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水体下压煤开采灾害防治技术

2023
06/27
03:16
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根据水体下压煤的处理原则,解决水体下压煤问题的途径主要有顶水开采、疏干或疏降开采、顶疏结合开采、处理补给水源后开采、迁移水体开采和留设煤柱不采等方面。

一、顶水开采

顶水开采系指在水体与煤层之间保留一定厚度(或垂高)的安全煤岩柱而对水体不作任何处理情况下的开采。这里的安全煤岩柱是指为了保证矿井安全生产、防止水或泥砂溃入井巷而在水体下保留不采的煤层和岩层区段(块段)。安全煤岩柱有三种类型,即防水、防砂和防塌煤岩柱。顶水开采实际上包括完全顶水开采和部分顶水开采两种情况。在水体与煤层之间留设防水煤岩柱情况下的采煤属于完全顶水开采;在水体与煤层之间留设防砂或防塌煤岩柱情况下的采煤,对于远离煤层的上部水体可能是属于顶水开采,而对于靠近煤层的下部水体,则为疏干开采。

由于许多岩层具有天然的隔水性能,所以,只要适当地控制采动影响,在多数情况下,顶水开采可以使水体下采煤达到既安全又合理的目的。

顶水开采的优点是一般不增加矿井的额外涌水量,不增加排水设备;缺点是在某些情况下,煤炭资源损失率较大,而且在基岩含水层下采煤时,还有可能恶化作业条件。

二、疏干或疏降水体开采

疏干或疏降开采系指在开采前或开采过程中疏干(补给水源有限时)或疏降(补给水源无限时)地下含水层水位情况下的开采。根据我国水体下压煤开采经验,疏干或疏降水体开采可分为先疏后采和边疏边采两种情况,先疏后采是指预先对含水层进行疏干或疏降,然后再进行开采的作法,它一般适用于煤层直接顶板为含水层或回采上限接近第四系强含水松散层等情况;边疏边采则是指采煤与疏干或疏降同时进行的作法,它一般适用于砂岩或石灰岩岩溶含水层为煤层老顶以及回采上限接近第四系弱含水松散层等情况。

根据我国水体下压煤开采经验,疏干或疏降水体开采的具体方法主要有钻孔疏干或疏降、巷道疏干或疏降、巷道与钻孔联合疏干或疏降、回采疏干或疏降以及多矿井分区排水联合疏干或疏降等。

1.钻孔疏干或疏降

钻孔疏干或疏降就是在回采工作面的上、下顺槽或地面直接向煤层顶底板含水层打钻放水或抽排水,以疏干水体或降低含水层水位。这种方法一般适用于薄层石灰岩含水层和厚层砂岩含水层,是应用最为普遍的一种方法。

2.巷道疏干或疏降

巷道疏干或疏降就是把运输大巷和上、下山等主要巷道直接布置在需要疏干或疏降的含水层内,或者用石门穿过各含水层,以疏干或降低含水层水位。这种方法一般适用于基岩含水层。

3.巷道与钻孔联合疏干或疏降

巷道与钻孔联合疏干或疏降就是先掘进疏水巷道或疏水石门,然后在巷道或石门内打钻孔穿透含水层放水。有时还直接在地面打直通式放水钻孔,穿透含水层到放水石门,并在孔口安装控制放水的阀门,进行疏干或疏降。

4.回采疏干或疏降

回采疏干或疏降就是利用回采工作面的自然涌水,达到疏干或疏降水体的目的。回采疏干或疏降适用于富水性弱和补给来源有限的含水层。当开采上限接近第四系全砂含水松散层或松散层底部厚含水砂层时,就可以采取回采疏干或疏降措施,如先采深部,后采浅部等。

5.多矿井分区排水联合疏干或疏降

在石灰岩岩溶发育的矿区,有时单一矿井集中排水疏干或疏降比较困难,甚至不可能。如果采用多矿井分区排水联合疏干或疏降的办法,则可以共同分担水量,有利于地下水位迅速下降,往往能够达到预期的目的。

总之,疏干或疏降开采方法的应用必须因地制宜,这种方法的优点是煤炭资源回收率高,生产安全性大;缺点是需要增加疏排水设备及必要的辅助工程,增加煤炭生产成本。由于疏干或疏降改变了水体的自然循环,在有岩溶的矿区常常导致矿区地面严重塌陷,有时甚至影响工农业生产及人民生活。

