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我國煤礦水害防治技術現狀

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我國煤礦水害防治技術現狀

發布日期:2017-11-29 作者: 點擊:

我國煤礦技術服務現狀

煤礦水害是與瓦斯、火災、粉塵、動力地質災害并列的礦山建設和生產過程中的五大災害之一。我國煤礦地質、水文地質條件總體十分復雜,無論是受水害威脅的煤礦數量還是煤炭儲量均居于世界首位。據統計,受水害威脅的煤炭儲量約占探明儲量的27%,壓煤超過100億噸。

我國東部礦區采掘煤層圍巖處于高地壓、高地溫、高巖溶水壓復雜地質力學環境中,在采掘擾動下極易造成嚴重的底板巖溶突水事故。西部礦區在現代化、規模化、高強度開采條件下,已出現多起頂板涌水、潰砂和突然大量透水的新型水害事故,對煤礦安全生產構成了嚴重威脅。

煤礦水害防治一般可總結為“三測,三探”的預防技術,以及“防、堵、疏、排、截”五項綜合治理技術。

一煤礦水害技術服務

水患預防技術包括探測、預測、監測三個方面,即為我們常說的“三測”預防技術。

1.1探測技術手段

其中水害探測技術手段主要是指利用地球物理物探、工程鉆探、水文化探等技術手段(“三探”技術),針對形成突水的各類水源(如地表水、地下水、老空水等水體)或者突水通道(如導水斷層、陷落柱、采動裂縫等)進行災前識別與探測。

(1)物探技術

在煤礦水文地質條件條件探測中,物探是利用天然或人工建立的地球物理場的變化,在查明隱伏充水通道中可以發揮重要作用。目前,地面三維地震勘探是煤礦隱伏地質構造、不良地質體探查的最佳手段,地面電磁法在探測地下含水低阻地質體方面具有獨特優勢,如充水采空區、含水陷落柱等。井下直流電法、無線電坑透、瞬變電磁、地質雷達、瑞雷波、礦井遠距離地震探測技術與裝備的應用較廣。

(2)鉆探技術

用于煤礦水害防治的鉆探技術包括井下和地面兩種類型,使用的鉆探技術有常規回轉鉆進和定向鉆進技術。近年來取得較大進展的鉆探技術有精確定位與造斜分支鉆探技術、井下長距離近水平定向鉆探技術、地面大口徑定向鉆探技術等。定向鉆進技術以先進的隨鉆測控技術為依托,可對鉆孔軌跡進行實時測量和精確控制,使鉆孔在目的層位延伸或精確中靶。

(3)煤礦技術服務化探技術

水文地球化學探測技術是礦井水害防治工作中的一種重要手段,在礦井突水水源判別方面效果顯著。常規水化學分析主要從離子含量、礦化度、硬度、堿度、pH值、Eh值等進行分析。利用離子含量分析可以分析得出地下水的運移情況、水交替強度、水力聯系強弱等。除了常規水化學分析外,應用同位素理論與方法可以解決許多有關地下水的滲流問題,目前應用最多的環境同位素有D(2H)、T(3H)、18O,以及13C、14C等。

1.2煤礦水害預測技術

目前煤礦水害預測技術主要包括礦井涌水量預測和頂、底板突水預測。礦井涌水量預測計算方法主要有經驗公式法、解析法、數值法、人工智能法,其中經驗公式法、解析法、數值法在現場實際工作中應用較為廣泛。常用的突水預測方法包括:頂板透水“三圖-雙預測”法;底板突水“脆弱性指數”法、“突水系數”法、 “五圖-雙系數”法等。

1.3煤礦水害監測預警技術

水害監測預警技術,使水害孕育形成全過程始終在處于有效監控之中,一旦發生突水,迅速啟動應急救援預案,最大限度地減少突水事故所造成的人員傷亡及經濟損失具有重大意義。因而,水害監測預警系統是煤礦防治水技術體系的重要組成部分。從監測環境上,頂板或底板水的監測可分為地面監測和井下監測;按照監測對象的不同,可分為地下水動態監測和突水監測;從監測條件上,可分為自然條件下監測和采礦條件下監測。在國內,已開發了一系列突水監測數據采集系統、數據處理技術和相關軟件。此外,在監測方法上,提出了監測中間指示層地下水位方法;在監測指標上,常用的預警指標有水量、水壓、水溫和水質等。


二煤礦水害治理技術

煤礦水害治理技術是根據具體的礦井水文地質條件和水害類型與特點,通過綜合的水害防治設備和工程,對水害進行治理的技術方法。根據煤礦水害的治技術根據水害發生的階段可分為水害隱患預治理和災后治理技術兩個方面。

2.1煤礦水害隱患治理技術

《煤礦防治水規定》第一章總則第三條規定,煤礦采取“防、堵、疏、排、截”的綜合治理措施。其中“防”主要指合理留設各類防隔水煤(巖)柱和修建各類防水閘門或防水墻等,“堵”主要指注漿封堵具有突水威脅的含水層或導水斷層、裂隙和陷落柱等導水通道;“疏”主要指探放老空水和對承壓含水層(如華北地區奧灰水)進行疏水壓;“排”主要指完善礦井排水系統,排水管路、水泵、水倉和供電系統等必須配套;“截”主要指加強地表水(河流、水庫、洪水等)的截流治理,五項治理措施是水害治理的基本技術方法。

目前受探查技術手段的限制、疏干經濟合理性以及水資源保護的要求,對于底板奧灰水防治,一般的防治手段從增加隔水層的阻隔水能力的“堵”水技術入手。

主要的對策包括底板隔水層改造,奧灰頂板富水性探查、利用可行性研究、奧灰上部改造等。

工程手段包括井下單一工作面薄層灰巖注漿改造、井下若干采區薄層灰巖注漿改造、地面薄層灰巖采區注漿改造、注漿帷幕等措施。目前應用較廣的隱患治理技術包括煤層底板注漿加固與改造技術、井筒預注漿技術、構造預注漿技術及帷幕注漿技術等;利用和改造奧灰頂部地層作為底板水害防治的新技術、新方法,在國內多個礦區(華北、淮北等)目前正在進行實踐,取得了良好的效果。

2.2煤礦技術服務之煤礦水害災后治理技術

近年來取得較大發展的災后治理技術有災害治理前期的導水通道綜合物探探查技術、導水通道定向導斜與分支鉆探技術,以及災后重大水害致災源精細探測、巷道阻水墻和陷落柱止水塞建造技術等高效治理和快速搶險技術等方面取得了長足發展。主要包括煤礦采區三維地震資料的地質動態解釋技術,煤礦井下掘進工作面前方水害隱患直流電法超前探測方法,煤礦回采工作面頂底板富水區音頻電透視技術與裝備,順硬巖含水層頂水鉆進成孔工藝及定向長鉆孔注漿技術體系,動水條件下封堵過水通道的控制注漿組合鉆具及工藝等。水害應急救援裝備的發展主要集中在大型潛水泵追排水技術、快速鉆進技術、大口徑救援鉆孔技術及快速注漿封堵救援技術等方面。


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