附近底板裂隙发育区及其它突水系数大于0.06MPa/m的区域和物探异常区，加固层段位于2号煤煤层底板下泥岩和砂质泥岩段，注浆加固针对物探异常区进行。工作面注浆工程结束后可通过物探和检查钻孔进行煤层底板注浆加固效果的检验。
2.4工作面回采过程中
工作面回采过程中，要加强各项防治水工作，密切关注工作面出水水量及出水特征，及时分析可能出现的水害。可以在工作面回采过程中，布置煤层底板突水预警监测系统，实现水害的实时预警。
3、结束语
通过采取以上防治水措施，曙光煤矿带压开采取得了成功。开采过程中没有发生突水事故，为安全高效回采提供了保障。
参考文献
[1]赵铁锤等.全国煤矿典型水害案例与防治技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,007
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