三、顶疏结合开采

顶疏结合开采指的是在受多种水体或多层含水体威胁的条件下进行水体下采煤时,对于远离煤层(指大于导水裂缝带高度)的水体,可以实现顶水采煤,而对于煤层直接顶或离煤层距离较近(指位于冒落带和导水裂缝带范围内)的水体,则实行疏干或疏降开采。采用顶疏结合开采取得成功的关键,首先在于实现顶水开采,其次是满足回采工作面无淋水的要求。

四、处理补给水源或迁移水体后开采

处理补给水源或迁移水体后开采就是在回采以前先用水文地质、工程地质方法对水体的主要补给来源进行处理,或者直接将水体迁移到矿区或采区影响范围以外,然后再进行开采。先处理水源后进行开采的技术途径可以达到边采边疏或先疏后采的目的和效果,先迁移水体后进行开采的技术途径则可以从根本上消除水体对开采的威胁。对于无限补给,特别是近源、无限补给的条件应尽可能地在矿区或采区外围堵截补给水源,一般有河流改道、人工填铺河床、自然淤造河床、帷幕注浆堵水、布置疏水巷道截流和地面防渗、防漏等方法。对于远源、有限补给的水源,则根据水体赋存特征,可以不采取专门措施。迁移水体也只有在某些情况下才在技术上可行和经济上合理,例如河床下有隔水层,水库可以废弃等。

1.河流改道

通过改道方法把矿区或采区内的河流引向矿区或采区影响范围以外,这是改变煤岩柱水源补给条件、处理地表水水源的最有效方法。但是,河流改道牵涉面广、投资大,应结合矿区地形地貌及工农业生产建设需要等各种因素综合考虑。

2.帷幕注浆堵水

帷幕注浆堵水是利用钻孔将粘土、水泥等材料注入含水层内,形成地下挡水帷幕,切断地下水补给通道的一种方法。在含水层厚度较小、流量较大、水源补给通道集中、水文地质条件清楚并具备可靠隔水边界的条件下适于采用这种方法。尤其是对于薄石灰岩岩溶水体,这一方法较易见效。

3.巷道截水

对于山地矿区或露天矿区,在岩层内部开凿专门巷道截水,也是切断水源补给的一种方法。例如,在山地矿区,可以利用地势高差大的特点,开凿专门疏水平峒,拦截上部水平的地下水。在露天矿区,为了拦截松散层水流入露天坑内,可在松散层底部的基岩表面开凿嵌入式截水巷道,排出地下水。

4.地面防水

地面防水是改变水源补给和改善煤岩柱水文地质条件的一项重要措施。对于无粘土或仅有薄层粘土类地层覆盖的山地矿区和开采深度较浅的平原矿区,地面防水工作尤为重要。地面防水的具体措施,对于山区和近山矿区,主要有建水库、挖鱼鳞坑、筑拦洪坝、修拦洪沟、填裂缝、铺河床、设围沟、架渡槽、修排水沟网等;对于平原矿区,则主要有修河渠、筑围堤、排内涝等。

5.人工填铺河床

人工填铺河床,就是对于无粘土层覆盖的河床填铺人工防水层,以达到整治河道,加快泄水速度,减少河水渗漏,提高河床隔水能力的目的。防水层一般使用水泥、料石、碎石三合土或其它具有粘性、塑性的材料。这种方法适用于各种坡度的季节性河流。为了防止人工河槽底部产生潜流,应在河流上游垂直河水流向的基岩中凿一沟槽,并用填料填实,以切断地表水潜入槽底基岩含水层。

6.自然淤造河床

自然淤造河床,就是将粘土送入流经采区的河流上游地段,利用流水将粘土带到并淤积在采空区上方的河床地段,形成河床隔水层。也可以事先在计划淤积的下游筑好拦水坝,利用洪水冲刷下来的泥土,自然淤积到一定厚度,以增加河床的隔水能力。这种方法适用于山区及季节性河流。

五、保留煤柱不采

一般在没有隔水层,且水体又不可能疏干、疏降或不能迁移的条件下保留煤柱不采。

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