摘要：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与生产过程中的五大安全灾害之一。随着我国经济的快速发展，生产活动对能源的需求越来越多，煤炭资源作为一种固体化石能源，在能源结构中占有很大比重，在国民经济发展中占有重要地位。随着煤炭资源的大量开采，浅部资源开采殆尽，大部分矿区都将面临向深部延伸和开采下组煤的现实问题。然而，深部煤层的开采，受到其下部灰岩含水层水的严重威胁，面临底板突水的危险。
关键词：深部矿井；水害治理；对策
我国的煤炭资源在浅部的储量逐渐减少，煤矿开采已逐步由浅部向深部转移，然而随着煤矿开采深度的延伸，煤矿开采环境较之以前的浅部开采有很大的不同，隐伏构造探查、治理难度明显加大，中等采深以浅矿井防治水经验与做法已不能适应矿井深部煤层安全开采需要。因此，有必要对煤矿深部开采水害治理技术存在的问题进行分析，并提出一些关键技术解决方案及研究方向，以更好地促进煤矿安全生产。
一、深部矿机水害产生的因素
通过对现场测试结果分析并结合他人研究成果，总结出影响煤层底板突水的主要因素包括：煤层埋藏深度、工作面跨度、煤层底板的岩性及组合类型、地质构造及底板承受的水压等。
1.煤层埋藏深度的影响
地下岩体在采动以前，山于重的作用在其内部引起的应力，通常称为原应力。幵采前的岩体处于应力平衡状态，巧幵掘巷道或进行问采工作吋，破坏了原有的应力平衡状态，引起忠体内部应力的重新分布，直到到煤岩内部重新达到新的应力平衡为止。煤层的埋深直接影响了岩体重应力的大小，埋深越大，煤层上覆若体的內重应力就越大，采场岩体应力重分布时造成的底板破坏程度就越严重，从而大大降低了底板有效隔水层的厚度。当水力超过隔水层的阻水能力，就会导致突水事故的发生。
2.工作面跨度的影响
在同样的开采条件，采掘工作面跨度越大，工作面周围的支撑力也就越高，从而造成应力的高度集中。当应力向煤层底板转移后，极易造成采空区区域内的煤层底板变形破坏。工作面的宽度是可以依靠人为因素去控制的，因此在今后的开采过程中，可以适当的减小工作面的布置宽度，从而降低煤层底板的破坏深度，预防突水事故发生。
3.煤层底板的岩性及组合类型、地质构造
首先底板岩性及组合特征的影响，煤层底板的厚度、岩性及其组合特征对防止底板突水起着重要作用。底板岩层附水性能越好，受采动和水、影响越小，底板突水就越不容易发生。底板隔水岩层隔水质量好坏并不能决定底板是发生突水，它只是反映发生底板突水可能性的大小。在常的地质条件，隔水层厚度越大的地段，突水的可能性越小。但是在隔水层厚度相同的条件下，底板岩层的岩性及其组合特征、地质构造等因素对底板岩层的附水性能都有不同程度的影响，这就需要在综合分析各影响因素的基础：对底板隔水层隔水质量的好坏作出客观的评价。底板隔水是山不同岩性的岩层组成的，不同岩性的岩层其岩体结构与力学性质不。坚硬性脆的岩层抗变形能力强，易产生裂隙但不容易被水冲刷扩大，隔水性能较差。软岩层抗变形能力弱，受力后易发生塑性变形，不易形成裂隙，隔水性能较好；就是形成裂隙，因破裂结构面碎屑物较多，裂隙的透水性也较差。因此不同的岩性组合对底板岩层的阻水性能的影响不同，如果底板岩层由软硬相问的岩层组成，则能互相弥补各自的缺，提底板岩运的阻水能力。
同时地质构造也存在一定的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆底板地质构造是造成煤层底板突水的重要因素，也是底板承水进入工作面的主要突水通道。导水构造的存在破坏了底板隔水层的强度和完整性，增大了底板突水机率。井内有可能成为突水通道的地质构造包括：导水断层、导水陷落柱和采煤引起的导水裂隙。
4.底板承受的水压
底板地质构造是造成煤层底板突水的重要因素，也是底板承水进入工作面的主要突水通道。导水构造的存在破坏了底板隔水层的强度和完整性，增大了底板突水机率。井内有可能成为突水通道的地质构造包括：导水断层、导水陷落柱和采煤引起的导水裂隙。
二、深部矿井水害防治原则
一是以基础水文地质工作为平台，井上探查手段以物探为主，钻探为辅；井下探测手段物探先行，钻探验证，井上下探测、监测与水文地质试验紧密结合；
二是防治水工程与矿井采掘工程相结合，防治水工程方案优化与经济效益相结合，选择经济有效、对矿井生产进度影响较小的防治水工程技术；
三是防治水工程与水资源的合理利用相结合，在防治矿井水害、合理受控疏放地下水的同时，注意对地下水资源和地表水体的保护，满足节能减排的要求。
三、深部矿井水害防治策略
1.超前探测与防治
在巷道掘进前，首先采用综合物探手段对掘进头前方含导水构造和其他水体进行超前探测，圈定地质异常体。鉴于物探结果的多解性，在超前探测时应采用直流电法、瞬变电磁法、音频电穿透视法等等多种物探方法进行互相印证，以提高探测结果的可靠性。经过长期实践后，逐步探索适合该井田实际情况的超前探测方法。
工作面形成后回采前采用坑透、直流电法、瞬变电磁和音频电穿透视法等综合物探手段，查明工作面影响范围内隐伏构造、富水异常区及底板薄弱地带，并利用钻探对查明导水构造、富水异常区进行验证。对已经验证的导水构造、富水异常区和底板薄弱地带进行局部注浆加固，加固过程和要求在满足《煤矿防治水规定》的基础上，局部注浆加固完成后，必须进行加固效果的检验，满足加固要求后方可进行下一步工作，否则应进行局部再次注浆加固，直至满足要求为止。
2.填充开采技术的使用
充填开采法是将煤矸石、粉煤灰等固体废弃物作为主要充填材料，并添加一定数量的速凝剂形成一定强度的混合物，充填到采空区中以替代被开采的煤层。一方面可以减少矸石的排放，另一方面可以控制岩层移动来减缓开采沉陷，实现建筑物下压煤开采和保护土地资源。此外，现场试验表明，充填开采与传统的顶板垮落法相比可以明显的降低煤层底板破坏程度，减小对底板有效隔水层阻水能力的影响，从而降低煤层底板突水的风险。经过几十年的发展，目前充填开采技术已经比较成熟。
3.煤层底板注浆加固
疏水降压和充填开采均为间接降低底板突水的措施，主要通过降低水压和减少煤层底板破坏，达到减小底板突水风险的目的。煤层底板注浆加固是通过采前注浆手段，充填和胶结底板岩层中的裂隙，将煤层底板改造为真正意义的隔水层，以增大底板隔水层的强度、提高底板隔水层的阻水能力。此外，利用底板注浆加固技术还可以封堵底板原生导水裂隙、导水断层、导水陷落柱等，阻断煤系中各含水层水与地层水之间的水力联系，最终降低煤层底板突水的风险。
三、小结
煤炭深部开采受到底板水害威胁严重，区域治理技术是降低底板突水危险性的有效技术手段。笔者以邯邢矿区水害区域治理工程为例，介绍了深部开采矿井水害区域治理关键技术与研究方向，提出了在钻探及注浆工艺等方面亟待解决的问题。同时笔者认为针对深部奥灰岩溶发育特征、定向钻井、可控注浆及水文地质信息综合判识等技术开展系统性研究，能够改善区域治理技术有效性和针对性，提升底板水害治理技术的科学性。
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论文作者:刘江平
论文发表刊物:《防护工程》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/3
标签：底板论文; 煤层论文; 水害论文; 岩层论文; 水层论文; 工作面论文; 应力论文; 《防护工程》2017年第25期论文;